专利名称：漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种潮流能双向发电装置，尤其是涉及一种漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置，能够利用海水的浮力将浮动装置漂浮在海面上，通过高速流动或者低速流动的潮流来推动水车式叶轮呈顺时针或者逆时针转动，最终实现双向发电的目的，属于一种水上潮流发电装置。
背景技术：
潮流能是一种蕴藏量极大、取之不尽、用之不竭、不需开采和运输、洁净无污染的可再生能源。建设潮汐电站不需要移民、不淹没土地、没有环境污染问题，而且潮汐能比风能、太阳能都更容易预测，所以广泛利用潮汐能发电将是大势所趋。目前与潮汐发电相关的技术进步极为迅速，现已有多种将潮汐能转变为机械能的机械设备，如螺旋桨式水轮机、轴流式水轮机、开敞环流式水轮机等，但是，建造这些利用潮汐能的双向发电装置都需要进行修建水池、筑提坝等大工程，从而导致现有的利用潮汐能的双向发电装置的制造成本高，结构复杂，安装不便，存在工作程序冗长而繁琐等不可忽视的缺陷。目前也有一些相对较好的利用潮汐能的发电装置，如
公开日为2010年11月24 日，公开号为CN101892936A的中国专利中，公开了一种折叠式竖轴潮流能发电装置，该折叠式竖轴潮流能发电装置采用连杆把叶片连接到主轴上，作用在叶片上的潮流能使主轴转动，主轴经增速齿轮箱及万向节驱动发电机发电，该种折叠式竖轴潮流能发电装置是固定安装在基座上的，安装不便，不便于维护和维修，对外部环境的适应能力较弱，难以达到全天候高效发电的目的。再如
公开日为2011年02月02日，公开号为CN201730734U的中国专利中，公开了一种直叶片垂直轴摆动式潮流能转换装置，该直叶片垂直轴摆动式潮流能转换装置包括叶片A、叶片B、叶片水平轴、叶片支座、主轴、副轴、主旋臂、副旋臂、底座以及发电机，该直叶片垂直轴摆动式潮流能转换装置也是固定安装的，对外部环境的适应能力弱，难以达到全天候高效发电的目的。又如
公开日为2010年06月02日，公开号为 CN101718M3A的中国专利中，公开了一种垂直轴潮流发电机的叶轮装置，该垂直轴潮流发电机的叶轮装置包括主轴及轮盘部分、轮辐部分和叶片及叶片连接部分，主轴及轮盘部分包括主轴、轮盘、连接槽、槽连接孔；轮辐部分包括轮辐板、轮辐板连接孔、限位腿、角度调节螺栓；叶片及叶片连接部分包括叶片、叶片箍、限位座；主轴及轮盘部分通过连接螺栓与轮辐部分连接，轮辐部分与叶片及叶片连接部分转动相连。该垂直轴潮流发电机的叶轮装置的结构设计不够合理，发电效率较低，使用不太方便。目前，水库式潮汐发电站的建设技术在国内外属于成熟的技术，但是，水库式潮汐发电站的建设门槛高，不适合一些海域的应用，如不适合舟山附近海域应用；目前开发的水下潮流能发电装置不适用于岛屿众多、地形多湾、水动力复杂、以及悬浮泥沙多、垃圾飘浮物多、潮流表面流速快、下层水流速度慢、受台风影响大等特点的海域，如无法适用于舟山海域，且该类水下潮流能发电装置还存在故障率高、水下安装维护费用高、适应范围窄等问题。
综上所述，目前还没有一种结构合理，安装方便，操作容易，发电效率高，制造成本低，易于布放安装和回收的潮流双向发电装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理， 安装方便，操作容易，发电效率高，制造成本低，易于布放安装和回收的漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置。本发明解决上述问题所采用的技术方案是该漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置包括发电机、变速装置和自动换向装置，所述发电机与变速装置相连接，所述变速装置与自动换向装置相连接，其特点在于还包括底板平台、叶片、转轴、轴承座、侧挡板、浮动平衡装置、潮流导向板和定位装置，所述底板平台中设置有一个叶轮孔，所述叶片安装在转轴上组成叶轮体，所述转轴呈水平结构安装在轴承座上，所述轴承座安装在底板平台上，所述叶轮体的上部露在底板平台上，所述变速装置与转轴相连接，所述侧挡板安装在叶轮体的两侧，所述浮动平衡装置和潮流导向板均安装在底板平台的底面，所述自动换向装置的下部位于底板平台下，所述定位装置安装在底板平台上。本发明所述浮动平衡装置包括浮筒，所述浮筒安装在底板平台的底面，该浮筒呈空心状结构。本发明所述潮流导向板安装在底板平台的底面，所述叶轮体的进水端和出水端均安装有潮流导向板上，所述潮流导向板之间相互对称且两两向外敞开，该潮流导向板之间的内间距小且外间距大。本发明所述侧档板呈圆形结构，该侧档板紧贴叶轮体的两侧，所述侧档板的直径大于叶轮的直径。本发明所述定位装置为链条和/或弹性架和/或锚。本发明还包括保护罩，该保护罩安装在底板平台上，所述保护罩的一侧或两侧设有门，所述发电机、变速装置、自动换向装置、转轴和轴承座均位于保护罩内。本发明所述底板平台上设有多个叶轮孔和多个叶轮体，所述多个叶轮体与一组或多组自动换向装置和发电机组相连接。本发明还包括气泵、调节浮筒，所述气泵安装在底板平台上，所述调节浮筒安装在底板平台的底面，所述调节浮筒的上部设置有进气管，该进气管与气泵相连接，所述调节浮筒的下部设置有进排水管。本发明还包括浮筒固定板，所述相邻的两个浮筒之间和/或相邻的两个调节浮筒之间和/或相邻的浮筒和调节浮筒之间均通过浮筒固定板相连接。本发明位于所述叶轮体的进水端和出水端同一侧的潮流导向板的内口径或外口径连为一体，该潮流导向板呈槽形结构安装在底板平面的底面。本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果结构简单，设计合理，布局科学，安装方便，发电效率高，制造成本低，易于布放安装和回收。本发明中叶片嵌套在转轴上组成叶轮体，该叶轮体通过轴承座固定在底板平台上，叶轮体的上部露在底板平台上，叶轮体的下部浸没在海水中，形似水上浮动水车。无论涨潮或落潮，整个装置在本身浮力和浮动平衡装置作用下，重力与浮力平衡使装置始终悬浮在海面上，保护叶片受力面积始终一致，使得叶片能够勻速的转动，提高水上发电装置的稳定性。而且叶片在转动时捕获潮流的作用力与叶片的作用点基本呈90°夹角，根据力学原理可知动能利用率高。本发明中的叶轮可以双向转动，捕获的潮流总量很多，发电的时间也会延长。本发明中的变速装置和自动换向装置为现有技术(专利号201010255892. 1)，变速装置与自动换向装置相连接，发电机与变速装置相连接，叶轮转动带动转轴转，通过变速装置最终带动发电机转动，通过变速装置的传动可以实现潮流发电功能，自动换向装置可以实现潮流顺时针或者逆时针都能双向发电的功能。本发明中的叶片是浮沉在海潮表层水流中的，并且宽大的叶片随流转动，不易被漂浮在表层或水中的垃圾、海藻、鱼贝类之类的物质缠绕打结、卡堵转轴等，在水流急的海面，海洋生物活动较少，减少不必要的刮擦事件。本发明中的叶片通常采用加杀菌配方的轻质合成塑料材料制造而成，不易滋生细菌，同时可以在转动时减少转动阻力，提高最低流速转动，本发明中的叶片也可采用合金材料等其它材料制成，本发明中叶片数量视水位宽度而定，可以是偶数也可是奇数排列。本发明中的潮流导向板安装在底板平台的底面，对流向叶轮体的潮流具有扩展引导的作用。即在叶轮四侧均装有向外敞开的斜板，当潮流涌来时，外口径范围内的水流被拦截，引流到集中拍击叶轮，使冲击叶片的水量和力度都大大增加，捕获更多的潮汐流，提高最低流速转动。本发明中的侧挡板位于叶轮体的两侧，潮流经过潮流导向板引导，集中流向叶轮体，覆盖叶片两侧的水流受挡板的阻挡，水流不会马上流向叶片的两边，而是兜集水量作用于叶片平面，加大了叶轮的推动力量，使得叶片快速均勻的进行正向或反向转动。本发明中的浮筒和调节浮筒直接与底板平台相连接，均可以为轻质的空心结构， 多个固定浮筒和/或调节浮筒之间由浮筒固定板进行固定。本发明中底板平台需要保持与水平面相平行的状态，这样就能够有效的消除涨潮和落潮时产生的水位差影响，保证发电功率稳定输出。通过改变浮筒和调节浮筒的数量或者浸入水中的体积大小来改变整个装置的浮力大小，可以确保该装置在水面上保持相对固定的垂直高度，使整个装置与海面保持水平平行。本发明中的气泵安装在底板平台上，气泵和调节浮筒能有效控制发电机的稳定性，即当水流快时，电流强，超过设定值时，气泵增压，调节浮筒内气压增大，平台上升，叶片接触水流减少，电流变弱，达到一个平衡点，从而使底板平台与水平面之间保持动态平行状态。本发明中的安全罩可以采用加抗菌成份的合成塑料材料制造而成，也可用合金等其它新材料代替，该安全罩的形状通常呈弧形，一侧或两侧设有门，方便检修部件，安全罩保护整个暴露在海面的部件，有利于延长设备的使用寿命。本发明中的定位装置可以采用链条一端连接在底板平台的一侧或两侧的结构，链条的另一端可以接连在海底或陆地，使得本发明不仅能够在单岛或双岛附近海域利用一侧或两侧的链条或弹性架活动固定安装，又能够在海中央利用海底铁锚、弹性架活动和铁链进行浮动固定。本发明的底板平台上可以设一个或多个叶轮孔、一个或多个叶轮体，能在同一海
5域安装一组或多组并列的发电机组共同发电。根据不同的地形和不同的条件，可以适当组合安装共同发电，适用面非常广，安装成本低，便于回收、维护和维修，降低了设备维护和维修所需的费用。
图1是本发明实施例中漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置的主视结构示意图。图2是图1中漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置置于海水中时的结构示意图。图3是图1的左视结构示意图。图4是图3中漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置置于海水中时的结构示意图。图5是本发明实施例中浮动平衡装置、转轴、轴承座、叶片、底板平台、侧挡板和潮流导向板之间的结构示意图。图6是图5中的装置置于海水中时的结构示意图。图7是图5的左视结构示意图。图8是图7中中的装置置于海水中时的结构示意图。图9是本发明实施例中浮动平衡装置、底板平台、保护罩、定位装置的结构示意图。图10是将图9中的装置置于海水中的结构示意图。图11是图9的左视结构示意图。图12是将图11中的装置置于海水中的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。实施例。参见图1至图12，本实施例中漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置包括浮动平衡装置1、转轴2、轴承座3、八片叶片4、底板平台5、两块侧挡板6、四块潮流导向板7、保护罩8、定位装置、发电机10、变速装置11和自动换向装置，其中，本发明中叶片4的片数可以根据实际需要进行选用。本实施例中的发电机10与变速装置11相连接，变速装置11与自动换向装置相连接，自动换向装置与转轴2相连接，其中本发明中的变速装置11和自动换向装置已为现有技术(专利号201010255892. 1)。在使用时，叶轮转动带动转轴2转动，通过变速装置11最终带动发电机转动，即变速装置11的传动可以实现潮流发电功能。本实施例自动换向装置的下部位于底板平台5下，且该自动换向装置的下部浸没在水中，可以根据潮流方向来改变变速装置11内部齿轮方向，可以实现本发明在潮流顺时针或者逆时针的情况下都能够双向发电的功能。本实施例中的叶片4均勻的安装在转轴2上组成叶轮体，该叶片4可以通过嵌套安装在转轴2上，转轴2安装在轴承座3上，该轴承座3安装在底板平台5上，本实例中的转轴2能够在轴承座3上转动。本实施例中的底板平台5可以为方形结构，底板平台5中设置有叶轮孔，本实施例中的轴承座3安装在叶轮孔两侧边中点，叶轮孔与叶轮体相匹配， 叶轮体位于叶轮孔中，当转轴2在轴承座3上转动时，叶轮体能够在叶轮孔中转动。本实施例中采用优选方案，也就是开设一个叶轮孔，且位于底板平台的中间，可以根据实际情况选择多个叶轮孔，且叶轮孔的位置可以调整。本实施例中的转轴2呈水平状安装在轴承座3上，即转轴与底板平台平行，底板平台与水面保持动态平行，也就是轴承与水面相对保持平行，叶轮体安装在转轴上，其上部露在底板平台5上，也就是说，叶轮体的下部浸没在海水100中，叶片4和海水100的接触面积始终保持一致，这样使得叶轮体在转动时捕获潮流的作用力与叶片4的作用点基本呈90 夹角，动能利用率高。叶轮体在使用过程中，当潮流夹带着漂浮在水中的漂浮物、海藻等扑向叶轮时，缠绕在叶片4周围的漂浮物、海藻等在叶轮宽大的叶片4推动力下，排到外侧的水流中或贴着叶片4上而带到叶轮的另一侧。本实施例中的四块潮流导向板7安装在底板平台5的底面，优选方案是安装在叶轮体的进水端和出水端，进口与出口同一侧的潮流导向板外口径连为一体，呈槽形安装在底板平面的底面。即在叶轮四侧均装有向外敞开的斜板，这样不会受到水中漂浮物的缠绕与夹隔，本实施例叶轮体的进水端和出水端同一侧的潮流导向板的内口径或外口径可以连为一体，该潮流导向板呈槽形结构安装在底板平面的底面。在使用时，外口径范围内的潮流被拦截，引流到集中拍击叶轻质叶片4，捕获更多的潮汐流，使冲击叶片4的水量和力度都大大增加，提高最低流速转动，叶轮转动的速度会加大，转动的时间会更长。本实施例中的侧挡板6为圆形结构，紧贴叶轮体的两侧，侧挡板6直径大于叶轮直径。在使用中，海流涌动使轻质叶片4表面立即受到呈90度角的冲击力，潮流导向板7将大范围的水流拦截，引导进入集中流向叶轮体，这时如果不设侧档板6，两侧的水流会从叶片空隙对外扩散，加设侧挡板6后，两侧的水流被阻断，水流不会马上流向叶片4的两边，而是兜集水量作用于叶片4平面，使得叶片4快速均勻进行正向或反向转动。本实施例中的浮动平衡装置1包括气泵101、浮筒102、调节浮筒103和浮筒固定板104，其中，调节浮筒103的个数为一个，浮筒102的个数为五个，本发明中浮筒102和调节浮筒103可以为轻质的空心浮力装置，浮筒个数和调节浮筒个数根据实际情况进行调节。本实施例中的气泵101安装在底板平台5上且位于保护罩8内，浮筒102和调节浮筒 103均安装在底板平台5的底面，调节浮筒103的上部设置有进气管105，该进气管105与气泵101相连接，调节浮筒103的下部设置有进排水管106。在使用时，浮筒102及调节浮筒103保持向上浮力，支持底板平台5以上部位均暴露并浮在水面，无论涨潮或落潮，整个装置在本身浮力和浮动平衡装置1的作用下，重力与浮力平衡使装置始终悬浮在海面上。本实施例中的气泵101产生的固定气压值能稳定控制调节浮筒103内部海水体积，底板平台5与水面保持设定的垂直高度。通过调节气泵气压大小，使底板平台5下浮力均勻分布。在使用时，根据整个装置的重量设好固定气压值，当水流快时电流强，超过设定值时，气泵增压，调节浮筒内气压增大，平台上升，叶片接触水流减少，电流变弱，达到一个平衡点，从而使底板平台5与水平面之间保持动态平行状态，不受潮汐水流速度和潮高的影响。
本发明中相邻的两个浮筒102之间和/或相邻的两个调节浮筒103之间和/或相邻的浮筒102和调节浮筒103之间均通过浮筒固定板104相连接，即在相邻的两个浮筒102 之间通过浮筒固定板104相连接，在相邻的两个调节浮筒103之间通过浮筒固定板104相连接，在相邻的浮筒102和调节浮筒103之间通过浮筒固定板104相连接。本发明中的浮筒102和调节浮筒103可以排列成方阵形结构。本实施例中的保护罩8安装在底板平台5上，发电机10、变速装置11、自动换向装置、转轴2、轴承座3、叶片4、侧挡板6和潮流导向板7均位于保护罩8内，本实施例中的保护罩8的一侧设有一扇门，也可以设两扇门。在使用时，潮流涌来时覆盖在装置上的水流碰到弧形罩面时冲击力减少，增加平衡性，在日常检测时只要打开保护罩8上的侧门便可查看内部组件，通过保护罩8能够对安装在平台装置上的设备起到良好的保护作用，有利于延长设备的使用寿命。本发明涉及到海洋能发电领域，将整个装置放在选定水域上，利用重力使浮筒 102、调节浮筒内部4浸入适当的海水，开启气泵101调整平台平衡度及水面高度，当调节浮筒103内海水100过多而气压不足时，气泵101自动产生空气压力输入进气管105，将多余的海水100排出筒外；反之，气压过小时，在筒外水压下可倒灌进入浮筒9内。在气压与水压的相互制衡相互调节下，浮筒浮力始终大于满足底板上重力的要求，随涨落潮与水平面保持动态平行，保证发电功率稳定输出。本实施例中的定位装置可以链条和/或弹性架和/或锚，本实施例中链条9的根数为四根，且链条9的一端均安装在底板平台5上。在安装使用时，定位装置可以顺应潮流使浮在水上装置上的叶轮体与潮流垂直，使叶片4接收到最大的推动力。根据安装位置和环境的不同，可以采用不同的安装固定方法，对于单岛，将装置一侧靠近岛并用弹性架活动固定，装置的两侧用链条9分别固定在岛上；对于双岛，将两条链条9分别固定在两岛上，中间多个并列；对于海中央，将多个底板平台5串并联在一起，周边四个角用铁锚在海底予以固定。能在同一水域固定安装或浮动安装一组或并列多组平台装置。本实施例在日常检修时，可以打开保护罩8侧门进行查看。如需进一步检修，增大气泵压力使平台上升，卸下两侧的定位装置，将整机从海水中抬起带回陆地检修。本发明的结构实用简洁，易于拆装和维修，不易受海面垃圾和漂浮物影响，潮流捕获的时间长、作用力大，双向推动力，推转勻速稳定，性能可靠，发电效率高。此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置，包括发电机、变速装置和自动换向装置，所述发电机与变速装置相连接，所述变速装置与自动换向装置相连接，其特征在于 还包括底板平台、叶片、转轴、轴承座、侧挡板、浮动平衡装置、潮流导向板和定位装置，所述底板平台中设置有一个叶轮孔，所述叶片安装在转轴上组成叶轮体，所述转轴呈水平结构安装在轴承座上，所述轴承座安装在底板平台上，所述叶轮体的上部露在底板平台上，所述变速装置与转轴相连接，所述侧挡板安装在叶轮体的两侧，所述浮动平衡装置和潮流导向板均安装在底板平台的底面，所述自动换向装置的下部位于底板平台下，所述定位装置安装在底板平台上。
2.根据权利要求1所述的漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置，其特征在于所述浮动平衡装置包括浮筒，所述浮筒安装在底板平台的底面，该浮筒呈空心状结构。
3.根据权利要求1所述的漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置，其特征在于所述潮流导向板安装在底板平台的底面，所述叶轮体的进水端和出水端均安装有潮流导向板上，所述潮流导向板之间相互对称且两两向外敞开，该潮流导向板之间的内间距小且外间距大。
4.根据权利要求1所述的漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置，其特征在于所述侧档板呈圆形结构，该侧档板紧贴叶轮体的两侧，所述侧档板的直径大于叶轮的直径。
5.根据权利要求1所述的漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置，其特征在于所述定位装置为链条和/或弹性架和/或锚。
6.根据权利要求1所述的漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置，其特征在于还包括保护罩，该保护罩安装在底板平台上，所述保护罩的一侧或两侧设有门，所述发电机、 变速装置、自动换向装置、转轴和轴承座均位于保护罩内。
7.根据权利要求1所述的漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置，其特征在于所述底板平台上设有多个叶轮孔和多个叶轮体，所述多个叶轮体与一组或多组自动换向装置和发电机组相连接。
8.根据权利要求2所述的漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置，其特征在于还包括气泵、调节浮筒，所述气泵安装在底板平台上，所述调节浮筒安装在底板平台的底面， 所述调节浮筒的上部设置有进气管，该进气管与气泵相连接，所述调节浮筒的下部设置有进排水管。
9.根据权利要求8所述的漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置，其特征在于还包括浮筒固定板，所述相邻的两个浮筒之间和/或相邻的两个调节浮筒之间和/或相邻的浮筒和调节浮筒之间均通过浮筒固定板相连接。
10.根据权利要求3所述的漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置，其特征在于位于所述叶轮体的进水端和出水端同一侧的潮流导向板的内口径或外口径连为一体，该潮流导向板呈槽形结构安装在底板平面的底面。
全文摘要
本发明涉及一种漂浮在水上的水车式潮流能双向发电装置。目前还没有一种结构合理，安装方便，发电效率高的潮流双向发电装置。本发明包括发电机、变速装置和自动换向装置，其特征是还包括底板平台、叶片、转轴、轴承座、侧挡板、浮动平衡装置、潮流导向板和定位装置，底板平台中设有叶轮孔，叶片安装在转轴上组成叶轮体，转轴安装在轴承座上，轴承座安装在底板平台上，叶轮体上部露在底板平台上，变速装置与转轴相连接，侧挡板安装在叶轮体两侧，浮动平衡装置和潮流导向板安装在底板平台底面，自动换向装置下部位于底板平台下，定位装置安装在底板平台上。本发明结构设计合理，安装方便，发电效率高，易于布放安装和回收。
文档编号B63B35/44GK102230445SQ201110157770
公开日2011年11月2日 申请日期2011年6月11日 优先权日2011年6月11日
发明者吴汉民 申请人:吴汉民