CN204003256U - 一种潮流能捕获机构及发电装置 - Google Patents

Abstract

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。并公开了一套发电装置。理论上单机的功率可以实现兆瓦级别的发电。制作成本低，单位功率的制作成本与现有的风力发电设备的成本持平。通过其自身携带的升降机构，使得后期的维护和维修都得到简化。

Description

一种潮流能捕获机构及发电装置

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2011年申请了一种海流发电装置的实用新型专利，申请号为2011102370993，其中公开了部分结构，主要包括发电机、皮带轮、皮带、叶片和T形支架，其中的发电机通过皮带轮带动进行发电，皮带上安装有T形支架，T形支架上安装有叶片，叶片和T形支架之间通过折页进行连接。该装置使用时，皮带沿洋流的方向进行布置，上面的叶片与洋流的方向垂直在洋流的推动下做有用功，下面的叶片与洋流方向平行，逆流返回。实现带动带轮转动的目的，进而带动发电机发电。该装置利用洋流对叶片的推力进行发电，可以实现比较好的发电功能，但是在实际使用的过程中存在一定的冲击，主要表现在，在叶片转换方向的时候叶片和T形支架之间会产生冲击，同时带轮每旋转一周都会翻转两次，磨损比较严重。同时由于存在皮带机构，所以洋流中的砂石等杂物会使得传动机构中的皮带和转轴磨损严重，甚至会出现跑偏的现象，需要进一步的改进元完善。

上述结构的发电装备由于结构的限制，很难实现兆瓦级别的规模发电需求。现在的潮流能发电设备的研发方向为：大功率，尤其是能够实现兆瓦级别的大功率发电设备；低成本，包括制作成本和后期的维护成本都应该尽可能的低；使得安装和后期维修方便。

实用新型内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供一种潮流能捕获机构及发电装 置，首先是一种可以规模并网发电的设备，理论上单机的功率可以实现兆瓦级别的发电，二是，制作成本低，单位功率的制作成本与现有的风力发电设备的成本持平；三是，结构合理，通过其自身携带的升降机构，使得后期的维护和维修都得到简化。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：一种潮流能捕获机构，包括主轴、转轮、支撑杆件和翻转叶片，其特征在于，

所述转轮通过键连接或者焊接连接固定在主轴上，且在所述转轮的周向均匀的布置有至少四个支撑杆件，且在所述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，且在翻转叶片的两个翻转极限位置设有限位杆；

所述翻转叶片包括套筒、主面板和设置在外端的用于水流推动翻转叶片改变初始状态的迎水面板，所述套筒活动套置在支撑杆件上，所述主面板通过焊接或者螺钉连接的方式与套筒形成一体；且

所述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，所述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。

所述支撑杆件为沿转轮轴向成对设置的双杆，两支撑杆件的顶部通过连接片紧固连接，且在所述支撑杆件的中部设置有沿轴向设置的用于限制翻转叶片极限位置的限位杆，且所述主面板的一侧边与套筒固定连接，且所述迎水面板为自翻转叶片顶端向一侧折弯形成的。

所述翻转叶片为具有一定强度且耐腐蚀的金属叶片或者合金叶片，且在翻转叶片套筒中镶嵌有与支撑杆件进行转动配合的轴瓦元件。

所述支撑杆件为单杆，在所述支撑杆件的顶部固定一沿转轮轴向设置的限位杆，且在所述限位杆的两端分别设有沿支撑杆件对称设置的定轴或者定轴套，且所述定轴或者定轴套与所述支撑杆件平行设置，所述翻转叶片的背侧中央处设有一与所述定轴或者定轴套进行转动配合的转轴套或者转轴，且在所述限位 杆的两端分别设有对翻转叶片逆水状态进行限位的第二限位杆。

一种潮流能发电装置，包括框架、潮流能捕获机构、传动机构和发电机，其特征在于，

所述潮流能捕获机构为上述的潮流能捕获机构；

所述框架包括底盘和焊接在底盘上的用于支撑其他部件的立柱，所述底盘为具有内腔的壳体，且在所述底盘的顶部和底部分别设有空气进出口和进出水口，且在所述空气进出口和进出水口上分别设置有阀门；在所述底盘上设有用于固定用的通孔及固定用钻头，所述钻头穿过通孔并插入海底中；

所述潮流能捕获机构中的主轴两端通过转动元件安装在框架的立柱上且处于水平状态，至少两组潮流能捕获机构对称设置在底盘上侧；

所述传动机构包括差速器、联轴器和增速器，两所述主轴向中间延伸且分别连接到一差速器的输入端，所述差速器的输出端通过轴及联轴器连接到增速器，所述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。

还包括一固定辅助机构，所述固定辅助机构为一竖向布置的潮流能捕获机构，其中的所述主轴下端通过方轴结构或者花键结构与所述钻头顶部进行插接连接。

还包括一起升机构，所述起升机构包括缆绳、卷扬机、导向筒和绳轮，所述导向筒通过方轴结构或者花键结构与所述钻头进行插接连接，所述卷扬机固定在发电装置的安装空间内，且所述缆绳绕过框架上的绳轮后一端连接在导向筒的顶端，另一端缠绕在卷扬机中。

本实用新型的有益效果是：

1、安装方便，首先在陆地厂房内装配完毕，中空底盘使得整个装置可以漂浮在海面上，用拖船拖至安装地点，然后通过底盘上的空气进出口放气、进出水口进水后，整个装置下沉，利用潜水原理，最终落入海底，并通过固定辅助机构即可将钻头打入海床中进行固定。

2、运行平稳，潮流能捕获机构在运行的过程中，利用洋流对翻转叶片的进行推动，返程自动折叠，无冲击，运行平稳。同时，在传动系统中使用了差速器，使得各个潮流能捕获机构可以实现不同步的运行，发电过程中整个装置的稳定性很好。

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、可双向运行，海洋洋流一般每六个小时换向(涨潮或者退潮)一次，对应的翻转叶片进行转换方位，海洋涨潮和落潮时都可以实现发电，该功能的实现是通过翻转叶片的转换实现的，简单易行。

5、维修方便，通过设备中的卷扬机及缆绳可以实现自身的升降，且在升降过程中不需要额外的起吊船，降低了维护成本。

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为潮流能捕获机构样式一的立体图。

图2为图1中翻转叶片局部的剖视图。

图3为图1的主视图。

图4为潮流能捕获机构样式二的立体图。

图5为图4的主视图。

图6为发电装置的结构示意图。

图7为安装过程示意图。

图8为底盘充放气沉浮原理图。

图9为差速器的原理图。

图10为起升机构在该装置的安装示意图。

图11为升降过程示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图11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1、潮流能捕获机构2、传动机构3和发电机4。

潮流能捕获机构2，包括主轴21、转轮22、支撑杆件23和翻转叶片24。有两种主要结构形式。

如图1至图3，主轴21为一个长通轴，为采用不锈钢或者其他进行防腐处理的钢制轴类零件。转轮22为一个圆盘类零件，转轮22通过键连接或者焊接连接固定在主轴上，形成一个整体，同步转动，其中转轮的数量可以根据情况设置多个，数量越多，发电功率越大。在每一个转轮的周向均匀的布置有六对成对设置的支撑杆件23，上述的支撑杆件23两两一组沿转轮轴向成对设置，两支撑杆件的顶端通过连接片25紧固连接，形成一个矩形的轮廓，具有较强的强度。且在两支撑杆件的中部焊接限位杆26，用于限制翻转叶片的翻转角度，使得支撑杆件上的翻转叶片可在转轮轴向至径向90度范围内自由转动，如图1所示。

如图2所示，该翻转叶片24包括套筒241、主面板242和设置在外端的用于水流推动翻转叶片改变初始状态的迎水面板243。主面板242为平板，一侧边焊接在套筒上，且所述迎水面板243为自翻转叶片顶端向一侧折弯形成的，通常通过不锈钢板折弯的工艺即可制作形成，主面板242通过加强筋244直接与套筒241平行的焊接形成一体，上述套筒活动套置在支撑杆件上，并使用顶部的连接片25限位，这样翻转叶片是可以绕着支撑杆件进行转动的。容易理解的，所述主面板正面在迎水状态下，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，不做工。

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，且在翻转叶片套筒中镶嵌有与支撑杆件进行转动配合的轴瓦元件，使得翻转叶片转动自如和保证使用寿命。

具体的，翻转叶片的翻转过程跟潮流能的关系，可以参考图3所示的示意图。

图4、图5是潮流能捕获机构的另外一种变形，其结构形式为：

所述支撑杆件23’为单杆，直接焊接在转轮22’上。支撑杆件的顶部固定一沿转轮轴向设置的限位杆26’，限位杆垂直于支撑杆件，且在限位杆的两端分别设有沿支撑杆件对称设置的定轴套，且定轴套与所述支撑杆件平行设置，所述翻转叶片24’的背侧中央处通过两个轴座安装一个转轴，且该转轴至两个侧边的距离是不相等的，具体地说，该转轴距离翻转叶片外边沿的距离大于距离翻转叶片内边沿的距离，形成一个偏心结构，参考图5中。该转轴与定轴套进行转动配合，形成一个转动的活动连接27，使得翻转叶片可以绕着转轴转动，其中在偏心结构的作用下，使得翻转过程比较自由，同时保证在做功过程中，翻转叶片处于稳定状态。同时，在限位杆的两端分别设有对翻转叶片进行纵向限位的第二限位杆28，使得翻转叶片在顺流的方向下处于最小折叠面积状态，减小逆向阻力，同时防止其摆动。翻转叶片具有两种翻转状态，一个是做功的状态(图5上半部分)，另一种是逆流回位的状态(图5下半部分所示)，在做功状态下，展开面积尽量大，回位过程中，迎流面积尽量小。为实现翻转叶片的自动转动，在翻转叶片24’的顶端开一个豁口245，然后将豁口两侧的平板向两侧对称的折弯，形成一个Y字形布置的迎水面板243’，是一个Y形的迎水面板，当有水流冲击迎水面板时，由于水流作用，配合翻转叶片转轴的偏心结构，使得翻转叶片正面垂直与水流方向，如图5上半部分，在这一过程中，初始状态时迎水面板在起作用，然后整个面板都起到作用，所以翻转是十分快速的。

所述框架1包括底盘11和焊接在底盘上的用于支撑其他部件的立柱12，底盘11为具有内腔的壳体，可以采用不锈钢钢板焊接而成，在所述底盘11的顶部和底部分别设有空气进出口13和进出水口14，且在空气进出口和进出水口14上分别设置有阀门，通过充放气的方式使得底盘的浮力可调，类似潜水艇的原理，在内部为空气时底盘为浮体，浮在水面上，空腔中为海水时，下沉，形成一个底盘，安坐在海床上。在底盘11的下表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。

在所述底盘11的四个转角处设有用于固定用的通孔15，并在通孔中套置一个钻头5，该钻头5穿过通孔并在固定辅助机构的驱动下可以逐渐的插入海底中，实现底盘的固定，最终实现整个装置的固定，具体的固定过程将在后面的描述中进行说明。在本段中，钻头具有自动钻地的功能，同时也可以实现底盘的固定。

上述潮流能捕获机构中的主轴21两端通过转动元件16安装在框架的立柱上且处于水平状态，两组潮流能捕获机构对称设置在底盘上侧，这种对称结构可以最大程度的减少偏转力，使得整个装置的稳定性增强，同时也使得多组并列使用成为可能。

所述传动机构3包括差速器31、联轴器32和增速器33，两个潮流能捕获机构中的主轴21向中间连接到一差速器的输入端311，该差速器与汽车等场合中使用的差速器结构相同，如图9所示。该差速器的输出端312通过轴及联轴器连接到增速器33，增速器与发电机4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。

下面介绍固定辅助机构2’，所述的固定辅助机构2’为一竖向布置的潮流能捕获机构，原理和结构与潮流能捕获机构十分相似，且可以在水流的推动下转动，为钻地工作提供动力，不同之处在于，其中的主轴21’下端通过方轴结构或者花键结构61与钻头顶部进行插接连接，同时，将转轮与主轴结合之处设 计为花键结构61’，可以拆卸。

安装过程如下，首先将整个装置拖至安装地点，然后将底盘中的阀门打开，使得底盘中充入海水，下沉，下沉到位后将钻头穿入通孔中，将固定辅助机构中的竖杆与钻头固定，并将一个带有翻转叶片的转轮安装在竖杆的顶部，在洋流的作用下，竖轴转动，形成一个钻地的动作，这个过程持续几个小时，即可将钻头钻入低下，当达到预定的深度后，则空转，最后将固定辅助装置拆除即可。完成整个项目的固定工作。

下面对起升机构进行说明，所述起升机构包括缆绳、卷扬机、导向筒和绳轮，导向筒7为一圆筒，且导向筒通过花键结构61与所述钻头5进行插接连接，形成一体，所述卷扬机8固定在发电装置的安装空间内，卷扬机为电驱动设备，且缆绳81绕过框架上的绳轮后一端连接在导向筒7的顶端，另一端缠绕在卷扬机8中，其中卷扬机中的收绳轮可以加长，对四个缆绳同时进行同步回收。

该起升机构用于设备的维修，即，当设备损坏后，在每一个钻头上分别固定一个导向筒7，然后将卷扬机中的缆绳穿过绳轮后固定在导向筒的顶部，然后启动卷扬机，则在缆绳的牵引下，整个装置会沿着导向筒进行上升，直至浮到顶部，如图11所示的样子，在这个过程中，可以配合底盘中的充放气动作进行，使得过程比较顺利。最后维修人员即可对上浮后的设备进行维修。在这一过程中，导向筒和钻头形成四个导向柱，并在卷扬机的提升力的作用下，使得整个设备沿着导向柱上升，维修完毕后，卷扬机方向动作，可以实现设备按照原路线返回到海底，并进行固定即可。

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

Claims (7)

1.一种潮流能捕获机构，包括主轴、转轮、支撑杆件和翻转叶片，其特征在于，

所述转轮通过键连接或者焊接连接固定在主轴上，且在所述转轮的周向均匀的布置有至少四个支撑杆件，且在所述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，且在翻转叶片的两个翻转极限位置设有限位杆；

所述翻转叶片包括套筒、主面板和设置在外端的用于水流推动翻转叶片改变初始状态的迎水面板，所述套筒活动套置在支撑杆件上，所述主面板通过焊接或者螺钉连接的方式与套筒形成一体；且

所述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，所述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。

2.根据权利要求1所述的一种潮流能捕获机构，其特征在于，所述支撑杆件为沿转轮轴向成对设置的双杆，两支撑杆件的顶部通过连接片紧固连接，且在所述支撑杆件的中部设置有沿轴向设置的用于限制翻转叶片极限位置的限位杆，且所述主面板的一侧边与套筒固定连接，且所述迎水面板为自翻转叶片顶端向一侧折弯形成的。

3.根据权利要求1或2所述的一种潮流能捕获机构，其特征在于，所述翻转叶片为具有一定强度且耐腐蚀的金属叶片或者合金叶片，且在翻转叶片套筒中镶嵌有与支撑杆件进行转动配合的轴瓦元件。

4.根据权利要求1所述的一种潮流能捕获机构，其特征在于，所述支撑杆件为单杆，在所述支撑杆件的顶部固定一沿转轮轴向设置的限位杆，且在所述限位杆的两端分别设有沿支撑杆件对称设置的定轴或者定轴套，且所述定轴或 者定轴套与所述支撑杆件平行设置，所述翻转叶片的背侧中央处设有一与所述定轴或者定轴套进行转动配合的转轴套或者转轴，且在所述限位杆的两端分别设有对翻转叶片逆水状态进行限位的第二限位杆。

5.一种潮流能发电装置，包括框架、潮流能捕获机构、传动机构和发电机，其特征在于，

所述潮流能捕获机构为权利要求1至4中任意一项所述的潮流能捕获机构；

所述框架包括底盘和焊接在底盘上的用于支撑其他部件的立柱，所述底盘为具有内腔的壳体，且在所述底盘的顶部和底部分别设有空气进出口和进出水口，且在所述空气进出口和进出水口上分别设置有阀门；在所述底盘上设有用于固定用的通孔及固定用钻头，所述钻头穿过通孔并插入海底中；

所述潮流能捕获机构中的主轴两端通过转动元件安装在框架的立柱上且处于水平状态，至少两组潮流能捕获机构对称设置在底盘上侧；

所述传动机构包括差速器、联轴器和增速器，两所述主轴向中间延伸且分别连接到一差速器的输入端，所述差速器的输出端通过轴及联轴器连接到增速器，所述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。

6.根据权利要求5所述的一种潮流能发电装置，其特征是，还包括一固定辅助机构，所述的固定辅助机构为一竖向布置的潮流能捕获机构，其中的所述主轴下端通过方轴结构或者花键结构与所述钻头顶部进行插接连接。

7.根据权利要求5或6所述的一种潮流能发电装置，其特征是，还包括一起升机构，所述起升机构包括缆绳、卷扬机、导向筒和绳轮，所述导向筒通过方轴结构或者花键结构与所述钻头进行插接连接，所述卷扬机固定在发电装置的安装空间内，且所述缆绳绕过框架上的绳轮后一端连接在导向筒的顶端，另一端缠绕在卷扬机中。