沉砂式近岸潮汐能转换装置及其潮汐能和波能的转换方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种沉砂式近岸潮汐能转换装置，包括旋转中心杆柱、安装在旋转中心杆柱上的驱动齿轮、驱动旋转螺具、与驱动齿轮相连接的正反转换向阀、腔体、防护顶盖、砂堵与滤砂网。本发明专利技术将垂向水流势能转换为驱动旋转螺具、旋转中心杆柱的旋转动能，并在旋转中心杆柱和驱动齿轮分别处于逆时针或顺时针转动时，实现正反转换向阀的正向接通换向或反向接通换向以持续性推动发电机运转。还提供一种利用前述转换装置进行的潮汐能和波能的转换方法，可利用潮汐能，也可利用波浪能，实现潮汐变化过程近岸位置小型驱动旋转螺具正、反转过程的能量转换，定量表征沉砂式近岸潮汐能转换装置的能量转换效率与装置内部结构参数、安装位置处海水运动规律的关系。

【技术实现步骤摘要】
沉砂式近岸潮汐能转换装置及其潮汐能和波能的转换方法
本专利技术属于海洋发电波能转换
，尤其是涉及一种沉砂式近岸潮汐能转换装置及其潮汐能和波能的转换方法。
技术介绍
目前用于海洋发电的潮汐能、波浪能、海洋温差能、海洋盐差能、海流能等存在多种转换装置。波能转换通常包括三级环节转换，其中第一级环节是波能转换为机械能或势能，转换方式为振荡浮子式、冲动式、摆式、点头鸭式、波面筏式、收缩波道式、振荡水柱式、整流器式、巨蟒发电装置等，能量中间转换环节主要分为机械式、气动式和液压式三大类；潮汐能的主要利用方式是单水库、双水库进行潮汐发电。单库单向电站只用一个水库，仅在涨潮或落潮时发电，双库双向电站用两个相邻的水库，一个水库在涨潮时进水，另一个水库在落潮时放水，两水库始终保持着水位差，实现全天发电；利用潮汐发电要求潮汐的幅度应当大，至少要有几米，海岸的地形应当能储蓄大量海水，并可进行土建工程。就转换能量而言，目前各类近岸型能量转换装置利用能量相对单一，利用多种能量形式的近岸型能量装换装置较少，同时利用潮汐能和波浪能的装置尚无。就装置形式而言，常见能量装换装置的旋转主体转动方向与水流或波浪方向一致，而旋转主体转动与水流或波浪具有不同方向的能量装换装置较少。普通近岸型能量转换装置属于被动型，利用实际安装位置处波浪或潮汐高度的变化，当安装位置处波浪或海平面高度变化小时，则能量转换装置使用效果变差。实际在滨海区域每天的潮汐变化中，潮进或潮退看作一个运动周期，海平面高度变化是一个潮进或潮退周期中瞬时波浪高度变化的积分，波浪高度的变化仅仅属于海平面高度变化的一小部分，深水区海平面高度变化远远大于波浪高度的变化。如可以利用充分深水区的海平面变化，则许多波浪较小、深水区的海平面变化较大、地理位置不适合现有波浪能或潮汐能转换装置的大量区域则可以进行海洋发电。沉砂式近岸潮汐能转换装置利用快速输水管道沟通深水区，利用潮汐或波浪的上下波动，将垂向水流势能转换为驱动旋转螺具、旋转中心杆柱的旋转动能，利用正反转换向阀持续性推动发电机运转；因此，既可利用海平面高度的变化，也可以利用瞬时波浪高度的变化，属于主动型。本专利技术沉砂式近岸潮汐能转换装置的特点是：潮汐能、波浪能均可被利用；在海岸局部位置向下挖掘构建腔体，规模小、成本低，建设容易，旋转中心杆柱与外界水流的方向垂直，在涨潮和退潮时均可应用；每天可工作时间长，对建设地点的要求低，水深或水浅、浪大或浪小区域均可以建设，每天可利用的能量要远大于普通近岸型能量转换装置。此外，本装置发电机置于水面上方，减小腐蚀损坏，提高检修便利性；在快速输水管道管口处添加闸阀、在腔体底部添加净水用膜时，本装置还可以作为小型防护堤和净储水缓冲装置使用。综上，虽然目前存在非常多形式的波能转换装置，但近岸型能量装换装置利用能量相对单一，缺少同时利用潮汐能和波浪能的装置，尤其是一种适应性较广、成本较低、多功能的近岸型能量装换装置。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有试验装置和技术中的不足，提供一种同时利用潮汐能与波浪能、成本较低、适应性较广、多功能的近岸型能量装换装置。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是提供一种沉砂式近岸潮汐能转换装置，其包括腔体、防护顶盖、砂堵、滤砂网、旋转中心杆柱、安装在所述旋转中心杆柱上的驱动齿轮和驱动旋转螺具、与所述驱动齿轮相连接的正反转换向阀；所述旋转中心杆柱的上部外接一发电机与所述驱动齿轮，所述旋转中心杆柱的转动带动所述发电机的内部转轴以及驱动齿轮的转动，所述旋转中心杆柱的中部与所述驱动旋转螺具相连接，所述旋转中心杆柱的下部与所述滤砂网保持预设的间隙距离；所述腔体固定在前滨海域海岸上，腔体的顶部高于坐落位置的平均高潮面，腔体底部低于坐落位置的平均低潮面，腔体的高度大于由海水的平均高潮面与平均低潮面的高度差确定的潮汐高度；腔体的形状呈倒立的圆台状，直径随高度的增加而增加；涨潮时潮汐水流依次经由腔体的底部、砂堵与滤砂网而进入腔体的内部，推动驱动旋转螺具和旋转中心杆柱转动；落潮时潮汐水流依次经由腔体的内部、滤砂网、砂堵、腔体的底部流出，驱动旋转螺具和旋转中心杆柱反向转动，从而将垂向水流势能转换为所述驱动旋转螺具和所述旋转中心杆柱的旋转动能；所述正反转换向阀包括内侧电柱、牵引弹簧、滑杆、外侧电柱以及不导电阀体；滑杆上设置三个连接支柱，包括分别位于两端的两个为不导电支柱和位于中间的一个导电支柱，所述不导电支柱通过牵引弹簧分别与内侧电柱和外侧电柱连接；内侧电柱、滑杆和外侧电柱均由导电电线与发电机连接；驱动齿轮与滑杆接触，旋转中心杆柱和驱动齿轮逆时针转动时，滑杆与外侧电柱接触，与外侧电柱相连接的牵引弹簧被压缩；当旋转中心杆柱和驱动齿轮顺时针转动时，滑杆与内侧电柱接触，与内侧电柱相连接的牵引弹簧被压缩，并在旋转中心杆柱和驱动齿轮分别处于逆时针转动或者顺时针转动时，实现正反转换向阀的正向接通换向或者反向接通换向，以持续性推动所述发电机的运转。可优选的是，所述防护顶盖为位于腔体的上部的两个能对接半圆，所述防护顶盖通过支架固定所述发电机的壳体，所述发电机的壳体承受旋转中心杆柱、驱动齿轮、驱动旋转螺具的重量以及潮汐水流的垂向重力分量；防护顶盖的中心设有圆孔，用于旋转中心杆柱穿过，旋转中心杆柱与防护顶盖之间采用轴承卡瓦组件实现滑动和密封。可优选的是，所述砂堵为多层石英砂，自下而上的目数逐渐增加，最底部石英砂利用合成树脂进行胶结而形成一层胶结层。可优选的是，本专利技术的转换装置还包括快速输水管道，所述快速输水管道包括第一管道和第二管道，第一管道和第二管道的出口端设置在腔体的底部处，快速输水管道具有控制海水向腔体底部的海水流动的管口阀门；第一管道埋于前滨海域的海岸，其入口端置于平均高潮面与平均低潮面中间；第二管道埋于前滨和近滨海域海岸，其入口端置于平均低潮面的下部。进一步，所述驱动旋转螺具的直径随高度的增加而增加，所述驱动旋转螺具的顶部高于坐落位置的平均高潮面，所述驱动旋转螺具的底部低于坐落位置的平均低潮面。进一步，所述驱动旋转螺具为一体式的螺杆、单螺带螺杆、双螺带或分离式的多个叶轮。进一步，安放在所述砂堵上方的所述滤砂网固定设置在所述腔体的内壁上，所述滤砂网与所述砂堵之间具有间隙，所述滤砂网的内部具有割缝或中心筛孔。本专利技术的另一方面还提供一种利用前述沉砂式近岸潮汐能转换装置进行潮汐能和波能的转换方法，所述方法包括以下步骤：S1、安装所述沉砂式近岸潮汐能转换装置，具体包括：S101、安装所述腔体：在腔体底部铺设砂堵，在砂堵上面安装滤砂网，滤砂网安装与砂堵留有预定间隙；将驱动旋转螺具、滑动轴承、一临时卡瓦、驱动齿轮依次安装至旋转中心杆柱，吊装旋转中心杆柱和驱动旋转螺具至腔体内后，将构成防护顶盖的两个能对接半圆进行拼接，下放旋转中心杆柱使临时卡瓦坐在防护顶盖上部且防护顶盖支撑全部旋转中心杆柱重量，调整滑动轴承和临时卡瓦实现滑动和密封，拆除临时卡瓦；S102、安装正反转换向阀、发电机并埋设快速输水管道，将正反转换向阀、发电机支架固定在防护顶盖上，将发电机与旋转中心杆柱连接，将正反转换向阀与驱动齿轮对接，安装导电电线与外输电线；退潮至平均低潮面阶段埋设快速输水管道；S2、涨潮与落潮过程潮汐能转换步骤，具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沉砂式近岸潮汐能转换装置，其特征在于：包括腔体、防护顶盖、砂堵、滤砂网、旋转中心杆柱、安装在所述旋转中心杆柱上的驱动齿轮和驱动旋转螺具、与所述驱动齿轮相连接的正反转换向阀；所述旋转中心杆柱的上部外接一发电机与所述驱动齿轮，所述旋转中心杆柱的转动带动所述发电机的内部转轴以及驱动齿轮的转动，所述旋转中心杆柱的中部与所述驱动旋转螺具相连接，所述旋转中心杆柱的下部与所述滤砂网保持预设的间隙距离；所述腔体固定在前滨海域海岸上，腔体的顶部高于坐落位置的平均高潮面，腔体底部低于坐落位置的平均低潮面，腔体的高度大于由海水的平均高潮面与平均低潮面的高度差确定的潮汐高度；腔体的形状呈倒立的圆台状，直径随高度的增加而增加；涨潮时潮汐水流依次经由腔体的底部、砂堵与滤砂网而进入腔体的内部，推动驱动旋转螺具和旋转中心杆柱转动；落潮时潮汐水流依次经由腔体的内部、滤砂网、砂堵、腔体的底部流出，驱动旋转螺具和旋转中心杆柱反向转动，从而将垂向水流势能转换为所述驱动旋转螺具和所述旋转中心杆柱的旋转动能；所述正反转换向阀包括内侧电柱、牵引弹簧、滑杆、外侧电柱以及不导电阀体；滑杆上设置三个连接支柱，包括分别位于两端的两个为不导电支柱和位于中间的一个导电支柱，所述不导电支柱通过牵引弹簧分别与内侧电柱和外侧电柱连接；内侧电柱、滑杆和外侧电柱均由导电电线与发电机连接；驱动齿轮与滑杆接触，旋转中心杆柱和驱动齿轮逆时针转动时，滑杆与外侧电柱接触，与外侧电柱相连接的牵引弹簧被压缩；当旋转中心杆柱和驱动齿轮顺时针转动时，滑杆与内侧电柱接触，与内侧电柱相连接的牵引弹簧被压缩，并在旋转中心杆柱和驱动齿轮分别处于逆时针转动或者顺时针转动时，实现正反转换向阀的正向接通换向或者反向接通换向，以持续性推动所述发电机的运转。...

【技术特征摘要】
1.一种沉砂式近岸潮汐能转换装置，其特征在于：包括腔体、防护顶盖、砂堵、滤砂网、旋转中心杆柱、安装在所述旋转中心杆柱上的驱动齿轮和驱动旋转螺具、与所述驱动齿轮相连接的正反转换向阀；所述旋转中心杆柱的上部外接一发电机与所述驱动齿轮，所述旋转中心杆柱的转动带动所述发电机的内部转轴以及驱动齿轮的转动，所述旋转中心杆柱的中部与所述驱动旋转螺具相连接，所述旋转中心杆柱的下部与所述滤砂网保持预设的间隙距离；所述腔体固定在前滨海域海岸上，腔体的顶部高于坐落位置的平均高潮面，腔体底部低于坐落位置的平均低潮面，腔体的高度大于由海水的平均高潮面与平均低潮面的高度差确定的潮汐高度；腔体的形状呈倒立的圆台状，直径随高度的增加而增加；涨潮时潮汐水流依次经由腔体的底部、砂堵与滤砂网而进入腔体的内部，推动驱动旋转螺具和旋转中心杆柱转动；落潮时潮汐水流依次经由腔体的内部、滤砂网、砂堵、腔体的底部流出，驱动旋转螺具和旋转中心杆柱反向转动，从而将垂向水流势能转换为所述驱动旋转螺具和所述旋转中心杆柱的旋转动能；所述正反转换向阀包括内侧电柱、牵引弹簧、滑杆、外侧电柱以及不导电阀体；滑杆上设置三个连接支柱，包括分别位于两端的两个为不导电支柱和位于中间的一个导电支柱，所述不导电支柱通过牵引弹簧分别与内侧电柱和外侧电柱连接；内侧电柱、滑杆和外侧电柱均由导电电线与发电机连接；驱动齿轮与滑杆接触，旋转中心杆柱和驱动齿轮逆时针转动时，滑杆与外侧电柱接触，与外侧电柱相连接的牵引弹簧被压缩；当旋转中心杆柱和驱动齿轮顺时针转动时，滑杆与内侧电柱接触，与内侧电柱相连接的牵引弹簧被压缩，并在旋转中心杆柱和驱动齿轮分别处于逆时针转动或者顺时针转动时，实现正反转换向阀的正向接通换向或者反向接通换向，以持续性推动所述发电机的运转。2.根据权利要求1所述的沉砂式近岸潮汐能转换装置，其特征在于：所述防护顶盖为位于腔体的上部的两个能对接半圆，所述防护顶盖通过支架固定所述发电机的壳体，所述发电机的壳体承受旋转中心杆柱、驱动齿轮、驱动旋转螺具的重量以及潮汐水流的垂向重力分量；防护顶盖的中心设有圆孔，用于旋转中心杆柱穿过，旋转中心杆柱与防护顶盖之间采用轴承卡瓦组件实现滑动和密封。3.根据权利要求2所述的沉砂式近岸潮汐能转换装置，其特征在于：所述砂堵为多层石英砂，自下而上的目数逐渐增加，底部石英砂利用合成树脂进行胶结而形成一层胶结层。4.根据权利要求1或者3所述的沉砂式近岸潮汐能转换装置，其特征在于：还包括快速输水管道，所述快速输水管道包括第一管道和第二管道，第一管道和第二管道的出口端设置在所述腔体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑黎明，范杰，杨满平，褚庆忠，王连进，阳鑫军，韩东颖，马平华，李光辉，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13