CN107939589B - 一种海底潮流能发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海底潮流能发电装置。装置基座(1)、叶片外框(2)、可自转小叶片(3)、凸轮(4)、凸轮从动件(5)、齿轮(6)、齿条(7)、旋转空心筒(8)、通轴(9)、同步轮(10)与同步带(11)。其中凸轮及其从动件控制可自转小叶片的自转。水流冲击时，存在力矩使整个装置绕轴线转动，包括旋转空心筒(8)、叶片外框(2)、可自转小叶片(3)、凸轮从动件(5)、齿条(7)和同步轮(10)，凸轮从动件(5)绕静止凸轮(4)转动，并沿其轨迹完成轴线方向运动，使齿轮(6)齿条(7)产生周期性运动，达到可自转小叶片(3)在指定位置达到指定状态的目的，使整个装置能持续转动，并达到较高的发电效率。

Description

一种海底潮流能发电装置
技术领域
本发明属于海底潮流能发电装置技术领域，具体地说是涉及一种适应潮流双向运动并且提高发电效率的竖轴式海底潮流能发电装置。
背景技术
21世纪随着世界经济、社会的发展，能源的可持续发展与环境保护已成为亟待解决的问题。化石能源的有限性和对人居环境的威胁，迫使我们加强对可再生资源的有效开发利用，而储量丰富、分布广泛的海洋潮流能极具开发前景和价值。2013年，在能源消费结构中，清洁能源比重提高近1个百分点。未来清洁能源的利用比重会进一步增加。
众所周知，潮汐是海水在月球、太阳等引力作用下形成的周期性海水涨落现象。海水的水平运动，即潮流，表现为动能。可以采用类似于海流发电方式来进行能量的利用。本设备就是一种新型潮流能发电装置，利用海水的动能进行发电蓄电以及衍生产业。世界上潮流能储量丰富的地区包括中国、英国、日本、韩国、新西兰和加拿大等地区。中国潮流能十分丰富。根据对130个水道统计，理论平均功率为13948.2MW/按海区分，以东海沿岸最多，有95个水道，理论平均功率为10958.15MW，占全国总量的78.6％，其次是黄海沿岸(12个水道，2308.38MW)。南海沿岸较少(23个水道，681.99MW).按省区分，以浙江省沿岸最多(37个水道，7090.28MW)，占全国一半以上，其次是台湾、福建、山东和辽宁。中国沿海潮流能密度较高的水道有：杭州湾北部、舟山金堂水道、舟山龟山水道、舟山西侯门水道、渤海海峡老铁山北侧、福建三都沃三都角西北部、山东北隍城北侧、长江口北港，以及台湾澎湖列岛渔翁岛西南。特别是舟山群岛，许多地方潮流速度达到4m/s以上，世界罕见，开发环境和条件很好，适宜建设大型潮流电站。
潮流能是可再生清洁能源，储藏量大；具有较强的规律性和可预测性；不需要拦海筑坝，大大缩短了建设周期；发电装置可固定于海底，可系泊于水中或漂浮于海面，不存在常规水电站建设中出现的占用农田，移民安置等问题。目前潮流能发电技术已达商业化应用阶段,一批兆瓦级商业潮流能发电装置已建成发电,一批大型潮流能发电场正规划建设中。在各种潮流能发电装置中,类似大型风力机的水平轴潮流能水轮机结构简单可靠、获能效率高、技术比较成熟,是目前世界各国重点关注的机型,也是目前应用较广的机型。除水平轴机型外,竖轴式潮流能水轮机也应用较广。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种既能在海里旋转发电的潮流能发电装置，又可以提高潮流能发电效率，提高能源利用率。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：
一种海底潮流能发电装置，包括装置基座、叶片外框、可自转小叶片、凸轮、凸轮从动件、齿轮、齿条、旋转空心筒、通轴、同步轮与同步带。其中凸轮及其从动件控制可自转小叶片的自转。
这种海底潮流能发电装置的工作原理是：
该装置的主要作用在两个方面：潮流能发电和提高竖轴式发电效率。在发电方面，通过水流推动可自转小叶片装置围绕通轴产生力矩带动同步轮转动，通过加速同步轮与同步带发电。
在提高效率方面，可自转小叶片初始位置为上部平行于水流，使水流从中间穿过，下部垂直于水流，水流冲击之，使整个装置绕通轴产生力矩激发转动效果，带动旋转空心筒和凸轮从动件绕通轴旋转，借助固定的凸轮上的周期性轨迹使凸轮从动件产生沿通轴轴线方向的运动，齿条和凸轮从动件相对静止，即同样产生沿通轴轴线方向的运动，齿轮与可自转小叶片相对静止，并和齿条紧密啮合，在齿条运动的同时，齿轮绕可自转小叶片轴线自转，最终实现可自转的周期性自转。通过整个流程减小了反向力矩，提高了发电效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
不仅仅有效地使竖轴式发电机持续进行发电，还借助巧妙的凸轮机构大大提高了发电效率，提高了能源利用率。
附图说明
图1是本发明一种海底潮流能发电装置的结构示意图。
图2为凸轮从动件结构示意图。
图3为齿轮结构示意图。
图4为凸轮从动件、齿条结构示意图。
图5是本发明一种海底潮流能发电装置的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1-5所示，整个装置通过基座稳定安置在海底，通过对海域水流勘察观测确定通轴9高度、叶片外框2尺寸和可自转小叶片3尺寸，并使互成180°的两个叶片外框2中的可自转小叶片3相互垂直。
各部件连接方式如下：可自转小叶片3固定在叶片外框2上，并可沿自身轴线转动；叶片外框2固定在旋转空心筒8上；旋转空心筒8两端插入固定的凸轮4；通轴贯穿凸轮4和旋转空心筒8，起支撑受力作用；凸轮从动件5与上述装置均同轴，套于凸轮4上，其爪状延长结构置于旋转空心筒8的卡槽中，卡槽即为水平方向运动轨迹；齿条7固定于凸轮从动件5的爪状延长结构上，并与可自转小叶片3端部的齿轮6紧密啮合。
具体运行流程如下：当海底存在水流流动时，通过冲击可自转小叶片3使整个装置旋转，带动旋转空心筒8和凸轮从动件5绕中心轴线旋转，在旋转的过程中，凸轮从动件5的接触点沿凸轮4预设轨迹完成轴线方向周期性移动，即保证齿条7沿轴线方向周期性移动，使齿轮6在一个周期绕装置轴线周转过程内完成顺时针自转90°、不自转静止、逆时针自转90°、不自转静止，进而使叶片在受正向力矩时受水流冲击，反向力矩时自转90°，使水流穿过，减小反向力矩，完成装置持续转动的同时，提高了发电效率。同步轮10轴线与装置轴线重合，即随整个装置旋转，通过同步带11传递到加速箱，完成发电。
本发明中涉及的未说明部份与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种海底潮流能发电装置，其特征是：包括装置基座（1）、叶片外框（2）、可自转小叶片（3）、凸轮（4）、凸轮从动件（5）、齿轮（6）、齿条（7）、旋转空心筒（8）、通轴（9）、同步轮（10）与同步带（11）；
可自转小叶片（3）固定在叶片外框（2）上，并可沿自身轴线转动；叶片外框（2）固定在旋转空心筒（8）上；旋转空心筒（8）两端插入固定的凸轮（4）；通轴贯穿凸轮（4）和旋转空心筒（8），起支撑受力作用；凸轮从动件（5）与旋转空心筒（8）、通轴（9）和同步轮（10）同轴，套于凸轮（4）上，其爪状延长结构置于旋转空心筒（8）的卡槽中，卡槽即为水平方向运动轨迹；齿条（7）固定于凸轮从动件（5）的爪状延长结构上，并与可自转小叶片（3）端部的齿轮（6）紧密啮合。
2.根据权利要求1所述的一种海底潮流能发电装置，其特征是通轴（9）、旋转空心筒（8）、凸轮（4）、凸轮从动件（5）在同一轴线上，由内向外依次为通轴（9）、旋转空心筒（8）、凸轮（4）和凸轮从动件（5）。
3.根据权利要求1所述的一种海底潮流能发电装置，其特征在于叶片外框和旋转空心筒（8）固定连接，旋转空心筒（8）和凸轮从动件（5）通过旋转空心筒（8）卡槽连接，在可自转小叶片受水流冲击时，能够一体式绕中心轴线转动。
4.根据权利要求1所述的一种海底潮流能发电装置，其特征在于凸轮（4）固定在基座上，其轴线和凸轮从动件（5）、旋转空心筒（8）的轴线一致。
5.根据权利要求1所述的一种海底潮流能发电装置，其特征是齿条（7）固定于凸轮从动件（5）爪状延伸结构上，并与齿轮（6）紧密啮合。
6.根据权利要求2所述的一种海底潮流能发电装置，其特征在于凸轮（4）轨迹的轴向最大位移等于齿轮（6）分度圆的1/4周长。
7.根据权利要求1所述的一种海底潮流能发电装置，其特征在于同步轮（10）固定于叶片外框（2）侧向，且轴线与中心轴线一致。
8.根据权利要求2所述的海底潮流能发电装置，其特征在于一个凸轮从动件（5）控制相对的一对叶片组，共2个凸轮从动件（5）控制2对4组叶片。
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