专利名称：海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机，可以将海洋动力能转换为较恒定的电能，属于环保型新能源领域。
背景技术：
电是人类生产、生活不可缺少的重要能源物质。目前，缺电已成为阻碍经济发展，影响人类生产、生活的一个重要因素。特别是使用燃烧性能源(如煤炭、石油、天然气)发电存在污染大气环境、使全球气候变暖的问题；而正在开发利用核能发电的技术其基础设施成本高并且安全隐患大；利用江河水力发电获取电能虽然廉价方便，但也有占用大量土地资源、引发移民迁建的社会问题和电量受季节影响的弊端。寻求新的、不污染环境、安全、经济、方便的电源是人类的共同愿望。
海洋中除储备有大量的石油、天然气等能源物质外，海水流动、潮涨潮落所隐藏的能量也是巨大的。而石油、天然气的开采需要耗用大量的财力和物质，且其能量的转换最终仍然需要一个燃烧的过程，产生大量的热量和废气而环境污染。如何利用海洋活动的动力能转换成可供人类利用的电能，从而获得既不污染环境、又安全、经济、简单、高效、不间断的电能是人们正在研究、开发的重要课题。
但是，人们现在已经开发使用海洋能发电的技术都存在成本高、能量利用率低、电量不恒定的缺点，因而使海洋能发电的技术一直未能够大范围地实施。如采用修建海水蓄水池然后利用潮涨潮落时的水位差带动发电机发电的方法，其基础设施成本大、占地面积多、中间环节使能量损耗多，致使海洋能利用率低；采用气囊浮动动力发电的方法其能量利用率低，设备投入成本大，监控、维修难度大，能量获得也不均匀，还存在一定的安全隐患；利用海峡流发电的方法也存在因海潮的变化而使获得的电量呈间隙性、不均匀性。
发明内容
为了解决目前海洋能发电技术存在的基础成本高而能量利用率低、电能不均匀的技术问题，本发明提供一种能最大限度地将海洋能转换成电能的发电装置，该装置可以充分利用海水运动产生的推力，同时尽量克服海水的阻力，较均衡地、不间断地、最大程度地将海洋能转换为电能。
本发明创造是这样实现的在海洋中选择适当的位置制作基础，基础上竖向安装立柱，立柱外套装一条空心机轴，空心机轴外套装定向器，定向器外套装转轮，转轮外安装蜗叶；立柱的上端固定一个设备平台，平台上安装变速器和发电机，空心机轴的上端固定安装一动力输出轮，动力输出轮与传动轴联接，传动轴与变速器联接，变速器与发电机联接。
机轴外圆有通长的竖向凸起，定向器内圆有竖向凹槽，机轴外圆的凸起嵌在定向器内圆的凹槽内并略小于凹槽，可以使定向器连同转轮、蜗叶在机轴外随海水位涨落而上下自由活动；定向器的外圆面有横向凹槽，外面套装转轮，转轮的内圆面有横向凸起，转轮的横向凸起嵌在定向器外圆面的横向凹槽内并且略小于凹槽，使转轮可以做横向自由活动。定向器由定向座、定向顶块、定向顶块销、弹簧组成；转轮由轮壳和内齿圈组成；转轮与定向器上安装一个拦污护盖。当在一条机轴上安装多个定向器与转轮时，定向座之间用连结机构相互连结并隔开一定距离；最上端一个定向器上安装一个浮圈，浮圈围绕在机轴外侧，浮圈的浮力略大于定向器、转轮、蜗叶的总重量减去三者的体积所受的海水浮力之差；蜗叶可以做成整体的底尖口大的横斗形状，也可以由多片活动拍门组成安装在一个蜗叶骨架中组成，或者由由多片活动叶瓣组成，当蜗叶浸入海水中，其开口方向与海水流动的方向相反时，蜗叶口受到海水的推力而张开，承受海水的推力，当蜗叶背面受到的海水的阻力时，蜗叶呈闭合状态，以减少海水的阻力。这样，当海水运动时，即可推动蜗叶与转轮转动，安装在机轴与转轮之间的定向器中的定向顶块与转轮的内齿圈啮合，带动定向器座与机轴转动；当蜗叶背部受到海水的阻力大于蜗叶口受到的推力时，蜗轮反转，定向顶块就只能在转轮的内齿圈上滑动，机轴则不转动，这样，当在同一条机轴上安装多组定向器、转轮蜗叶时，就不会发生相互干扰，或产生抵抗力而降低机轴的动力。当海潮涨落时，蜗叶连同转轮、定向器同时在机轴外上下滑动，可以使蜗叶始终浸没在一个相同的水位，而使机轴获得较均衡的机械能。
机轴获得的机械能经机轴上端的动力输出轮经传动轴输送到与其联接的变速器，经变速、调速后带动发电机工作。
当用一条机梁和电机平台将二条或更多的立柱连结起来，在机梁和平台之间安装机轴，也可以发挥相同的作用，产生相同的效果。
根据实际用电量的需要和安装区域海水的深度情况，在同一条机轴上安装多组定向器、转轮、蜗叶，就可以获得海洋不同深度的能量，并可以使各转轮蜗叶的运动不互相干扰，发出更多的电量。
当将上述海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机呈阵列状布置成一个机组时，将其立柱用一个大型电机平台联合到一起，并将各装置的动力用多个传动机构联系到一条总的机轴上，然后通过变速器变速调速后，则可以带动大型发电机发电。
当将本装置用于轮船、舰艇等航海器上时，只需制作一个机架，与轮船、舰艇等航海器连接到一起，使其随之移动即可。
本发明的最大优点是，只要海水在运动，浸没在海水中的蜗叶就会带动机轴不停地、始终朝着一个方向转动，使海洋能转换成机械能而带动发电机工作，在不需要消耗任何燃烧性能源物质的条件下将海洋能转换成电能。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明创造的第一个实施例单柱空心机轴形式的立剖面结构(A-A)示意图；图2是图1单柱空心机轴形式的平剖面(B-B)示意图；图3是第一个实施例中立柱、机轴与定向器、转轮的平面关系放大示意图；图4是第二个实施例多柱实轴形式的立剖面结构示意图；图5是第二个实施例中机轴与定向器、转轮的平面关系放大示意图；图6是第三个实施例阵列式布局形式的平面示意图；图7是各实施例中所需的组合拍门式蜗叶构成示意图；图8是各实施例中所需的组合叶瓣式蜗叶构成示意图；图9是图1和图4中组件33的放大示意图；图10是活动式整体叶片与蜗叶转轴、前挡杆、后挡杆的平面位置示意图。
附图标号1.立柱基础，2.立柱，3.机轴，4.转轮，5.定向器，6.动力输出轮，7.传动轴，8.变速器，9.发电机，10.轴承，11.弹簧，12.定向顶块，13.定向顶块销，14.转轮内齿圈，15.蜗叶，16.拍门，17.拍门转轴，18.拍门式蜗叶骨架，19.拦污护盖，20.主蜗叶柄，21.次蜗叶柄，22.叶瓣内限位挡，23.叶瓣外限位挡，24.转轮壳，25.定向器座，26.浮圈，27.维修吊环，28.电机平台，29.机架梁，30.传力轮，31.总传力轮，32.传动带，33.连结机构，34.机轴外圆纵凸，35.定向器内圆纵凹槽，36.转轮内圆横凸，37.定向器座外圆横凹槽，38.蜗叶瓣转轴，39.惯性飞轮，40.上连结杆，41.连结卡件，42.下连结杆，43.连结卡盘，44.蜗叶转轴，45.后挡杆，46.前挡杆。
具体实施例方式
在图1、图2、图3所示实施例中，在海洋中选择合适的位置制作基础(1)，基础上安装立柱(2)，立柱(2)外套装一空心机轴(3)，空心机轴(3)与立柱(2)之间用轴承(10)隔离并定位，空心机轴(3)外套装定向器(5)，定向器(5)外套装转轮(4)，转轮(4)外周安装蜗叶(15)。立柱(2)的上端安装一个设备平台(28)，设备平台(28)上安装变速器(8)和发电机(9)。空心机轴(3)的上端安装一动力输出轮(6)，动力输出轮(6)通过传动轴(7)与变速器(8)联接，变速器(8)与发电机(9)联接。
空心机轴(3)外圆有通长的机轴外圆纵凸(34)，定向器(5)内圆有定向器内圆纵凹槽(35)，空心机轴外圆的纵凸(34)嵌在定向器内圆凹槽(35)内并略小于定向器内凹槽(35)，使定向器(5)连同转轮(4)与外围安装的蜗叶(15)可以在空心机轴(3)外上下自由活动。定向器(3)的外圆面有定向器外圆横凹槽(37)，转轮(4)的转轮壳(24)的内圆面下半部有转轮内圆横凸(36)，转轮内圆横凸(36)嵌在定向器座外圆横凹槽(37)内并且略小于定向器座外圆横凹槽(37)，使转轮(4)连同蜗叶(15)可以在定向器(5)外做横向活动。定向器(5)由定向座(25)、定向顶块(12)、定向顶块销(13)、弹簧(11)共同组成，定向顶块(12)由定向顶块销(13)定位在定向器座(25)上并可以定向顶块销(13)为圆心做弧形运动，弹簧(11)置于定向顶块(12)与定向器座(25)之间，对定向顶块(12)起复位作用。转轮(4)由转轮壳(24)和内齿圈(14)组成，内齿圈(14)置于转轮壳(24)内上半部，齿面与定向顶块(12)接触。转轮(4)与定向器(5)上安装一个拦污护盖(19)。
当一条空心机轴(3)上安装多个定向器(5)、转轮(4)、蜗叶(15)组合时，定向器(3)与定向器(3)之间用连结机构(33)相互连结，连结机构(33)由上连结杆(40)、连结卡件(41)、下连结杆(42)、连结卡盘(43)共同组成，上连结杆(40)上端与上面的定向器(3)连接，下端与连结卡件(41)连接，下连结杆(42)下端与下面的定向器(3)连接，上端固定一个连结卡盘(43)，连结卡盘(43)套在连结卡件(41)内并略小于连结卡件(41)，可以自由横向活动。
为了保证蜗叶始终保持浸没在基本相同深度的海水中，最上端一个定向器(5)上安装一个浮圈(26)，浮圈围绕在机轴(3)外侧，其浮力略大于定向器(5)、转轮(4)、蜗叶(15)的总重量减去三者的体积所受的海水浮力的差值。
在变速器(8)中的任一传动轴的上端安装一个惯性飞轮(39)，就可以克服在海水运动方向改变、蜗叶转动出现短暂停顿的问题。
在图4、图5所示的另一个实施例中，机轴为实心机轴(3)，安装在由立柱(2)、平台(28)和机架梁(29)组成的机架中，机架可以安装在海洋中的基础上，也可以与轮船、舰艇一类航海器相连接作为移动电源。其它条件与第一个实施例所述相同。
上述图3与图5所示中的机轴外圆纵凸(34)和定向器内圆纵凹槽(35)可以根据需要改为机轴外圆纵凹槽和定向器内圆纵凸。图1和图4中的转轮内圆横凸(36)和定向器外圆横凹槽(37)可以根据需要改为转轮内圆横凹槽和定向器外圆横凸。
在图6所示的第三个实施例中，由多台相同规模的海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机呈阵列式布局在海洋中，各机的立柱用一个大面积的电机平台(28)结合在一起，由机轴(3)上动力输出轮(6)输出的动力经动力传递轴(7)、传力轮(30)、传动带(32)传送到总传力轮(31)，总传力轮(31)与变速器(8)联接，变速器(8)与发电机(9)联接，这样就可以带动大功率的发电机。
在上述三个实施例中，变速器(8)的变速比的选择要根据发电机(9)的极数确定，由于海洋中海水运动的速度较慢，如果选用二极发电机(3000r/min)需要经过多级变速才能达到额定转速，而多级变速会损耗较多的机械能，所以适宜选用多极[四极以上]的发电机。
在图7中，一片大的蜗叶(15)由拍门式蜗叶骨架(18)和多片拍门(16)组成，拍门(16)与蜗叶骨架(18)由拍门转轴(17)联接，拍门(16)可以绕拍门转轴(17)在蜗叶骨架(18)内面活动。当蜗叶(15)浸入海水中，其开口方向与海水流动的方向相反时，拍门(16)因海水的推力自动关闭与拍门式蜗叶骨架(18)紧贴形成一个整体形状而承受海水的推力。当蜗叶开口方向与海水流动的方向相同时，海水将拍门推开，最大限度地减少蜗叶运动的阻力，使机轴(3)获得最大的机械能。
在图8中，它是由多片独立的小型蜗叶(15)组成达到大面积蜗叶的效果。在转轮(4)上安装多条主蜗叶柄(20)，主蜗叶柄(20)上可以再分支出若干条次蜗叶柄(21)，主、次蜗叶柄上安装蜗叶(15)，蜗叶(15)由多片蜗叶瓣组成，蜗叶瓣用蜗叶瓣转轴(38)与蜗叶柄(20)或(21)联接，在蜗叶的内、外面分别安装限制蜗叶瓣开闭角度的叶瓣内限位挡(22)和叶瓣外限位挡(23)，用于限制蜗叶瓣的开闭程度，使蜗叶能及时打开或闭合，能最大限度地获得海水流动的推力，克服海水流动的阻力。
在图9中，它是一个由整体蜗叶(15)组成的转轮蜗叶组，蜗叶(15)安装在转轮壳(24)上，由蜗叶转轴(44)与转轮壳(24)联结，蜗叶(15)可以以蜗叶转轴(44)为圆心做扇形运动，蜗叶的前、后安装有前挡杆(46)和后挡杆(45)。当蜗叶(15)的开口受到海水推力时，向后打开，增大接受海水推力的面积。当背面受到海水阻力时，则向前向内收拢，以缩小面积减少海水的阻力。蜗叶(15)打开与收拢程度均受到前挡杆(46)和后挡杆(45)的限制。
在图10中，它是用于在同一个机轴上安装多个定向器、转轮、蜗叶组时能够将定向器联系到一起而又能使它们保持固定的距离，同时又能使上、下定向器在各自转速不同时不发生相互干扰。它的上连结杆(40)的上端与上面一个定向器(5)相连接，下端固定有连结卡(41)，下连结杆(42)的下端与下面一个定向器(5)连接，上端固定一个连结卡盘(43)，连结卡盘(43)卡于连结卡件(41)内并可以在其中做圆周运动。
在转轮壳上设置吊环(27)，当水下部份构件需要维修时，在最低水位时用起吊设备将吊环(27)挂起，即可在水面上进行维修操作。
重点部件的材料选择与制作要求1、基础的材料选用与制作修建电站的位置应选择在最低潮位时水深不小于潮位差(最高潮位与最低潮位的水位差，如最高潮位是12米，最低潮位是6米，则潮位差为6米)的地方，才能保证蜗叶能始终浸没在海水中。制作基础的材料可选用强度较高的钢筋混凝土，如果选择在泥土地质的海底区域修建电站时，宜采取打桩的方法将基础深入到坚实地质层，然后在桩顶上浇筑混凝土做基础。如果选择在岩石海底区域修建电站时，可以将海底岩石上的淤泥、表层土清除后直接浇灌混凝土做基础。钢筋应进行防腐处理，同时应保证有足够厚度的保护层。
2、浸没在海水中的设备部件应选用耐盐类腐蚀的材料制作，如不锈钢、高强塑料、聚脂或树脂材料。立柱可以采用钢铁材料用高强度防腐材料处理后制成，也可采用不锈钢做外壳或高强塑料、聚脂、树脂材料做外壳，内浇混凝土制成。
3、水面以上的电机平台可以选用钢筋混凝土结构或钢铁材料，采用加强防腐处理。
4、传动机构、变速器、发电机宜密封，外壳材料应能够耐盐腐蚀。
海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机的工作原理如下所述当海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机的蜗叶浸入海水中时，海水是不停地运动的，当蜗叶开口的朝向与海水运动的方向相反时，蜗叶受到海水的推力带动转轮转动，这时定向器中的定向顶块则啮入转轮内齿圈中，就可以带动机轴一起转动，机轴转动则通过动力传动轴带动变速器、发电机转动。尽管处于机轴另一侧的蜗叶同时受到海水的阻力，如果蜗叶是整体底尖口大横斗状的，因其背面与海水的接触面呈斜面或流线形状态，则蜗叶背面受到的阻力远小于蜗叶口受到的推力，所以蜗叶可以带动机轴转动。
如果蜗叶是蜗叶骨架中安装拍门组成(图7所示例)或是由多个叶瓣组成(图8所示例)的蜗叶，当海水运动的方向与蜗叶开口方向相反时，因海水的推力蜗叶拍门就会与蜗叶骨架贴合或叶瓣自动张开，承受海水的推力。而机轴另一侧的拍门就会因海水的阻力自动放开或叶瓣因海水的阻力而自动呈闭合状态，减少蜗叶的阻力。这样，蜗叶就可以最大程度地接受到海水的推力，并且将阻力降低到最小程度，不论海水以任何方向和角度流动，机轴都可以最大限度地获得动力。
转轮与机轴之间的定向器是为了避免因海水各层次的流向或流速不一致时，安装在同一条机轴上的多组蜗叶的转向或转速不一致，相互之间产生抵抗力而设置的。也可以避免多条机轴组合在一起形成一个机组时，一条机轴的转轮或蜗叶损坏时出现停顿或反向转动，就会影响到其它机轴的转动、削弱动力能的问题。定向器是由定向器座上安装的定向顶块、定向顶块销和弹簧组成的，只有在蜗叶口的方向与海水流向相反而产生转动时，顶块才能顶上转轮的内齿圈而带动机轴旋转；当蜗叶口的朝向与海水流向相同时、或者蜗叶因故不能转动或反向转动时，定向器中的定向顶块就只能在转轮的内齿圈上滑动，使转轮与机轴分开，保证机轴只朝一个方向旋转。
如果只由一条机轴组装成一个小型的海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机，机轴上又只安装了一组转轮、蜗叶时，则可以不安装定向器。
定向器与定向器之间的连结机构既可以将上下定向器、转轮、蜗叶组联系在一起，又可以使它们保持一定的距离而不相互干扰，并且能保证在海水各层次的流动方向和大小不同时上、下定向器可以各自独立转动，以利于获得海洋多个深度层次的海洋能。
最上面一个定向器上端的浮圈是用于带动定向器、转轮和蜗叶随海水潮涨潮落而升降的，以保证蜗叶能始终保持浸入海水的深度，获得较均匀的动力。
由于海水的流速较慢，机轴获得的转速也较慢，但其能量却较大，所以，在机轴与发电机之间需要设置变速器，才能满足发电机的转速条件。
当将第二个实施例的装置作为轮船、舰艇等航海器的电源时，则需要将机架与轮船、舰艇等航海器联系到一起，随之移动即可。
当将海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机安装在海岸线附近时，因其工作时消耗了海水的动力能，就会减小海浪对海岸的冲刷力，起到保护海岸线的作用。如果建立大型海洋能发电站，将设备和管理用房均建立在电机平台上，则本发电站的建设完全不需要占用陆地资源，不存在修建水力发电所必需的淹没土地、引发移民等社会问题。同时，本机在运行中不需要任何消耗能源性成本，特别是获取能量时完全不需消耗燃烧性物质，对环境保护的社会效益与其产生的经济效益同样显著。
综上所述，本海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机克服了其它海洋能发电技术的不足，可以获得海洋多个深度层次的动力能，并能使获得的动力能呈基本恒定状态，其设备、技术简单，不占地，适用范围广。特别是其运行时不需要耗用燃烧性能源或其它物质，具有经济、安全、环保等优点，能够发挥良好的经济效益和社会效益。
权利要求
1.一种海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机，在海洋中制作的基础上有立柱，立柱上有电机平台、机轴、定向器、转轮、蜗叶、动力输出轮、变速器和发电机。其特征是在海洋中选择适当的位置制作基础，基础上竖向安装立柱，立柱的上端有电机平台，电机平台上安装变速器和发电机；立柱外套装一条空心机轴，空心机轴外套装定向器，定向器外套装转轮，转轮外安装蜗叶；空心机轴的上端安装一动力输出轮，动力输出轮与传动轴连接，传动轴与变速器连接，变速器与发电机连接，变速器上安装有惯性飞轮；定向器与转轮、蜗叶可以在空心机轴外上下活动。
2.根据权利要求1所述的海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机，其特征是机轴为实心机轴，竖向安装在由立柱、机架梁和电机平台组成的机架中，机架再安装在海洋中的基础上。
3.根据权利要求1所述的海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机，其特征是将立柱以阵列形式布局于海洋中，所有立柱的上端与一个大型电机平台联合在一起；机轴上动力输出轮与传动轴连接，传动轴上端安装一传力轮，传力轮与总传力轮连接，总传力轮与变速器连接，变速器与发电机连接。
4.根据权利要求1所述的海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机，其特征是转轮上安装的蜗叶是由一个蜗叶骨架与若干片拍门组成的，拍门用拍门转轴与蜗叶骨架连接在一起。
5.根据权利要求1所述的海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机，其特征是在转轮上安装主蜗叶柄，主蜗叶柄上再分支出次蜗叶柄，主/次蜗叶柄上安装蜗叶，蜗叶由多片叶瓣组成，叶瓣用叶瓣转轴与主/次叶柄连接，在主/次蜗叶柄与叶瓣连接部位分别安装限制叶瓣活动角度的叶瓣内限位挡和叶瓣外限位挡。
6.根据权利要求1所述的海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机，其特征是一片整体制作的蜗叶，用蜗叶转轴与转轮连接，蜗叶可以以蜗叶转轴为圆心做弧形运动，在转轮上蜗叶转轴的前、后安装前挡杆和后挡杆，用于限制蜗叶的活动范围。
7.根据权利要求1所述的海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机，将其与船舶、舰艇一类航海器联系到一起，作为移动电源。
8.根据权利要求1所述的海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机，其特征是机轴外圆面有外圆纵凸或纵凹槽，定向器内圆面有纵凹槽或纵凸；转轮内圆面有横凸或横凹槽，定向器外圆面有横凹槽或横凸。
全文摘要
本发明涉及一种海上平台型升降蜗叶式海洋能发电机，它是利用海水运动产生的动力能带动安装在机轴外转轮上的蜗叶转动而获得机械能，带动发电机发电。即在海洋中选择适当的位置制作基础，基础上竖向安装立柱，立柱的上端安装电机平台，平台上安装变速器和发电机；立柱外套装空心机轴，空心机轴外套装可随海潮涨落而上、下活动的定向器、转轮、蜗叶；空心机轴的上端安装一动力输出轮，动力输出轮与传动轴联接，传动轴与变速器联接，变速器与发电机联接。它可以保证蜗叶始终浸没在恒定的海水深度中而获得较均恒的海洋动力能，运行成本低，不需要耗用任何燃烧性能源，具有环保、经济、安全、不占地等诸多优点，能够产生良好的社会效益和经济效益。
文档编号F03B13/22GK1598292SQ20041004665
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月13日 优先权日2004年8月13日
发明者刘贺财 申请人:刘贺财