CN109610417A - 沉井浮子式双向恒定驱动力潮汐发电站 - Google Patents

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Abstract

沉井浮子式双向恒定驱动力潮汐发电站，属于潮汐发电技术领域，包括设置在海岸边的混凝土堤坝、设置在混凝土堤坝上的沉井组、分别设置在沉井内的浮子总成以及配套控制电路，所述沉井分别设有进水管和排水管、与海水连通，所述进水管和排水管道中间均设有管控装置，所述潮汐发电站还包括与浮子总成配套连接的动力转换机构以及与动力转换机构连接的恒扭矩发电装置；所述动力转换机构包括与浮子总成配套连接的板式链条驱动机构以及为2‑4个板式链条驱动机构编组串联连接的联轴装置；所述浮子总成包括设置在沉井内壁的导向滑动副、浮子以及设置在浮子位移方向上的定位机构。

Description

沉井浮子式双向恒定驱动力潮汐发电站
技术领域
本发明属于潮汐发电技术领域，具体涉及沉井浮子式双向恒定驱动力潮汐发电站。
背景技术
海水潮汐是由于月球引力引起的海水平面上升和下降的过程；而利用这种月球引力引起的潮汐能源，是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，且不存在气候等其它因素的影响又属于稳定的能源。传统利用潮汐发电的装置一般是采用：一是围堰式的潮汐发电装置可以做到大功率的发电方式，但存在占地面积大又地理环境选择的影响，不能连续输出稳定电力，能量利用率低（只有5%）等缺点；二是在海上用叶片式的潮汐发电装置，在潮水上升和下降过程中形成的进退潮海流发电，这种方式同样存在着发电功率小，变更率低，且装置容易受到风暴海潮损坏等缺点，因此上述装置都由于实施性差很少能得到广泛应用。因此，如何设计利用潮汐能源、提高利用效率、解决占地问题成为了亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种沉井浮子式双向恒定驱动力潮汐发电站，通过对浮子装置和动力转换机构的结构进行改进，从根本上提高潮汐能的利用效率，同时具有占地少、结构简单、建设成本低的特点。
本发明采用的技术方案是：沉井浮子式双向恒定驱动力潮汐发电站，包括设置在海岸边的混凝土堤坝、设置在混凝土堤坝上的沉井组、分别设置在沉井内的浮子总成以及配套控制电路，所述沉井分别设有进水管和排水管、与海水连通，所述进水管和排水管道中间均设有管控装置，所述潮汐发电站还包括与浮子总成配套连接的动力转换机构以及与动力转换机构连接的恒扭矩发电装置；所述动力转换机构包括与浮子总成配套连接的板式链条驱动机构以及为2-4个板式链条驱动机构编组串联连接的联轴装置；所述浮子总成包括设置在沉井内壁的导向滑动副、浮子以及设置在浮子位移方向上的定位机构。
进一步地，所述浮子包括密封沉浮箱、设置在密封沉浮箱上端面的排气口及设置在密封沉浮箱下端面的进放水口；所述排气口和进放水口分别设有电控截止阀。
进一步地，所述定位机构包括设置在沉井内壁内的驱动机构、借助中间传动机构与驱动机构连接并具有水平位移自由度的锁止板；所述中间传动机构包括与驱动机构连接的齿轮、与齿轮啮合的齿条，所述锁止板与齿条连接并套装在沉井内壁的导向孔内。
进一步地，所述板式链条驱动机构包括由板式链节依次连接组成的板式链条组件以及对穿入板式链条组件进行动力转换和收纳的箱体，在箱体内设有与板式链条组件啮合的被动链轮、用于闭合相邻板式链节的锁合机构以及导引板式链条组件在箱体内实现纵向、横向转换的导引轮和转向导轨，板式链条驱动机构组中的被动链轮之间借助联轴装置连接，恒扭矩发电装置输入端与联轴装置连接。
进一步地，所述板式链条组件一端定位在密封沉浮箱的上端面、另一端借助导引轮和转向导轨引进箱体内收纳。
进一步地，所述板式链节包括主要由两个传动销轴、两个链接销轴及两个对称的链板组成的链节单元及连接相邻链节单元的连接板；所述传动销轴和链接销轴上均设置有滑动套；相邻链节单元的相接触的两个链板端面上分别设有相匹配的定位凹槽和定位凸台，所述链板上分布有抗冲击负荷的横筋。
进一步地，所述锁合机构包括分别设置在相邻链节单元中传动销轴上的锁杆和锁钩以及配套设置在箱体内的解锁轮和锁合轮，所述锁杆自由端设置有与锁钩配合的锁合槽，所述锁合槽内铰接有解锁杆，所述锁钩借助扭簧铰接在传动销轴上、具有30-45度的转动自由度。
进一步地，所述进水管和排水管内设置有水轮发电设备。
进一步地，在沉井和浮子总成内设有水位传感器。
采用本发明产生的有益效果：通过设计了板式链条驱动机构和恒扭矩发电设备，浮子总成上升下降过程中速度保持定值，这使得整个潮汐能发电单元产生的电能保持较为恒定的数值，有利于电能的上网传输；本发明的潮汐能发电单元结构紧凑、占用空间小、潮汐能利用效率高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是沉井内浮子总成及板式链条驱动机构的原理图；
图3是浮子总成的示意图；
图4是定位机构的示意图；
图5是板式链条驱动机构的示意图；
图6是板式链节的立体结构示意图；
图7是锁合机构将要锁合时的状态图；
图8是锁合机构将要解锁时的状态图；
图9是锁杆的立体结构示意图；
图10是锁杆另一侧的立体结构示意图；
附图中1是沉井，1-1是进水管，2是浮子总成，2-1是导向滑动副，2-2是浮子，2-2-1是沉浮箱，2-2-2是排气口，2-2-3是进放水口，2-3是定位机构，2-3-1是驱动机构，2-3-2是锁止板，4是板式链条驱动机构，4-1是板式链条组件，4-1-1是传动销轴，4-1-2是链接销轴，4-1-3是链板，4-1-4是连接板，4-1-5是滑动套，4-1-6是定位凹槽，4-1-7是定位凸台，4-2是箱体，4-3是被动链轮，4-4是导引轮，4-5是转向导轨，4-6-1是锁杆，4-6-2是锁钩，4-6-3是解锁轮，4-6-4是锁合轮，4-6-5是锁合槽，4-6-6是解锁杆，4-7是锁定机构，6是恒扭矩发电装置。
具体实施方式
参看附图1-5，沉井浮子式双向恒定驱动力潮汐发电站，包括设置在海岸边的混凝土堤坝、设置在混凝土堤坝上的沉井1组、分别设置在沉井1内的浮子总成2以及配套控制电路，所述沉井1分别设有进水管1-1和排水管、与海水连通，所述进水管1-1和排水管道中间均设有管控装置，所述潮汐发电站还包括与浮子总成2配套连接的动力转换机构以及与动力转换机构连接的恒扭矩发电装置6；所述动力转换机构包括与浮子总成2配套连接的板式链条驱动机构4以及为2-4个板式链条驱动机构4 编组串联连接的联轴装置；所述浮子总成2包括设置在沉井1内壁的导向滑动副2-1、浮子2-2以及设置在浮子2-2位移方向上的定位机构2-3。编组使用沉井1以及配套动力转换机构，可使产生灵活多变且较为稳定的电能；另一方面也可以有效存储潮汐能，在需求大量电能时，一次性大量输出电能。所述进水管1-1和排水管内设置有水轮发电设备。在沉井1和浮子总成2内设有水位传感器。
所述浮子2-2包括密封沉浮箱2-2-1、设置在密封沉浮箱2-2-1上端面的排气口2-2-2及设置在密封沉浮箱2-2-1下端面的进放水口2-2-3；所述排气口2-2-2和进放水口2-2-3分别设有电控截止阀。
所述定位机构2-3包括设置在沉井1内壁内的驱动机构2-3-1、借助中间传动机构与驱动机构2-3-1连接并具有水平位移自由度的锁止板2-3-2；所述中间传动机构包括与驱动机构2-3-1连接的齿轮、与齿轮啮合的齿条，所述锁止板2-3-2与齿条连接并套装在沉井1内壁的导向孔内。
所述板式链条驱动机构4包括由板式链节依次连接组成的板式链条组件4-1以及对穿入板式链条组件4-1进行动力转换和收纳的箱体4-2，在箱体4-2内设有与板式链条组件4-1啮合的被动链轮4-3、用于闭合相邻板式链节的锁合机构以及导引板式链条组件4-1在箱体4-2内实现纵向、横向转换的导引轮4-4和转向导轨4-5，板式链条驱动机构4组中的被动链轮4-3之间借助联轴装置连接，恒扭矩发电装置6输入端与联轴装置连接。
所述板式链条组件4-1一端定位在密封沉浮箱2-2-1的上端面、另一端借助导引轮4-4和转向导轨4-5引进箱体4-2内收纳。在箱体4-2内还设置有用于定位板式链条组件4-1自由端的锁定机构4-7。所述锁定机构4-7包括设置在箱体4-2内的伸缩气缸以及设置在伸缩气缸上的定位板。
所述板式链节包括主要由两个传动销轴4-1-1、两个链接销轴4-1-2及两个对称的链板4-1-3组成的销齿链节单元及连接相邻链节单元的连接板4-1-4；所述传动销轴4-1-1和链接销轴4-1-2上均设置有滑动套4-1-5；相邻销齿链节单元的相接触的两个链板端面上分别设有相匹配的定位凹槽4-1-6和定位凸台4-1-7，所述链板4-1-3上分布有抗冲击负荷的横筋。
所述锁合机构包括分别设置在相邻链节单元中传动销轴4-1-1上的锁杆4-6-1和锁钩4-6-2以及配套设置在箱体4-2内的解锁轮4-6-3和锁合轮4-6-4，所述锁杆4-6-1自由端设置有与锁钩4-6-2配合的锁合槽4-6-5，所述锁合槽4-6-5内铰接有解锁杆4-6-6，所述锁钩4-6-2借助扭簧铰接在传动销轴4-1-1上、具有30-45度的转动自由度。所述解锁杆4-6-6的形状呈倒“ㄇ”型、且设有与解锁轮4-6-3配合的弧面结构。所述锁钩4-6-2侧部设有与锁合轮4-6-4配合的接触弧面。所述锁钩4-6-2中锁舌上镶嵌有摩擦滚珠。用于加大锁钩4-6-2中锁舌与锁杆4-6-1中锁合槽4-6-5插接时的摩擦力。所述解锁杆4-6-6进一步的改进措施是：所述解锁杆4-6-6借助扭簧铰接在锁合槽4-6-5内，其扭簧的的最大弹性形变力远小于锁舌与锁杆4-6-1中锁合槽4-6-5插接时的摩擦力，这个扭簧起到解锁杆4-6-6的复位作用。
连接板4-1-4分别与相邻销齿中的链接销轴4-1-2铰接，使得连接板4-1-4与两个相邻销齿分别具有转动自由度，实现板式链条组件4-1的柔性转向。传动销轴4-1-1与被动链轮4-3相啮合。更具体地，在传动销轴4-1-1和链接销轴4-1-2上均设置有滑动套4-1-5。在同一销齿中两个传动销轴4-1-1间的距离、两个链接销轴4-1-2间的距离分别与相邻链节单元中传动销轴4-1-1的距离、相邻链接销轴4-1-2的距离相等。被动链轮4-3与销齿相啮合使板式链条组件4-1由水平状态转变为竖直状态或者由竖直状态转变为水平状态，起到减小体积的作用。
在具体实施时，海水涨潮开始后，控制电路控制进排水管1-1的开关板阀开启，海水通过进排水管1-1进入沉井1内，在这过程中进排水管1-1内的水轮发电设备发电，生成的电流主要供给控制电路使用；海水持续灌入沉井1内，当沉井1内水位传感器检测到沉井1内水位漫过沉浮箱2-2-1，控制电路控制定位机构2-3，将沉浮箱2-2-1的限位状态解除，这时借助海水浮力将空的沉浮箱2-2-1沿导向滑动副2-1方向向上托起，直至运动到导向滑动副2-1的上止点位置，然后控制电路控制定位机构2-3，将空的沉浮箱2-2-1锁止在导向滑动副2-1的上止点位置，在这过程中通过板式链条组件4-1、被动链轮4-3以及借助联轴装置与被动链轮4-3连接的恒扭矩发电装置，将潮汐能转化成电能；水位传感器检测在沉井1内的水位不在变化时，控制电路控制排气口2-2-2和进放水口2-2-3中的电控截止阀开启，海水充入沉浮箱2-2-1内，沉浮箱2-2-1内的水位传感器检测到沉浮箱2-2-1充满海水时，控制电路控制排气口2-2-2和进放水口2-2-3中的电控截止阀开启关闭；以上过程中沉浮箱2-2-1上升的过程中，通过板式链条驱动机构4和恒扭矩发电装置本身的结构特性，使沉浮箱2-2-1的上升速度保持定值，从而使潮汐发电装置产生的电流保持稳定，同时也有利于减少上传电网所需设备，利于减少生产成本。
海水落潮后，沉井1内的海水通过进排水管1-1流出，在这过程中进排水管1-1内的水轮发电设备发电，生成的电流主要供给控制电路使用；当沉井1内水位传感器检测到沉井1内水位全部排出时，控制电路控制定位机构2-3，将沉浮箱2-2-1的限位状态解除，在充满海水的沉浮箱2-2-1的重力下，沉浮箱2-2-1向下运动，直至到导向滑动副2-1的下止点位置，然后控制电路控制定位机构2-3，将空的沉浮箱2-2-1锁止在导向滑动副2-1的下止点位置，在这过程中通过板式链条组件4-1、被动链轮4-3以及借助联轴装置与被动链轮4-3连接的恒扭矩发电装置，将潮汐能转化成电能；然后控制电路控制排气口2-2-2和进放水口2-2-3中的电控截止阀开启，海水从沉浮箱2-2-1流出，沉浮箱2-2-1内的水位传感器检测到沉浮箱2-2-1排尽海水时，控制电路控制排气口2-2-2和进放水口2-2-3中的电控截止阀开启关闭；以上过程中沉浮箱2-2-1上升的过程中，通过板式链条驱动机构4和恒扭矩发电装置本身的结构特性，使沉浮箱2-2-1的下降速度保持定值。

Claims (9)

1.沉井浮子式双向恒定驱动力潮汐发电站，包括设置在海岸边的混凝土堤坝、设置在混凝土堤坝上的沉井(1)组、分别设置在沉井(1)内的浮子总成(2)以及配套控制电路，所述沉井(1)分别设有进水管（1-1）和排水管、与海水连通，所述进水管（1-1）和排水管道中间均设有管控装置，其特征在于：所述潮汐发电站还包括与浮子总成(2)配套连接的动力转换机构以及与动力转换机构连接的恒扭矩发电装置（6）；所述动力转换机构包括与浮子总成(2)配套连接的板式链条驱动机构(4)以及为2-4个板式链条驱动机构(4) 编组串联连接的联轴装置；所述浮子总成(2)包括设置在沉井(1)内壁的导向滑动副（2-1）、浮子（2-2）以及设置在浮子（2-2）位移方向上的定位机构（2-3）。
2.根据权利要求1所述的沉井浮子式双向恒定驱动力潮汐发电站，其特征在于：所述浮子（2-2）包括密封沉浮箱（2-2-1）、设置在密封沉浮箱（2-2-1）上端面的排气口（2-2-2）及设置在密封沉浮箱（2-2-1）下端面的进放水口（2-2-3）；所述排气口（2-2-2）和进放水口（2-2-3）分别设有电控截止阀。
3.根据权利要求1所述的沉井浮子式双向恒定驱动力潮汐发电站，其特征在于：所述定位机构（2-3）包括设置在沉井(1)内壁内的驱动机构（2-3-1）、借助中间传动机构与驱动机构（2-3-1）连接并具有水平位移自由度的锁止板（2-3-2）；所述中间传动机构包括与驱动机构（2-3-1）连接的齿轮、与齿轮啮合的齿条，所述锁止板（2-3-2）与齿条连接并套装在沉井(1)内壁的导向孔内。
4.根据权利要求1所述的沉井浮子式双向恒定驱动力潮汐发电站，其特征在于：所述板式链条驱动机构(4)包括由板式链节依次连接组成的板式链条组件(4-1)以及对穿入板式链条组件(4-1)进行动力转换和收纳的箱体(4-2)，在箱体(4-2)内设有与板式链条组件(4-1)啮合的被动链轮(4-3)、用于闭合相邻板式链节的锁合机构以及导引板式链条组件(4-1)在箱体(4-2)内实现纵向、横向转换的导引轮（4-4）和转向导轨(4-5)，板式链条驱动机构(4)组中的被动链轮(4-3)之间借助联轴装置连接，恒扭矩发电装置（6）输入端与联轴装置连接。
5.根据权利要求4所述的沉井浮子式双向恒定驱动力潮汐发电站，其特征在于：所述板式链条组件(4-1)一端定位在密封沉浮箱（2-2-1）的上端面、另一端借助导引轮（4-4）和转向导轨(4-5)引进箱体(4-2)内收纳。
6.根据权利要求4所述的沉井浮子式双向恒定驱动力潮汐发电站，其特征在于：所述板式链节包括主要由两个传动销轴（4-1-1）、两个链接销轴（4-1-2）及两个对称的链板（4-1-3）组成的销齿链节单元及连接相邻链节单元的连接板（4-1-4）；所述传动销轴（4-1-1）和链接销轴（4-1-2）上均设置有滑动套（4-1-5）；相邻销齿链节单元的相接触的两个链板端面上分别设有相匹配的定位凹槽（4-1-6）和定位凸台（4-1-7），所述链板（4-1-3）上分布有抗冲击负荷的横筋。
7.根据权利要求4所述的沉井浮子式双向恒定驱动力潮汐发电站，其特征在于：所述锁合机构包括分别设置在相邻链节单元中传动销轴（4-1-1）上的锁杆（4-6-1）和锁钩（4-6-2）以及配套设置在箱体(4-2)内的解锁轮（4-6-3）和锁合轮（4-6-4），所述锁杆（4-6-1）自由端设置有与锁钩（4-6-2）配合的锁合槽（4-6-5），所述锁合槽（4-6-5）内铰接有解锁杆（4-6-6），所述锁钩（4-6-2）借助扭簧铰接在传动销轴（4-1-1）上、具有30-45度的转动自由度。
8.根据权利要求1所述的沉井浮子式双向恒定驱动力潮汐发电站，其特征在于：所述进水管（1-1）和排水管内设置有水轮发电设备。
9.根据权利要求1所述的沉井浮子式双向恒定驱动力潮汐发电站，其特征在于：在沉井(1)和浮子总成（2）内设有水位传感器。
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