一种双叶轮灯浮标式潮流能发电装置

1.本实用新型涉及潮流能发电技术领域，尤其涉及一种双叶轮灯浮标式潮流能发电装置。


背景技术：

2.潮流能是海洋能中的一种，指海水流动产生的动能，一般指海底水道和海峡中较为稳定的流动海水以及由于潮汐导致的有规律的海水流动。潮流能的能量与海水流速的平方及流量成正比。相对波浪而言，潮流能的变化平稳且更有规律，潮流能随潮汐每两次的涨落而改变大小和方向。一般说来，潮流最大流速在2m/s以上的水道，均有实际开发的价值。海洋能的储量，按粗略的估计，全球潮流能蕴藏量约50亿kw，其中潮汐能约25亿kw，可见如果充分开发利用潮流能，对国家能源需求将有重大意义。相比于潮汐能发电转换技术，潮流能还不是很成熟，海洋潮流能发电装置的结构多种多样，而灯浮标式发电装置以占用航道面积小、建造成本低、无需额外配套设备、发电效率高等优点成为海洋能发电装置重要的组成类型之一。但现有灯浮标式发电装置存在以下缺陷：磁铁阵列型发电装置的输出功率小；而螺旋桨型发电装置只能利用某个特定方向的潮流进行发电，对能量利用率较低。


技术实现要素：

3.本实用新型提供了一种双叶轮灯浮标式潮流能发电装置，保持大功率输出且最大化利用潮流能。
4.一种双叶轮灯浮标式潮流能发电装置，包括：浮标、发电总成、电缆及锚，锚通过锚链铰接在发电总成上；
5.发电总成包括对称设置的叶轮、超越离合器、联轴器、锥齿轮组及动力输入轴，叶轮连接在超越离合器，超越离合器通过联轴器与锥齿轮组连接，锥齿轮组设置在动力输入轴上，动力输入轴通过动力耦合件与发电机传动连接，发电机通过电缆与浮标连接。
6.进一步地，上述动力耦合件包括行星架与行星齿轮，两个行星齿轮相对设置在行星架内侧，行星架固定连接在大行星齿轮上，大行星齿轮与动力输出齿轮啮合，动力输出齿轮与发电机的输入轴传动连接。
7.进一步地，上述叶轮包括第一叶轮与第二叶轮，超越离合器包括第一超越离合器与第二超越离合器，锥齿轮组包括第一锥齿轮组与第二锥齿轮组，动力输入轴包括第一动力输入轴与第二动力输入轴；第一叶轮通过第一联轴器与第一锥齿轮组连接，第一锥齿轮组通过第二联轴器与第一动力输入轴传动连接；第二叶轮通过第三联轴器与第二锥齿轮组连接，第二锥齿轮组通过第四联轴器与第二动力输入轴连接。
8.进一步地，上述第二动力输入轴的端部固定有第二动力输入齿轮，第一动力输入轴的端部固定有第一动力输入齿轮，第一动力输入齿轮、第二动力输入齿轮分别与行星齿轮啮合。
9.进一步地，上述大行星齿轮转动套设在第二动力输入轴上。
10.进一步地，上述发电机与动力输出齿轮之间采用密封连接。
11.进一步地，上述第一叶轮与第二叶轮均在竖直方向上呈曲面弧形结构。
12.进一步地，上述发电总成悬浮在海水中。
13.本实用新型具有以下有益效果：
14.(1)本实用新型的发电装置的叶轮采用曲面弧形结构，发电总成与浮标通过电缆柔性连接，在潮汐期间发电总成上下摆动时与浮标存在速度差，存在相对运动，仍可使叶轮旋转，将潮汐能和潮流能转化为电能，海洋能利用率高。
15.(2)本实用新型的发电装置对称设置了两套叶轮，收集的动力采用动力耦合件整合，平衡了两套叶轮的转速差，使动力均匀、平稳地传递。
16.(3)本实用新型的发电装置建造成本低、不需频繁维护、使用寿命长，具备可全向利用潮流能以及输出功率大的特点。
附图说明
17.图1为本实用新型装置的结构简图；
18.图2为本实用新型中发电总成的结构示意图；
19.图3为本实用新型中动力耦合件的结构示意图；
20.图4为本实用新型中超越离合器的结构示意图。
21.图中：1-浮标；2-发电总成；20-发电机；21-第一叶轮；22-第一超越离合器；23-第一联轴器；24-第一锥齿轮组；25-第二联轴器；26-第一动力输入轴；211-第二叶轮；221-第二超越离合器；231-第三联轴器；241-第二锥齿轮组；251-第四联轴器；261-第二动力输入轴；3-动力耦合件；30-行星架；31-行星齿轮；32-第一动力输入齿轮；33-第二动力输入齿轮；34-大行星齿轮；35-动力输出齿轮；4-电缆；5-锚链；50-锚。
具体实施方式
22.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
23.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
24.参考图1与图2，本实用新型提供了一种双叶轮灯浮标式潮流能发电装置，包括：浮标1、发电总成2、动力耦合件3、电缆4及锚50，锚50通过锚链5铰接在发电总成2上，锚50沉放在海底，防止发电总成2与浮标1漂移至其他位置。
25.发电总成2包括对称设置的叶轮、超越离合器、联轴器、锥齿轮组及动力输入轴；其中，叶轮包括第一叶轮21与第二叶轮211，超越离合器包括第一超越离合器22与第二超越离合器221，锥齿轮组包括第一锥齿轮组24与第二锥齿轮组241，动力输入轴包括第一动力输入轴26与第二动力输入轴261；第一叶轮21与第二叶轮211均在竖直方向上呈曲面弧形结构。
26.第一叶轮21固定在一根短轴上，第一超越离合器22一端与该短轴连接，另一端与第一联轴器23连接，第一联轴器23的端部固定有第一锥齿轮组24中的主动锥齿轮，与主动
锥齿轮啮合的为从动锥齿轮，主动锥齿轮与从动锥齿轮的端面相互垂直；从动锥齿轮套设固定在水平短轴上，水平短轴通过第二联轴器25与第一动力输入轴26传动连接，将第一叶轮21旋转的动力传递至第一动力输入轴26。
27.相应的，第二叶轮211也固定在一根短轴上，第二超越离合器221一端与该短轴连接，另一端与第三联轴器231连接，第三联轴器231的端部固定有第二锥齿轮组241中的主动锥齿轮，与主动锥齿轮啮合的为从动锥齿轮，主动锥齿轮与从动锥齿轮的端面相互垂直；从动锥齿轮套设固定在水平短轴上，水平短轴通过第四联轴器251与第二动力输入轴261传动连接，将第二叶轮211旋转的动力传递至第二动力输入轴261。
28.参考图3，第一动力输入轴26的端部固定有第一动力输入齿轮32，第二动力输入轴261的端部固定有第二动力输入齿轮33，第一动力输入齿轮32与第二动力输入齿轮33通过动力耦合件3将第一叶轮21与第二叶轮211的动力整合后传递至发电机20，发电机20通过电缆4与浮标1的蓄电池连接，用于储存发电机20生产的电能。
29.动力耦合件3包括行星架30与行星齿轮31，两个行星齿轮31相对设置在行星架30内侧，行星架30固定连接在大行星齿轮34上，大行星齿轮34与动力输出齿轮35啮合，动力输出齿轮35上连接有转轴，转轴通过轴套与发电机20的输入轴传动连接，发电机20的输入轴与输出轴及本体均被密封设置；第一动力输入齿轮32、第二动力输入齿轮33分别与行星齿轮31啮合。
30.当第一叶轮21与第二叶轮211转速相同时，第一动力输入齿轮32与第二动力输入齿轮33的转速相同，与其啮合的行星齿轮31不发生自转，仅发生公转，公转的同时带动行星架30转动，行星架30转动带动大行星齿轮34，大行星齿轮34带动动力输出齿轮35转动，动力输出齿轮35带动发电机20进行发电工作。
31.当第一叶轮21与第二叶轮211转速不同时，第一动力输入齿轮32与第二动力输入齿轮33的转速也不相同，行星齿轮31在公转的情况下进行自转，自转消除了第一动力输入齿轮32与第二动力输入齿轮33的转速差。当第一动力输入轴26与第二动力输入轴261均停止转动后，行星齿轮31自转的动力带动行星架30转动，将耦合存储的动力释放用于发电，不会造成能量损耗。
32.为使动力耦合件3的结构精简，将大行星齿轮34套设在第二动力输入轴261上，并通过轴承转动连接。
33.发电总成2的重力和浮力相等，发电总成2悬浮在海水中且可以任意沉浮，与发电总成2连接的锚链5留有足够的富余长度，当有潮流的时候，水流相对发电总成2做x方向(以图1中海水深度为y方向，同一水平为x方向，下同)的相对运动，驱动叶轮旋转。在发生潮汐现象水面上涨时，海水与浮标相对静止，发电总成2相对海水有y方向做向下的运动，叶轮旋转，在运动一定距离后电缆4由放松状态变为绷直状态，电缆2牵拉发电总成2向上运动，但由于惯性，发电总成2的上升速度与海水并不相等，所以叶轮与海水之间仍存在相对运动，叶轮旋转。在海水下降时锚链5与电缆4均恢复放松状态，海水推动发电总成2缓慢下沉，但由于惯性作用，海水y方向流速与发电总成2下沉速度并不相等，发电总成2与海水存在y方向的相对运动，叶轮旋转。
34.叶轮的旋向由超越离合器限制，只能单向转动，可有效防止叶轮倒转对叶轮自身以及传动部件的损害；其中，超越离合器的工作原理与结构如图4所示，超越离合器为现有
技术。
35.以上所述仅为本实用新型的较优实施例，该实施例不代表本实用新型的所有可能形式，本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种变形与改进，这些变形与改进仍然在本实用新型的保护范围内。

技术特征：
1.一种双叶轮灯浮标式潮流能发电装置，其特征在于，包括：浮标(1)、发电总成(2)、电缆(4)及锚(50)，所述锚(50)通过锚链(5)铰接在所述发电总成(2)上；所述发电总成(2)包括对称设置的叶轮、超越离合器、联轴器、锥齿轮组及动力输入轴，所述叶轮连接在超越离合器，所述超越离合器通过联轴器与锥齿轮组连接，所述锥齿轮组设置在动力输入轴上，所述动力输入轴通过动力耦合件(3)与发电机(20)传动连接，所述发电机(20)通过电缆(4)与所述浮标(1)连接。2.根据权利要求1所述的双叶轮灯浮标式潮流能发电装置，其特征在于：所述动力耦合件(3)包括行星架(30)与行星齿轮(31)，两个所述行星齿轮(31)相对设置在行星架(30)内侧，所述行星架(30)固定连接在大行星齿轮(34)上，所述大行星齿轮(34)与动力输出齿轮(35)啮合，所述动力输出齿轮(35)与发电机(20)的输入轴传动连接。3.根据权利要求2所述的双叶轮灯浮标式潮流能发电装置，其特征在于：所述叶轮包括第一叶轮(21)与第二叶轮(211)，所述超越离合器包括第一超越离合器(22)与第二超越离合器(221)，所述锥齿轮组包括第一锥齿轮组(24)与第二锥齿轮组(241)，所述动力输入轴包括第一动力输入轴(26)与第二动力输入轴(261)；所述第一叶轮(21)通过第一联轴器(23)与第一锥齿轮组(24)连接，所述第一锥齿轮组(24)通过第二联轴器(25)与第一动力输入轴(26)传动连接；所述第二叶轮(211)通过第三联轴器(231)与第二锥齿轮组(241)连接，所述第二锥齿轮组(241)通过第四联轴器(251)与第二动力输入轴(261)连接。4.根据权利要求3所述的双叶轮灯浮标式潮流能发电装置，其特征在于：所述第二动力输入轴(261)的端部固定有第二动力输入齿轮(33)，所述第一动力输入轴(26)的端部固定有第一动力输入齿轮(32)，所述第一动力输入齿轮(32)、第二动力输入齿轮(33)分别与所述行星齿轮(31)啮合。5.根据权利要求3所述的双叶轮灯浮标式潮流能发电装置，其特征在于：所述大行星齿轮(34)转动套设在所述第二动力输入轴(261)上。6.根据权利要求2所述的双叶轮灯浮标式潮流能发电装置，其特征在于：所述发电机(20)与动力输出齿轮(35)之间采用密封连接。7.根据权利要求3所述的双叶轮灯浮标式潮流能发电装置，其特征在于：所述第一叶轮(21)与第二叶轮(211)均在竖直方向上呈曲面弧形结构。8.根据权利要求1至7任一项所述的双叶轮灯浮标式潮流能发电装置，其特征在于：所述发电总成(2)悬浮在海水中。

技术总结
本实用新型公开了一种双叶轮灯浮标式潮流能发电装置，包括：浮标、发电总成、电缆及锚，锚通过锚链铰接在发电总成上；发电总成包括对称设置的叶轮、超越离合器、联轴器、锥齿轮组及动力输入轴，叶轮连接在超越离合器，超越离合器通过联轴器与锥齿轮组连接，锥齿轮组设置在动力输入轴上，动力输入轴通过动力耦合件与发电机传动连接，发电机通过电缆与浮标连接。本实用新型的发电总成与浮标通过电缆柔性连接，在潮汐期间发电总成上下摆动时与浮标存在速度差，存在相对运动，仍可使叶轮旋转，将潮汐能和潮流能转化为电能，海洋能利用率高；此外，该装置动力传递均匀且平稳，建造成本低、不需频繁维护、使用寿命长，具备输出功率大的特点。具备输出功率大的特点。具备输出功率大的特点。


技术研发人员：任思权 王钰文 唐洋 佘孟谦 刘昕卓 张蓉 熊翊雯 曾奎 张铃
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/6/28