CN103133214B - 洋流发电用涡轮动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种洋流发电用涡轮动力装置，它的特点是包括聚流管道、涡轮舱和排流管道，聚流管道、涡轮舱和排流管道依次呈横向同轴连接。在靠近聚流管道一端的涡轮舱内有横向布置的轮筒，该轮筒可沿涡轮舱轴线转动，轮筒的外壁上沿周向均布有涡轮叶片。所述聚流管道内有导流罩，该导流罩为圆锥形，其圆形的一端直径与轮筒直径相等且位置对应。利用该动力装置外接发电机进行洋流发电，可减小发电系统的体积，降低制造成本，而且其对洋流动能的利用率较高，能够产生较大的电能。

Description

洋流发电用涡轮动力装置

技术领域

本发明涉及一种发电装置。具体说，是在洋流发电系统中能够将洋流携带的动能转化为机械能输出的洋流发电用涡轮动力装置，其具有对洋流进行聚集、收储、增速、转换等功能。

背景技术

众所周知，为减少对自然资源的过度开发、利用，目前世界各国都比较重视利用自然流体来进行发电，这其中就包括洋流发电。洋流是由海水沿一定方向的大规模运动而形成，人们研究并利用了洋流所携带的动能，将其应用到发电领域中，然而地球上的洋流虽然总功率极大，但绝大多数海域表层海水的水平流速均不超过3米/秒，深层海水的水平流速均不超过0.1米/秒，其功率密度很小，只有几瓦每平方米，而传统的洋流发电机仅能将洋流携带的动能进行简单的转换，其发电能力往往较小，一般只能为灯塔或灯船提供电力，最多也只能为潜艇上的蓄电池进行充电。

近些年来，美国人设计发明了一种驳船式的洋流发电系统，其计划发电功率有5万千瓦，但按照海水3米/秒的流速计算，这种驳船式洋流发电系统中用以截获洋流动能的水轮的水下横截面积就需要10000平方米以上。即便是按照计划将其安放在金门桥下，利用天然水道聚水，流速能够达到5米/秒，由于功率与速度的三次方成正比，因此其水轮的水下横截面积也需要在2000平方米左右（10000*3³/5³），整个发电系统的体积非常巨大，投资成本很高，而且还会对海洋生态系统造成影响，其实施的可能性较小。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种洋流发电用涡轮动力装置，利用该动力装置外接发电机进行洋流发电，可减小发电系统的体积，降低制造成本，而且其对洋流动能的利用率较高，能够产生较大的电能。

为解决上述问题，采取以下方案：

本发明的洋流发电用涡轮动力装置的特点是包括聚流管道、涡轮舱和排流管道，聚流管道、涡轮舱和排流管道依次呈横向同轴连接。在靠近聚流管道一端的涡轮舱内有横向布置的轮筒，该轮筒可沿涡轮舱轴线转动，轮筒的外壁上沿周向均布有涡轮叶片。所述聚流管道内有导流罩，该导流罩为圆锥形，其圆形的一端直径与轮筒直径相等且位置对应。所述涡轮舱内轮筒对应排流管道的一端连接有齿轮箱，所述轮筒与该齿轮箱的输入轴间呈同心固定可拆卸状连接。所述涡轮舱对应排流管道一端的上侧壁有舱口，舱口上有舱门，舱口的长度不小于齿轮箱的长度，舱口的宽度不小于齿轮箱的宽度。所述涡轮舱内在齿轮箱下方沿轴向设置有滑道，当齿轮箱的输入轴与轮筒处于拆卸状态时，齿轮箱能够沿该滑道滑动至涡轮舱与排流管道连接的一端，且此时，齿轮箱与涡轮舱舱口的位置对应。这样，当齿轮箱出现问题需要维修或正常保修时，只需将齿轮箱的输入轴从轮筒上拆除，再通过滑道将齿轮箱滑动至涡轮舱与排流管道连接的一端，然后打开涡轮舱舱门，利用外设的辅助升降机构将齿轮箱吊起，即可进行维修保养作业，从而避免水下作业的安全隐患。

本发明的进一步改进方案是所述聚流管道和排流管道均为喇叭状，它们内径较小的一端分别与涡轮舱的两端相连接，聚流管道内径较大的一端为洋流进口，排流管道内径较大的一端为洋流出口。聚流管道设计成喇叭形，可进一步增加该装置对洋流的聚流、增速效果，从而进一步减小发电系统的体积，降低制造成本。根据伯努利定律，将排流管道设计成喇叭形，可使得洋流在排出过程中，管道横截面不断扩大，降低尾流速度，减少其所受到的阻力，使得尾流尽快地释放到海水中，避免其对洋流管道内洋流整体流动性的影响。

本发明的进一步改进方案是所述轮筒的四周外表面轴向有不少于两组涡轮叶片，每组涡轮叶片均沿轮筒外表面周向均匀布置，且涡轮叶片的倾斜方向均相同。相邻的两组涡轮叶片之间对应的涡轮舱内壁上固定有沿周向均布的第一导流板，第一导流板的倾斜方向与涡轮叶片的倾斜方向相反。即在轮筒的外表面轴向采用多级涡轮叶片串联，并在相邻的两级涡轮叶片之间设置第一导流板来调整洋流的流动方向，使得洋流与多级涡轮叶片撞击后才能排出，从而对洋流所携带的动能进行充分的利用。

本发明的进一步改进方案是所述导流罩与轮筒间连接有短直筒，短直筒的外壁上沿周向均布有第二导流板。这样，可以在洋流冲击涡轮叶片前，利用第二导流板对其进行规整，避免乱流和涡流的出现，使洋流沿着第二导流板的表面冲击涡轮叶片，从而减少洋流动能的损耗。

采取上述方案，具有以下优点：

由于本发明的洋流发电用涡轮动力装置的聚流管道内设置有导流罩，而且该导流罩为圆锥形，这就使得进入聚流管道的洋流在经过导流罩时，其流动截面不断缩小，即利用狭管效应将进入该管道的洋流自身巨大的静压强所具有的势能转换成洋流的动能，从而增加洋流的流速，极大的提升了洋流动能的功率密度。如果洋流入口处的横截面面积是导流罩圆形端与聚流管道间横截面面积的10倍的话，那么洋流在流动过程中，其流动速度将增加至原来的10倍，其携带的动能将增加至原来的100倍，即在发电量相同的情况下，利用该动力装置截获的海水量仅为传统的洋流发电系统的百分之一。仍以5万千瓦的发电量为例，按照海水流速3米/秒计算，只需将洋流入口的横截面积设计为100平方米、将导流罩圆形端与聚流管道间横截面积设计为10平方米就能够实现。与此同时，洋流能够通过该导风罩被分流到涡轮舱内壁附近，使其直接作用在涡轮叶片上，避免了传统的洋流发电机叶轮中心的洋流无法产生力矩的情况，使其最大限度的转化为机械能，从而使得洋流携带的动能被充分的利用，并最终产生较高的电能。因此，在大大降低该动力装置及整个洋流发电系统体积的同时，还提高了洋流动能的利用率，不但可降低制造成本，还能够提高系统的发电量，具有较高的可实施性。

附图说明

图1是本发明的洋流发电用涡轮动力装置的结构示意图；

图2是图1中圆圈部分的局部放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细说明：

如图1和图2所示，本发明的洋流发电用涡轮动力装置系统包括聚流管道8、涡轮舱3和排流管道1，聚流管道8、涡轮舱3和排流管道1依次呈横向同轴连接，本实施例中聚流管道8和排流管道1均为喇叭状，它们内径较小的一端分别与涡轮舱3的两端相连接，聚流管道8内径较大的一端为洋流进口9，排流管道1内径较大的一端为洋流出口16。在靠近聚流管道8一端的涡轮舱3内有横向布置的轮筒6，轮筒6两端通过支撑架13支撑在涡轮舱3内，且轮筒6与支撑架13间呈可旋转状配合，使得轮筒6可沿涡轮舱3轴线转动。所述轮筒6的外壁上沿周向均布有涡轮叶片12，涡轮叶片12的倾斜方向均相同。所述涡轮舱3内轮筒6对应排流管道1的一端连接有齿轮箱14，轮筒6与齿轮箱14的输入轴间呈同心固定连接。所述齿轮箱14上方的涡轮舱3舱壁上有轴孔4，当该动力装置装配在洋流发电系统中时，系统中发电机的输入轴可从该轴孔4伸入至涡轮舱3内，并与齿轮箱14的输出轴相连接。所述聚流管道8内有导流罩7，该导流罩7为圆锥形，其圆形的一端直径与轮筒6直径相等且位置对应。

为了更好的对洋流动能进行充分利用，在所述轮筒6的外表面上可沿轴向设置多组涡轮叶片12，每组涡轮叶片12均沿轮筒6外表面周向均匀布置，且涡轮叶片12的倾斜方向均相同。相邻的两组涡轮叶片12之间对应的涡轮舱3内壁上固定有沿周向均布的第一导流板5，第一导流板5的倾斜方向与涡轮叶片12的倾斜方向相反。本实施例中，在轮筒6的四周外表面轴向设置有两级涡轮叶片12串联，并在两级涡轮叶片12之间的涡轮舱3内壁上设置第一导流板5来调整洋流方向，这样可大大提高对洋流动能的利用率。

在洋流进入聚流管道8并经过导流罩7分流后，可能会出现乱流、涡流，如直接冲击涡轮叶片12，不仅会损耗洋流所携带的动能，而且会造成涡轮叶片12受力不均而易损坏。因此，本实施例在所述导流罩7与轮筒6间连接有短直筒10，短直筒10的外壁上沿周向均布有第二导流板11，第二导流板11的倾斜方向与涡轮叶片12的倾斜方向相反。这样，可以在洋流冲击涡轮叶片12前，利用第二导流板11对其进行规整，避免乱流和涡流的出现。也可以在轮筒6对应导流罩7一端的支撑架13外周上直接设置第二导流板11，从而实现相同的效果。

另外，为了便于对齿轮箱14进行维修保养，减少水下作业的危险性，本实施例将轮筒6与齿轮箱14的输入轴间设计成同心固定可拆卸状的连接方式。所述涡轮舱3对应排流管道1一端的上侧壁上有舱口，舱口上有舱门2，舱口的长度不小于齿轮箱14的长度，舱口的宽度不小于齿轮箱14的宽度。所述涡轮舱3内在齿轮箱14下方沿轴向设置有滑道15，当齿轮箱14的输入轴与轮筒6间处于拆卸状态时，齿轮箱14能够沿该滑道15滑动至涡轮舱3与排流管道1连接的一端，且此时，齿轮箱14与涡轮舱3舱口的位置均对应，打开舱门2，利用外设的升降机构将齿轮箱14吊出，即可对其实施维修保养作业。

使用时，将本发明的洋流发电用涡轮动力装置安装在洋流发电系统的下部，并将洋流发电系统设置在海面上，当洋流通过洋流进口9进入后，经口径逐渐缩小的聚流管道8进行增速并不断向前推进，之后再经过导流罩7，使得流体截面积进一步减小，流速进一步增加，增速之后的洋流在远离轴心圆环外围流动，先经过第二导流板11调整方向之后，以最优的角度冲击第一级的涡轮叶片12上，推动轮筒6旋转。然后，经过第一导流板5改变方向之后的尾流再次冲击在第二级的涡轮叶片12上，进一步推动轮筒6同向旋转，从而增加轮筒6的旋转速度。轮筒6的旋转动能可以通过齿轮箱14传替至洋流发电系统内的发电机，并通过发电机最终转化为电能，最终的尾流经过排流管道1的洋流出口16排出。考虑到装置的维修保养方便，设计了可以在管道内滑动的机构，可将齿轮箱14滑至涡轮舱尾端，然后利用外部升降机构将齿轮箱14吊起检修。

Claims (4)

1.洋流发电用涡轮动力装置，其特征在于包括聚流管道（8）、涡轮舱（3）和排流管道（1），聚流管道（8）、涡轮舱（3）和排流管道（1）依次呈横向同轴连接；在靠近聚流管道（8）一端的涡轮舱（3）内有横向布置的轮筒（6），该轮筒（6）可沿涡轮舱（3）轴线转动，轮筒（6）的外壁上沿周向均布有涡轮叶片（12）；所述聚流管道（8）内有导流罩（7），该导流罩（7）为圆锥形，其圆形的一端直径与轮筒（6）直径相等且位置对应；所述涡轮舱（3）内轮筒（6）对应排流管道（1）的一端连接有齿轮箱（14），所述轮筒（6）与该齿轮箱（14）的输入轴间呈同心固定可拆卸状连接；所述涡轮舱（3）对应排流管道（1）一端的上侧壁有舱口，舱口上有舱门（2），舱口的长度不小于齿轮箱（14）的长度，舱口的宽度不小于齿轮箱（14）的宽度；所述涡轮舱（3）内在齿轮箱（14）下方沿轴向设置有滑道（15），当齿轮箱（14）的输入轴与轮筒（6）处于拆卸状态时，齿轮箱（14）能够沿该滑道（15）滑动至涡轮舱（3）与排流管道（1）连接的一端，且此时，齿轮箱（14）与涡轮舱（3）舱口的位置对应。

2.如权利要求1所述的洋流发电用涡轮动力装置，其特征在于所述聚流管道（8）和排流管道（1）均为喇叭状，它们内径较小的一端分别与涡轮舱（3）的两端相连接，聚流管道（8）内径较大的一端为洋流进口（9），排流管道（1）内径较大的一端为洋流出口（16）。

3.如权利要求1所述的洋流发电用涡轮动力装置，其特征在于所述轮筒（6）的四周外表面轴向有不少于两组涡轮叶片（12），每组涡轮叶片（12）均沿轮筒（6）外表面周向均匀布置，且涡轮叶片（12）的倾斜方向均相同；相邻的两组涡轮叶片（12）之间对应的涡轮舱（3）内壁上固定有沿周向均布的第一导流板（5），第一导流板（5）的倾斜方向与涡轮叶片（12）的倾斜方向相反。

4.如权利要求1所述的洋流发电用涡轮动力装置，其特征在于所述导流罩（7）与轮筒（6）间连接有短直筒（10），短直筒（10）的外壁上沿周向均布有第二导流板（11）。