CN103953495B - 集流式自适应潮汐流发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集流式自适应潮汐流发电装置，包括集流器（1）、转轮、发电机（5）、转动轴（6）；所述转轮包括叶片（2）、叶片转动轴（3）、联接架（7）。在潮汐流动时，将该装置放置在海水中，集流器（1）的进水口对准潮汐流方向，潮汐流通过集流器（1）后带动转轮旋转，从而驱动发电机（5）发电。同时，转轮旋转时，在潮汐流作用下，叶片（2）绕叶片转动轴（3）在一定范围内转动，以减少潮汐流的阻力。本发明具有增加流体能量，提高输出功率，减小阻力，提高效率的功能；利用清洁、可持续的可再生能源发电，是减少二氧化碳排放、应对气候变化的主要措施。

Description

集流式自适应潮汐流发电装置

技术领域

本发明涉及一种集流式自适应潮汐流发电装置，特别涉及一种直接利用潮汐涨落所产生的海水流动的能量来驱动叶轮发电机工作从而获取电能的装置。

背景技术

电荒已对我国的经济发展产生巨大的影响，能源短缺已经成为当今世界影响经济发展的一个突出问题，节能减排、应对气候变化是世界各国所面对的共同责任，而火力发电除了要消耗大量的不可再生能源，还会对环境造成严重的污染。设计出一种不消耗不可再生能源，不会对环境造成污染，也不需要筑建水坝，能直接利用自然界存在的水流能量来发电的装置。

潮汐流能主要指由于潮汐导致的有规律的海水流动，潮汐流叶轮发电技术和风力发电相似，不在岸上建坝蓄水利用势能发电，而是直接把涡轮发电设备放在潮汐流中，利用潮汐流动的动能发电。潮汐流发电具有潮汐流稳定性好、规律性强、能流密度大、叶轮直径小等优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种集流式自适应潮汐流发电装置，是一种设在水中、直接以潮汐能量为动力的叶轮发电装置。该装置具有增加流体动能，提高输出功率，减小阻力，提高效率的功能，且使用时不消耗能源，无污染，结构简单。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种集流式自适应潮汐流发电装置，包括集流器、转轮、发电机、转动轴，所述转轮设置在集流器内部；

所述转轮包括叶片、叶片转动轴、联接架，所述叶片通过叶片转动轴安装在联接架上；所述联接架通过转动轴与发电机连接；

在潮汐流动时，将该装置放置在海水中，集流器的进水口对准潮汐流方向，潮汐流通过集流器后带动转轮旋转，从而驱动发电机发电，同时，转轮旋转时，在潮汐流作用下，叶片绕叶片转动轴在一定范围内转动，以减少潮汐流的阻力；所述一定范围的限定为：联接架上设置以叶片转动轴为圆心的弧形孔，叶片的两端设置凸出的圆柱体，圆柱体放入弧形孔中，以限制叶片绕叶片转动轴转动的范围。

作为本发明的进一步优化方案，所述集流器的进水口、出水口均为矩形，并呈曲线形向内部收缩。

作为本发明的进一步优化方案，所述集流器进水口的高度与转轮高度的比值为1.2～1.8，喉部的高度与转轮高度的比值为1.05～1.20，曲线形部分的长度与转轮高度的比值为0.2～0.8。

作为本发明的进一步优化方案，所述集流器进水口的宽度与转轮直径的比值为1.2～1.8，喉部的宽度与转轮直径的比值为1.05～1.20。

作为本发明的进一步优化方案，所述叶片截面的凹面曲率半径与叶片进口边缘到出口边缘的长度的比值为0.5～1.0，截面的凸面圆的半径与叶片进口边缘到出口边缘的长度的比值为0.3～0.8。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本发明中集流器的设计，使流经转轮的潮汐流的流体加速，有效提高了发电装置的输入动能；

（2）本发明中转轮的设计，在转轮旋转时，叶片在潮汐流的流体作用下，可围绕叶片轴在一定范围内转动，减少了流体阻力，可显著提高效率；

（3）本发明的转轮设计具有双向运行的功能，因涨潮落潮而潮汐流流动方向改变时，不需进行叶轮装置安装方向及叶片安装旋转，省去了复杂的整机调向设备和叶片旋转调节机构，结构简单可靠，整机重量减轻；运行时不需进行整机调向和叶片旋转，操作方便简单；不需整机调向和叶片旋转驱动设备，本身耗能少；

（4）本发明使用时不消耗能源，无污染，结构简单，综合效率高、经济效益好，对提高我国潮流能发电技术和水平具有很大的实用价值，减小二氧化碳排放、保护环境、促进就业等具有很大社会和经济效益。

附图说明

图1是本发明的装置纵向示意图。

图2是本发明的平面示意图。

图3是本发明中弧形孔设置示意图。

图4是本发明中限位块设置示意图。

其中，1-集流器；2-叶片；3-叶片转动轴；4-圆柱体；5-发电机；6-转动轴；7-联接架；8-限位块；H1-转轮高度；H2-集流器喉部的高度；H3-集流器1进水口的高度；D1-转轮直径；L1-叶片进口边缘到出口边缘的长度；L2-集流器曲线形部分的长度；R1-叶片截面的凹面曲率半径；R2-叶片截面的凸面圆的半径；θ-叶片旋转角度。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明设计一种集流式自适应潮汐流发电装置，如图1所示，包括集流器1、转轮、发电机5、转动轴6，所述转轮设置在集流器1内部；

所述转轮包括叶片2、叶片转动轴3、联接架7，所述叶片2通过叶片转动轴3安装在联接架7；所述联接架7通过转动轴6与发电机5连接；

在潮汐流动时，将该装置放置在海水中，集流器1的进水口对准潮汐流方向，潮汐流通过集流器1后带动转轮旋转，从而促使发电机5发电，同时，转轮旋转时，在潮汐流作用下，叶片2绕叶片转动轴3在一定范围内转动，以减少潮汐流的阻力。

所述集流器1的进水口、出水口均为矩形，并呈曲线形向内部收缩。集流器1进水口的高度H3与转轮高度H1的比值为1.1～1.5，喉部的高度H2与转轮高度H1的比值为1.05～1.10，曲线形部分的长度L2与转轮高度H1的比值为0.2～0.8。

如图2所示，集流器1进水口的宽度W2与转轮直径D1的比值为1.1～1.5，喉部的宽度W1与转轮直径D1的比值为1.05～1.10。

如图3所示，所述叶片2截面的凹面曲率半径R1与叶片进口边缘到出口边缘的长度L1的比值为0.5～1.0截面的凸面圆的半径R2与叶片进口边缘到出口边缘的长度L1的比值为0.3～0.8。

所述叶片2绕叶片转动轴3转动的一定范围的限定可以通过以下两种设计实现：

如图3所示，一种为联接架7上设置以叶片转动轴3为圆心的弧形孔，叶片2的两端设置凸出的圆柱体4，圆柱体4放入弧形孔中，以限制叶片2绕叶片转动轴3转动的范围，可旋转角度θ为弧形孔的圆心角；

另一种为联接架7上设置限位块8，以限制叶片2绕叶片转动轴3转动的范围，可旋转角度θ为两个限位块8之间的夹角，如图4所示。

本发明的具体实施方式如下：

在海上有潮汐流的地方，若海水较浅，通过基础支撑架将装置固定在海底；若海水较深，通过浮体悬吊将装置固定在海中。

实施例1

集流器1的进水口对准潮汐流的方向，叶片2装在联接架7上，并把叶片2上的圆柱体4插入联接架7上的弧形孔内。

在潮汐流动时，潮汐流通过集流器1后带动转轮旋转，从而促使发电机5发电；同时，转轮旋转时，在潮汐流作用下，叶片2绕叶片转动轴3在联接架7上的弧形孔限定的范围内转动，以减少潮汐流的阻力，提高了转轮输出功率，提高了转轮能量转换效率。

实施例2

集流器1的进水口对准潮汐流的方向，叶片2装在联接架7上，并把叶片2放置在两个限位块8之间。

在潮汐流动时，潮汐流通过集流器1后带动转轮旋转，从而促使发电机5发电；同时，转轮旋转时，在潮汐流作用下，叶片2绕叶片转动轴3在联接架7上的限位块8限定的范围内转动，以减少潮汐流的阻力，提高了转轮输出功率，提高了转轮能量转换效率。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种集流式自适应潮汐流发电装置，其特征在于，该装置包括集流器（1）、转轮、发电机（5）、转动轴（6），所述转轮设置在集流器（1）内部；

所述转轮包括叶片（2）、叶片转动轴（3）、联接架（7），所述叶片（2）通过叶片转动轴（3）安装在联接架（7）上；所述联接架（7）通过转动轴（6）与发电机（5）连接；

在潮汐流动时，将该装置放置在海水中，集流器（1）的进水口对准潮汐流方向，潮汐流通过集流器（1）后带动转轮旋转，从而驱动发电机（5）发电，同时，转轮旋转时，在潮汐流作用下，叶片（2）绕叶片转动轴（3）在一定范围内转动，以减少潮汐流的阻力；

所述一定范围的限定为：联接架（7）上设置以叶片转动轴（3）为圆心的弧形孔，叶片（2）的两端设置凸出的圆柱体（4），圆柱体（4）放入弧形孔中，以限制叶片（2）绕叶片转动轴（3）转动的范围。

2.根据权利要求1所述的一种集流式自适应潮汐流发电装置，其特征在于，所述集流器（1）的进水口、出水口均为矩形，并呈曲线形向内部收缩。

3.根据权利要求2所述的一种集流式自适应潮汐流发电装置，其特征在于，所述集流器（1）进水口的高度（H3）与转轮高度（H1）的比值为1.2～1.8，喉部的高度（H2）与转轮高度（H1）的比值为1.05～1.20，曲线形部分的长度（L2）与转轮高度（H1）的比值为0.2～0.8。

4.根据权利要求2所述的一种集流式自适应潮汐流发电装置，其特征在于，所述集流器（1）进水口的宽度（W2）与转轮直径（D1）的比值为1.2～1.8，喉部的宽度（W1）与转轮直径（D1）的比值为1.05～1.20。

5.根据权利要求1所述的一种集流式自适应潮汐流发电装置，其特征在于，所述叶片（2）截面的凹面曲率半径（R1）与叶片进口边缘到出口边缘的长度（L1）的比值为0.5～1.0，截面的凸面圆的半径（R2）与叶片进口边缘到出口边缘的长度（L1）的比值为0.3～0.8。