CN113279900A - 潮流能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潮流能发电装置，包括框架、潮流能捕获装置、传动机构和发电机，所述潮流能捕获装置将潮流能转换为旋转动能，并通过传动机构传递给发电机进行发电，在主轴上自上而下的固定至少一组潮流能捕获机构，所述潮流能捕获机构包括支架、叶片、拐臂和叶片安装轴，在叶片和叶片安装轴之间安装拐臂，拐臂使得该叶片在限定的90度范围翻转；每一组潮流能捕获机构中的叶片安装轴外端被一环形的道槽连接，所述道槽与合金刀具间隙配合，合金刀具安装在框架上。该装置是一种综合性能比较好的设备，综合考虑了制造、安装、维护和长期发电的诸多因素。

Description

潮流能发电装置

技术领域

该方案涉及一种潮流能发电装置，具体地说是一种利用海洋中潮流能进行 发电的装置。

背景技术

本申请人2013年申请了一种海流发电装置的发明专利，申请号为201310013680.6，其中公开了部分结构，包括发电机、皮带轮轴、皮带、叶片和 支架，所述发电机是通过皮带轮轴带动发电的，皮带上安装支架，支架上安装 叶片，其特征在于，还包括成对设置的楔形起波堤，至少两皮带轮轴平行安装 在起波堤之间，且在所述皮带轮轴上设有橡胶充气轮胎，所述皮带套置在橡胶 充气轮胎之间，所述起波堤和皮带之间设有轨道导向机构；所述支架上具有限 制叶片沿皮带轨道面前后摆动角度的限位挡块。该装置是一种综合性能比较好 的设备，综合考虑了制造、安装、维护和长期发电的诸多因素。

但是也存在结构限制，结构复杂，且难以实现瓦级别的规模发电需求。

再例如，201420248077.6公开了一种潮流能捕获机构及发电装置，其中潮 流能捕获机构，包括主轴、转轮、支撑杆件和翻转叶片，转轮固定在主轴上， 在转轮的周向均匀的布置有至少四个支撑杆件，且在支撑杆件上安装有可在转 轮轴向至径向90度范围内自由转动的翻转叶片，两个翻转极限位置设有限位杆； 翻转叶片包括套筒、主面板和迎水面板，主面板正面在迎水状态下可自动翻转 至与水流垂直的位置，主面板正面在逆水状态下可自动翻转90度至与水流平行 的位置。理论上单机的功率可以实现兆瓦级别的发电。

上述的翻转叶片是在不同高度上进行翻转的，即，大回转是在竖直面内完 成的。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种潮流能发电装置，首先是一种 可以规模化开发并网发电的设备，且可以满足模块化设计、分散性布置的发电 设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种潮流能发电装置，包括框架、潮流能捕获装置、传动机构和发电机，

所述潮流能捕获装置将潮流能转换为旋转动能，并通过传动机构传递给发 电机进行发电，其特征在于，

所述潮流能捕获装置中的主轴以竖直状态可转动的安装在框架内，且主轴 的上端通过传动机构与发电机建立动力连接；

在主轴上自上而下的固定至少一组潮流能捕获机构，所述潮流能捕获机构 包括支架、叶片、拐臂和叶片安装轴，所述叶片安装轴相对支架倾斜设置，所 述叶片通过定位轴套、挡圈和螺母安装在叶片安装轴上，且在叶片和叶片安装 轴之间安装拐臂，拐臂使得该叶片在限定的90度范围翻转；

每一组潮流能捕获机构中的叶片安装轴外端被一环形的道槽连接，所述道 槽与合金刀具间隙配合，合金刀具安装在框架上。

进一步地，所述道槽与叶片安装轴的外端通过螺母和挡片进行夹紧固定。

进一步地，所述叶片安装轴为阶梯轴，在叶片安装轴上靠近三角形支架 的一端设置有挡圈，挡圈的外侧为圆轴段，圆轴段的外侧为方轴段，方轴段的 外侧为螺纹段。

进一步地，所述拐臂是由折弯的钢管和位于钢管折弯处的轴套组成的，该 轴套与所述钢管之间垂直设置。

进一步地，所述合金刀具为蒙乃尔合金材料。

进一步地，所述主轴下端采用防腐结构：主轴的下端焊接固定开口朝下的防 护罩，该防护罩与主轴之间的空间形成水润滑轴承的安装空间，水润滑轴承浸 没在该安装空间内。

进一步地，所述框架的底部设置配重设施。

进一步地，所述传动机构包括锥齿轮和行星增速器，潮流能捕获机构中的 主轴上端通过锥齿轮改变动力方向，然后通过设置在锥齿轮和发电机之间的行 星增速器建立增速连接，增速器与发电机连接。

进一步地，所述传动机构包括液压马达、液压泵和液压管路系统，其中液 压泵中的动力轴与上述潮流能捕获机构中的主轴上端建立动力连接，液压马达 的动力输出轴与发电机轴之间通过联轴器建立连接。

本发明的有益效果是：

1、安装方便，该装置首先在陆地厂房内装配完毕，用拖船拖至安装地点， 吊装下沉，最终落入海底，并通过配重块实现固定。

2、运行平稳，本装置的潮流能捕获机构在运行的过程中，叶片在同一个水 平面内运行，叶片翻转更加自如，无冲击，运行平稳。

3、其中的潮流能捕获机构配合传动系统可以实现规模化的应用，理论上可 以多组同时使用，最终所有的动力都输入到发电机中，理论上可以实现兆瓦级 别的单机发电规模。

4、每一组潮流能捕获机构处于水平做工状态，可以满足海洋洋流任意方向 上的换向，即使海洋洋流做不规则的换向，本装置也可以很好的满足发电的要 求。

所以该装置是一种综合性能比较好的设备，综合考虑了制造、安装、维护 和长期发电的诸多因素。

附图说明

图1本发明的结构示意图。

图2为潮流能捕获机构的立体示意图。

图3为潮流能捕获机构的剖视图。

图4为潮流能捕获机构的工作原理示意图(水平面)。

图5为主轴上端与框架的轴承配合结构。

图6为主轴下端与框架的轴承配合结构。

图7为拐臂的结构图。

图8为定位轴套的断面图。

图9为叶片的断面图。

图中

100框架，

200潮流能捕获机构，210主轴，211水润滑轴承，212防护罩，213普通 轴承，220支架，230叶片，240拐臂，241钢管，242轴套，250叶片安装轴， 251挡圈，260定位轴套，

300传动机构，

400发电机，

500防缠绕结构，510道槽，520合金刀具，530辅助框。

具体实施方式

下面结合图1至图9所示的样式进行详细的描述。一种潮流能发电装置， 包括框架100、潮流能捕获机构200、传动机构300和发电机400。以及在潮流 能捕获机构和框架之间设置的防缠绕结构500。

其中，框架100采用耐腐蚀的建材，例如耐海水钢、合金钢、合金铝型材 等进行构建。本实施例中，框架是由横向、竖向组成的三维立体空间结构。

潮流能捕获机构200，包括支架220、叶片230、拐臂240、叶片安装轴250。

其中主轴210为竖向安装结构，即，主轴210的下端通过水润滑轴承211 及轴承座安装在框架的下部位置。主轴210的的上端通过普通轴承213及轴承 座安装在框架的上部，具体来说下端的水润滑轴承及轴承座结构参考图6，该处 的水润滑轴承211安装在主轴的下轴端，轴承座所在的主轴上焊接固定一个开 口朝下的防护罩212，该防护罩与主轴之间的空间形成水润滑轴承的安装空间， 通过在该空间内预先注入润滑油的方式，形成水润滑轴承的润滑防腐措施，即 水润滑轴承浸没在该空腔内，进一步地形成一种防腐措施。

水润滑轴承是指轴承直接在水中使用，不需要任何密封装置，考虑到海洋 洋流中的砂石等杂物，设计上述防护罩，并在防护罩212内预先注入润滑油或 润滑脂，可以进一步地提高主轴下端的转动效果。

上端的普通轴承及轴承座结构参考图5，其安装方式属于常规方式，不再赘 述。

上述的主轴210采用不锈钢或者其他进行防腐处理的钢制轴类零件，在主 轴210上自上而下的安装三组潮流能捕获机构，每一组潮流能捕获机构中设置 有四个，当然也可以为六个、八个或者十二个，根据需要进行设置即可，与主 轴共同形成潮流能捕获装置，本实施例仅仅作为一种便于描述的方式，将其定 义为四个。

每一根主轴210上可以安装一组、二组、三组或者多组潮流能捕获机构， 根据安装点的海洋深度进行合理设计。

潮流能捕获机构200包括三角形的支架220，该支架固定在主轴上，固定方 式可以为焊接或者螺栓连接，在支架的顶部设置有一个向下倾斜设置的叶片安 装轴250，该叶片安装轴有效的方式之一，向下倾斜的存在。

该叶片安装轴的具体结构如下：

该叶片安装轴250为阶梯轴，在叶片安装轴上靠近三角形支架的一端设置 有挡圈251，用于限制叶片的轴向移动，挡圈的外侧为圆轴段，圆轴段的外侧为 方轴段，方轴段的外侧为螺纹段，其中，在方轴段上依自内向外依次套置拐臂 240和定位轴套260，上述的圆轴段和定位轴套分别与叶片上的合页孔进行活动 配合，并在叶片230上设置有对定位拐臂进行位置限定，具体来说，该拐臂240 用于限制叶片在90度的方位内进行翻转。在叶片安装轴250的螺纹段使用挡圈 和螺母进行轴向限位，形成轴向约束，约束后，该叶片在轴向上受到两端的挡 圈的限制，在周向上受到定位拐臂的限制，使得该叶片在限定的90度范围内具有翻转的作用。

该拐臂240是由90度折弯的钢管241和位于钢管折弯处的轴套242组成的， 该轴套与上述的拐臂之间垂直设置。

拐臂的存在使得上述的叶片转动被限定在竖直和水平之间的90度范围内。

具体来说，在叶片逆水运行的过程中，该叶片处于水平状态，最大程度的 降低水流阻力。在叶片迎水运行的过程中，该叶片处于竖直状态，最大程度的 增加水流推力。

在叶片安装轴250的外端的螺纹段，也就是远离主轴的一端安装有防缠绕 结构500，该防缠绕结构的核心为一个环形的道槽510以及与该环形的导槽配合 的合金刀具520，该合金刀具优选蒙乃尔合金材料(蒙乃尔合金又称镍合金，是 一种以金属镍为基体添加铜、铁、锰等其它元素而成的合金)，该道槽510为 环形结构，该道槽通过四个固定点与四个叶片安装轴的外端通过螺钉进行紧固， 外观上形成一个环形体，用于形成和合金刀具形成配合，即，合金刀具与上述 的道槽之间形成配合，其中道槽510为动件，合金刀具为静止件。上述的圆环 形的道槽同时将四个叶片安装轴进行连接了起来，使得四个叶片安装轴形成一 种具有立体空间上的圆锥笼状结构，可以辅助的起到加强叶片安装轴的作用， 进而可以承受更大的叶片推力，并保持优异的形状。事实上，叶片的尺寸是数 米甚至十几米的大尺寸叶片，在海洋洋流的作用下，其受力非常大。这种推力 作用下，对于发电具有积极的意义。

合金刀具520安装在框架或者安装在框架的辅助框530上，该合金刀具为 定刀，道槽相对于该合金刀具具有运动的趋势。

上述的道槽510与合金刀具之间形成一种间隙的配合，形成切割结构，切 割具体原理是：当潮流中的网状或者绳状的杂物缠绕到叶片上，具体来说首先 缠绕到环形的道槽上，会随着潮流能捕获机构进行转动，当网状或者绳状的杂 物触碰到上述的合金刀具后，会被合金刀具切断，使得网状或者绳状的杂物被 切割成很多碎片或者碎段，变成碎段的、小的杂物会被水流带走，进而解决了 杂物缠绕潮流能捕获机构并造成停机的危险，尽管该现象是比较少见的。

为了提高叶片的刚度，该叶片230为具有一定厚度的蒙皮结构，即空心叶 片。具体来说，该叶片是由不锈钢钢板焊接制作的空壳结构，内部具有空腔。 这种结构设计更能够满足大尺寸设计的要求，并有利于增强叶片的刚度，例如， 满足10m×20m的大尺寸叶片的制作要求。

进一步地，将上述的叶片内部设置蜂窝状的空腔结构，进一步的提高叶片 的刚度，满足大尺寸的叶片的使用要求。

容易理解的，上述的叶片230在迎水状态下，在迎水面板的辅助下，可自 动翻转至与水流垂直的位置，此位置为做功位置。所述主面板正面在逆水状态 下，由于主面板受力，可自动翻转90度至与水流平行的位置，此状态为回位状 态，不做功。

容易理解，由于上述结构都是长期浸泡在海洋中的，所以要采用耐海水腐 蚀的不锈钢、钛镁合金等金属或者合金材料。

具体的，翻转叶片的翻转过程跟潮流能的关系，可以参考图2和图4所示 的示意图。

本实施例中的框架100安坐在海床上，并在框架底面设计为若干楔子状的 突起，可以与不平整的海底进行结合。

根据需要在该框架的底部位置设置配重块，或者对框架内部的钢管内腔中 注入水泥砂浆，增加该框架的稳定性。

通过增重的方式对框架进行底部固定。

传动机构300位于发电机400和主轴之间，具体来说，传动机构的功能是 将主轴的转动动能传递给发电机。

作为一种机械传动动力的方式，该传动机构300包括锥齿轮和行星增速器， 潮流能捕获机构中的主轴上端通过锥齿轮改变动力方向，然后通过设置在锥齿 轮和发电机之间的行星增速器建立增速连接，增速器与发电机连接，所述发电 机位于整个发电装置的顶部，通常情况下，该发电机位于海平面以上的部位。

作为一种机械传动动力的方式，该传动机构300包括液压马达、液压泵和 液压管路系统，其中液压泵中的动力轴与上述潮流能捕获机构中的主轴上端建 立动力连接，液压马达的动力输出轴与发电机轴之间通过联轴器建立连接，在 上述的液压马达和液压泵之间通过液压管路系统进行快速连接，即，动力的传 递方式为主轴机械能、液压泵液压能、液压马达机械能、发电机电能。通过这 种结构设计，可以通过选配合适的液压马达和液压泵，使得增速的目的，且这 种结构具有结构紧凑的特点。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发 明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员 对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.潮流能发电装置，包括框架、潮流能捕获装置、传动机构和发电机，

所述潮流能捕获装置将潮流能转换为旋转动能，并通过传动机构传递给发电机进行发电，其特征在于，

所述潮流能捕获装置中的主轴以竖直状态可转动的安装在框架内，且主轴的上端通过传动机构与发电机建立动力连接；

在主轴上自上而下的固定至少一组潮流能捕获机构，所述潮流能捕获机构(200)包括支架(220)、叶片(230)、拐臂(240)和叶片安装轴(250)，所述叶片安装轴相对支架倾斜设置，所述叶片通过定位轴套(260)、挡圈和螺母安装在叶片安装轴上，且在叶片和叶片安装轴之间安装拐臂，拐臂使得该叶片在限定的90度范围翻转；

每一组潮流能捕获机构中的叶片安装轴(250)外端被一环形的道槽连接，所述道槽(510)与合金刀具(520)间隙配合，合金刀具安装在框架上。

2.根据权利要求1所述的潮流能发电装置，其特征在于，所述道槽与叶片安装轴的外端通过螺母和挡片进行夹紧固定。

3.根据权利要求1所述的潮流能发电装置，其特征在于，所述叶片安装轴(250)为阶梯轴，在叶片安装轴上靠近三角形支架的一端设置有挡圈(251)，挡圈的外侧为圆轴段，圆轴段的外侧为方轴段，方轴段的外侧为螺纹段。

4.根据权利要求1所述的潮流能发电装置，其特征在于，所述拐臂(240)是由折弯的钢管(241)和位于钢管折弯处的轴套(242)组成的，该轴套与所述钢管之间垂直设置。

5.根据权利要求1所述的潮流能发电装置，其特征在于，所述合金刀具为蒙乃尔合金材料。

6.根据权利要求1所述的潮流能发电装置，其特征在于，所述主轴下端采用防腐结构：主轴(210)的下端焊接固定开口朝下的防护罩(212)，该防护罩与主轴之间形成轴承的安装空间。

7.根据权利要求1所述的潮流能发电装置，其特征在于，所述框架的底部设置配重设施。

8.根据权利要求1所述的潮流能发电装置，其特征在于，所述传动机构(300)包括锥齿轮和行星增速器，潮流能捕获机构中的主轴上端通过锥齿轮改变动力方向，然后通过设置在锥齿轮和发电机之间的行星增速器建立增速连接，增速器与发电机连接。

9.根据权利要求1所述的潮流能发电装置，其特征在于，所述传动机构(300)包括液压马达、液压泵和液压管路系统，其中液压泵中的动力轴与上述潮流能捕获机构中的主轴上端建立动力连接，液压马达的动力输出轴与发电机轴之间通过联轴器建立连接。

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