CN103306884B - 一种垂直轴漂浮式潮流能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种垂直轴漂浮式潮流能发电装置，包括浮式载体、水轮机、桁架、旋转轨道、发电与叶片控制机构。浮式载体用于搭载水轮机、桁架、旋转轨道和发电与叶片控制机构。水轮机用于将潮流的动能转换为机械能，带动桁架转动，为垂直轴水轮机形式。桁架用于搭载水轮机，并通过水轮机的旋转实现自身的旋转。发电与叶片控制机构用于将桁架转动的机械能转换为发电机输出的电能，同时控制叶片攻角变化，提高发电装置的能量转换效率。本发明耐环境载荷能力强，能量转换效率高，启动性能好，海上运行稳定，适合向大型化方向发展，可布置于潮流能丰富的海域向沿海及岛屿居民提供生产和生活用电。

Description

一种垂直轴漂浮式潮流能发电装置

技术领域

本发明涉及的是一种发电装置，具体地说是液力发电装置。

背景技术

利用潮流能缓解能源紧张、降低环境污染的有效性已经得到广泛共识，关键在于开发综合性能优越的潮流能发电装置。现阶段，基于水轮机的潮流能发电装置的分类主要有两种，一种是按水轮机结构形式划分的，主要分为水平轴式和垂直轴式，一种是按载体形式划分的，主要分为座底式、桩柱式和漂浮式。对于基于垂直轴水轮机的漂浮式潮流能发电装置则融合了垂直轴水轮机和漂浮式载体的特点，具有结构和设计简单、适应流向性强、对吃水要求低、噪音小、安装运输方便、平台甲板宽敞和维护检修方便等优点，近年来成为研究和应用的热点。基于垂直轴水轮机的漂浮式流能发电装置虽然具有上述优点，但也存在一些亟待解决的关键问题，如装置结构强度和使用寿命问题，水轮机的自启动问题、装置水动力性能优化问题、消除水轮机旋转侧向力问题等。

发明内容

本发明的目的在于提供可用于向岛屿及沿海居民提供生产和生活用电的一种垂直轴漂浮式潮流能发电装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种垂直轴漂浮式潮流能发电装置，其特征是：包括浮式载体、水轮机、桁架，浮式载体上设置中空的水轮机井，水轮机井上端设置旋转轨道，水轮机包括位于中心的主轴以及套在主轴上并与主轴固连的轮辐环，叶片通过叶片轴安装在轮辐环上，叶片轴的端部设置叶片轴法兰，桁架包括由钢管和连接球固定在一起组成的焊接架，焊接架端部不同方向上设置支出，支出上安装发电控制机构、叶片控制机构，发电控制机构包括轨道轮，轨道轮安装在轨道轮座上并通过轨道轮座连接支出，轨道轮通过轨道轮轴依次连接增速器和发电机，轨道轮搭在旋转轨道上，叶片控制机构包括限位轮，限位轮安装在限位轮座里并通过限位轮座连接支出，限位轮座连接调速器，电动机通过调速器连接调速器轴，调速器轴的端部设置调速器轴法兰，调速器轴法兰与叶片轴法兰相连，限位轮与旋转轨道的内侧面相配合；水轮机的主轴与桁架中心固连。

本发明还可以包括：

1、所述的水轮机井有两个或两个以上，与之对应的水轮机和桁架也均为两个或两个以上；叶片控制机构、发电控制机构与叶片的数量相等。

2、所述的每个水轮机上设置两个轮辐环，叶片的中部和底部分别与两个轮辐环相连。

3、浮式载体的上端的周围设置平台外护栏，支出的外侧周围设置平台内护栏。

本发明的优势在于：

(1)浮式载体的船体与连接桥结构、水轮机的主轴、轮辐、轮环结构及桁架的焊接结构等，使装置具有较高的结构强度和耐环境载荷能力。

(2)水轮机井及开放式桁架结构，使漂浮式潮流能发电装置的浮式载体上形成“月池”结构，波浪作用下，水轮机井内海水的晃荡作用能像“月池”一样提高发电装置的水动力性能，降低装置的运动响应。

(3)发电与叶片控制机构的设置，不仅实现了叶片的变攻角控制，提高发电装置的能量转换效率，还提高了水轮机的自启动性能。

(4)水轮机、桁架及发电与叶片控制机构等作为一个整体，构成转子，转子通过轨道轮及限位轮在旋转轨道上旋转，带动6个发电机发电，不仅使转子运行平稳，增强了机构运行的稳定性，有利于提高装置的使用寿命，同时，合理设置增速器的增速速比，还有利于提高发电机的发电效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的浮式载体结构示意图；

图3为本发明的水轮机结构示意图；

图4为本发明的桁架结构示意图；

图5a为本发明的叶片控制机构结构示意图，图5b为本发明的发电控制机构结构示意图；

图6为本发明的轮辐环结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～6，本发明包括1个浮式载体1、2个水轮机2、2个桁架3、2个旋转轨道4和12套发电与叶片控制机构5。

浮式载体1由3个船体6和2个连接桥7焊接组成，每个连接桥7上开有水轮机井8，用于容纳水轮机2。浮式载体1的外边四周设有平台外护栏36，内部的2个桁架3四周焊有平台内护栏37。水轮机2、桁架3、旋转轨道4、发电与叶片控制机构5、平台外护栏36和平台内护栏37等都由浮式载体1支撑搭载。

每个水轮机2包括1根主轴9、2个轮辐环10、6个叶片11、6根叶片轴12和6个叶片轴法兰13。轮辐环10、叶片11、叶片轴12和叶片轴法兰13等搭载于主轴9上。每个叶片轴12贯穿于叶片11内，每个叶片11的中部和下端通过叶片轴12置于轮辐环10上，上部通过叶片轴法兰13与调速器轴法兰24活连接。每个轮辐环10由1个轮辐28、1个轮环29和6个叶片轴套30组成，轮辐28中间开有1个主轴孔31，轮辐环10与叶片11及主轴9组合形成水轮机2的叶轮。轮辐28与轮环29内侧焊连，叶片轴套30与轮环29外侧焊连，主轴9的中部和下端与轮辐环10的主轴孔31焊接，上端与桁架3中心下方焊连。

桁架3为钢管14和连接球15的焊接架，具有6个方向的支出16。

2个旋转轨道4为环形耐腐蚀钢轨，分别与每个水轮机井8同心，焊接于浮式载体1的链接桥7上。

每个发电与叶片控制机构5焊于桁架3的每个支出16的下方，包括1台发电机17、1个增速器18、1个轨道轮19、1根轨道轮轴20、1台电动机21、1个调速器22、1个限位轮25、1根限位轮轴26和1个机构座。电动机21置于调速器22上，调速器22伸出有1根调速器轴23，调速器轴23的轴端设有1个调速器轴法兰24，调速器轴法兰24与叶片轴法兰13活连接，由每个电动机21控制叶片11转动，改变每个叶片11的攻角变化。机构座由多块厚钢板焊接而成，厚钢板一侧与桁架焊连，另一侧设有轨道轮座32和限位轮座33，轨道轮座32和限位轮座33上分别设有轨道轮轴孔34和限位轮轴孔35。轨道轮19通过轨道轮轴20置于轨道轮座32内，搭于旋转钢轨4上，限位轮25通过限位轮轴26置于限位轮座33内，限位轮25的轮面与旋转钢轨4的内侧面接触实现和约束水轮机2与桁架3的旋转。发电机17和调速器22活连接于机构座上，轨道轮座32和限位轮座33焊接于机构座上。

1个水轮机2、1个桁架3、6套发电与叶片控制机构5作为一个整体构成一个转子，通过6个轨道轮19和6个限位轮25沿着旋转轨道4在浮式载体1的水轮机井8内旋转，由每个轨道轮19经增速器18带动每个发电机17发电。

垂直轴漂浮式潮流能发电装置由系泊系统固定于潮流能丰富的海域向沿海及岛屿居民提供生产和生活用电。

工作时，垂直轴潮流能发电装置系泊于工作海域，潮流冲击水轮机2的叶片11经叶片轴12、叶片轴套30、轮环29、轮辐28的传递作用带动主轴9旋转，主轴9旋转带动桁架3在浮式载体1的水轮机井8内转动，桁架3转动的同时，每个支出16下方的限位轮25的轮面沿着旋转轨道4的内侧面滚动并限位水轮机2和桁架3等的转动，轨道轮19沿着旋转轨道4的上面滚动，经轨道轮轴20和增速器18等带动发电机17发电。轨道轮19带动发电机17发电过程中，电动机21带动调速器22，经调速器轴23、调速器轴法兰24、叶片轴法兰13、叶片轴12的传递作用，带动叶片11旋转，调整叶片11的攻角，提高水轮机的能量转换效率，发电装置源源不断地利用潮流能发电。

Claims (5)

1.一种垂直轴漂浮式潮流能发电装置，其特征是：包括浮式载体、水轮机、桁架，浮式载体上设置中空的水轮机井，水轮机井上端设置旋转轨道，水轮机包括位于中心的主轴以及套在主轴上并与主轴固连的轮辐环，叶片通过叶片轴安装在轮辐环上，叶片轴的端部设置叶片轴法兰，桁架包括由钢管和连接球固定在一起组成的焊接架，焊接架端部不同方向上设置支出，支出上安装发电控制机构、叶片控制机构，发电控制机构包括轨道轮，轨道轮安装在轨道轮座上并通过轨道轮座连接支出，轨道轮通过轨道轮轴依次连接增速器和发电机，轨道轮搭在旋转轨道上，叶片控制机构包括限位轮，限位轮安装在限位轮座里并通过限位轮座连接支出，限位轮座连接调速器，电动机通过调速器连接调速器轴，调速器轴的端部设置调速器轴法兰，调速器轴法兰与叶片轴法兰相连，限位轮与旋转轨道的内侧面相配合；水轮机的主轴与桁架中心固连。

2.根据权利要求1所述的一种垂直轴漂浮式潮流能发电装置，其特征是：所述的水轮机井有两个以上，与之对应的水轮机和桁架也均为两个以上；叶片控制机构、发电控制机构与叶片的数量相等。

3.根据权利要求2所述的一种垂直轴漂浮式潮流能发电装置，其特征是：所述的每个水轮机上设置两个轮辐环，叶片的中部和底部分别与两个轮辐环相连。

4.根据权利要求1或2所述的一种垂直轴漂浮式潮流能发电装置，其特征是：浮式载体的上端的周围设置平台外护栏，支出的外侧周围设置平台内护栏。

5.根据权利要求3所述的一种垂直轴漂浮式潮流能发电装置，其特征是：浮式载体的上端的周围设置平台外护栏，支出的外侧周围设置平台内护栏。