基于同轴反转螺旋桨技术的潮流能发电系统的制作方法

本发明属于海洋可再生能源利用技术领域，涉及了一种潮流能发电装置，以固定式框架结构为基础，应用同轴反转螺旋桨技术将潮流能转化为电能的发电系统。

背景技术：

当今，化石能源匮乏、环境污染、气候变化等问题日益严重，国际社会加快了海洋可再生能源的开发利用。作为一种清洁的可再生能源，潮流能的开发目前备受各国关注。发展潮流能为节能减排和应对气候变化提供技术支撑，也符合我国发展能源节约型和环境友好型社会的战略需求。我国沿海地区具有丰富的潮流能资源，尤其在福建、浙江沿海地区，潮流能开发潜力十分巨大。

海上潮流能具有绿色无污染、储量巨大、不消耗燃料、不受洪水或枯水影响、适用于沿海地区及深远海发电需求等诸多好处。其在战略、民生方面具有十分突出的应用价值。此外，潮流能还有很多显而易见且无法替代的优点，如水力涡轮机隐藏在海浪之下，不会破坏任何景观；对潮汐预测的准确性远超过对风的预测；在特定时间内，通过涡轮机的水量越大，产生的功率越大。近年来，由于国际社会对气候变化的关注，全世界对潮流能的兴趣和投资比例正在大幅上升。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于同轴反转螺旋桨技术的潮流能发电系统。由于同轴反转螺旋桨在性能上比常规螺旋增加了6％-16％的效果，该装置有效地提高了可再生资源的利用率和能量的转化率，在一定程度上降低了成本，具有较高的实用性。

本发明的技术方案：

基于同轴反转螺旋桨技术的潮流能发电系统，包括固定式框架结构、同轴反转螺旋桨系统、电机7和电力传输系统；所述的固定式框架结构固定于海床，同轴反转螺旋桨系统和电机7均与固定式框架结构相连；

所述的固定式框架结构包括顶板1、框架6、桁架13、两侧桁架14和后端桁架15，顶板1安装在四根框架6的顶部，两侧桁架14固定在两根框架6的中部；桁架13固定在两个两侧桁架14之间，位于两侧桁架14的中部；后端桁架15固定在两根框架6的中部，其与两侧桁架14相互垂直并在同一水平面；

所述的同轴反转螺旋桨系统包括外侧螺旋桨2、内侧螺旋桨3、中心传动轴4、外部传动轴5和转向齿轮系统12，转向齿轮系统12进一步包括三个齿轮；外侧螺旋桨2通过中心传动轴4和第二齿轮10相连，内侧螺旋桨3通过外部传动轴5与第三齿轮11相连；第二齿轮10与第三齿轮11通过转向齿轮原理与第一齿轮9相啮合，第一齿轮9通过竖直传动轴8与电机7相连；电机7固定安装在顶板1的下表面；为保证同轴反转螺旋桨系统的稳定性，外部传动轴5通过桁架13与固定式框架结构的两侧桁架14相连，中心传动轴4的末端与后端桁架15相连。

水流通过同轴反转螺旋桨，推动两个螺旋桨反向转动，外侧螺旋桨2通过中心传动轴4带动第二齿轮10沿第一方向转动；与此同时，内侧螺旋桨3通过外部传动轴5带动第三齿轮11沿第二方向转动；由于第二齿轮10和第三齿轮11的反向转动恰好带动与之啮合的第一齿轮9的单向转动，从而推动通过竖直传动轴8与第一齿轮9连接的发电机7发电。第二齿轮10和三齿轮11向相反的方向转动，相互抵消了作用在第一齿轮9上的扭力，没有了常规单向螺旋桨带来的扭矩。

本发明的有益效果：

(1)固定式框架结构简单、施工便利、建造成本低、适用范围广；

(2)基于同轴反转螺旋桨技术，没有了常规螺旋桨带来的扭矩，也就是随着两个螺旋桨向相反方向转动，带动第二齿轮和第三齿轮向相反的方向转动，而相互抵消了作用在第一齿轮上的扭力。

(3)基于同轴反转螺旋桨技术进行发电，能有效的提高发电效率，降低发电成本；

(4)同轴反转螺旋桨隐藏在海浪之下，不会破坏任何景观；

(5)结构上设计合理，施工方案技术成熟。

附图说明

图1是此潮流能发电系统的整体结构示意图；

图2是此潮流能发电系统的侧视剖面图；

图3是此潮流能发电系统的齿轮细节图；

图4是此潮流能发电系统的正视图。

图中：1顶板；2外侧螺旋桨；3内侧螺旋桨；4中心传动轴；5外部传动轴；6框架；7电机；8竖直传动轴；9第一齿轮；10第二齿轮；11第三齿轮；12转向齿轮系统；13桁架；14两侧桁架；15后端桁架。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图和技术方案，对本发明作进一步说明。

如图1、2、3所示，外侧螺旋桨2通过中心传动轴4与第二齿轮10相连，内侧螺旋桨3通过外部传动轴5与第三齿轮11相连。第二齿轮10和第三齿轮11与第一齿轮9相啮合，第一齿轮9通过竖直传动轴8与电机7相连；为保证同轴反转螺旋桨系统的稳定性，外部传动轴5通过桁架13与固定式框架结构的两侧桁架14相连，中心传动轴4的末端与后端桁架15相连；电机7通过四根杆件与顶板1相焊接，以使电机固定；顶板1与固定式框架结构的四个框架6相连。

工作方法为：受潮汐作用的水流通过两个同轴双向螺旋桨，推动两个螺旋桨双向转动。外侧螺旋桨2通过中心传动轴4带动第二齿轮10的转动；与此同时，内侧螺旋桨3通过外部传动轴5带动第三齿轮11的转动。第二齿轮10和第三齿轮11的双向转动带动与之啮合的第一齿轮9单向转动，进而推动通过竖直传动轴8与第一齿轮9连接的电机7发电，实现潮流能向电能的转化，电能通过电力传输系统输送至电网。

基于同轴反转螺旋桨技术的潮流能发电系统的施工安装流程如下：首先，先将固定式框架结构安装在海床上，在陆上进行同轴反转螺旋桨系统和电机7的组装，利用施工船将组装好的反转螺旋桨系统和电机7装置运送到装机位置，并进行安装。潮流能发电系统的安装至此完成。

本发明采用的固定式框架结构加工、安装和施工方便，成本较低；同轴反转螺旋桨在性能上比常规螺旋桨增加了6％-16％的效果，该装置有效地提高了可再生资源的利用率和能量的转化率，在一定程度上降低了成本，具有较高的实用性；结构稳定合理，更进一步证明了本发明的可实施性，具有显著的技术效果。

本发明的产品设计要充分考虑以下因素：

由于同轴反转螺旋桨是在单个轴上有两组并列相反转动的螺旋桨(图4)，因此必须保证同轴的中心传动轴4和外部传动轴5之间有足够小的摩擦系数。

技术特征：

1.一种基于同轴反转螺旋桨技术的潮流能发电系统，其特征在于，包括固定式框架结构、同轴反转螺旋桨系统、电机(7)和电力传输系统；所述的固定式框架结构固定于海床，同轴反转螺旋桨系统和电机(7)均与固定式框架结构相连；

所述的固定式框架结构包括顶板(1)、框架(6)、桁架(13)、两侧桁架(14)和后端桁架(15)，顶板(1)安装在四根框架(6)的顶部，两侧桁架(14)固定在两根框架(6)的中部；桁架(13)固定在两个两侧桁架(14)之间，位于两侧桁架(14)的中部；后端桁架(15)固定在两根框架(6)的中部，其与两侧桁架(14)相互垂直并在同一水平面；

所述的同轴反转螺旋桨系统包括外侧螺旋桨(2)、内侧螺旋桨(3)、中心传动轴(4)、外部传动轴(5)和转向齿轮系统(12)，转向齿轮系统(12)进一步包括三个齿轮；外侧螺旋桨(2)通过中心传动轴(4)和第二齿轮(10)相连，内侧螺旋桨(3)通过外部传动轴(5)与第三齿轮(11)相连；第二齿轮(10)与第三齿轮(11)通过转向齿轮原理与第一齿轮(9)相啮合，第一齿轮(9)通过竖直传动轴(8)与电机(7)相连；电机(7)固定安装在顶板(1)的下表面；为保证同轴反转螺旋桨系统的稳定性，外部传动轴(5)通过桁架(13)与固定式框架结构的两侧桁架(14)相连，中心传动轴(4)的末端与后端桁架(15)相连；

水流通过同轴反转螺旋桨，推动两个螺旋桨反向转动，进而外侧螺旋桨(2)通过中心传动轴(4)带动第二齿轮(10)沿第一方向的转动；与此同时，内侧螺旋桨(3)通过外部传动轴(5)带动第三齿轮(11)沿第二方向的转动；由于第二齿轮(10)和第三齿轮(11)的反向转动恰好带动与之啮合的第一齿轮(9)的单向转动，从而推动通过竖直传动轴(8)与第一齿轮(9)连接的发电机(7)发电；第二齿轮(10)和第三齿轮(11)向相反的方向转动，相互抵消了作用在第一齿轮(9)上的扭力。

技术总结
本发明提供了一种基于同轴反转螺旋桨技术的潮流能发电系统，包括固定式框架结构、同轴反转螺旋桨系统、电机和电力传输系统；所述的固定式框架结构固定于海床，同轴反转螺旋桨系统和发电机均与固定式框架结构相连。本发明的发电系统中的固定式框架结构简单、施工便利、建造成本低、适用范围广；基于同轴反转螺旋桨技术进行发电，没有了常规螺旋桨带来的扭矩，也就是随着两个螺旋桨向相反方向转动，带动第二齿轮和第三齿轮向相反的方向转动，而相互抵消了作用在第一齿轮上的扭力。基于同轴反转螺旋桨技术进行发电，能有效的提高发电效率，降低发电成本；同轴反转螺旋桨隐藏在海浪之下，不会破坏任何景观；结构上设计合理，施工方案技术成熟。

技术研发人员：施伟;张松浩;张礼贤;张浦阳;王凯;刘颖明
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2019.09.12
技术公布日：2019.12.13