CN103939272A - 双向型全日连续潮汐发电系统 - Google Patents

Abstract

一种双向型全日连续潮汐发电系统，包括主、尾水库，主水库水坝上安置有主要由底座、水坝闸板、水轮发电机和密封板构成的发电装置，底座内设有四通的尾水流道，尾水流道的流向控制由底座上设置的尾水第一、第二闸板的启闭实现，底座上设有前立架和后立架，前、后立架之间的左、右两侧分别设有密封板，水坝闸板分别对应在前、后立架处，水轮发电机纵向布置在前、后立架上，水轮发电机的转轮与密封板以动密封配合，密封板在水轮发电机上所围空间为转轮的进水区，进水区以外的转轮部分为排水区，转轮圆周上设有多个带水道的水斗，每个水斗由容水仓和活塞腔以及它们之间的活塞板构成，水道的内端通至活塞腔、外端与水斗不能同时处在进水区或排水区。

Description

双向型全日连续潮汐发电系统

技术领域

本发明涉及潮汐能发电设施，具体是一种双向型全日连续潮汐发电系统。

背景技术

潮汐是一种蕴藏量极大、取之不尽、用之不竭、不需开采和运输、洁净无污染的可再生能源。潮汐发电是以涨潮储蓄势能、落潮释放动能的高、低潮位之间落差原理，来推动水轮机旋转，带动发电机发电。但是，由于潮汐存在潮差和水头在一日内经常变化的现象，在无特殊调节措施时，出力有间歇性，这使得潮汐发电不能实现全日连续发电，给用户带来不便，潮汐能利用率低。

申请人于2013年9月6日向国家知识产权局申请名称了为“一种全日连续发电的潮汐发电系统”（公开号：CN103423077A，公开日：2013年12月4日）的发明专利。该技术在双水库的基础上增设了水平横向放置的、结构特定的水轮发电机，其在主水库排水落差小于1米时亦能实现可靠的旋转发电，从而使潮汐能发电实现了全日连续发电。然而，该技术的水轮发电机旋转发电仅仅是依靠主水库排出的水流的重力能实现的，水轮发电机的做功力矩（即转矩）相对有限，从而在一定程度上限制了水轮发电机的做功能量，发电量相对较小，运行成本相对较高。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种对水位差要求低、潮汐能利用率高、做功能量高、运行成本低、可靠实用的双向型全日连续潮汐发电系统。

本发明采用的技术方案是：一种双向型全日连续潮汐发电系统，包括

-水库，所述水库分为主水库和尾水库，主水库和尾水库相邻且相互独立；

-发电装置，所述发电装置为多台，它们并排安装在主水库的水坝坝基上，用于利用主水库的储水或排水进行旋转发电； 

每台发电装置主要由底座、水坝闸板、水轮发电机和密封板构成；

-所述底座固定在主水库的水坝坝基上，底座为中空结构，底座内设有四通的尾水流道，底座顶面设有与尾水流道相通的引流孔，底座的前、后两侧以升降方式分别设有尾水第一闸板，底座的左、右两侧以升降方式分别设有尾水第二闸板，通过对尾水第一闸板和尾水第二闸板的启闭控制将潮水引入主水库，或者将主水库的排水引入流动水域或尾水库内；所述底座的前、后两侧对应设有向上延伸的前立架和后立架；所述底座上前立架和后立架之间的左、右两侧分别以升降方式设有密封板；

-所述水坝闸板分为前闸板和后闸板，前闸板和后闸板分别以升降方式对应在底座的前立架和后立架处，前闸板和后闸板根据主水库的储水和排水状态进行相应的启闭动作；

-所述水轮发电机纵向布置在底座顶部的前立架和后立架上，水轮发电机的转轮与底座上的密封板以动密封配合，密封板在水轮发电机上所围空间为转轮的进水区，进水区以外的转轮部分为排水区；所述水轮发电机的转轮圆周上设有多个带水道的水斗，每个水斗由容水仓和活塞腔构成，容水仓和活塞腔之间设有活塞板，水道的内端通至对应水斗的活塞腔、外端与对应水斗不能同时处在进水区或排水区。

进一步的，所述进水区设有前后方向倾斜的动能方向罩，该动能方向罩的倾斜开口部朝向水流。

再进一步的，所述动能方向罩的中部通过转轴铰装在底座上的密封板上。

进一步的，所述每台发电装置内的水轮发电机为一台或两台，当水轮发电机为两台时，两台水轮发电机之间的底座顶面设有底密封板，两台水轮发电机分别与底密封板以动密封配合。

进一步的，所述水轮发电机主要由转轮、转子、定子和端盖构成，所述转轮为筒形状，所述转子设置在转轮内，随同转轮旋转，所述定子延伸进转轮内并与转子装配在一起，定子的两端装配在底座的前立架和后立架上，端盖将转子和定子做功段封装在转轮内。

或者，进一步的，所述水轮发电机主要由转轮、定子、增速器、转子和端盖构成，所述转轮为筒形状，所述定子设置在转轮内，随同转轮旋转，定子与增速器的输入轴连接，增速器的输出轴与转子连接，所述转子延伸进转轮内并与定子装配在一起，转子的两端装配在底座的前立架和后立架上，端盖将定子和转子做功段封装在转轮内。

进一步的，所述水斗的活塞腔外侧设有限制活塞板行程的限位件。

本发明的有益效果是：

1. 在双水库的基础上增设了自主研发的发电装置，该发电装置的水轮发电机以端部朝向潮水、主水库排水的水流流动方向的纵向方式放置，无论是潮水进入主水库储蓄势能、还是主水库排水释放动能，均能使主水库水坝上的发电装置进行旋转发电，潮汐能利用率高；

2. 上述发电装置依靠动密封原理形成了特定的进水区和排水区，并配套的、使水轮发电机的转轮上设置形成了重力能、动力能和压力能的做功水斗结构，从而使发电装置依靠水流在水轮发电机上形成的动力能、重力能和压力能驱动水轮发电机的转轮进行旋转发电，其不仅对水位落差的要求低，而且使水轮发电机的做功力矩（即转矩）大幅提高，进而有效、可靠地提高了水轮发电机的做功能量，有效增大了发电量，运行成本低。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是图1水坝坝基中安装的发电装置的一种结构示意图。

图3是图2的侧视图。

图4是图3的A-A视图。

图5是图4中转轮上的水斗结构示意图。

图中代号含义：1—主水库；2—尾水库；3—水坝；4—底座；5—尾水流道；6—尾水第一闸板；7—尾水第二闸板；8—前立架；9—前闸板；10—后立架；11—后闸板；12—左密封板；13—右密封板；14—动能方向罩；15—水轮发电机；16—底密封板；17—转轮；18—容水仓；19—活塞板；20—活塞腔；21—定子；22—转子。

具体实施方式

实施例1

参见图1（箭头指潮水方向）：本发明包括水库和发电装置。水库分为主水库1和尾水库2，主水库1和尾水库2相邻且相互独立。发电装置为多台，这些发电装置并排安装在主水库1的水坝3坝基上，用于利用主水库1的储水或排水进行旋转发电。

参见图2至图5：本发明中的每台发电装置主要由底座4、水坝闸板、水轮发电机15和密封板构成。

其中，底座4固定在主水库1的水坝3坝基上。底座4为中空结构，底座4内设有四通的尾水流道5，即底座4的前、后、左、右四个面上都有尾水流道，底座4的顶面设有至少一个（数量根据水轮发电机15在底座4上的安装数量而确定，这是因为通常情况下，引流孔处在水轮发电机15的下方）与尾水流道5相通的引流孔。底座4的前、后两侧以升降方式分别设有尾水第一闸板6，尾水第一闸板6能够延伸进尾水流道5内；底座4的左、右两侧以升降方式分别设有尾水第二闸板7，尾水第二闸板7能够延伸进尾水流道5内；通过对尾水第一闸板6的开启、尾水第二闸板7的关闭，使做功的潮水引入主水库1内，或者使主水库1排出的做功水流流入流动水域，通过对尾水第一闸板6的关闭、尾水第二闸板7的开启，使主水库1排出的做功水流流入尾水库2（当然，这需要根据进入尾水库2的流量要求，将主水库1水坝上的对应的、并排的各发电装置的尾水第一闸板6均关闭、尾水第二闸板7均开启）。在前述底座4的顶面前、后两侧对应设有向上延伸的前立架8和后立架10，前、后立架分别呈U形状，其U形槽底的高度根据水轮发电机15的直径大小来合理确定，整个立架的高度根据主水库1的水坝3高度要求合理确定。在前述底座4上的前立架8和后立架10之间的左、右两侧分别以升降方式设有密封板，即左侧的左密封板12和右侧的右密封板13，为了达到良好的应用要求，左密封板12和右密封板13的底端分别与底座4顶面不接触，形成一定高度的预留空间，确保安装在底座4前、后立架上的水轮发电机15自由旋转，同时又确保水轮发电机15与左、右密封板之间形成良好的动密封。

水坝闸板分为前闸板9和后闸板11。前闸板9以升降方式对应在底座4的前立架8处，与前立架8形成截流配合；后闸板11以升降方式对应在底座4的后立架10处，与后立架10形成截流配合。当需要潮水流向主水库1、主水库1进行储水时，前闸板9开启、后闸板11关闭；当退潮后、需要主水库1排水时，前闸板9关闭、后闸板11开启。

水轮发电机15为两台，它们纵向布置在底座4顶部的前立架8和后立架10上，所谓的纵向布置是指水轮发电机15的端部朝向潮水、主水库1排水的水流流动方向，即水轮发电机15的前端通过轴承装配在前立架8的U形槽底、后端通过轴承装配在后立架10的U形槽底。这两台水轮发电机15的转轮17与底座4上的密封板以动密封配合，即左侧的水轮发电机15的转轮17与左密封板12的底部形成动密封，右侧的水轮发电机15的转轮17与右密封板13的底部形成动密封，左、右密封板在水轮发电机15上所围空间（即动密封以上部分）为转轮17的进水区（即水压区），进水区以外的转轮17部分（即动密封以下部分）为排水区（即常压区）。为了使发电装置的进水区和排水区划分更为严密、合理，两台水轮发电机15之间的底座4顶面设有底密封板16，该底密封板16的端面近似于梯形状，两台水轮发电机15分别与底密封板16以动密封配合；依据前述结构，两台水轮发电机15共享同一进水区，但它们具有各自的排水区，它们的排水区内的底座4顶面要求开有通至尾水流道5的引流孔。基于前述结构原理，本发明的每台发电装置也可以只有一台水轮发电机，这样的话，要求左、右密封板的底部与水轮发电机的转轮两侧分别形成动密封，动密封以上的部分即为进水区、以下部分即为排水区，排水区内也就不存在底密封板。

上述水轮发电机15主要由转轮17、转子22、定子21和端盖构成。转轮17为筒形状，转轮17圆周上设有（最好均匀布置）多个带水道的水斗，即每个水斗具有一条独立的水道；每个水斗由容水仓18和活塞腔20构成，容水仓18在转轮17外壁上形成开口，活塞腔20是隐藏在转轮17上的，容水仓18和活塞腔20之间设有活塞板19，为了限制水斗内活塞板19的行程，在活塞腔20的外侧设有限制活塞板19行程的限位件（例如凸块等）；水道的内端通至对应水斗的活塞腔20尾部，即构成相互独立水斗的隔板处，水道的外端要求不能与对应水斗同时处在进水区或排水区，即在运行过程中，水斗处于排水区时、水道的外端处在进水区，水流通过水道进入水斗的活塞腔内，活塞板行至活塞腔的限位处，当该水斗旋转至进水区时、水道的外端进入排水区，此时水道进行排水，水斗的容水仓进水并使活塞板后退复位，从而在已有动力能的水轮发电机上形成重力能和压力能。转子22设置在转轮17内，随同转轮22一起旋转。定子21延伸进转轮17内并与转子22装配在一起，定子21的两端通过轴承等部件装配在底座4的前立架8和后立架10上。端盖将转子22和定子21做功段封装在转轮17内。前述转子22在随同转轮17旋转时，使转子22在定子21上做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生电流。

为了发电装置进一步形成良好的动力能、重力能和压力能，提高做功能量，在发电装置的进水区设有前后方向倾斜的动能方向罩14，即动能方向罩14处在水轮发电机15的上方，要求动能方向罩14的倾斜开口部朝向水流，即动能方向罩14与进入发电装置进水区的水流方向形成锐角的倾斜夹角（角度大小根据实际水流情况合理调节），进入进水区的水流撞击在动能方向罩14上后，改变流向相下流动、冲击水轮发电机15的转轮17。前述动能方向罩14在进水区的具体设置结构是，动能方向罩14的中部通过转轴铰装左密封板12和右密封板13上，动能方向罩14的前、后端部通过升降拉杆进行控制，从而实现需要的倾斜角度调整。

本发明的上述升降结构（即升降方式）优选拉杆控制，即在主水库的水坝横梁（发电装置顶部）上设置相应数量的升降机，各升降部件（例如水坝闸板、尾水闸板、密封板、动能方向罩等）通过拉杆连接在升降机上，由升降机控制它们进行相应的升降。

上述水坝闸板、尾水闸板、密封板可以采用链式结构，即板体为链式结构，板体装配在卷轮机构的支撑轴上，支撑轴的两端分别通过轴承与水坝上的部件进行生根连接。

实施例2

本实施例的其它结构与实施例1相同，不同之处在于：水轮发电机的具体结构，即在实施例1的水轮发电机内增加了增速器，由此构成的水轮发电机的结构如下。

水轮发电机主要由转轮、定子、增速器、转子和端盖构成。转轮为筒形状，转轮圆周上设有多个带水道的水斗，即每个水斗具有一条独立的水道；每个水斗由容水仓和活塞腔构成，容水仓在转轮外壁上形成开口，活塞腔是隐藏在转轮上的，容水仓和活塞腔之间设有活塞板，为了限制水斗内活塞板的行程，在活塞腔的外侧设有限制活塞板行程的限位件（例如凸块等）；水道的内端通至对应水斗的活塞腔尾部，即构成相互独立水斗的隔板处，水道的外端要求不能与对应水斗同时处在进水区或排水区。定子设置在转轮内，随同转轮一起旋转。增速器的输入轴与定子连接，增速器的输出轴与转子连接。转子延伸进转轮内并与定子装配在一起，转子的两端通过轴承等部件装配在底座的前立架和后立架上，端盖将定子和转子做功段封装在转轮内。前述定子附着在转轮上、转子处在增速器中心，即定子连接增速器输入轴、转子连接增速器输出轴，在转轮的旋转下带动定子做旋转，定子通过增速器带动转子做高速旋转，以此使定子与转子之间形成转速差，实现做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生电流。

Claims (7)

1. 一种双向型全日连续潮汐发电系统，包括

-水库，所述水库分为主水库（1）和尾水库（2），主水库（1）和尾水库（2）相邻且相互独立；

-发电装置，所述发电装置为多台，它们并排安装在主水库（1）的水坝（3）坝基上，用于利用主水库（1）的储水或排水进行旋转发电； 

其特征在于：每台发电装置主要由底座（4）、水坝闸板、水轮发电机（15）和密封板构成；

-所述底座（4）固定在主水库（1）的水坝（3）坝基上，底座（4）为中空结构，底座（4）内设有四通的尾水流道（5），底座（4）顶面设有与尾水流道（5）相通的引流孔，底座（4）的前、后两侧以升降方式分别设有尾水第一闸板（6），底座（4）的左、右两侧以升降方式分别设有尾水第二闸板（7），通过对尾水第一闸板（6）和尾水第二闸板（7）的启闭控制将潮水引入主水库（1），或者将主水库（1）的排水引入流动水域或尾水库（2）内；所述底座（4）的前、后两侧对应设有向上延伸的前立架（8）和后立架（10）；所述底座（4）上前立架（8）和后立架（10）之间的左、右两侧分别以升降方式设有密封板；

-所述水坝闸板分为前闸板（9）和后闸板（11），前闸板（9）和后闸板（11）分别以升降方式对应在底座（4）的前立架（8）和后立架（10）处，前闸板（9）和后闸板（11）根据主水库（1）的储水和排水状态进行相应的启闭动作；

-所述水轮发电机（15）纵向布置在底座（4）顶部的前立架（8）和后立架（10）上，水轮发电机（15）的转轮（17）与底座（4）上的密封板以动密封配合，密封板在水轮发电机（15）上所围空间为转轮（17）的进水区，进水区以外的转轮（17）部分为排水区；所述水轮发电机（15）的转轮（17）圆周上设有多个带水道的水斗，每个水斗由容水仓（18）和活塞腔（20）构成，容水仓（18）和活塞腔（20）之间设有活塞板（19），水道的内端通至对应水斗的活塞腔（20）、外端与对应水斗不能同时处在进水区或排水区。

2.根据权利要求1所述双向型全日连续潮汐发电系统，其特征在于：所述进水区设有前后方向倾斜的动能方向罩（14），该动能方向罩（14）的倾斜开口部朝向水流。

3.根据权利要求2所述双向型全日连续潮汐发电系统，其特征在于：所述动能方向罩（14）的中部通过转轴铰装在底座（4）上的密封板上。

4.根据权利要求1所述双向型全日连续潮汐发电系统，其特征在于：所述每台发电装置内的水轮发电机（15）为一台或两台，当水轮发电机（15）为两台时，两台水轮发电机（15）之间的底座（4）顶面设有底密封板（16），两台水轮发电机（15）分别与底密封板（16）以动密封配合。

5.根据权利要求1或4所述双向型全日连续潮汐发电系统，其特征在于：所述水轮发电机（15）主要由转轮（17）、转子（22）、定子（21）和端盖构成，所述转轮（17）为筒形状，所述转子（22）设置在转轮（17）内，随同转轮（22）旋转，所述定子（21）延伸进转轮（17）内并与转子（22）装配在一起，定子（21）的两端装配在底座（4）的前立架（8）和后立架（10）上，端盖将转子（22）和定子（21）做功段封装在转轮（17）内。

6.根据权利要求1或4所述双向型全日连续潮汐发电系统，其特征在于：所述水轮发电机主要由转轮、定子、增速器、转子和端盖构成，所述转轮为筒形状，所述定子设置在转轮内，随同转轮旋转，定子与增速器的输入轴连接，增速器的输出轴与转子连接，所述转子延伸进转轮内并与定子装配在一起，转子的两端装配在底座的前立架和后立架上，端盖将定子和转子做功段封装在转轮内。

7.根据权利要求1所述双向型全日连续潮汐发电系统，其特征在于：所述水斗的活塞腔（20）外侧设有限制活塞板（19）行程的限位件。