CN103114960B - 可用于低速环境的潮流能发电装置 - Google Patents

Abstract

可用于低速环境的潮流能发电装置，涉及一种潮流能发电装置。设主体框架、能量收集与转换装置和增速传动机构；所述主体框架设浮块、浮块支撑肋、支撑梁、工作平台、回转支承、支撑板、主轴防水管道和叶片轴防水管道；所述能量收集与转换装置设有前整流罩、后整流罩、导向板、水轮机叶片、发电机；所述增速传动机构设主轴、前叶片轴、后叶片轴，主轴上锥齿轮、主轴下锥齿轮、前叶片轴锥齿轮和后叶片轴锥齿轮；充分运用流体力学知识，利用整流罩结构对流经叶片的低速潮流进行整流加速，使低速潮流海域适合进行发电，同时采用两个相同方向的叶片方式和导向片结构，使流经发电装置的潮流能得到高效率的转换，特别适宜于将低速潮流进行高效转换。

Description

可用于低速环境的潮流能发电装置

技术领域

本发明涉及一种潮流能发电装置，尤其是涉及一种可用于低速环境的潮流能发电装置。

背景技术

潮流能是指潮水在作水平运动时所含有的动能（速度水头），是由天体引力场的周期变化导致海水随之运动而产生的能量。潮流能是一种蕴藏量极大、取之不尽、用之不竭的清洁无污染能源，在当今世界能源短缺的大背景下对其进行采集和利用具有非常重要的战略意义。

潮流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电较为相似，但是由于潮流能的能流密度比风能密度要大若干倍，而且相对于波浪能和风能，流速平稳、规律性强，可利用的空间大。潮流能同风能一样，其发电功率与来流速度、液体密度、迎流面积等因素相关，具体公式表述为P=ρAV³C_P/2，其中P表示发电机叶片从水中提取的功率，ρ表示流体密度（水1000kg/m³），A表示旋转叶片的面积（m²），V表示流体速度（m/s），C_P表示功率因素（表征发电机工作效率的高低）。从上述可知，影响潮流能能流密度的最大因素是潮流速度。相关文献和技术资料表明，当潮流速度大于1m/s时，潮流能才能够运用于发电，而当潮流速度大于1.75m/s时，潮流能有较好的开发利用价值，所以现有的绝大部分潮流能发电装置，都是设计和运用于较高速潮流场合。

对于我国而言，虽然潮流能整体而言较为丰富，而且海岸线较长，但是潮流速度大于1m/s的区域相对较少，由于潮流速度太低，大部分区域都无法实现潮流能的有效利用，因此，要想实现潮流能广泛而高效的利用，关键在于将广大的流速较低的区域的潮流能进行高效的采集和利用，适合于低速环境下运行的潮流能发电装置的发明具有非常重要的现实意义。

中国专利CN101892936A公开一种折叠式竖轴潮流能发电装置，采用连杆把叶片连接到主轴上，作用在叶片上的潮流能使主轴转动，主轴经增速齿轮箱及万向节驱动发电机发电。该发电装置连杆、叶片和主轴分别采用锁紧机构锁紧的折叠式结构，二个连杆和一个叶片构成一个叶轮组，周向均布的叶轮组靠连杆的大端与主轴成固定连接，连杆小端处的滑块嵌在叶片的滑槽中；增速齿轮箱通过支座固定在保护盖的顶板上，发电机固定在保护盖顶板的内侧上；保护盖也采用折叠式结构，经底座固定在水泥基础上。该发电装置可通过有效的折叠，缩小整个装置的体积，方便运输，避免各个部件之间的拆装，减少了海底安装成本原来的50％以上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于低速环境的潮流能发电装置。

本发明设有主体框架、能量收集与转换装置和增速传动机构；

所述主体框架设有浮块、浮块支撑肋、支撑梁、工作平台、回转支承、支撑板、主轴防水管道和叶片轴防水管道；浮块与浮块支撑肋连接，支撑梁设在浮块支撑肋上，所述支撑梁与浮块支撑肋通过螺纹连接，工作平台设在支撑梁上，工作平台上用于放置各种工作装置；工作平台与回转支承下端通过螺纹连接，回转支承上端与支撑板连接，支撑板通过焊接与主轴防水管道相连，主轴防水管道通过焊接与叶片轴防水管道相连；主轴防水管道和叶片轴防水管道端部设有密封盖；

所述能量收集与转换装置设有前整流罩、后整流罩、导向板、水轮机叶片、发电机；前整流罩和后整流罩上均焊接有整流罩肋条，整流罩肋条通过焊接与叶片轴防水管道固连，导向板通过导向板套箍连接在叶片轴防水管道中间附近部位；水轮机叶片焊接在叶片盘上，叶片盘通过过盈配合或者键槽与叶片轴进行连接；

所述增速传动机构设有主轴、前叶片轴、后叶片轴，主轴上锥齿轮、主轴下锥齿轮、前叶片轴锥齿轮和后叶片轴锥齿轮；前叶片轴和后叶片轴分别与叶片盘通过过盈或键槽配合，实现叶片旋转机械能的传递，前叶片轴和后叶片轴上通过键连接安装前叶片轴锥齿轮和后叶片轴锥齿轮，前叶片轴锥齿轮和后叶片轴锥齿轮分别与主轴上锥齿轮和主轴下锥齿轮啮合，主轴输出齿轮与齿轮啮合。

本发明主要通过整流罩将流过装置的较低速度的潮流进行整流加速，使其达到适合于潮流发电的较高的流速，当海水流经叶片时，叶片轴旋转，并且通过锥齿轮带动主轴旋转加速，由于前后叶片同向，前、后叶片轴均与主轴通过锥齿轮啮合，可以更为高效的进行能量的转换，旋转主轴经过二级传动增速齿轮带动发电机发电。

本发明的突出优点在于：

1.潮流能在流经叶片之前增加整流罩结构，使得低速的潮流经过加速后达到可以用于潮流发电的合适速度，使得广大的低速区域的潮流能合理利用成为可能。

2.本发明采用安装方向相同的双叶片结构，并且两个叶片都配有整流罩，这样能够更大限度的吸收和利用流过叶片的潮流能，提高能量利用率，这对于低速环境的潮流能利用具有重要意义。

3.本发明中的一级锥齿轮增速系统由两对啮合的锥齿轮组成，前后叶片输出轴上的锥齿轮均与主轴上的锥齿轮啮合，形成合力叠加作用，这样可以充分的将叶片吸收的动力传输到主轴上。

4.本发明中设置了导向板装置，使得整个发电单元能够根据潮流方向适当的调整方向，使发电单元能够处于最适合于吸收潮流能的方向。

5.本发明中设置了浮子和工作平台，将主轴输出齿轮，发电机等装置置于海上工作平台上，这样可以在工作平台上放置防水罩、发电机等结构，增加了系统的稳定性和可靠性。

本发明可用于低速环境的潮流能发电装置属于新能源中海洋能利用领域。由于本发明中充分运用流体力学知识，利用整流罩结构对流经叶片的低速潮流进行整流加速，使低速潮流海域适合进行发电，同时采用两个相同方向的叶片方式和导向片结构，使得流经发电装置的潮流能得到高效率的转换，特别适宜于将低速潮流进行高效的转换，属于一种可以用于低速环境的潮流能发电装置。

本发明可以单独使用，为石油钻井工作平台、渔船、小型孤岛等提供一些照明。也可以通过浮块支撑肋相互连接实现大规模的并联组网，形成发电单元组，提供较高功率的电力。对于电力的传输，若在离岸不远区域分布设置了大量的发电单元，则可以考虑铺设海底电缆，进行电力的传输。若并联装置较少，功率较低，则可以考虑将发电机输出的电能储存在蓄电池中，然后定期派船更换蓄电池。以上具体的电能传输和利用形式，可以根据实际需要进行控制和灵活选择。

附图说明

图1是本发明实施例的整体前视结构组成示意图。

图2是本发明实施例的剖视结构组成示意图之一。

图3是本发明实施例的剖视结构组成示意图之二。

图4是本发明实施例的一级锥齿轮增速机构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1～4，本发明实施例设有主体框架、能量收集与转换装置和增速传动机构。

主体框架主要由浮块1、浮块支撑肋2、支撑梁3、工作平台4、回转支承5、支撑板6、主轴防水管道12和叶片轴防水管道27以及一些相关组件组成。左右两个浮块通过两个浮块支撑肋2连接起来，浮块支撑,2上架有支撑梁3，两者通过通过螺纹连接，支撑梁3上面搭工作平台4，工作平台上则可以放置各种工作装置。工作平台4与回转支承5下端通过螺纹连接，回转支承5上端则与支撑板6连接，支撑板6通过焊接与主轴防水管道12相连，主轴防水管道12也是通过焊接与叶片轴防水管道27相连。主轴防水管道和叶片轴防水管道端部都有密封盖，在密封盖周围除注意密封外，还应特别注意防止海水的腐蚀。主体框通过海底锚泊方式固定于海面，其中用于锚泊的锚和锁链结构未在图中绘出。

能量收集与转换装置主要由前、后整流罩14和29、导向板28、水轮机叶片15、发电机10及其相关部件组成。前后整流罩上均焊接有整流罩肋条21，整流罩肋条则通过焊接与叶片轴防水管道27固连，导向板28则是通过导向板套箍16连接在叶片轴防水管道27中间附近部位。水轮机叶片15焊接在叶片盘19上，叶片盘19则通过过盈配合或者键槽与叶片轴进行连接。

所述增速传动机构设有主轴11、前叶片轴20、后叶片轴26，主轴上锥齿轮22、主轴下锥齿轮24、前叶片轴锥齿轮23和后叶片轴锥齿轮25；前叶片轴20和后叶片轴26分别与叶片盘通过过盈或键槽配合，实现叶片旋转机械能的传递，前叶片轴20和后叶片轴26上通过键连接安装前叶片轴锥齿轮23和后叶片轴锥齿轮25，前叶片轴锥齿轮23和后叶片轴锥齿轮25分别与主轴上锥齿轮22和主轴下锥齿轮24啮合，主轴输出齿轮8与齿轮9啮合，进行二次增速传动并且将机械能传递到发电机。

在图2和3中，标记7为主轴管道密封盖，13为主轴轴承，17为叶片轴轴承，18为叶片轴密封盖。

Claims (1)

1.可用于低速环境的潮流能发电装置，其特征在于设有主体框架、能量收集与转换装置和增速传动机构；

所述主体框架设有浮块、浮块支撑肋、支撑梁、工作平台、回转支承、支撑板、主轴防水管道和叶片轴防水管道；浮块与浮块支撑肋连接，支撑梁设在浮块支撑肋上，所述支撑梁与浮块支撑肋通过螺纹连接，工作平台设在支撑梁上，工作平台上用于放置各种工作装置；工作平台与回转支承下端通过螺纹连接，回转支承上端与支撑板连接，支撑板通过焊接与主轴防水管道相连，主轴防水管道通过焊接与叶片轴防水管道相连；主轴防水管道和叶片轴防水管道端部设有密封盖；

所述能量收集与转换装置设有前整流罩、后整流罩、导向板、水轮机叶片、发电机；前整流罩和后整流罩上均焊接有整流罩肋条，整流罩肋条通过焊接与叶片轴防水管道固连，导向板通过导向板套箍连接在叶片轴防水管道中间附近部位；水轮机叶片焊接在叶片盘上，叶片盘通过过盈配合或者键槽与叶片轴进行连接；

所述增速传动机构设有主轴、前叶片轴、后叶片轴，主轴上锥齿轮、主轴下锥齿轮、前叶片轴锥齿轮和后叶片轴锥齿轮；前叶片轴和后叶片轴分别与叶片盘通过过盈或键槽配合，实现叶片旋转机械能的传递，前叶片轴和后叶片轴上通过键连接安装前叶片轴锥齿轮和后叶片轴锥齿轮，前叶片轴锥齿轮和后叶片轴锥齿轮分别与主轴上锥齿轮和主轴下锥齿轮啮合，主轴输出齿轮与齿轮啮合。