CN102418672B - 风力和水力综合发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力和水力综合发电系统，包括安装在海床上并伸出海面的塔架，塔架顶部安装有风力叶片和第一传动机构，风力叶片的心轴联接第一传动机构的输入端；塔架浸于海水中的立柱上安装有水轮叶片和第二传动机构，水轮叶片的心轴联接第二传动机构的输入端；塔架上还安装有自动变速箱和具有两个输入半轴的差动器，第一传动机构的输出轴联接自动变速箱的输入端，自动变速箱的输出端联接差动器的第一半轴，第二传动机构的输出端联接差动器的第二半轴，差动器的输出端联接发电机的输入轴。该发明综合利用海上风力和洋流发电，将两种绿色能源的利用有机地结合起来，降低了建造成本，提高了发电功率、简化了辅助设备。

Description

风力和水力综合发电系统
技术领域
本发明涉及一种风力和水力综合发电系统，属于发电机技术领域。
背景技术
目前，海洋能源的利用方式主要有海上风力发电与洋流发电，其原理均为利用流体的动能推动叶片转动并带动发电机发电，其中以水平轴的海上风力发电机与水下风车最为普遍，经检索，现有海上风电与水下风车均为单独建设，需要在海床上打桩基并架设支架，而水下风车也需要在海床上打桩基并架设支架，且浸入水中的发电机需要做防水处理；海风与洋流的运动的强度往往不规律，单台海上风电发电机或水下风车发电机均需要配备独立的增速器以及蓄能调峰装置才能输出平稳的电能，而且单台发电机的发电功率较低，导致目前海上风力发电与洋流发电建造成本居高不下。经检索，公开的中国专利申请CN02824133.9公布了一种发电机和涡轮单元，通过安装在海床上的涡轮机装置驱动泵装置，再经由管路将流体送到水面上的发电机发电，该技术方案通过在水下、水上的分开安装涡轮单元与发电机省去了对发电机做防水处理，通过管路并联多台涡轮机增加了发电机的功率，但其安装与维护的成本依然不低，对海洋能源的利用方式单一，而且在安装多台涡轮单元时管路的铺设可能对航运造成影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，降低海上风电与洋流发电的建造成本，提高单台发电机的功率，提出一种风力和水力综合发电系统。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种风力和水力综合发电系统，包括发电机和安装在海床上并伸出海面的塔架，所述塔架顶部安装有风力叶片和第一传动机构，所述风力叶片的心轴联接第一传动机构的输入端；所述塔架浸于海水中的立柱上安装有水轮叶片和第二传动机构，所述水轮叶片的心轴联接第二传动机构的输入端；所述塔架上还安装有自动变速箱和具有两个输入半轴的差动器，所述第一传动机构的输出轴联接自动变速箱的输入端，所述自动变速箱的输出端联接差动器的第一半轴，所述第二传动机构的输出端联接差动器的第二半轴，所述差动器的输出端联接发电机的输入轴。
优选的，所述第一传动机构为第一伞形齿轮组，所述第二传动机构为第二伞形齿轮组，所述自动变速箱的输入端安装有第一转速传感器，所述第二半轴上安装有第二转速传感器，所述第一转速传感器、第二转速传感器联接自动变速箱的信号输入端。
优选的，所述差动器的输出轴与发电机的输入轴之间还串联有增速器。
优选的，所述水轮叶片外环绕有扩张管，所述扩张管外套有套筒，所述扩张管包括入口、收缩段、喉部、扩散段、出口和安置在出口处的第一凸缘片；所述套筒的后端超出扩张管的后端，所述套筒与所述扩张管形成入口大、出口小的水流增速腔；所述水流增速腔的最窄处口径大于所述第一凸缘片的外径。
优选的，所述套筒的后端安装有第二凸缘片。
优选的，所述扩张管的内壁为摆线曲线回转面，所述扩张管的长度、所述喉部的直径和所述第一凸缘片的高度之比范围是0.37-1.47:1:0.1-0.2；所述扩张管喉部至出口段的长度与所述扩张管的长度之比为0.6:1。
优选的，所述喉部是一直线段，所述直线段安置有水轮。
    优选的，所述水流增速腔的出口处口径是所述第一凸缘片的外径的1.5-2倍。
本发明将海上风电与洋流发电通过塔架和传动系统集成在一起，相比现有独立的海上风电和洋流发电，具有以下有益效果：
1、只需要在海床上打一套桩基，一个塔架即可同时安装海上风电与洋流发电系统，降低了建造成本。
2、风能与洋流能汇入同一台发电机，提高了单台发电机的发电功率。
3、只需要在塔架的水面上方安装一台发电机，不需对其做复杂的防水处理，只需要一套蓄能或调峰装置直接联接在发电机的输出端，相比现有两种独立的发电系统简化了辅助设备。
4、由于水轮叶片外设置了套有套筒的扩张管，套筒与扩张管对水流进行两级增速导流，从而加速了扩张管喉部的水流的流速，提高了安装在此处的水轮叶片的发电功率。 
附图说明
下面结合附图对本发明风力和水力综合发电系统作进一步说明。
图1是本发明实施例一风力和水力综合发电系统的结构示意图。
图2是图1中机械传动部分的结构示意图。
图3是本发明实施例二的扩张管的结构示意图。
图4是本发明实施例三的扩张管的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的风力和水力综合发电系统如图1、2所示，包括安装在海床上并伸出海面的塔架3，塔架3顶部安装有风力叶片4和第一传动机构1，风力叶片4的心轴1-1联接第一传动机构1的输入端，塔架3浸于海水中的立柱上安装有水轮叶片5和第二传动机构2，水轮叶片的心轴2-1联接第二传动机构2的输入端，第一传动机构为伞形齿轮1-2与1-3组成的第一伞形齿轮组，第一伞形齿轮组的输出端联接自动变速箱9的输入端，自动变速箱9的输入端上安装有第一转速传感器11；第二传动机构2为伞形齿轮2-1与2-3组成的第二伞形齿轮组，第二伞形齿轮组的输出端联接第二半轴14的输入端，第二半轴14上安装有第二转速传感器13；第一转速传感器11、第二转速传感器13联接自动变速箱9的信号输入端，自动变速箱9的动力输出端联接第一半轴12，第一半轴12联接差动器7的第一输入轴，第二半轴14联接差动器的第二输入轴；差动器7采用与汽车差速器相同的结构，自动变速箱9依据信号输入端输入的两个转速信号将输入的第一半轴12的转速调整到与第二半轴14的转速相同，此时差动器7的行星轮不转，通过行星架带动太阳轮公转，太阳轮的转速与第一半轴12、第二半轴14的转速均相同；自动变速箱9在变速过程中第一半轴12与第二半轴14的转速有差异时，通过差动器7行星轮的自转可以补偿转速差，太阳轮的转速为第一半轴12与第二半轴14转速的均值。差动器7的输出轴联接增速器8的输入轴，增速器8的输出轴联接发电机6的输入轴。
实施例二
本实施例是在实施例1基础上的改进，如图3所示，其改进之处在于，在水轮叶片5外环绕有壁为摆线曲线回转面的扩张管2-4，在扩张管2-4外套有套筒2-11；扩张管2-4包括入口2-5、收缩段2-6、喉部2-7、扩散段2-8、出口2-9和安置在出口处的第一凸缘片2-10，套筒2-11的后端超出扩张管2-4的后端，套筒2-11的后端安装有第二凸缘片2-13；套筒2-11与扩张管2-4形成入口大、出口小的环形水流增速腔2-12；扩张管2-4的长度即扩张管的入口2-5到出口2-9的轴向直线距离，与扩张管喉部2-7的直径，与扩张管第一凸缘片2-10的高度之比的范围是0.37-1.47:1:0.1-0.2；扩张管喉部2-7至出口2-9的长度与扩张管2-4的长度之比为0.6:1；水流增速腔2-12的出口处的内径是第一凸缘片2-10的外径的1.5-2倍。
实施例三
本实施例是在实施例2基础上的改进，如图4所示，其改进之处在于，扩张管的喉部2-7拉伸为一直线段，水轮叶片5安装于该直线段内。
本发明不局限于上述各实施例，凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种风力和水力综合发电系统，包括发电机和安装在海床上并伸出海面的塔架，所述塔架顶部安装有风力叶片和第一传动机构，所述风力叶片的心轴联接第一传动机构的输入端，其特征在于：所述塔架浸于海水中的立柱上安装有水轮叶片和第二传动机构，所述水轮叶片的心轴联接第二传动机构的输入端；所述塔架上还安装有自动变速箱和具有两个输入半轴的差动器，所述第一传动机构的输出轴联接自动变速箱的输入端，所述自动变速箱的输出端联接差动器的第一半轴，所述第二传动机构的输出端联接差动器的第二半轴，所述差动器的输出端联接发电机的输入轴；所述自动变速箱的输入端安装有第一转速传感器，所述第二半轴上安装有第二转速传感器，所述第一转速传感器、第二转速传感器联接自动变速箱的信号输入端。
2.根据权利要求1所述风力和水力综合发电系统，其特征在于：所述第一传动机构为第一伞形齿轮组，所述第二传动机构为第二伞形齿轮组。
3.根据权利要求2所述风力和水力综合发电系统，其特征在于：所述差动器的输出轴与发电机的输入轴之间还串联有增速器。
4.根据权利要求1、 2或3所述风力和水力综合发电系统，其特征在于：所述水轮叶片外环绕有扩张管，所述扩张管外套有套筒，所述扩张管包括入口、收缩段、喉部、扩散段、出口和安置在出口处的第一凸缘片；所述套筒的后端超出扩张管的后端，所述套筒与所述扩张管形成入口大、出口小的水流增速腔；所述水流增速腔的最窄处口径大于所述第一凸缘片的外径。
5.根据权利要求4所述风力和水力综合发电系统，其特征在于：所述套筒的后端安装有第二凸缘片。
6.根据权利要求5所述风力和水力综合发电系统，其特征在于：所述扩张管的内壁为摆线曲线回转面，所述扩张管的长度、所述喉部的直径和所述第一凸缘片的高度之比范围是0.37-1.47:1:0.1-0.2；所述扩张管喉部至出口段的长度与所述扩张管的长度之比为0.6:1。
7.根据权利要求4所述风力和水力综合发电系统，其特征在于：所述喉部是一直线段，所述直线段安置有水轮。
8.根据权利要求4所述风力和水力综合发电系统，其特征在于：所述水流增速腔的出口处口径是所述第一凸缘片的外径的1.5-2倍。
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