CN102345550B - 一种低速半直驱海流能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新能源发电领域，具体涉及一种低速半直驱海流能发电装置。该发电装置包括叶轮、轮毂、机舱、变桨距机构和发电机，所述发电机的转子固定在机舱内部底面的立柱上，发电机的转子的轴向方向与叶轮的主轴的轴向方向相垂直。所述叶轮的主轴与发电机的转子之间采用一对锥形齿轮传动。在所述主轴上设有一沿轴线方向的通孔，变桨距机构的驱动机构位于机舱内，驱动机构的驱动杆贯穿所述主轴的通孔进入所述轮毂中，所述驱动杆与位于轮毂内的变桨距机构的执行机构相连接。本发明采用一对锥形齿轮传动方案，将发电机的安装方式由通常采用的水平安装方式转变为垂直安装方式，有效减小机舱迎流截面积，从而减小了机舱对海水流动的阻碍作用。
Description
技术领域
本发明属于新能源发电领域，具体涉及一种低速半直驱海流能发电装置。
背景技术
全球工业化进程的发展加大了对能源的需求，传统化石能源过度消耗也引起一系列经济与社会问题，开发利用绿色可再生能源成为新的发展趋势。海流能具有蕴藏量大、可再生、周期性及可预测性强、能量密度大等优点，开发利用海流能已受到世界各国的重视，并取得较大进步，大多数样机已处于海试阶段。
水平轴海流能发电技术与风力机发电技术相似，但与风力机所不同的是，海水的密度是空气的800多倍，同等功率下海流能发电装置的叶轮直径要小得多，为了减小发电装置的机舱对叶轮的挡水面积，机舱的截面积需要尽量地小。同时为了减小叶片发生气蚀的概率，叶轮转速不能太高，通常只有几十转/分，甚至几转/分，而发电机转速通常都在几百转/分以上。为了使发电机达到额定转速，通常的做法是利用增速齿轮箱将叶轮转速提升至发电机的额定转速。这种方案的缺点是增加了齿轮箱部件，也就增加了发电装置出故障的机率，而且从目前大多数风力机运行情况来看，齿轮箱的故障问题也是影响机组运行的关键问题之一。
国内现有的水平轴直驱型海流能发电装置，通常采用轮毂主轴与发电机转轴直接耦合且水平布置的结构形式，随着发电机功率等级的增加，发电机的体积将成倍地增加，发电机垂直于转轴方向的截面直径有可能达到十几米，从而导致机舱迎流截面积过大，挡水现象严重，在这种情况下，发电装置根本无法正常工作，所以采用上述结构形式的水平轴直驱型海流能发电装置只适用于低流速、低转速及小功率条件下。
在海流能发电装置中，变桨距机构是保证发电装置在双向水流中正常工作的必要装置。目前在国内外的海流能发电装置研究开发中，变桨距机构较多地采用电动变桨距，并且将驱动电机及执行机构均置于轮毂内。由于海流能发电装置的轮毂空间狭小，使得变桨距机构设计极为复杂，同时将驱动电机及执行机构置于轮毂内也增加了轮毂主轴的悬臂负载，会大大缩短主轴寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低速半直驱海流能发电装置，该装置利用一对锥形齿轮，将发电机以垂直安装方式安装，可以减小机舱的迎流截面积，从而减小机舱对海水流动的阻碍作用。该装置设有变桨距机构，采用变桨距机构的驱动机构放置在机舱内，弱化了轮毂空间狭小给变桨距机构的执行机构设计带来的限制。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种低速半直驱海流能发电装置，包括叶片、轮毂、机舱和变桨距机构，发电机放置在机舱内部。所述发电机的转子固定在机舱内部底面的立柱上，所述转子的轴向方向与轮毂的主轴的轴向方向相垂直，所述转子可绕立柱沿圆周方向旋转，发电机的定子固定在机舱内部底面上。在所述轮毂的主轴上设有第一锥齿轮，在所述发电机的转子上靠近主轴的一端设有与第一锥齿轮相配合的第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合；第一轴承和第二轴承分别布置在所述第一锥齿轮的两侧支撑主轴，所述第一轴承和第二轴承均固定在机舱壁上。
进一步的，在所述主轴上设有一沿轴线方向的通孔，所述通孔的中心线与主轴的轴线重合.在机舱内靠近所述主轴的一端处，设有一变桨距机构的驱动机构，所述变桨距机构的驱动机构固定在机舱的内壁上。所述驱动机构的驱动杆贯穿所述主轴的通孔进入所述轮毂中，所述驱动杆与位于轮毂内的变桨距机构的执行机构相连接。
进一步的，所述变桨距机构的驱动机构可以为液压缸，从而，所述驱动机构的驱动杆为所述液压缸的活塞杆，所述液压缸固定在机舱的内壁上。所述液压缸的活塞杆贯穿所述主轴的通孔进入所述轮毂中，所述活塞杆与位于轮毂内的变桨距机构的执行机构相连接。所述液压缸通过液压管道与位于机舱外部的动力源相连接。
进一步的，所述变桨距机构的驱动机构还可以为电动推杆，从而，所述驱动机构的驱动杆为所述电动推杆的推杆，所述电动推杆固定在机舱的内壁上。所述电动推杆的推杆贯穿所述主轴的通孔进入所述轮毂中，所述电动推杆的推杆与位于轮毂内的变桨距机构的执行机构相连接。
进一步的，所述第一轴承嵌套在轴承座内，所述轴承座固定在机舱壁上。
进一步的，所述轮毂与机舱之间的主轴上设有密封套件，所述密封套件包括密封件和密封壳体，若干个密封件并排安装在密封壳体里，密封套件套在主轴上，密封壳体固定在机舱的轴承座上。
采用本发明具有如下的有益效果：
1、本发明所述的低速半直驱海流能发电装置，采用一对锥形齿轮传动方案，将发电机的安装方式由通常采用的水平安装方式转变为垂直安装方式，发电机采用垂直安装方式可以减小机舱迎流方向截面积，从而减小了机舱对海水流动的阻碍作用。
2、本发明所述的低速半直驱海流能发电装置，通过将变桨距机构的驱动机构置于机舱内，采用驱动机构的驱动杆带动放置在轮毂内部的变桨距机构的执行结构动作，使得变桨距机构的执行结构可以得到简化，并有效减小主轴载荷，延长主轴寿命。
3、本发明所述的低速半直驱海流能发电装置，采用轮毂主轴与发电机转轴通过一对锥齿轮啮合的方式(即半直驱)，省略了增速机构(如齿轮箱等)，节约了机舱内部空间，同样可以起到有效减小机舱对海水流动的阻碍作用，并节约了成本。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明一种低速半直驱海流能发电装置第一种实施例的主视剖面图；
图2为本发明一种低速半直驱海流能发电装置第二种实施例的主视剖面图；
图3为图1中A-A方向剖视图。
具体实施方式
参照附图1和图3。图1和图3中所示为本发明的第一种实施例，一种低速半直驱海流能发电装置，包括叶片1、轮毂2、机舱3和变桨距机构，叶片1安装在轮毂2上，变桨距机构的执行机构设置在轮毂2内，变桨距机构的驱动机构设置在机舱3内。
发电机4位于机舱3内部，所述发电机4的定子42固定在机舱3内部底面上，发电机4的转子41套在机舱3内部底面的立柱31上，所述发电机4的转子41轴线方向与立柱31的轴线方向相同，发电机4的转子41可绕立柱31沿圆周方向旋转，发电机4的转子41的轴向方向与轮毂2的主轴11的轴向方向相垂直。
在所述轮毂2的主轴11上设有第一锥齿轮51，在所述发电机4的转子41上靠近主轴11的一端设有与第一锥齿轮51相配合的第二锥齿轮52，所述第一锥齿轮51与第二锥齿轮52相啮合。第一轴承112和第二轴承113分别布置在所述第一锥齿轮51的两侧支撑主轴11，所述第一轴承112嵌套在轴承座81内，所述轴承座81固定在机舱3壁上，所述第二轴承113固定在机舱3内的轴承安装壁32上。
所述轮毂2与机舱3之间的主轴11上设有密封套件，所述密封套件包括密封件91和密封壳体92，三个密封件91并排安装在密封壳体92内，密封套件套在主轴11上，所述密封壳体92固定在机舱3的轴承座81上。密封套件起密封的作用，防止海水进入机舱3内部。
在所述主轴11上设有一沿轴线方向的通孔111，所述通孔111的中心线与主轴11的轴线重合，在机舱3内靠近所述主轴11的一端处，设有一变桨距机构的驱动机构，所述驱动机构的驱动杆贯穿所述主轴11的通孔111进入所述轮毂2中，所述驱动杆与位于轮毂2内的变桨距机构的执行机构相连接。
在图1所示的本发明的第一种实施例中，所述变桨距机构的驱动机构为液压缸6，此时，驱动机构的驱动杆为液压缸6的活塞杆61，所述液压缸6固定在机舱3的内壁上。所述液压缸6的活塞杆61贯穿所述主轴11的通孔111进入所述轮毂2中，所述活塞杆61与位于轮毂2内的变桨距机构的执行机构相连接。所述液压缸6通过液压管道62与位于机舱外部的动力源相连接，由外界动力源为液压缸6提供带有一定压力的液压油，液压油推动液压缸6内的活塞63运动，进而推动活塞杆61运动，位于轮毂2内的变桨距机构的执行机构在活塞杆61的带动下，执行变桨距动作。
从图3中可以看出，由于发电机4所采用的安装方式和锥形齿轮传动方式，使得所述机舱3可以具有如下结构：机舱3的上部为半圆形筒状结构，下部截面呈倒“T”字形。机舱3采用此种结构有效地减小了机舱3对海水流动的阻碍作用，提高了叶轮1捕获海流能的效率。
参照附图2。图2中所示为本发明一种低速半直驱海流能发电装置的第二种实施例，本发明第二种实施例与上述本发明第一种实施例的区别如下：所述变桨距机构的驱动机构还可以为电动推杆7，此时，驱动机构的驱动杆为电动推杆7的推杆71，所述电动推杆7固定在机舱3的内壁上。所述电动推杆7的推杆71贯穿所述主轴11的通孔111进入所述轮毂2中，所述电动推杆7的推杆71与位于轮毂2内的变桨距机构的执行机构相连接。电动推杆7带动推杆71做水平往复运动，位于轮毂2内的变桨距机构的执行机构在推杆71的带动下，执行变桨距动作。
在本发明的第一种实施例与第二种实施例中，均将变桨距机构的驱动机构放置在机舱3内，从而使得放置在轮毂内部的变桨距机构的执行结构可以得到简化，有效减小轮毂2的主轴11的载荷，延长主轴11的寿命。
Claims (5)
1.一种低速半直驱海流能发电装置，包括叶片(1)、轮毂(2)、机舱(3)和变桨距机构，发电机(4)放置在机舱(3)内部，其特征在于：所述发电机(4)的转子(41)固定在机舱(3)内部底面的立柱(31)上，所述转子(41)的轴向方向与轮毂(2)的主轴(11)的轴向方向相垂直，所述转子(41)可绕立柱(31)沿圆周方向旋转，发电机(4)的定子(42)固定在机舱(3)内部底面上；在所述轮毂(2)的主轴(11)上设有第一锥齿轮(51)，在所述发电机(4)的转子(41)上靠近主轴(11)的一端设有与第一锥齿轮(51)相配合的第二锥齿轮(52)，所述第一锥齿轮(51)与第二锥齿轮(52)相啮合；第一轴承(112)和第二轴承(113)分别布置在所述第一锥齿轮(51)的两侧支撑主轴(11)，所述第一轴承(112)和第二轴承(113)均固定在机舱(3)壁上；
在所述主轴(11)上设有一沿轴线方向的通孔(111)，所述通孔(111)的中心线与主轴(11)的轴线重合；在机舱(3)内靠近所述主轴(11)的一端处，设有一变桨距机构的驱动机构，所述变桨距机构的驱动机构固定在机舱(3)的内壁上；所述驱动机构的驱动杆贯穿所述主轴(11)的通孔(111)进入所述轮毂(2)中，所述驱动杆与位于轮毂(2)内的变桨距机构的执行机构相连接。
2.按照权利要求1所述的一种低速半直驱海流能发电装置，其特征在于：所述变桨距机构的驱动机构为液压缸(6)，所述驱动机构的驱动杆为所述液压缸(6)的活塞杆(61)，所述液压缸(6)固定在机舱(3)的内壁上；所述液压缸(6)的活塞杆(61)贯穿所述主轴(11)的通孔(111)进入所述轮毂(2)中，所述活塞杆(61)与位于轮毂(2)内的变桨距机构的执行机构相连接；所述液压缸(6)通过液压管道(62)与位于机舱外部的动力源相连接。
3.按照权利要求1所述的一种低速半直驱海流能发电装置，其特征在于：所述变桨距机构的驱动机构为电动推杆(7)，所述驱动机构的驱动杆为所述电动推杆(7)的推杆(71)，所述电动推杆(7)固定在机舱(3)的内壁上；所述电动推杆(7)的推杆(71)贯穿所述主轴(11)的通孔(111)进入所述轮毂(2)中，所述电动推杆(7)的推杆(71)与位于轮毂(2)内的变桨距机构的执行机构相连接。
4.按照权利要求2或3所述的一种低速半直驱海流能发电装置，其特征在于：所述第一轴承(112)嵌套在轴承座(81)内，所述轴承座(81)固定在机舱(3)壁上。
5.按照权利要求4所述的一种低速半直驱海流能发电装置，其特征在于：所述轮毂(2)与机舱(3)之间的主轴(11)上设有密封套件，所述密封套件包括密封件(91)和密封壳体(92)，若干个密封件(91)并排安装在密封壳体(92)里，密封套件套在主轴(11)上，密封壳体(92)固定在机舱(3)的轴承座(81)上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |