CN103133225A

CN103133225A - 固定式狭管聚流发电系统

Info

Publication number: CN103133225A
Application number: CN2013100831231A
Authority: CN
Inventors: 李勇强; 姚伯龙; 谢玉琪; 张红旭; 杨伟涛
Original assignee: JIANGSU ZHONGYUN WIND POWER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU ZHONGYUN WIND POWER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2013-06-05

Abstract

本发明涉及一种固定式狭管聚流发电系统。具体说，是利用海洋中的洋流作为动力进行发电的固定式狭管聚流发电系统。它包括水轮机和发电机。其特点是水轮机和发电机之下设置有洋流管道。所述洋流管道为扁管，其前段的外端宽度和高度均大于其与中段相连的一端，后段的外端宽度和高度均大于其与中段相连的一端。洋流管道下壁与海底间连有基桩，洋流管道中段上壁上有开口和水轮机外壳上均有开口，且两开口间连接在一起。所述叶轮是在轮轴的轴向均布碟盘而形成，相邻碟盘间有隔块。所述碟盘周边上均布有喇叭形豁口。本发明制造和维护容易，有利于生态保护，设备不易损坏，能实现发电机外壳与转轴间的动密封。

Description

固定式狭管聚流发电系统

技术领域

本发明涉及一种水力发电机。具体说，是利用海洋中的洋流作为动力进行发电的固定式狭管聚流发电系统。

背景技术

众所周知，能源是人类活动的基础，任何人类活动都离不开能源。而化石能源随着人们的长期开采，不仅会越来越少并趋于枯竭，而且会污染环境。为此，人类不得不寻找清洁的绿色能源作为替代。海洋中的洋流具有常年稳定的特性，且能量巨大，因此，越来越被人类所关注。

有资料报道，日本技术人员已计划在意大利的海底建造一个洋流发电系统。该洋流发电系统包括一个固定在海底的基台，基台上设置有由两根支柱构成的支架，两根支架间设置有一个巨大的叶轮和发电机，叶轮的轮轴与发电机的轮轴相连。工作时，由洋流冲击叶轮来带动叶轮旋转，将洋流的能量转化为叶轮的旋转动能，再传递给发电机。由于洋流与海底间存在摩擦力，使得洋流的流速较慢、功率密度较小。若要使上述洋流发电系统的功率大于兆瓦级，就需使用极其巨大的叶轮。而叶轮巨大，需要的钢材就多，况且上述洋流发电系统在使用状态下完全沉在海水内，因此，制造和维护起来非常困难。又由于叶轮的叶片直接安装在海水中，运行过程中，极有可能会对经过的鱼类或其它生物带来危害，不仅不利于生态保护，而且容易损坏设备。另外，由于海水与叶轮间具有粘滞摩擦力，使得洋流能量的转换效率不高。其次，由于叶轮的轮轴与发电机的轮轴相连，发电机也处于海水中，发电机外壳与转轴间的动密封难以实现。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种固定式狭管聚流发电系统。这种发电系统，不仅制造和维护起来非常容易，有利于生态保护，设备不易损坏，而且能实现发电机外壳与转轴间的动密封。

为解决上述问题，采取以下技术方案：

本发明的固定式狭管聚流发电系统包括水轮机和发电机，所述水轮机由叶轮和外壳组成，叶轮的轮轴与发电机的转轴相连。其特点是水轮机和发电机之下设置有洋流管道。所述洋流管道为扁管，其由前段、中段和后端连接而成，所述前段的外端宽度和高度均大于其与中段相连的一端，所述后段的外端宽度和高度均大于其与中段相连的一端。洋流管道下壁与海底间连有基桩，洋流管道的中段上壁上有开口，水轮机的外壳上有纵贯其长度的开口，水轮机外壳上的开口与洋流管道中段上的开口大小相同且二者四周间呈密封状连接在一起，使得叶轮伸入所述中段内并靠近所述中段的下壁内侧面。所述叶轮是在轮轴的轴向均布碟盘而形成，相邻碟盘间有用于支撑碟盘的隔块。所述碟盘为圆盘，其周边上均布有用于使碟盘形成近似于梅花花瓣的喇叭形豁口。

本发明的进一步改进方案是，所述洋流管道的前段入口上安装有防护网。

本发明的进一步改进方案是，所述碟盘包括扇形单元盘片，扇形单元盘片的外边沿与其两径向边间呈圆弧过渡，以便在相邻两扇形单元盘片外边沿间构成所述喇叭形豁口；相邻两个扇形单元盘片的邻边对应位置上均有半圆形豁口，且每层扇形单元盘片上的半圆形豁口相对应，每层相邻两个扇形单元盘片邻边的半圆形豁间均有一个支柱；所述隔块上有柱孔，所述隔块借助其上的柱孔套在相邻两层碟盘间的那段支柱上；支柱两端借助螺母分别固定在最外侧的碟盘上。

本发明的进一步改进方案是，最外侧的两个碟盘外侧均有端板，所述端板直径与所述碟盘直径相等，端板上有中心孔，所述端板借助其中心孔固定在轮轴上；端板上有柱孔，该柱孔的数量和位置与所述支柱数量相等且对应，所述支柱两端分别穿过相应端板上的柱孔后伸出在端板自己外并用螺母进行固定。

本发明的进一步改进方案是，所述洋流管道的中段上面有设备舱，所述水轮机和发电机均处于设备舱内。

本发明的进一步改进方案是，所述设备舱上设置有航标灯。

本发明的进一步改进方案是，所述设备舱上有避雷针。

本发明的更进一步改进方案是，所述水轮机和发电机有两套以上，该两套水轮机的轮轴和发电机的转轴连接在一起。

采取上述方案，具有以下优点：

由上述方案可以看出，由于在水轮机和发电机之下设置有洋流管道。所述洋流管道为扁管，其由前段、中段和后端连接而成，所述前段的外端宽度和高度均大于其与中段相连的一端，所述后段的外端宽度和高度均大于其与中段相连的一端。使得洋流经口径逐渐变小的前段作用后，流速逐渐增强，洋流的静压力势能逐渐转换成宏观运动的动能，使洋流的功率密度得到极大提高，与背景技术相比，在相同规模下可大大缩小水轮机的尺寸。这样，需要的钢材就少。况且本发明在使用状态下大部分处于水上，只有洋流管道沉在海水内，使得制造和维护起来非常容易。

由于在洋流管道下壁与海底间连有基桩，使得本发明呈固定式。这样，可将本发明固定在具有较高洋流速度的海域，将洋流管道的前段聚流口设置在洋流较大的深度位置上，以便于最大限度地聚集高能量的洋流，与背景技术相比，在不增加投资的前提下可以获取更多的能量。

又由于洋流管道上壁上加工有开口，水轮机的外壳上有纵贯其长度的开口，水轮机外壳上的开口与洋流管道上的开口大小相同且二者四周间呈密封状连接在一起，使得叶轮的叶片外边沿伸入所述中段内并靠近所述中段的下壁内侧面，使得叶轮的叶片仅与洋流管道内的洋流相接触而不直接处在海水中，从而避免了鱼类和其它生物与叶轮的叶片相接触，在运行过程中，不会对鱼类或其它生物带来危害，不仅有利于生态保护，还不易损坏设备。

另外，由于所述叶轮是在轮轴的轴向均布碟盘而形成，相邻碟盘间有用于支撑的隔块；所述碟盘为圆盘，其周边上均布有用于使碟盘形成近似于梅花花瓣的喇叭形豁口。采用这种碟盘式叶轮，利用水的粘滞力做功，使得叶轮的碟盘受到的力都用于做功。对于传统叶轮来说，其运行过程中的阻力主要来自于水的粘滞力，使得很多能量用于抵抗粘滞阻力并转换成无用的热能而损失掉。本发明与背景技术相比，这种粘滞力引起的损失已经完全消除，从而大大提高了转换效率。

附图说明

图1是本发明的固定式狭管聚流发电系统结构示意图；

图2是图1中的A点放大示意图；

图3是图1中的碟盘平面示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的固定式狭管聚流发电系统包括水轮机和发电机1，所述水轮机由叶轮和外壳5组成，叶轮的轮轴15与发电机1的转轴相连。所述叶轮是在轮轴15的轴向均布多个碟盘而形成，碟盘的数量越多越好，具体数量根据发电机1的功率而定，至少需要五十个。所述碟盘为圆盘，其周边上均布有用于使碟盘形成近似于梅花花瓣的喇叭形豁口16。见图3，为方便加工、安装和维修，所述碟盘包括十二个扇形单元盘片9，扇形单元盘片9的外边沿与其两径向边间呈圆弧过渡，以便在相邻两扇形单元盘片9外边沿间构成所述喇叭形豁口16。相邻两个扇形单元盘片9的邻边对应位置上均加工有用来与支柱14配合的半圆形豁口，且每层扇形单元盘片9上的半圆形豁口相对应，每层中的相邻两个扇形单元盘片9邻边的半圆形豁间均设置有一个支柱14。相邻的碟盘间均设置有用于支撑碟盘的隔块13。所述隔块13上均加工有柱孔，所述隔块13借助其上的柱孔套在相邻两层碟盘间的那段支柱14上。支柱14两端借助螺母分别固定在最外侧的碟盘上。

为便于碟盘间的固定，最外侧的两个碟盘外侧均设置有一个端板4。所述端板4直径与所述碟盘直径相等，端板4上加工有便于与叶轮的轮轴15配合的中心孔，所述端板4借助其中心孔固定在轮轴15上。端板4的圆周方向上加工有柱孔，该柱孔的数量和位置与所述支柱14数量相等且对应，所述支柱14两端分别穿过相应端板4上的柱孔后伸出在端板4之外并用螺母进行固定。

在水轮机和发电机1之下设置有洋流管道。所述洋流管道为扁管，即其横截面为长方形，其由前段11、中段12和后段3连接而成，所述前段11的外端宽度和高度均大于其与中段12相连的一端，所述后段3的外端宽度和高度均大于其与中段12相连的一端。为避免对海水中鱼类或生物造成危害，在洋流管道的前段11入口上安装有防护网10。洋流管道下壁与海底间连有九个基桩2，洋流管道的中段12上壁上加工有用来与水轮机外壳5配合的开口，水轮机的外壳5上加工有纵贯其长度的开口，水轮机外壳5上的开口与洋流管道中段12上的开口大小相同且二者四周间呈密封状连接在一起，使得叶轮伸入所述中段12内并靠近所述中段12的下壁内侧面。

为提高洋流的利用率，所述水轮机和发电机1可以是两套或两套以上，本实施例中为两套，该两套水轮机的轮轴15和发电机1的转轴连接在一起。

为便于设备安装，在所述洋流管道的中段12上面设置有设备舱6，所述水轮机和发电机1均处于设备舱6内。其中的设备舱6的形状，可根据需要而定，本实施例中的设备舱6的形状为呈卧式布置的圆筒形。

另外，为安全起见，在所述设备舱6上设置有航标灯7和避雷针8。

工作时，洋流穿过防护网10后进入洋流管道的前段11内，经过口径逐渐变小的前段11聚流增速后进入中段12内，使得洋流的流速达到前段11外端入口的10倍以上，功率密度达到前段11外端入口的1000倍以上，而此时总功率已达到前段11外端入口处的100倍。由伯努利定律可知，这么多的能量增长都来源于前段11外端入口处洋流的静压力势能转换为可被利用的宏观流动的动能。如此高能量的洋流通过管道进入碟盘式水轮机中，通过高能量洋流的粘滞力，从而推动碟盘使水轮机快速旋转，进而带动发电机1进行发电。最后，经过能量消耗的洋流从中段12进入后段3后被排出。

Claims

1.固定式狭管聚流发电系统，包括水轮机和发电机（1），所述水轮机由叶轮和外壳（5）组成，叶轮的轮轴（15）与发电机（1）的转轴相连；其特征在于水轮机和发电机（1）之下设置有洋流管道；所述洋流管道为扁管，其由前段（11）、中段（12）和后段（3）连接而成，所述前段（11）的外端宽度和高度均大于其与中段（12）相连的一端，所述后段（3）的外端宽度和高度均大于其与中段（12）相连的一端；洋流管道下壁与海底间连有基桩（2），洋流管道的中段（12）上壁上有开口，水轮机的外壳（5）上有纵贯其长度的开口，水轮机外壳（5）上的开口与洋流管道中段（12）上的开口大小相同且二者四周间呈密封状连接在一起，使得叶轮伸入所述中段（12）内并靠近所述中段（12）的下壁内侧面；所述叶轮是在轮轴（15）的轴向均布碟盘而形成，相邻碟盘间有用于支撑碟盘的隔块（13）；所述碟盘为圆盘，其周边上均布有用于使碟盘形成近似于梅花花瓣的喇叭形豁口（16）。

2.根据权利要求1所述的固定式狭管聚流发电系统，其特征在于洋流管道的前段（11）入口上安装有防护网（10）。

3.根据权利要求1所述的固定式狭管聚流发电系统，其特征在于所述碟盘包括扇形单元盘片（9），扇形单元盘片（9）的外边沿与其两径向边间呈圆弧过渡，以便在相邻两扇形单元盘片（9）外边沿间构成所述喇叭形豁口（16）；相邻两个扇形单元盘片（9）的邻边对应位置上均有半圆形豁口，且每层扇形单元盘片（9）上的半圆形豁口相对应，每层相邻两个扇形单元盘片（9）邻边的半圆形豁间均有一个支柱（14）；所述隔块（13）上有柱孔，所述隔块（13）借助其上的柱孔套在相邻两层碟盘间的那段支柱（14）上；支柱（14）两端借助螺母分别固定在最外侧的碟盘上。

4.根据权利要求3所述的固定式狭管聚流发电系统，其特征在于最外侧的两个碟盘外侧均有端板（4），所述端板（4）直径与所述碟盘直径相等，端板（4）上有中心孔，所述端板（4）借助其中心孔固定在轮轴（15）上；端板（4）上有柱孔，该柱孔的数量和位置与所述支柱（14）数量相等且对应，所述支柱（14）两端分别穿过相应端板（4）上的柱孔后伸出在端板（4）之外并用螺母进行固定。

5.根据权利要求1~4中任一项所述的固定式狭管聚流发电系统，其特征在于所述洋流管道的中段（12）上面有设备舱（6），所述水轮机和发电机（1）均处于设备舱（6）内。

6.根据权利要求5所述的固定式狭管聚流发电系统，其特征在于所述设备舱（6）上设置有航标灯（7）。

7.根据权利要求5所述的固定式狭管聚流发电系统，其特征在于所述设备舱（6）上有避雷针（8）。

8.根据权利要求1、2、3、4、6或7中任一项所述的固定式狭管聚流发电系统，其特征在于所述水轮机和发电机（1）有两套以上，该两套水轮机的轮轴（15）和发电机（1）的转轴连接在一起。

9.根据权利要求5所述的固定式狭管聚流发电系统，其特征在于所述水轮机和发电机（1）有两套以上，该两套水轮机的轮轴（15）和发电机（1）的转轴连接在一起。