CN101705904A - 大功率垂直轴潮流发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种大功率垂直轴潮流发电装置。重力式塔柱机座(1)与塔柱(2)之间通过万向球铰(3)连接，机舱(4)安装在塔柱顶端，机舱外缘分布有锚链板眼(5)用缆绳(6)将浮桶(7)与锚链接在锚(8)上，水轮机主轴(9)套装在塔柱上，水轮机主轴的两端设置有轴承，水轮机叶片(12)由轮辐(13)均布固定在主轴的轴毂(14)上，主轴上的伞型齿轮(15)在机舱内与发电机(16)轴上的小伞型齿轮(17)咬合，主轴的上端与机舱下壁及塔柱加装密封轴套(18)，机座与万向球铰之间由法兰盘(19)连接。本发明为沿海和众多岛屿及偏远地区，尤其是国家电网覆盖不到海岛居民提供生产生活需要的清洁的可再生能源，发挥积极社会效益。

Description

大功率垂直轴潮流发电装置
技术领域
本发明涉及一种水力发电装置，具体地说是一种利用潮流进行发电的装置。
背景技术
潮流能发电装置是利用水轮机吸收水流的动能，产生轴转矩带动发电机工作的海洋能发电装置。多年的研究经验表明，潮流能最大流速确定后，发电装置要达到单机发电额定的功率，其水轮机尺度会随着额定发电功率的增加而增大。如风力发电装置一样，1.2Mw风机其叶轮直径达到63m，塔柱高约为70m，这样庞大的总体结构无论是结构强度还是安装施工，在陆地上设置都具有相当的难度，同样庞大的潮流能发电装置在水下安装难度就更大，叶轮的大尺度结构就更难，相应的主轴与传动机构、锚固要求就更高，就必须有一套与其相适应的大功率垂直轴潮流发电装置总体结构。为将研究成果转变成产业化，广泛推广利用，就必须有抵抗风、浪、流载荷的可靠总体结构形式、大尺度叶轮及轮轴的支撑机构、机械传动与水密、锚泊定位等，同时要满足海上安装施工可行性、便于维修和较低的总体造价。
与本发明相关的公开报道有：1、垂直轴潮流水轮机的水力性能研究(中国工程热物理学会流体机械学术会议论文)，主要涉及的是水轮机叶轮的形状布置的优化设计及水力学性能；2、潮流发电水轮机基于动量定理的性能计算方法研究(海洋工程)，主要涉及的是一种变攻角水轮机计算方法；3、一种竖轴潮流发电水轮机性能优化方法的初步研究(哈尔滨工程大学学报)，主要是建立了提高竖轴变攻角潮流发电水轮机能量利用率的优化方法和数学模型该模型以叶片偏角随位置角的变化规律为优化参数；4、130kW漂浮式潮流电站锚泊系统设计(哈尔滨工程大学硕士学位论文)，主要研究了锚泊载体的选择对一型水轮机性能的影响；5、公开号为CN1439805的专利文件中公开的“用于潮流能转换的直叶式自适应变螺距水轮机”，主要特点在于水轮机攻角可变以改善水轮机性能曲线；5、申请号为96112682.5的专利文件中公开的“复合转动式水轮机”，主要特点在于设计水轮机轮片的复合转动(即，公转与自转相结合)的运转方式来提高轮片的单位面积上的工作效率；6、申请号为200810070549.2的专利文件中公开的“海上发电平台单元机组”，特点在于整合风能以及海洋能发电装置于同一平台，位于水面以上；7、专利申请号为JA32365的专利文件中公开的“Vertical axis composite swinging blade water wheel”，特点是在于水轮机叶片攻角随水轮机转动改变并适应不同方向水流有效发电；8、美国专利申请号为US20020178209的专利文件中公开的“Vertical axis wind engine”，研究的是风力发电装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够解决大尺度水轮机的总体结构问题，实现单机大功率化的大功率垂直轴潮流发电装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的垂直轴潮流发电装置的结构为：重力式塔柱机座1与塔柱2之间通过万向球铰3连接，机舱4安装在塔柱顶端，机舱外缘分布有锚链板眼5用缆绳6将浮桶7与锚链接在锚8上，水轮机主轴9套装在塔柱上，水轮机主轴的两端设置有轴承，水轮机叶片12由轮辐13均布固定在主轴的轴毂14上，主轴上的伞型齿轮15在机舱内与发电机16轴上的小伞型齿轮17咬合，主轴的上端与机舱下壁及塔柱加装密封轴套18，机座与万向球铰之间由法兰盘19连接。
本发明还可以包括：
所述水轮机主轴两端的轴承是，主轴的下端为梅花式橡胶水润滑轴承10，主轴的上端为径向及轴向组合滚动轴承11。
本发明重力式塔柱机座与塔柱之间通过万向球铰连接，发电机舱安装在塔柱顶端的碟型机舱内。水轮机主轴套装在塔柱上，安装的水轮机叶片由轮辐均布固定在主轴的轴毂上。转轮上的叶片吸收来流动能推动轮机主轴旋转，主轴上的伞型齿轮在机舱内与发电机轴上的小伞型齿轮咬合带动发电机工作。
基座和塔柱之间固结为非刚性的，采用球铰，铰链，喉管式链接等，保证底座可以支持住主轴，但不限制其随海流做一定程度的摆动以及必要时允许主轴放倒。
碟型机舱外缘分布多个个锚链板眼用缆绳将浮桶与锚链接在锚上，以限制主轴摆动幅度，在一定程度上保持主轴保持竖直状态，保证机舱不浸入水中。
主轴的下端采用梅花式橡胶水润滑轴承，主轴的上端采用径向及轴向组合滚动轴承，用来承载水轮机的重力和水平力。
主轴的上端与机舱下壁及塔柱加装密封轴套防止海水渗入。
本装置可以方便地将海洋潮流动能高效转换为电能输出，解决大尺度水轮机的总体结构问题，使单机大功率化成为现实，这是发电商业化运行的必要条件。为沿海和众多岛屿及偏远地区，尤其是国家电网覆盖不到海岛居民提供生产生活需要的清洁的可再生能源，发挥积极社会效益。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2、图3是图1的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
垂直轴潮流发电装置总体结构与布置形式：重力式塔柱机座1与塔柱2之间通过万向球铰3连接，耐风浪的碟型机舱4安装在塔柱顶端，碟型机舱外缘分布四个锚链板眼5用缆绳6将浮桶7与锚链接在锚上8.塔柱作为主体结构被上端的缆绳和下端的重力式塔柱机座两点支撑来抵抗外力.水轮机主轴9套装在塔柱上，主轴的下端采用梅花式橡胶水润滑轴承10，主轴的上端采用径向及轴向组合滚动轴承11，用来承载水轮机的重力和水平力.水轮机叶片12由轮辐13均布固定在主轴的轴毂14上.转轮上的叶片吸收来流动能推动轮机主轴旋转，主轴上的伞型齿轮15在机舱内与发电机16轴上的小伞型齿轮17咬合带动发电机工作.主轴的上端与机舱下壁及塔柱加装密封轴套18防止海水渗入.重力式塔柱机座与万向球铰之间的法兰盘19.

Claims (3)

1.一种大功率垂直轴潮流发电装置，其特征是：重力式塔柱机座(1)与塔柱(2)之间通过万向球铰(3)连接，机舱(4)安装在塔柱顶端，机舱外缘分布有锚链板眼(5)用缆绳(6)将浮桶(7)与锚链接在锚(8)上，水轮机主轴(9)套装在塔柱上，水轮机主轴的两端设置有轴承，水轮机叶片(12)由轮辐(13)均布固定在主轴的轴毂(14)上，主轴上的伞型齿轮(15)在机舱内与发电机(16)轴上的小伞型齿轮(17)咬合，主轴的上端与机舱下壁及塔柱加装密封轴套(18)，机座与万向球铰之间由法兰盘(19)连接。
2.根据权利要求1所述的大功率垂直轴潮流发电装置，其特征是：所述水轮机主轴两端的轴承是，主轴的下端为梅花式橡胶水润滑轴承(10)，主轴的上端为径向及轴向组合滚动轴承(11)。
3.根据权利要求1或2所述的大功率垂直轴潮流发电装置，其特征是：所述机舱(4)是碟型机舱。
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