CN103266983B - 可活动叶片式潮汐发电装置 - Google Patents

Abstract

可活动叶片式潮汐发电装置，包括转轴、传动轮、固定支架、固定杆、叶片装置、约束叶片装置运动的叶片轨道，叶片装置包括成90度夹角交替安装的两组叶片，每组叶片又包括中间的连接板、主叶片和两端的可伸缩叶片；转轴通过导向块与连接板连接，主叶片两端开有中空槽，左右可伸缩叶片通过滑轮在主叶片中空槽中滑动。由于两组叶片的主叶片成90度夹角交替安装，所以在任意位置叶片都会受转矩而转动，本发明的叶片装置能够产生比普通刚性叶片更大的转矩，潮汐能的利用率高，结构简单，可以广泛应用于潮汐能开发等领域。

Description

可活动叶片式潮汐发电装置

技术领域

本发明涉及一种流体冲击式发电装置，更具体而言，本发明涉及一种可活动叶片式潮汐发电装置。

背景技术

随着不可再生能源的大量被使用产生能源危机以及环境的恶化，绿色环保的能源越来越受到人们的重视，潮汐能作为一种大量且无污染的能源，成为人们研究的焦点。潮汐能是指海水潮涨潮落形成的水的势能，潮汐能是以势能形态出现的海洋能，它包括潮汐和潮流两种运动方式所包含的能量，潮水在涨落中蕴含着巨大的能量，这种能量是用之不竭的、无污染的能量。

我国潮汐能的理论蕴藏量达到1.1亿千瓦，在我国沿海，特别是东南沿海有很多能量密度较高，平均潮差4～5m，最大潮差7～8m。其中浙江、福建两省蕴藏量最大，约占全国的80.9％，所有我们应该充分利用我国丰富的潮汐能。传统利用潮汐发电的设备主要有：一、利用海湾、河口等有利地形，建筑水堤形成水库，以便于大量蓄积海水，并在坝中或坝旁建造水利发电厂房，通过水轮发电机组进行发电，但是这种方法只有出现大潮，能量集中时，并且在地理条件适于建造潮汐电站的地方，从潮汐中提取能量才有可能，并且占用大量的土地对于生态环境会产生负面影响；二、采用水轮机或振荡式水翼潮流能装置，传统的水轮机是刚性叶片安装在转动轴上只有转动，无法横向移动，叶片所受合力小，获得的效能低。振荡式水翼潮流装置中的翼型水翼通过摆臂连接，当水流流过时，升力和阻力使水翼上升，带动与液压缸相连的摆臂，最后驱动液压马达发电。当水翼上升到最高点时，水翼攻角反转，使水翼向下运动。这种设备水翼所受力由多个参数决定，其控制过程复杂，研发和生产成本高，不利于推广应用；三、申请号为200610052522.1的伸缩桨海流能发电装置，这种装置是伸缩桨利用弹簧或双杆液压缸与轮毂连接组成叶轮，在叶轮的一个周期内，当伸缩桨叶位于圆筒形轮毂上方时，在弹簧或双杆液压缸以及重力作用下缩入轮毂中，当位于轮毂下方时伸缩桨伸出，在海流的作用下转动，这种装置依靠弹簧和重力作用时稳定性差，利用双杆液压缸来调节伸缩桨的运动，需要利用液压泵提供动力，控制过程复杂成本高，这种装置产生的力矩也小；四、申请号为201110154699.3的变臂长竖直轴潮流水轮机发电机组，它的原理是在叶片转动的过程中，可伸缩臂动态伸长或缩短，当可伸缩臂的法向与潮流方向平行和垂直时，可伸缩臂分别变为最长和最短，这个装置需要潮流速度传感器和液压缸等配合结构复杂，需要利用液压泵提供动力支持，要求配合精度高控制复杂成本高不利于推广。

发明内容

基于以上所述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的在于提供一种可活动叶片式潮汐发电装置，通过对叶片的设计，可以使叶片装置沿着叶片轨道绕转轴转动同时主叶片做横向移动，保证转动一端的受力面积大于另一端的受力面积，使转矩增大从而使叶片快速转动，本发明能充分利用潮汐能，能量转化效率高，成本低，易维护，安全稳定性高。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种可活动叶片式潮汐发电装置，包括转轴、传动轮、固定支架、固定杆、叶片装置、约束叶片装置运动的叶片轨道，叶片装置包括成90度夹角交替安装的两组叶片，每组叶片又包括两个主叶片，设置在两个主叶片中间的连接板以及设置在两个主叶片两端的可伸缩叶片，所述连接板上设置有导向块和导向轴，转轴通过导向块与连接板连接，传动轮与转轴连接并固定于固定支架上，叶片导轨通过固定杆固定。

进一步地，所述主叶片一端开有中空槽，可伸缩叶片通过安装于可伸缩叶片上下两端的滑轮在主叶片中空槽中滑动，主叶片的另一端与连接板连接。

进一步地，沿着所述连接板中心轴线向两侧开设凹槽，所述凹槽的宽度与所述导向块的宽度相等，所述导向块设置在凹槽内，所述连接板左右两端面中心轴线位置分别设计一个直径略小于导向轴直径的孔，便于所述导向轴安装在连接板上。

进一步地，所述导向块左右两端开设通孔，所述导向轴通过通孔贯穿所述导向块的左右两端，所述导向块上下两端与转轴固定连接，所述导向块与所述连接板接触的一侧安装滑轮。

进一步地，所述叶片轨道的数量是3个，它们是等半径环形体并且同心装配，安装在各可伸缩叶片上的滚轮约束于叶片轨道中并且在轨道上自由运动，叶片轨道外部间隔90°用固定杆进行支撑固定；所述转轴的上部分与导向块固定连接，下部分与传动轮、固定支架连接，通过传动轮把获得的转动机械能传送出去，固定支架起支撑固定作用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的效果：

(1)本发明中主叶片转动的同时在叶片轨道的作用下左右移动，它能够根据水流的冲击作用自动调整转向，在叶片旋转过程中主叶片左右移动做正功的叶片一端的面积始终大于做负功一端的面积，使转矩增大，提高转动速率。

(2)本发明不需要任何液压、弹簧装置，依靠海浪的作用力，在轨道的作用下，使叶片伸出和缩短，结构简单、可靠性高。

(3)本发明的主叶片两端装有可伸缩叶片，中间的连接板、主叶片和两端的可伸缩叶片组成的叶片装置在叶片轨道上运动，可伸缩叶片周期性的在中空槽中进出，加大了做正功一端的叶片面积同时减少做负功一端的叶片面积，增加了转矩。

(4)本发明两组主叶片成90度夹角安装，可以保证水流始终能够作用于至少一组叶片，保证了叶片的持续转动，持续输出旋转机械能。

(5)本发明中同一角度的叶片固定在一起，可伸缩叶片也相互固定，其另一端连接滚轮，滚轮约束于叶片轨道中，可以在叶片轨道中滚动，但是无法脱离叶片轨道，滚轮另一端与可伸缩叶片固定连接，这样加大了叶片面积提高了转矩，同时使叶片转动稳定性提高。

(6)本发明中主叶片的转动以及可伸缩叶片在主叶片中的运动具有周期性，保证输出的能量的稳定性。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作具体说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明叶片逆时针旋转90度的结构示意图；

图3为第一可伸缩叶片的结构示意图；

图4为叶片轨道和滚轮配合示意图；

图中各部分的名称如下：

1-叶片轨道，2-第一可伸缩叶片，3-第一主叶片，4-第一导向轴，5-固定支架，6-传动轮，7-转轴，8-固定杆，9-第一导向块，10-第一滚轮，11-第二可伸缩叶片，12-第二主叶片，13-第一连接板，14-第三可伸缩叶片，15-第三主叶片，16-第二导向轴，17-第二连接板，18-第二导向块，19-第二滚轮，20-第四可伸缩叶片，21-第四主叶片，22-滑轮

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1-4所示，可活动叶片式潮汐发电装置，包括转轴7、传动轮6、固定支架5、固定杆8、叶片装置、约束叶片装置运动的叶片轨道1，其中叶片装置包括成90度夹角交替安装的两组叶片，第一组叶片包括第一主叶片3、第一可伸缩叶片2、第二主叶片12、第二可伸缩叶片11以及连接第一主叶片3和第二主叶片12的第一连接板13，第二组叶片包括第三主叶片15、第三可伸缩叶片14、第四主叶片21、第四可伸缩叶片20以及连接第三主叶片15和第四主叶片21的第二连接板17，每组叶片的两个主叶片安装于连接板的左右两端，主叶片的一端开有中空槽，可伸缩叶片通过安装于其上下两端的滑轮22在主叶片的中空槽中滑动。根据图1、2、4，第一组叶片的可伸缩叶片靠近叶片轨道1的一端安装有第一滚轮10、第二组叶片的可伸缩叶片靠近叶片轨道1的一端安装有第二滚轮19，安装在各个可伸缩叶片上的上述滚轮约束于叶片轨道1中并且在轨道上自由运动，但是无法脱离叶片轨道1，叶片轨道1具体由三个或更多个组成，在本实施例中为三个，三个叶片轨道1是等半径环形体，它们是同心装配。

参照图1-2，第一组叶片还包括设置在第一连接板13上的第一导向轴4和第一导向块9，第二组叶片还包括设置在第二连接板17上的第二导向轴16和第二导向块18。以第一组叶片为例，说明导向轴和导向块的具体结构。沿着第一连接板13中心轴线向两侧开设凹槽，凹槽的宽度与第一导向块9的宽度相等，第一连接板13左右两端面中心轴线位置分别设计一个直径略小于第一导向轴4直径的孔，便于第一导向轴4安装在第一连接板13上。第一主叶片3和第二主叶片12安装于第一连接板13的两端，第一导向块9安装于第一连接板13的凹槽中，第一导向轴4贯穿于第一导向块9，第一导向轴4与第一导向块9上的孔为过渡配合，第一导向轴4安装于第一连接板13两端。第二组叶片的导向轴和导向块的结构与第一组叶片相同。在各连接板与导向块接触的一侧安装滑轮，以保证导向块不动时，各连接板可以沿着导向块的运动方式是滚动。转轴7与第一导向块9和第二导向块18固定连接，传动轮6与转轴7连接并固定于固定支架5上，四根固定杆8间隔90度与叶片导轨1接触固定，对整个发电装置起到支撑作用。

下面具体描述本发明的潮汐发电装置在海流中的发电过程：

如图1所示，当海流的流向与第一主叶片3、第二主叶片12垂直时，转轴7和第一导向块9相对于叶片轨道1在其左端四分之一直径处，第一可伸缩叶片2位于第一主叶片3外部，第二可伸缩叶片11完全位于第二主叶片12中空槽内部，通过力学分析可知，以转轴7为中心线，第一主叶片3一端受到的转矩明显大于第二主叶片12一端受到的转矩。在图1位置，第三可伸缩叶片14、第四可伸缩叶片20完全位于各自主叶片的中空槽中。由于第三主叶片15、第四主叶片21与海流方向平行，所以受到的转矩几乎为零。在总转矩的作用下，转轴7开始逆时针转动。

随着叶片的逆时针转动，第一、第二主叶片3、12与海流的流向不再垂直而是成一定角度，第三、第四主叶片15、21与海流的流向也不再平行，所以叶片在转动过程中受这两组叶片的综合作用。当叶片从图1位置逆时针旋转一定角度(小于90°)时，第一可伸缩叶片2开始缓慢向第一主叶片3的中空槽中滑动，第一连接板13沿着第一导向块9向第二可伸缩叶片11一侧移动，转轴7与第二主叶片12外端的距离不断增大，第二可伸缩叶片11逐渐从第二主叶片12中滑出。虽然第一主叶片3一端转矩减小，第二主叶片12一端转矩增大，但是第一主叶片3一端转矩还是要大一些。由于是逆时针转动，所以第三可伸缩叶片14在滚轮19和叶片轨道1的作用下，开始缓慢从第三主叶片15的中空槽中向滚轮19一侧滑动，第四可伸缩叶片20在滚轮19及叶片轨道1的作用下完全位于第四主叶片21中，并沿叶片轨道1运动。第二连接板17沿着第二导向块18向第四可伸缩叶片20一侧移动，从而使第三主叶片15一侧的转矩大于第四主叶片21一侧的转矩。在这两组叶片转矩的作用下，叶片继续逆时针运动。

当叶片旋转90°时，各叶片的位置如图2所示，第一可伸缩叶片2、第二可伸缩叶片11都位于各自的主叶片的中空槽中，第三可伸缩叶片14位于第三主叶片15中空槽外部，第四可伸缩叶片20完全位于第四主叶片21中空槽内部，第二导向块18位于靠近第四可伸缩叶片20一侧的叶片轨道1四分之一直径处。通过分析叶片受力，叶片在转矩的作用下继续逆时针转动。

当叶片继续旋转(大于90°小于180°)，第三可伸缩叶片14在滚轮19的作用下向第三主叶片15中空槽滑动，第四可伸缩叶片20在叶片轨道1的约束下位于第四主叶片21中空槽中，第二连接板17向第四可伸缩叶片20一侧移动，使转轴7与第四主叶片21外端距离增大，在转动过程中，第三主叶片15一侧的转矩明显大于第四主叶片21一侧的转矩。第二可伸缩叶片11在滚轮10的作用下，缓慢向第二主叶片12中空槽外部移动，第一可伸缩叶片2受到叶片轨道1的约束，完全处于第一主叶片3的中空槽中，第一连接板13沿着第一导向块9向第一可伸缩叶片2方向移动。通过两组叶片的共同作用，总转矩为逆时针方向，所以叶片逆时针转动。当叶片旋转180°后，叶片位置和图1相似，在海流的作用下继续逆时针转动。这样循环往复运动，带动转轴7持续转动，通过传动轮6把旋转机械能输出转化为电能。

本发明的主叶片装置在潮汐发电领域有广泛的应用前景和应用价值，本发明能够产生比普通刚性叶片更大的转矩，潮汐能的利用率高，结构简单，有利于大范围的推广应用。

Claims (4)

1.可活动叶片式潮汐发电装置，包括转轴(7)、传动轮(6)、固定支架(5)、固定杆(8)、叶片装置、约束叶片装置运动的叶片轨道(1)，叶片装置包括成90度夹角交替安装的两组叶片，每组叶片又包括两个主叶片(3、12；15、21)，两个主叶片(3、12；15、21)中间设置连接板(13、17)，在两个主叶片(3、12；15、21)的一端均设置一个可伸缩叶片(2、11；14、20)，所述连接板(13、17)上设置有导向块(9、18)和导向轴(4、16)，转轴(7)通过导向块(9、18)与连接板(13、17)连接，传动轮(6)与转轴(7)连接并固定于固定支架(5)上，叶片轨道(1)通过固定杆(8)固定；所述主叶片(3、12；15、21)一端开有中空槽，可伸缩叶片(2、11；14、20)通过安装于可伸缩叶片(2、11；14、20)上下两端的滑轮(22)在主叶片(3、12；15、21)中空槽中滑动，主叶片(3、12；15、21)的另一端与连接板(13、17)连接。

2.根据权利要求1所述的可活动叶片式潮汐发电装置，其特征在于，沿着所述连接板(13、17)中心轴线向两侧开设凹槽，所述凹槽的宽度与所述导向块(9、18)的宽度相等，所述导向块(9、18)设置在凹槽内，所述连接板(13、17)左右两端面中心轴线位置分别设计一个直径略小于导向轴(4、16)直径的孔，便于所述导向轴安装在连接板(13、17)上。

3.根据权利要求2所述的可活动叶片式潮汐发电装置，其特征在于，所述导向块(9、18)左右两端开设通孔，所述导向轴(4、16)通过通孔贯穿所述导向块(9、18)的左右两端，所述导向块(9、18)上下两端与转轴(7)固定连接，所述导向块(9、18)与所述连接板(13、17)接触的一侧安装滑轮。

4.根据权利要求3所述的可活动叶片式潮汐发电装置，其特征在于，所述叶片轨道(1)的数量是3个，它们是等半径环形体并且同心装配，每一组可伸缩叶片(2、11；14、20)上安装有一个滚轮(10、19)，两个滚轮(10、19)均约束于叶片轨道(1)中并且在轨道中自由运动，叶片轨道(1)外部间隔90度用固定杆(8)进行支撑固定；所述转轴(7)上部分与导向块(9、18)固定连接，下部分与传动轮(6)、固定支架(5)连接，通过传动轮(6)把获得的转动机械能传送出去，固定支架(5)起支撑固定作用。