一种双塔式垂直轴平面片洋流发电装置的制作方法

本发明涉及深海洋流中的一种发电装置，特别涉及一种双塔式垂直轴平面片洋流发电装置。

背景技术：

目前发电装置的种类很多，如火力发电、水力发电、风力发电、核电等发电装置。但存在很多问题，如火力发电，大量燃烧带来的二氧化碳污染、燃煤污染等；再如风力发电，的确属于清洁能源，但是风力发电受到地域限制，风力并不是一致保持一种状态，且现有的风力发电机投资千万，投入资金过大，投入产出比小；又如水力发电，也是一种清洁能源，现有的水力发电方式主要是筑坝蓄水发电，这种方式对环境带来的影响暂时无法衡量，但其投资也是巨大。因此，现有技术中提到的设备均存在一定的问题，如何能更好的减少投资又能更多的获得自然清洁的能源是本领域技术人员必须面对的挑战。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种设备投入少、实用性强、发电功率满足要求的双塔式垂直轴平面片洋流发电装置。

本发明的解决方案是：一种双塔式垂直轴平面片洋流发电装置；其包括：

主支架；

两个旋转框架，每个旋转框架包括三个叶片机构和一个中心转轴，三个叶片机构呈米字型，且米字型中心通过中心转轴转动安装在主支架上，使三个叶片机构相对主支架旋转；每个叶片机构包括多个扇板，每个扇板多个叶板组件，每个叶板组件包括叶板框、叶板、叶板轴；叶板通过叶板轴安装在叶板框上；叶板包括位于同一平面上的叶片部一和叶片部二，叶片部一和叶片部二均固定在叶板轴的侧壁上，且分别位于叶板轴的相对两侧；叶板框的内侧上设置一圈内沿，内沿的尺寸满足：叶片部一无法通过叶板框而抵持在内沿上，但允许叶片部二通过叶板框，且在叶片部一抵持在内沿上时，整个叶板遮盖内沿圈成的窗口；

多个浮筒，其安装在主支架上，和/或扇板上且靠近相应中心主轴的区域；

水下自平衡机构，其用于使整个双塔式垂直轴平面片洋流发电装置在深海且在洋流波动的情况下依旧保持水平悬浮，包括两个水下压力检测传感器、两个密封的水箱、双向泵、若干管道；其中一个水下压力检测传感器和其中一个水箱均安装在主支架一侧上，其中另一个水下压力检测传感器和其中另一个水箱均安装在主支架的相对另一侧上，且两个水下压力检测传感器和两个水箱在主支架上安装高度均相同；双向泵安装在主支架的顶部，且通过若干管道和两个水箱分别相通；两个水下压力检测传感器与双向泵的控制器电性连接，所述控制器在两个水下压力检测传感器产生的两个压力检测值存在偏差时，根据所述偏差控制双向泵调解两个水箱之间的相对储水量。

作为上述方案的进一步改进，所述双塔式垂直轴平面片洋流发电装置还包括与两个旋转框架相对应的两个副支架，两个副支架相互平行且垂直固定在主支架上，中心转轴安装在相应副支架上且与主支架垂直固定的区域。

作为上述方案的进一步改进，中心转轴的两端采用轴承机构，所述轴承机构包括：

固定连接部，其为一端呈封闭的圆桶；

轴连接器，其一端外侧壁上设置有环绕轴连接器的支撑板且端面上设置有承重柱，同时承重柱和支撑板收容在固定连接部内，其另一端与中心转轴共轴连接，支撑板与固定连接部的内侧壁存在间隙一；

多个止推滚珠，其收容在固定连接部内且环绕承重柱而布置，并且满足：每个止推滚珠的顶部和轴连接器具有承重柱的端面相切，每个止推滚珠的底部和固定连接部的底壁相切，每个止推滚珠的一侧和承重柱的外侧壁相切，每个止推滚珠的相对另一侧和固定连接部的内侧壁相切，承重柱悬空在固定连接部的底壁上；

压板，其固定在轴连接器的外侧壁上且位于支撑板远离止推滚珠的一侧，并收容在固定连接部内，压板环绕轴连接器且与固定连接部的内侧壁之间存在间隙二；

多个旋转滚珠，其收容在主要由轴连接器、压板、固定连接部、支撑板围成的收容腔内且环绕轴连接器而布置，旋转滚珠的直径小于止推滚珠的直径且上、下、左、右四个方位均与收容腔的内壁相切。

作为上述方案的进一步改进，叶片部一和/或叶片部二上开设至少一个导流孔。

作为上述方案的进一步改进，叶板轴固定在叶板的三分之二处；叶片部一占叶板的三分之二，叶片部二占叶板的三分之一。

作为上述方案的进一步改进，两个水箱的水量之和为一个水箱的容积。

作为上述方案的进一步改进，所述控制器内存储有查询表，所述查询表表征两个压力检测值的偏差和双向泵的运行参数之间的关系，双向泵的运行参数包括运行方向、运行时间。

作为上述方案的进一步改进，两个压力检测值的偏差和双向泵的运行参数之间的关系通过实验数据拟合得到。

作为上述方案的进一步改进，每个旋转框架还包括将三个叶片机构连接在一起的加强筋。

作为上述方案的进一步改进，同一个叶片机构上的多个扇板相互平行，且与相应中心转轴垂直固定，并以相应中心转轴对称布局。

本发明的有益效果是：以主支架、副支架(最好采用)及浮筒配合完成整个装置在洋流中的平衡定位，水下自平衡机构能实现悬浮位置平衡及维护需要，旋转框架设置多个扇板，并利用加强筋和连接杆解决悬臂问题，使整个结构能适应洋流环境的工作需要，而叶板轴位置的调整彻底解决了叶板工作卡壳的问题，整体结构设计合理，本装置投入低于同等发电量的风力发电。

附图说明

图1为本发明双塔式垂直轴平面片洋流发电装置的俯视线条示意图。

图2为图1的主视图，其中为了更好的展示叶片机构的结构，隐藏了图1中交叉的两个叶片机构。

图3为图2中的中心转轴采用的轴承机构示意图。

图4为图2中叶板组件的结构示意图。

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，本发明的双塔式垂直轴平面片洋流发电装置包括一个主支架2、两个旋转框架、多个浮筒5、一个水下自平衡机构、两个副支架3。

浮筒5用于将整个装置悬浮于深海中，浮筒5可安装在主支架2，也可以安装在两个旋转框架上，还可以在主支架2和两个旋转框架上都安装。

在本实施例中，主支架2和副支架3框架结构上设置多个浮筒5，其中位于主支架2和副支架3端部的浮筒为调节浮筒，通过控制调节浮筒调整装置框架1(可采用一个主支架2、两个旋转框架构成)的位置及控制平衡。浮筒5安装在框架1内，分为预先设置好浮力的浮筒和具有调节能力的调节浮筒，浮筒5为整个装置提供浮力，调节浮筒设置在主支架和副支架的端部位置，有利于控制和调节整个装置框架的位置平衡。

调节浮筒可以采用图2中的水箱实现。水下自平衡机构用于使整个双塔式垂直轴平面片洋流发电装置在深海且在洋流波动的情况下依旧保持水平悬浮，包括两个水下压力检测传感器13、两个密封的水箱14、双向泵16、若干管道15。

两个水箱14的水量之和为一个水箱14的容积，两个水箱14可焊接在主支架2上。两个水箱14除了通过管道15相连的部分，其他部分应该保持密封，水箱14中的水应该保持一箱的量，即两个水箱14的水量加在一起是一箱的水量，其他体积部分可通过空气填充。当然，封闭的水箱14里的水和空气的比例应根据实际需要进行相应的调整，以达到合适的效果。

其中一个水下压力检测传感器13和其中一个水箱14均安装在主支架2一侧上，其中另一个水下压力检测传感器13和其中另一个水箱14均安装在主支架2的相对另一侧上，且两个水下压力检测传感器13和两个水箱14在主支架2上安装高度均相同。

双向泵16安装在主支架2的顶部，且通过若干管道15和两个水箱14分别相通。两个水下压力检测传感器13与双向泵16的控制器电性连接，所述控制器在两个水下压力检测传感器13产生的两个压力检测值存在偏差时，根据所述偏差控制双向泵16调解两个水箱14之间的相对储水量。

控制双向泵16从与压力检测值较大的水下压力检测传感器13相对应的水箱14抽水至与压力检测值较小的水下压力检测传感器13相对应的水箱14内，使两个水下压力检测传感器13再次产生的两个压力检测值相同，从而水下自平衡机构使主支架2在深海且在洋流波动的情况下依旧保持水平悬浮。

所述控制器内存储有查询表，所述查询表表征两个压力检测值的偏差和双向泵16的运行参数之间的关系，双向泵16的运行参数包括运行方向、运行时间。两个压力检测值的偏差和双向泵16的运行参数之间的关系可通过实验数据拟合得到。这种查表方式，能够控制双向泵16迅速调解两个水箱14之间的储水量，快速平衡主支架2。

本发明双塔式垂直轴平面片洋流发电装置应用水下自平衡机构时，水下自平衡机构的数量可以为本实施例的一个，也可以为两个甚至更多。双塔式垂直轴平面片洋流发电装置应用两个水下自平衡机构时，两个水下自平衡机构可平行设置在主支架2上，也可呈十字交叉分布式设置在主支架2上，两个双向泵16的运行参数在试验数据拟合时要比单个双向泵16复杂，但是也能做出合理的运行参数。

水下自平衡机构首先通过两个水下压力检测传感器13检测两端的水压是否是相同，以此来判断整个装置在水下是否水平，通过判断两个水下压力检测传感器13的值是否相同从而控制双向泵16的开启、关闭和方向。从而将两个水箱14的水进行重新分配，从而使得整个装置在水下进行自平衡调节，从而使得整个深海洋流发电平台在水下能够达到平衡状态。双向泵16通过判断两个水下压力检测传感器13的值的大小是否相同，从而决定双向泵16的工作状态(方向、开启或者关闭)。

请再次参阅图2，每个旋转框架包括三个叶片机构4和一个中心转轴11。三个叶片机构4尽量圆周均分，360度均分，能平稳地接收洋流能量和减少单个叶片机构4存在的问题，使其发电均衡。三个叶片机构4可呈米字型，且米字型中心通过中心转轴11转动安装在主支架2上，使三个叶片机构4相对主支架2旋转。

由于充分考虑到洋流的力度，可将整个装置延长，主支架2顺洋流方向，而副支架3与洋流方向垂直，设置多个副支架3、浮筒5以及旋转框架有效的控制了整个装置框架的位置不会因为洋流推动旋转框架而产生旋转。

请结合图3，中心转轴11的两端采用轴承机构，所述轴承机构包括固定连接部17、轴连接器20、多个止推滚珠19、压板24、多个旋转滚珠18。

固定连接部17为一端呈封闭的圆桶。固定连接部17固定在一个外框架上，所述外框架主要其固定这个固定连接部17的作用，因此外框架的具体结构没有特别限制，可以是外壳，也可以是机架等等，只要能把固定连接部17稳固支撑起来投入本发明的正常使用即可。

轴连接器20的一端外侧壁上设置有环绕轴连接器20的支撑板21且端面上设置有承重柱22，同时承重柱22和支撑板21收容在固定连接部17内。轴连接器20的另一端与所述深海洋流发电主轴共轴连接，支撑板21与固定连接部17的内侧壁存在间隙一23。承重柱22最好一体成型在轴连接器20上，以便增加承重柱22的结构强度。同理，支撑板21也最好一体成型在轴连接器20上。支撑板21可呈圆环状，承重柱22可为中空的圆筒。

多个止推滚珠19收容在固定连接部17内且环绕承重柱22而布置，并且满足：

1.每个止推滚珠19的顶部和轴连接器20具有承重柱22的端面相切；

2.每个止推滚珠19的底部和固定连接部17的底壁相切；

3.每个止推滚珠19的一侧和承重柱22的外侧壁相切；

4.每个止推滚珠19的相对另一侧和固定连接部17的内侧壁相切；

5.承重柱22悬空在固定连接部17的底壁上。

压板24固定在轴连接器20的外侧壁上且位于支撑板21远离止推滚珠19的一侧，并收容在固定连接部17内，压板24环绕轴连接器20且与固定连接部2的内侧壁之间存在间隙二26。压板24可通过螺合固定在轴连接器20上。

多个旋转滚珠18收容在主要由轴连接器20、压板24、固定连接部17、支撑板21围成的收容腔25内且环绕轴连接器20而布置，旋转滚珠18的直径小于止推滚珠19的直径且上、下、左、右四个方位均与收容腔25的内壁相切。

在大负载即深海洋流发电主轴的情况下，负载通过中心转轴11作用于轴连接器20上，使得负载能够较好的作用到止推滚珠19上，使得轴承机构能够起到止推的作用。注意到轴承机构在负载时依靠止推滚珠19支撑的，在选择止推滚珠19是要考虑到，选择的止推滚珠19需要在满足负载下，滚动时能够很好的工作。

旋转滚珠18承载较小，体积较小；止推滚珠19承载较大载荷，体积较大。负载在连接在旋转滚珠18的情况下，使得负载尽可能的作用在圆环中部，使得负载可以较好的传递到止推滚珠19上。

承重柱22的直径尽量小于止推滚珠19的直径且大于旋转滚珠18的直径，这样的设计比例通过实践证明可以将轴承机构的效果发挥到最佳状态。

轴承机构可以通过焊接完成产品的制作，可以根据不同的环境和工作需求调整滚珠的大小和连接部分钢板的厚度，同时固定连接部17在许可的情况下可以采用廉价的焊接等固连方式。因此，相比于止推轴承在滚珠磨损时可以实现更换。中心转轴11最好固定到轴连接部分即轴连接器20的端面而不是连接到轴连接部分的内部，这是由于为了使得负载能够较好的传递到止推滚珠19上。

综上所述，轴承机构的工作状态是固定连接部17与外壳或者外框架相连。在工作的过程中，轴连接器20和固定连接部17相对转动，这时需要依靠旋转滚珠18的作用，使得轴连接器20和固定连接部17能够很好的相当旋转工作。因此在选择用于轴承机构的旋转滚珠18，必须能够满足在负载的情况下能够很好的起到旋转的作用。

轴承机构中压板24是在旋转滚珠18安装后固定到轴连接器20的，为了使得轴承机构能够很好的转动，需要使得压板24只压住旋转滚珠18而不伸出的，避免压板24和固定连接部17相互碰撞，造成运动的障碍。

在轴承机构中，在使用前应该添加润滑油类的润滑物品。如在固定连接部17内容置润滑油，尽可能的使得这些滚珠在工作的过程中能够很好的滚动，减少滚珠的磨损。

请结合图4，每个叶片机构4包括多个扇板7，每个扇板7有多个叶板组件，每个叶板组件包括叶板框10、叶板8、叶板轴9。叶板8通过叶板轴9安装在叶板框10上。叶板8包括位于同一平面上的叶片部一81和叶片部二82。叶片部一81和叶片部二82均固定在叶板轴9的侧壁上，且分别位于叶板轴9的相对两侧。

叶片机构4之间以连接杆6连接。连接杆6将3组叶片机构4的6个边一一连接，使其形成一个受力整体，保护了旋转框架每组扇板7的受力安全，同时又消减了力臂过长而带来的弯折力，消除在运动中出现憋死现象的可能。

叶板框10的内侧上设置一圈内沿83，内沿83的尺寸满足：叶片部一81无法通过叶板框10而抵持在内沿83上，但允许叶片部二82通过叶板框10，且在叶片部一81抵持在内沿83上时，整个叶板8遮盖内沿83圈成的窗口84。

也就是说，叶板轴9的顶端和底端分别转动安装在叶板框10的相对两侧上，并与叶板8固定而将叶板8转动安装在叶板框10上。

叶板框10一般采用矩形结构，如图4中的长方形。多个叶板框10可拼接成网格格局的框架，每个叶板框10为该框架的其中一个网格，每个网格内安装一个叶板8。多个叶板框10可拼接成条形的叶板组件(如图2所示)，每个叶板组件的一个格为一个叶板框10。

叶板8区别于传统技术的结构，叶板8不再是一个单独的平板，而是采用两个尺寸不同的叶片部：叶片部一81和叶片部二82。叶片部一81的一端为自由端，叶片部一81的相对另一端固定在叶板轴9上，叶片部二82的一端也为自由端，叶片部二82的相对另一端也固定在叶板轴9上，且叶片部一81和叶片部二82分别位于叶板轴9的相对两侧上。

在本实施例中，叶板8包括位于同一平面上的叶片部一81和叶片部二82，叶片部一81和叶片部二82均固定在叶板轴9的侧壁上，且分别位于叶板轴9的相对两侧。叶板框10的内侧上设置一圈内沿6，内沿6的尺寸满足：叶片部一81无法通过叶板框10而抵持在内沿6上，但允许叶片部二5通过叶板框10，且在叶片部一81抵持在内沿83上时，整个叶板8遮盖内沿83圈成的窗口84。叶板组件能够在深海中在洋流的作用下更好的开合，使得洋流发电装置的工作更稳定，效率更高。

为了提高内沿83的结构强度，内沿83可一体成型在叶板框10上。叶片部一81上可开设至少一个导流孔85，或叶片部二82上可开设至少一个导流孔85，或叶片部一81和叶片部二82上可分别开设至少一个导流孔85。叶板框10的厚度大于内沿83的厚度。叶板轴9固定在叶板8的三分之二处，如叶片部一81占叶板8的三分之二，叶片部二82占叶板8的三分之一。叶板8与叶板轴9可为一体成型结构。

通过安装在叶板框10上，在需要叶板8受力的时候，通过水流的作用，使得叶板8的叶片部一81被压到叶板框10的内沿83上，使得力传递到叶板框10上，以此来带动整个装置的转动。在需要叶板8开启得时候，在水流的作用下，部分水流通过导流孔85使得叶板8后面的水由类似于禁止状态变为流动状态，以此使得叶板8能够更好的打开，以此使得整个装置运行的更为平稳。

值得说明的是本发明中所提到的叶板轴9的位置不一定非要是三分之一处，应当根据实验结果相应的进行调整。同理叶板8上的导流孔8的数量、大小等也应该根据相应的实验结果进行调整，以达到最好的效果。

中心转轴11与扇板7上设置有对称的两根加强筋12。中心转轴11与扇板7之间设置的加强筋12也是为了防止旋转框架的臂由于力量过大造成的弯折。

扇板7与中心转轴11连接处的扇板框内设置浮筒5，不设置叶板。舍弃中心位置叶板8而改为浮筒5，其原因主要是，中心叶板8的力矩不大，由于旋转框架的重量过重，必须考虑框架底部支撑轴承的受力和使用寿命，因此采用此种设计，减轻了底部支撑轴承的负重，使其转动更灵活，同时延长使用寿命。

根据本申请设备样机试验，在洋流中实现发电1500kw以上，设备投入仅需30多万，而同等发电量的风力发电设备投入在1000多万，并且风力发电受气候影响大，风力不持续，本申请的实施，利国利民，意义重大。

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。