专利名称：新型潮汐发电机组的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种潮汐发电机组设备，尤其是以揉动式水轮机技术为基 础形成的全新功效的新型潮汐发电机组。
背景技术：
由于太阳、月亮形成的引潮力的作用，使海水不断地涨潮、落潮。涨潮时 大量海水汹涌而来使水位升高，落潮时海水奔腾而归使水位下降。海水在运动 时所具有的动能和势能统称为潮汐能，潮涨潮落永无止境；潮汐发电就是在海
湾或是在有潮汐的河口建一拦水堤坝构成水库，并在坝内安装水轮发电机组，
利用潮汐涨落时海水水位的频繁升降使水库内外交替形成的水位落差与其形成
的下泻水流推动水轮发电机组转动发电。
我国大陆海岸长达18000多公里，海岸线共长32000多公里，潮汐能资源 很是丰富；我国国土幅员辽阔，许多地区由于位置偏僻、经济落后，又远离电 网，至今还属无电少电状况，而在一些内陆河湖也可进行潮汐发电，可以部分 解决该问题。
当前世界潮汐电站的主力机型是全贯流式水轮发电机组，但其体积大、耗 钢量多，且发电机设备是完全浸入海水中的，容易被海水腐蚀与形成缝隙渗入， 其进、出水建筑物结构复杂，并且建设规模一般很大，在中小型潮汐电站上难 于采用；
此外，当前，潮汐电站主要有二种建设形态
第一种是单库单向电站。即只用一个水库，仅在涨潮(或落潮)时发电， 因为其用潮时间和能力只有第二种方式的一半，所以投资效益不高，现在多数 情况下已很少被采用。
第二种是单库双向电站。即用一个水库，在涨潮与落潮时水流内外进出水 库的流动过程均可发电，只在平潮时不能发电，其是现在与以后最多采用的潮 汐电站形式。
可见，采用全贯流式水轮机及其内部设置的转桨式水轮机出力方式对于 "单库单向电站"比较适合，其单向水流出力设计就如同在河流上建设的水电 站。但其在具有最佳运行效益的"单库双向式潮汐电站"上采用，并使其转桨 式水轮机形成"一机双向、双向完全相同的旋转出力转换设计"就难于实现。
此外，即使不涉及水流出力方向的问题，仅以单向出力而言采用转桨式水 轮机所能形成的出力转换能力也很不理想；转桨式水轮机在超低水头的情况下 无法有效运行；另外在潮汐电站如果采用全贯流式水轮机，其设计直径还不能
很大，否则将导致潮汐有限水头利用不充分问题的进一步扩大。
综上所述各个方面的原因均是导致当前的潮汐电站难于发挥出其本应具有
的独特巨大优势与效益的根源，需要创新技术来解决。 发明内容
本实用新型的目的旨在针对现有潮汐电站的上述问题，提出一种可满足潮
汐发电上述多方面需求的、全新类型的潮汐发电设备——新型潮汐发电机组； 其可实现"一机双向转动并形成双向完全相同"的最大水能出力转换能力设计， 其可使潮汐电站的潮差水头获得更为充分的利用；还可方便地实现对不同出力 能力及其变化的方便调控，并且建设方式简单、建设成本低，其还可以从设计 结构上消除海水腐蚀与渗漏发电机设备的问题；其设备也可在单库单向式潮汐 电站上采用。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的
本实用新型提出的新型潮汐发电机组是由(一)揉动式水轮机与(二)适 合与揉动式水轮机配合的发电机及其水坝设施两大功能部分组成；以下对创新 技术方案进行具体的描述
(一)揉动式水轮机部分
揉动式水轮机具有与发电机相连的偏心主轴，用于安装偏心主轴的壳体， 装配在偏心主轴上的揉动轮，以及设置在壳体上的进水口和出水口，其与过流 水口配合连接并形成一体化结构；该水轮机的外部是由壳体及安在壳体两端的 端盖构成，该壳体可与设备水坝与过流水口配合安装，并使其成为相互固定配
合的结构，为了保证其密封，在两者安装结构中可设置油封等结构；另外，其 偏心主轴安装在两端的盖上；
所述壳体内具有圆柱形的膛，偏心主轴通过轴承可转动地安在壳体上，其 偏心主轴中心线与壳体所围成的膛的中心线重合。所述的揉动轮为圆柱形且可 转动地安装在偏心主轴上并且置于膛内，它的外径r与偏心主轴的偏心距D、膛 的内径R之间具有以下关系R二D+r，以保证偏心主轴旋转时，揉动轮受偏心主 轴的约束作圆周运动，且其外表与膛内表之间始终具有一相切线Q，当偏心主 轴转动时，该相切线Q将随揉动轮的运动绕膛内表面作周期性的圆周变化。
所述的进水口和出水口分别用于将潮汐电站水坝高水头一端的高压水通过 过流水口管道的输送进入揉动式水轮机的膛内，及经过揉动式水轮机进行能量 吸收转换后所形成的低压无压水后再从揉动式水轮机的膛内流出，并且流入低 水头水库，在偏心主轴反方向转动时，揉动式水轮机的进水口与出水口的作用
功效是互换的状态(参见图2和图3),揉动轮反向旋转。
在上述的壳体和揉动轮之间，设有固定在壳体上的一隔板隔离，隔板的另 一边插入揉动轮中对揉动轮起约束作用，使之在揉动运动的同时又允许揉动轮 既能沿隔板移动，又能让隔板左右摆动一定幅度；壳体上的进水口和出水口位 于隔板的两侧(参见图3和图4)。
上述的揉动轮上设有一装配槽，用于插入隔板，该装配槽为内大外小且相 互交叉的两个圆柱形态构成，其内圆柱形用于满足揉动轮沿隔板移动所需的空
间，同时可设置弹性密封件起密封作用，以隔开隔板两侧水防止相互渗水；其 外圆柱形的开口满足揉动轮绕板摆动所需空隙；在外圆柱形装配槽内的隔板两 侧插入有两个半圆柱形的滑板，起着阻断隔板两侧的水路作用，同时又保证揉 动轮摆动或移动自如。
在其壳体的偏心主轴上可一同安有羞个揉动轮，从而形成"复合联动式" 形态(见图5)，图示的复合联动揉动式水轮机所联动的揉动轮数为2个。
在所述的复合联动揉动式水轮机的壳体内可设有隔段，该隔段将壳体内的 膛形式上分成多个部分，各阶段部分的偏心主轴上均安有揉动轮，各自的揉动
轮处的壳体上均有进水口和出水口 ，其揉动式水轮机的进水口与出水口即设计
成为互成180度的形态，并且与通过水坝的过流水口配合连接(见示意图7)， 也可将其视为一体化的结构。
本实用新型提出的揉动式水轮机还可通过控制其进水口或出水口水流能力 的方式，实现对其出力能力的调节控制与水库水位的调控，从而实现对新型潮 汐发电机组进行出力能力控制与调频的目标，其调控闸门一般设置在过流水口 上(见示意图7)。
(二)适合与揉动式水轮机配合的发电机及其水坝设施部分
本新型潮汐发电机组采用卧式发电机，其发电机轴与揉动式水轮机的偏心 主轴形成直接对接传动或可在其间通过齿轮箱传动，从而使其形成不同的转速 比设计与不同的出力能力设计，多数情况下新型潮汐发电机组安装在潮汐水库 坝体内预先留出的安装空间内，并且与潮汐水库水坝形成相互配合的形态(见 示意图7)，可将与设备配合安装段的水坝称为设备水坝，其配电厂房可在岛上、 岸上单独设置；在一个新型潮汐电站的坝上可一同设置1-多个新型潮汐发电机 组(见示意图8，图示表示一同安装三台新型潮汐发电机组)，其揉动式水轮机 的进、出水口通过过流水口的长度延伸穿过设备水坝的坝墙，与电站坝内、外 水面形成互通。
本实用新型提出的新型潮汐发电机组具有独特的出力操作控制方式与形成 效果，由于其可形成"复合联动揉动式水轮机"形态，从而可形成合并的水能 转换出力力量，因此在低水头条件下也可形成较大的单机出力能力；其进、水 出口的设置位置很低，所以新型潮汐电站可充分利用十分有限的潮差水头；其 发电机非在水下，因此可从设计结构上消除全贯流式水轮机在潮汐电站上采用 所遇到的难于避免的海水渗入腐蚀的问题，从而完美地实现本实用新型前述的 诸多方面的创新优势目标，其建设规模可大可小，因此采用新型潮汐发电机组 可为位置偏僻、经济落后，又远离电网，至今还属无电少电状况地区解决用电 问题，提供技术支持，并做出实际贡献。
图1是揉动式水轮机的侧面剖面结构示意图。
图2是图1的右视图。
图3是图1的A-A剖视结构示意图。
图4是图3的B部局部结构放大示意图。
图5是本实用新型复合联动揉动式水轮机的侧面结构剖面示意图。
图6是揉动式水轮机的工作原理和运行方式的演变过程图示，其中图6a一
图6d分别表示0度或360度、90度、180度、270度时的工作状态情况。
图7是"揉动式水轮机"与"设备水坝"配合安装结构的纵向剖面示意图。 图8是新型潮汐发电机组与水库建筑物配合形成的新型潮汐电站的宏观俯
视示意图(其中的"设备水坝"是图7中C-C部位的剖面俯视示意图)。 各附图标记名称说明
l.偏心主轴 2.壳体 3.揉动轮 4.进水口 5.出水口 6.内膛7.隔 板 8.装配槽 9.滑板 10.隔段 11.坝基 12.设备水坝 13.潮差过流 水流 14.调控闸门 15.海岸或岛屿 16.电站配电室 17.揉动式水轮机 18.卧式发电机19.集流支撑体20.过流水口 21.坝内外水面。
具体实施举例
对本实用新型"新型潮汐发电机组"基本运行方式的描述主要是通过对"揉 动式水轮机的运行过程"的描述即可主要表现；下面就结合揉动式水轮机示意 图(图6)说明其工作原理和运行方式。
当揉动轮与膛内表面的相切线处于在隔板位置时，即图示中所示0或360 度时(图6a)，其膛内被揉动轮分为单一工作腔，此时为不吸收水流能量,揉动 式水轮机不形成出力状态；
随着潮汐落差水流推动揉动轮形成转动，使揉动轮产生初始位移时，由隔 板与相切线将膛分割成进水腔和出水腔，此时为揉动式水轮机做工输出动力状 态(图6b)，由于水流压力做工，使原来单一的工作腔由于揉动轮的位移使其容积 逐步变大，即吸收高压水库一端的水流压力并且借助流体介质传导开始从揉 动式水轮机的出水口泻出低压无压水流，同时由相切线、隔板构成的进水腔容 积开始变大，使高压水库一边的水通过进水口大量进水膛内；当揉动轮位移速
度不变时，揉动轮位移从0度至180度时出力做工，使揉动轮连接的偏心主轴l 的输出功率逐步增大，180度时其做功、输出压力为最大值(图6c)。揉动轮位移 从180度至360度过程中继续吸收高压水库水流压力，使偏心主轴1输出功率， 但是输出功率的能力逐渐减小(图6d)，360度时也就是第二周期的0度时不做工、 无输出功率，上述过程为一个周期。
在上述一个周期的工作中各个单独的揉动式水轮机的工作状态属于非平稳 输出功率的状态；而采用将多个不同步的非平稳输出并联在一起形成"复合联 动揉动式水轮机"时，即可形成基本平稳的合并水流输出，以此往复运动可实 现持续稳定地通过潮汐水库水坝两边反复起落形成的来回水流，形成揉动式水 轮机输出功率的目的。
描述
可在一切具有一定潮汐能的地点建设新型潮汐电站，通过在设备水坝12下 部设置的过流水口 20的作用，将潮汐水坝所蓄积的起落潮汐水能以来回往复的 方式双向作用于揉动式水轮机上，推动其实现正、反向的交替转动形成最大水 能出力转换，通过偏心主轴1直接传动或通过齿轮箱的变速传动，将揉动轮旋 转动力作用于发电机组上完成潮汐发电的目标。
在运行中对于新型潮汐电站揉动式水轮机出力能力和运行速度的调控方法 是通过调控闸门14的开闭及其开闭程度、开闭数量的控制，实现对揉动式水 轮机出力能力的调控与实现发电机组电力调频的目标，其电站配电室16可设置 在海岸或岛屿15上，其集流支撑体19既可产生集中水流的作用，又可形成对 设备水坝12的左右支撑作用。
权利要求1、一种新型潮汐发电机组，其特征在于其是由(一)揉动式水轮机与(二)适合与揉动式水轮机配合的发电机及其水坝设施两大功能部件组成(一)揉动式水轮机部分其具有与发电机相连的偏心主轴(1)，用于安装偏心主轴的壳体(2)，装配在偏心主轴上的揉动轮(3)，以及设置在壳体上的进水口(4)和出水口(5)，其与过流水口(20)配合连接并形成一体化结构；在其壳体(2)内具有圆柱形的膛(6)，偏心主轴(1)可转动地安在壳体上，其偏心主轴中心线与所述膛的中心线重合；所述的揉动轮(3)为圆柱形且可转动地安装在偏心主轴上并且置于膛内，它的外径r与偏心主轴的偏心距D、膛的内径R之间具有以下关系R＝D+r；其壳体(2)和揉动轮(3)之间设有固定在壳体上的一隔板(7)隔离，壳体上的进水口(4)和出水口(5)位于隔板(7)的两侧；(二)适合与揉动式水轮机配合的发电机及其水坝设施部分其采用卧式发电机(18)，其发电机轴与揉动式水轮机的偏心主轴(1)形成直接对接传动或可在其间通过齿轮箱传动，新型潮汐发电机组安装在设备水坝(12)内；在一个新型潮汐电站的坝上可一同设置1-多个新型潮汐发电机组，其揉动式水轮机的进、出水口通过过流水口(20)的长度延伸穿过设备水坝(12)的坝墙，与电站坝内、外水面(20)形成互通。
2、 根据权利要求1所述的新型潮汐发电机组，其特征在于在上述的揉动 轮(3)上设有一装配槽(8)，该装配槽为相互交叉的内、外两个圆柱形构成， 在外岡柱形装配槽内的隔板两侧插入有两个半圆柱形的滑板(9)。
3、 根据权利要求1所述的新型潮汐发电机组，其特征在于在其揉动式水 轮机的偏心主轴上可一同安有多个揉动轮，从而形成复合联动揉动式水轮机， 在其壳体内设有隔段(10)。
专利摘要一种新型潮汐发电机组，其由揉动式水轮机带动卧式发电机形成，将其设置在设备水坝内，形成新型潮汐电站的主体结构；其揉动式水轮机可实现一机双向旋转且双向完全相同的最大水能出力能力转换，适合拥有最大效益的单库双向式潮汐电站采用，其同时也适合单库单向式潮汐电站采用；其进出水口位置很低可充分利用有限的潮差水头；其可通过控制若干个进水口闸门及其开闭数量的方式对不同水头情况下形成的水轮机出力能力与变化进行调控与实现电力调频；其安装维护方便，其将对解决困扰海岛渔民的用电问题做出贡献，也将为驻岛广大官兵提供电力方便。
文档编号H02K7/18GK201187397SQ200720173148
公开日2009年1月28日 申请日期2007年9月17日 优先权日2007年9月17日
发明者王林虎, 生国平, 邝生林, 郭云旗 申请人:王林虎