CN112833144A - 一种潮汐能发电用齿轮箱 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于潮汐能发电技术领域，本发明是这样实现的，一种潮汐能发电用齿轮箱，所述的齿轮箱为长圆柱形，具有大长径比，它包括输入主轴、行星齿轮传动机构、齿轮箱壳体、输出轴以及控制台；所述的输入主轴与装有水下桨叶的桨毂固联在一起，为输入主轴提供动力；所述的行星齿轮传动机构至少为两级，沿长度方向依次套装在输入主轴的外侧，末级行星齿轮传动机构的输出通过输出联轴器与输出轴相连，带动发电机转子。本发明可以根据潮汐能的大小改变输出轴输出端的转速，使输出轴的转速达到输出联轴器的额定标准，结构紧凑，传动比大并且可扩展，对潮汐能的利用率高。

Description

一种潮汐能发电用齿轮箱
技术领域
本发明涉及一种齿轮箱，尤其是一种利用潮汐能进行发电的大速比细长型齿轮箱。
背景技术
因月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量称为潮汐能，这种能量是永恒的、无污染的能量，潮汐能是一种不消耗燃料、没有污染、不受洪水或枯水影响、用之不竭的再生能源。
传统利用潮汐能发电项目都需要在合适的位置建立水坝进行蓄水，但是岸边的水库建设成本较高，并且影响海洋生态，新型的潮汐能输出联轴器组使用类似风力发电的水下叶片。但是，水流的能量较为分散，叶片的转速很低，远远不能达到常规输出联轴器转子的转速。
发明内容
本发明提供一种潮汐能发电用齿轮箱，旨在解决传统利用潮汐能发电项目都需要在合适的位置建立水坝进行蓄水，但是岸边的水库建设成本较高，并且影响海洋生态，新型的潮汐能输出联轴器组使用类似风力发电的水下叶片，水流的能量较为分散，叶片的转速很低，远远不能达到常规输出联轴器转子的转速的问题。
本发明是这样实现的，一种潮汐能发电用齿轮箱，所述的齿轮箱为长圆柱形，具有大长径比，它包括输入主轴、行星齿轮传动机构、齿轮箱壳体、输出轴以及控制台；
所述的输入主轴与装有水下桨叶的桨毂固联在一起，为输入主轴提供动力；
所述的行星齿轮传动机构至少为两级，沿长度方向依次套装在输入主轴的外侧，末级行星齿轮传动机构的输出通过输出联轴器与输出轴相连，带动发电机转子；
所述的齿轮箱壳体为一个封闭的腔体，用于支撑行星齿轮传动机构以及将齿轮箱于外界海水环境隔离。
进一步地，所述行星齿轮传动机构包括行星转架、行星内齿圈和太阳轮，所述行星齿轮传动机构由行星转架或者行星内齿圈输入，由太阳轮输出；后一级行星齿轮传动机构的输入部件与前一级行星齿轮传动机构的输出部件通过齿式联轴器或者花键联接。
进一步地，所述输入主轴的外壁装有输入主轴径向轴承一和输入主轴径向轴承二，且分别位于第一级行星齿轮传动机构的前后端，用于承受潮汐上下流速差带给主轴的弯矩；
所述输入主轴径向轴承一的后端依次装有输入主轴正向推力轴承和输入主轴反向推力轴承，前述推力轴承成对设置，用于承受水下桨叶传递过来的推力或者拉力。
进一步地，输入主轴通过定位止口与第一级行星齿轮传动机构的行星转架相连，输入主轴与第一级行星齿轮传动机构通过输入主轴径向轴承一和输入主轴径向轴承二进行轴向定位。
进一步地，所述输出轴与发电机的输入轴联接，所述输出轴上套装有测速齿轮；在前述测速齿轮的侧边安装测速传感器，所述测速传感器电性连接控制台。
进一步地，测速传感器采用霍尔传感器或者电涡流传感器。
进一步地，所述输出轴上设有制动装置，且制动装置位于联轴器对应的分段箱体上，所述制动装置包括制动盘、液压机构和复位弹簧，所述制动盘套装在联轴器上，液压机构和复位弹簧用于对制动盘进行钳式制动和释放，用以制动输出轴。
进一步地，所述输入主轴的前端与齿轮箱壳体连接处设有密封件；齿轮箱壳体根据结构进行分段，各分段之间采用螺栓连接，结合面用胶绳或者密封胶条进行密封；齿轮箱壳体的整体呈细长型，外径与输入主轴相当。
进一步地，该齿轮箱还设有进水传感器，所述进水传感器固定安装于齿轮箱壳体内部，所述进水传感器电性连接控制台。
进一步地，所述齿轮箱壳体内采用中空结构，所述中空结构能够供电力滑环或者液压油管通过，用于传递动力到桨毂位置，调整桨叶螺距。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的一种潮汐能发电用齿轮箱，采用多级行星齿轮传动，增速比可以超过100以上，以很低的输入转速最终也可以达到通用商业发电机的额定转速；齿轮箱内置制动器，可以在非工作时间对发电机组进行制动，减少电网的干扰；齿轮箱通过设置输入主轴正向和反向推力轴承，可以承受双向水流的推力，在不用调整齿轮箱方向的情况下，可以让发电机组实现双向发电；齿轮箱的中心部件是中空设计，可以为发电的叶片进行调整角度提供通道。
本发明的结构紧凑、传动比大，功能全面。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：1、输入主轴，2、齿轮箱壳体，3、行星齿轮传动机构，4、测速传感器，5、制动装置，6、密封件，7、输出联轴器，8、输入主轴径向轴承一，9、输入主轴径向轴承二，10、输入主轴正向推力轴承，11、输入主轴反向推力轴承，12、密封胶条，13、测速齿轮，14、进水传感器，15、输出轴，3-1、行星转架，3-2、行星内齿圈，3-3、太阳轮。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种潮汐能发电用齿轮箱，所述的齿轮箱为长圆柱形，具有大长径比，它包括输入主轴1、行星齿轮传动机构3、齿轮箱壳体2、输出轴15以及控制台；所述的输入主轴1与装有水下桨叶的桨毂固联在一起，为输入主轴1提供动力；所述的行星齿轮传动机构3至少为两级，沿长度方向依次套装在输入主轴1的外侧，末级行星齿轮传动机构3的输出通过输出联轴器7与输出轴15相连，带动发电机转子；所述的齿轮箱壳体2为一个封闭的腔体，用于支撑行星齿轮传动机构3以及将齿轮箱于外界海水环境隔离。
所述行星齿轮传动机构3包括行星转架3-1、行星内齿圈3-2和太阳轮3-3，所述行星齿轮传动机构3由行星转架3-1或者行星内齿圈3-2输入，由太阳轮3-3输出；后一级行星齿轮传动机构3的输入部件与前一级行星齿轮传动机构3的输出部件通过齿式联轴器或者花键联接；
所述输入主轴1的外壁装有输入主轴径向轴承一8和输入主轴径向轴承二9，且分别位于第一级行星齿轮传动机构3的前后端，用于承受潮汐上下流速差带给主轴的弯矩；
所述输入主轴径向轴承一8的后端依次装有输入主轴正向推力轴承10和输入主轴反向推力轴承11，前述推力轴承成对设置，用于承受水下桨叶传递过来的推力或者拉力。
在本实施方式中，潮汐能带动水下桨叶转动，将潮汐能转化为动能，进而驱动输入主轴1转动，输入主轴1的外壁设有至少两级行星齿轮传动机构3，使输出轴15的输出端的转速高于输入主轴1的输入端，进而提高潮汐能的利用率，齿轮箱的整体外形呈细长型，两级行星轮系的行星内齿圈3-2均为箱体的一部分，它们与齿轮箱壳体2构成一个封闭的齿轮箱壳体。其中：输入主轴1与第一级行星转架3-1通过止口与圆柱过盈联接并传递扭矩。两者通过两个径向滚动轴承即输入主轴径向轴承一8和输入主轴径向轴承二9进行支撑并承受叶片轮毂传递过来的弯矩，省去了第一级行星传动机构的支撑轴承，节省整个项目的成本；两个推力轴承即输入主轴正向推力轴承10和输入主轴反向推力轴承11将叶片传递的双向推力传递到箱体安装底座。
第一级行星齿轮传动机构经过增速降扭由太阳轮3-3输出，并通过花键联接传递到下一级行星齿轮传动机构的行星转架3-1。与第一级相同，经过增速降扭，最终由与太阳轮3-3相连的输出轴15输出。太阳轮通过联轴器7与发电机转子联接，带动转子旋转，最终由机械能转换为电能。
在本发明中，主轴推力轴承即输入主轴正向推力轴承10和输入主轴反向推力轴承11配对使用，可以承受由桨叶传递过来的双向水流带来的推力，如此，在不改变发电装置方向的情况下，在涨潮和落潮的情况下都可以利用潮汐能进行发电。
本实施例的行星齿轮传动机构为两级传动，在实际项目中，为了达到合适的转速，可以对传动机构进行扩展至3级、4级或更多，以实现合适的与发电机匹配的经济转速。
进一步地，输出轴15与发电机的输入轴联接，所述输出轴15上套装有测速齿轮13；在前述测速齿轮13的侧边安装测速传感器4，所述测速传感器4电性连接控制台；测速传感器4采用霍尔传感器或者电涡流传感器。
在本实施方式中，齿轮箱的输出轴15配置有测速装置，齿轮箱输出轴与发电机的输入轴联接，具有相同的转速，通过对输出轴转速的测量，可以为发电并网或者调整桨叶螺距作为依据；测速传感器4可以采用霍尔传感器或者电涡流传感器等一般测转速机构来实现，获取输出轴的转速，将转速信号输出到控制台，为发电并网或者调整叶片螺距作为依据。
进一步地，所述输出轴15上设有制动装置5，且制动装置5位于联轴器7对应的分段箱体上，所述制动装置5包括制动盘、液压机构和复位弹簧，所述制动盘套装在联轴器7上，液压机构和复位弹簧用于对制动盘进行钳式制动和释放，用以制动输出轴15。
在本实施方式中，齿轮箱的输出轴15配置有制动装置5，通过对输出轴15进行制动，可以停止整个齿轮箱的运行；制动装置5可以使用钳式制动器对固联在输出轴上的制动盘来实现，也可以使用其他的制动器如液压多片制动器等来实现。
进一步地，所述输入主轴1的前端与齿轮箱壳体2连接处设有密封件6；齿轮箱壳体2根据结构进行分段，各分段之间采用螺栓连接，结合面用胶绳或者密封胶条16进行密封；齿轮箱壳体2的整体呈细长型，外径与输入主轴1相当。
在实施例中，整个齿轮箱与外界的海洋环境存在动密封和静密封。输入主轴1的动密封面使用密封件6进行密封，由多道唇口油封进行密封，对外防止海水进入箱体内部，对内防止齿轮箱润滑油渗漏入海洋。各箱体分段之间使用密封胶条12和结合面密封胶实现箱体的静密封。
进一步地，该齿轮箱还设有进水传感器14，所述进水传感器14固定安装于齿轮箱壳体2内部，所述进水传感器14电性连接控制台。
在本实施例中，进水传感器14布置于箱体内部，通过水分传感器，对箱体内的水含量进行检测，如果超过设定值，将进水信号发送至控制台。
进一步地，所述齿轮箱壳体2内采用中空结构，所述中空结构能够供电力滑环或者液压油管通过，用于传递动力到桨毂位置，调整桨叶螺距。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种潮汐能发电用齿轮箱，其特征在于：所述的齿轮箱为长圆柱形，具有大长径比，它包括输入主轴(1)、行星齿轮传动机构(3)、齿轮箱壳体(2)、输出轴(15)以及控制台；
所述的输入主轴(1)与装有水下桨叶的桨毂固联在一起，为输入主轴(1)提供动力；
所述的行星齿轮传动机构(3)至少为两级，沿长度方向依次套装在输入主轴(1)的外侧，末级行星齿轮传动机构(3)的输出通过输出联轴器(7)与输出轴(15)相连，带动发电机转子；
所述的齿轮箱壳体(2)为一个封闭的腔体，用于支撑行星齿轮传动机构(3)以及将齿轮箱于外界海水环境隔离。
2.根据权利要求1所述的一种潮汐能发电用齿轮箱，其特征在于：所述行星齿轮传动机构(3)包括行星转架(3-1)、行星内齿圈(3-2)和太阳轮(3-3)，所述行星齿轮传动机构(3)由行星转架(3-1)或者行星内齿圈(3-2)输入，由太阳轮(3-3)输出；后一级行星齿轮传动机构(3)的输入部件与前一级行星齿轮传动机构(3)的输出部件通过齿式联轴器或者花键联接。
3.根据权利要求1所述的一种潮汐能发电用齿轮箱，其特征在于：所述输入主轴(1)的外壁装有输入主轴径向轴承一(8)和输入主轴径向轴承二(9)，且分别位于第一级行星齿轮传动机构(3)的前后端，用于承受潮汐上下流速差带给主轴的弯矩；
所述输入主轴径向轴承一(8)的后端依次装有输入主轴正向推力轴承(10)和输入主轴反向推力轴承(11)，前述推力轴承成对设置，用于承受水下桨叶传递过来的推力或者拉力。
4.根据权利要求3所述的一种潮汐能发电用齿轮箱，其特征在于：输入主轴(1)通过定位止口与第一级行星齿轮传动机构(3)的行星转架(3-1)相连，输入主轴(1)与第一级行星齿轮传动机构(3)通过输入主轴径向轴承一(8)和输入主轴径向轴承二(9)进行轴向定位。
5.根据权利要求1所述的一种潮汐能发电用齿轮箱，其特征在于：所述输出轴(15)与发电机的输入轴联接，所述输出轴(15)上套装有测速齿轮(13)；在前述测速齿轮(13)的侧边安装测速传感器(4)，所述测速传感器(4)电性连接控制台。
6.根据权利要求5所述的一种潮汐能发电用齿轮箱，其特征在于：测速传感器(4)采用霍尔传感器或者电涡流传感器。
7.根据权利要求1所述的一种潮汐能发电用齿轮箱，其特征在于：所述输出轴(15)上设有制动装置(5)，且制动装置(5)位于联轴器(7)对应的分段箱体上，所述制动装置(5)包括制动盘、液压机构和复位弹簧，所述制动盘套装在联轴器(7)上，液压机构和复位弹簧用于对制动盘进行钳式制动和释放，用以制动输出轴(15)。
8.根据权利要求1所述的一种潮汐能发电用齿轮箱，其特征在于：所述输入主轴(1)的前端与齿轮箱壳体(2)连接处设有密封件(6)；齿轮箱壳体(2)根据结构进行分段，各分段之间采用螺栓连接，结合面用胶绳或者密封胶条(16)进行密封；齿轮箱壳体(2)的整体呈细长型，外径与输入主轴(1)相当。
9.根据权利要求1所述的一种潮汐能发电用齿轮箱，其特征在于：该齿轮箱还设有进水传感器(14)，所述进水传感器(14)固定安装于齿轮箱壳体(2)内部，所述进水传感器(14)电性连接控制台。
10.根据权利要求1所述的一种潮汐能发电用齿轮箱，其特征在于：所述齿轮箱壳体(2)内采用中空结构，所述中空结构能够供电力滑环或者液压油管通过，用于传递动力到桨毂位置，调整桨叶螺距。
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