CN101915199B - 三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置 - Google Patents

三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置 Download PDF

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Abstract

一种三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置，其属于利用潮流能发电的技术领域。该发电装置在连接体的两侧经伸缩折叠式横臂各连接一个转向节，发电机和增速齿轮箱固定在转向节的一侧，小叶轮经伸缩折叠式连杆与增速齿轮箱连接，在转向节的下方设有保证潮流方向正对叶轮的方向舵。在连接体的顶部设有另一个转向节，发电机和增速齿轮箱固定在该转向节的一侧，大叶轮经伸缩折叠式连杆与增速齿轮箱连接。该发电装置同时有三个水轮机组发电，提高了单个发电装置的发电效率，由于主要部件均采用伸缩折叠式结构，通过有效的伸缩折叠，缩小了整个装置的体积，方便运输，避免各个部件之间的拆装，减少了海底安装成本至原来的50％以上，延长水轮机寿命5年以上。

Description

三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置
技术领域
本发明涉及一种三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置，其属于利用潮流能发电的技术领域。
背景技术
海洋能作为一种清洁、可再生的能源，不仅资源丰富，而且对环境的影响甚微。当前，全球可再生的海洋能资源，理论总量达766000GW，开发前景非常可观。我国拥有绵长的海岸线和广阔的海域面积，海洋能储量丰富，可开发的海洋能资源包括：潮流能、潮汐能和波浪能等，其中，潮流能理论平均功率为13940MW。潮流能由于可预测性强，在稳定提供电力方面比波浪能有更大的优势，同时与潮汐能的利用相比，潮流能并不需要很大范围的改变自然环境，因此成为当前的海洋能焦点。我国的潮流能资源丰富，全国共130个水道，在舟山群岛各岛之间的水道是我国潮流最大的海域，如西堠门水道、册子水道、金塘水道、秀山水道、龟山水道等，潮流速度可达4.0m/s；自江苏斗龙港向南，经长江口、浙江、福建沿海潮流也有1.5-3.0m/s；渤海海峡北侧老铁山水道达3.0m/s；琼州海峡2.0-2.5m/s；黄海沿岸的斋堂岛水道2.0m/s。
现有的潮流能发电装置高昂的运输与安装成本占总成本的30％，成为阻碍潮流能发电的最大障碍。目前国内外尚未有发电装置利用伸缩和折叠方式，降低潮流能水轮机运输与安装成本。浙江大学提出实用新型专利《一种伸缩浆海流能发电装置》(申请号：200620105769.0)和发明专利《伸缩浆海流能发电装置》(申请号：200610052522.1)利用伸缩结构减小来流对水轮机冲击的阻力，着重于提高性能。
哈尔滨工程大学的发明专利《用于潮流能转换的直叶式自适应变螺距水轮机》(申请号：2003106918.5)利用弹簧机构代替摆线式达到自动调整螺距的功能，提高性能价格比。中国海洋大学《自适应柔性叶片转子》(申请号：200710181399.8)和《柔性叶片转子支撑装置》(申请号：200810249880.0)通过使用柔性叶片转子，产生比刚性叶片更大的转矩，提高水轮机换能效率。天津大学的《自调节海流能发电装置》(申请号：200610129897.3)利用感应器对海流的大小和方向自动调整叶片的角度和深度，优化两个横轴水轮机的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置，它针对背景技术中存在的问题，采用多个可伸缩折叠结构的水轮机组，提高单个发电装置的发电效率，克服运输与海底安装要消耗大量的人力和物力的不足，通过有效的伸缩折叠缩小整个装置的体积，方便运输，避免各个部件之间的拆装减少海底安装成本。
本发明的技术方案是：一种三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置，水轮机的叶轮经连杆和增速齿轮箱连接到发电机，潮流能转动叶轮驱动发电机发电；在连接体的两侧各设有一个伸缩折叠式横臂，在横臂的端部各连接一个转向节，所述发电机和增速齿轮箱固定在转向节的一侧，小叶轮经伸缩折叠式连杆与增速齿轮箱连接，在这二个转向节的下方各设有一个保证潮流方向正对叶轮的方向舵；在连接体的顶部设有另一个转向节，所述发电机和增速齿轮箱固定在该转向节的一侧，大叶轮经伸缩折叠式连杆与增速齿轮箱连接；所述连接体与伸缩折叠式支柱之间设有一个推力轴承，支柱用地脚螺栓固定在海床的水泥基础上；所述小叶轮和大叶轮采用周向均匀布置的2～4个叶片，每个叶片的根部设有叶片折叠销，所述横臂、连杆和支柱采用锁紧机构锁紧的具有2～5节的伸缩折叠式结构。
所述横臂采用锁紧机构锁紧的具有2节的伸缩折叠式结构，松开锁紧机构，把1节横臂推入2节横臂中。
所述连杆采用锁紧机构锁紧的具有3节的伸缩折叠式结构，松开锁紧机构，把1节连杆推入2节连杆中，2节连杆推入3节连杆中。
所述支柱采用锁紧机构锁紧的具有3节的伸缩折叠式结构，松开锁紧机构，把1节支柱推入2节支柱中，2节支柱推入3节支柱中。
所述转向节采用小叶轮及连杆构成的总成或大叶轮及连杆构成的总成向上转动90度角的结构。
本发明的有益效果是：这种三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置在连接体的两侧经伸缩折叠式横臂各连接一个转向节，发电机和增速齿轮箱固定在转向节的一侧，小叶轮经伸缩折叠式连杆与增速齿轮箱连接，在这二个转向节的下方各设有一个保证潮流方向正对叶轮的方向舵。在连接体的顶部设有另一个转向节，发电机和增速齿轮箱固定在该转向节的一侧，大叶轮经伸缩折叠式连杆与增速齿轮箱连接。该潮流能发电装置同时有三个水轮机组发电，提高了单个发电装置的发电效率，横臂的伸缩能控制大叶轮的来流总量和速度，由于主要部件均采用伸缩折叠式结构，通过有效的伸缩折叠，缩小了整个装置的体积，方便运输，避免各个部件之间的拆装，减少了海底安装成本至原来的50％以上，延长水轮机寿命5年以上。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是一种三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置的结构和工作状态图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1的右视图。
图4是一种三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置经折叠后的状态图。
图中：1、小叶轮，1a、小叶片折叠销，2、大叶轮，2a、大叶片折叠销，3、转向节，4、横臂，4a、1节横臂，4b、2节横臂，5、连杆，5a、1节连杆，5b、2节连杆，5c、3节连杆，6、支柱，6a、1节支柱，6b、2节支柱，6c、3节支柱，7、锁紧机构，8、推力轴承，8a、端盖，9、连接体，10、方向舵，11、发电机推力轴承，12、增速齿轮箱，13、地脚螺栓，14、水泥基础。
具体实施方式
图1、2、3示出了一种三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置。图中，二个小叶轮1和一个大叶轮2经各自的连杆5和增速齿轮箱12连接到各自的发电机11，潮流能转动叶轮驱动发电机11发电。在连接体9的两侧各固定连接一个伸缩折叠式横臂4，横臂4采用锁紧机构7锁紧的具有2节的伸缩折叠式结构，松开锁紧机构7，把1节横臂4a推入2节横臂4b中。在横臂4的端部各连接一个转向节3，发电机11和增速齿轮箱12固定在转向节3的一侧，小叶轮1经伸缩折叠式连杆5与增速齿轮箱12连接，在这二个转向节3的下方各设有一个保证潮流方向正对叶轮的方向舵10。在连接体9的顶部固定连接另一个转向节3，发电机11和增速齿轮箱12固定在该转向节3的一侧，大叶轮2经伸缩折叠式连杆5与增速齿轮箱12连接。连接体9与伸缩折叠式支柱6之间设有一个推力轴承8，使推力轴承8的上部构件(即三个发电装置)借助方向舵10能随潮流的方向调节到最佳发电位置。支柱6采用锁紧机构7锁紧的具有3节的伸缩折叠式结构，松开锁紧机构7，把1节支柱6a推入2节支柱6b中，2节支柱6b推入3节支柱6c中。支柱6用地脚螺栓13固定在海床的水泥基础14上。小叶轮1和大叶轮2采用周向均布的2个叶片，小叶轮1的叶片根部设有小叶片折叠销1a，大叶轮2的叶片根部设有大叶片折叠销2a。转向节3采用小叶轮1及连杆5构成的总成或大叶轮2及连杆5构成的总成向上转动90度角的结构。连杆5采用锁紧机构7锁紧的具有3节的伸缩折叠式结构，松开锁紧机构7，把1节连杆5a推入2节连杆5b中，2节连杆5b推入3节连杆5c中。
上述的推力轴承8设置在连接体9内，推力轴承8的上轴承板与连接体9为静配合固定连接，下轴承板与支柱6中的1节支柱6a的头部为静配合固定连接，并设置有防脱落的弹性卡环，还设有起保护作用的端盖8a。因此，安装在推力轴承8上的三个水轮机组可以在支柱6上作适当转动。
图4示出了一种三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置经折叠后的状态图。该能发电装置在运送前，先将小叶轮1和大叶轮2的叶片折叠，横臂4、连杆5和支柱6收缩到最短，再将小叶轮1及连杆5构成的总成和大叶轮2及连杆5构成的总成在转向节3处向上转动90度角，然后包装运输。这样能有效的防止运输过程中叶轮总成出现碰撞损坏的情况。运输完成后，进行海底固定安装。最后把支柱6、连杆5和横臂4向外拉伸，再伸展小叶轮1和大叶轮2的叶片。
上述的技术方案利用三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置，同时有三个水轮机组发电，提高了单个发电装置的发电效率，由于主要部件均采用伸缩折叠式结构，减少了水下施工时间，提高了水下施工的安装质量，使运输与安装成本降低。在人力方面降低了施工人员的技术门槛，只需要对普通工人进行简单的培训即可工作。

Claims (5)

1.一种三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置，水轮机的叶轮经连杆(5)和增速齿轮箱(12)连接到发电机(11)，潮流能转动叶轮驱动发电机(11)发电；其特征在于：在连接体(9)的两侧各设有一个横臂(4)，在横臂(4)的端部各连接一个转向节(3)，在这二个转向节(3)的一侧各固定一组发电机(11)、增速齿轮箱(12)、连杆(5)和小叶轮(1)，每个小叶轮(1)经各自的连杆(5)与各自的增速齿轮箱(12)连接，在这二个转向节(3)的下方各设有一个保证潮流方向正对叶轮的方向舵(10)；在连接体(9)的顶部设有另一个转向节(3)，在这个转向节(3)的一侧固定另一组发电机(11)、增速齿轮箱(12)、连杆(5)和大叶轮(2)，大叶轮(2)经自己的连杆(5)与自己的增速齿轮箱(12)连接；所述连接体(9)与支柱(6)之间设有一个推力轴承(8)，支柱(6)用地脚螺栓(13)固定在海床的水泥基础(14)上；所述小叶轮(1)和大叶轮(2)采用周向均匀布置的2～4个叶片，每个叶片的根部设有叶片折叠销，所述横臂(4)、连杆(5)和支柱(6)采用锁紧机构(7)锁紧的具有2～5节的伸缩折叠式结构。
2.根据权利要求1所述的三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置，其特征在于：所述横臂(4)采用锁紧机构(7)锁紧的具有2节的伸缩折叠式结构，松开锁紧机构(7)，1节横臂(4a)允许推入2节横臂(4b)中。
3.根据权利要求1所述的三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置，其特征在于：所述连杆(5)采用锁紧机构(7)锁紧的具有3节的伸缩折叠式结构，松开锁紧机构(7)，1节连杆(5a)允许推入2节连杆(5b)中，2节连杆(5b)允许推入3节连杆(5c)中。
4.根据权利要求1所述的三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置，其特征在于：所述支柱(6)采用锁紧机构(7)锁紧的具有3节的伸缩折叠式结构，松开锁紧机构(7)，1节支柱(6a)允许推入2节支柱(6b)中，2节支柱(6b)允许推入3节支柱(6c)中。
5.根据权利要求1所述的三轮高效伸缩折叠式横轴潮流能发电装置，其特征在于：横臂(4)两端的转向节(3)采用小叶轮(1)及其连杆(5)构成的总成或连接体(9)顶部的转向节(3)采用大叶轮(2)及其连杆(5)构成的总成能向上转动90度角的结构。
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