CN103644071A - 一种漂浮式潮流能发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种漂浮式潮流能发电装置，其浮子（1.1）漂浮于海面上，通过悬挂支架（1.1）连接正向轮缘发电机组（1.3）和反向轮缘发电机组（1.4）；锚链（1.5）一端连接在浮子（1.1）上，另一端锚于海底。所述的浮子（1.1）漂浮于海面之上，并通过悬挂支架（1.2）将轮缘发电机组（1.3、1.4）安装固定。所述的轮缘发电机组（1.3、1.4）为带有增速导流罩的轮缘驱动型发电机机组，机组将导流罩（2.1）、发电机（2.2、2.5）及叶轮（2.6）集成为一个整体。正向轮缘发电机组（1.3）和反向轮缘发电机组（1.4）旋转方向相反；所述的锚链（1.5）的一端连接浮子（1.1），另一端固定在海底。

Description

一种漂浮式潮流能发电装置
技术领域
本发明涉及一种潮流能发电装置。
背景技术
随着石油资源的日益紧张，可再生能源的利用开发显得尤为重要，海洋能资源作为一种依附于海水的可再生能源，其蕴藏量是十分巨大的。潮流能作为海洋能资源的一种形式，其资源蕴含量十分丰富，据统计，全球可开发利用的潮流能资源总量大概为3×108kW。我国的潮流能资源蕴藏量比较丰富，理论平均功率为约1.4×107kW，具有广阔的开发和利用前景。
尽管经过各国研究人员多年的研究，潮流能发电技术取得较大了发展，但在大多数系统中也普遍存在下述几个问题：（1）传统潮流发电系统中叶轮与发电机通常采用分体设计，系统部件多、装置庞大复杂，而且叶轮与发电机之间的传动装置会产生能量损失，影响能量传输效率；（2）潮流发电系统通常采用变桨距叶片以实现全变速范围内系统发电功率最优，但变桨执行装置结构复杂，辅助装置繁多，且工作于水下易出故障；（3）专门针对潮流能发电系统的发电机研究工作开展得较少，而普通发电机用于低速洋流发电时往往不能达到系统最佳匹配，置于水下发电机的密封问题复杂，容易失效。因此，研究开发结构紧凑、系统简单可靠的潮流能发电新技术具有十分重要的现实意义和应用前景。
英国openhydro公司在在世界范围内申请了一种轮缘安装的水力涡轮机的相关专利。该公司在中国申请的专利CN101529086A，以及浙江省宁波市的胡彬等人申请的专利CN102230442A均提到一种轮缘安装的涡轮发电机。该涡轮发电机的特点是发电机转子与涡轮机安装为一体，发电机转子无机械轴承支撑，而是选择在定转子之间安装磁轴承。但磁轴承控制复杂，增加了系统复杂性，导致可靠性下降；且上述专利提到的发电装置均是采用海底基桩固定的安装方式，系统施工维护等也较为困难。
发明内容
本发明的目的是克服传统潮流能发电系统存在的上述缺点，提出一种漂浮式潮流能发电装置，本发明可实现从潮流能到电能的高效、高可靠、低成本转化。
本发明采用浮子支撑固定式方案，发电机组为带有增速导流罩的轮缘驱动型潮流能发电机组，发电机组通过支架悬挂于浮子下方。系统具有结构简单、紧凑，移动方便等特点。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
本发明发电装置由浮子、锚链、悬挂支架以及两台轮缘发电机机组构成。当海水流过轮缘发电机组时，机组外壳对海水进行汇聚加速，水流冲击机组使其旋转并将海水动能转化为电能输出；浮子漂浮于海面上，其作用为支撑发电机机组，浮子通过悬挂支架安装轮缘发电机组，悬挂支架具备较强的承重能力，能够承受轮缘发电机组自身重量以及系统发电时产生的转矩；发电时，两台发电机组旋转方向相反向，使作用于浮子上的转矩可以相互抵消，从而稳定浮子。锚链一端连接在浮子上，并将系统锚系于海底，使整个发电装置不随海水漂动。
所述的浮子下端安装有两个悬挂支架，悬挂支架所用材料具有较高机械强度，表面涂有耐海水腐蚀的材料，两个悬挂支架下方分别悬挂有一台轮缘发电机组。所述轮缘发电机组将导流罩、发电机、叶轮集成为一个整体，机组包括以下部件：导流罩、发电机定子、定子密封套筒，永磁转子，叶轮，轴承，旋转主轴，端盖等部件。所述轮缘发电机组将发电机外壳与导流罩设计为一个整体，所述导流罩起到海水导流汇聚的作用，同时也是发电机的支撑外壳；所述发电机定子的外缘面安装在导流罩内侧，内侧及两个端面嵌套在定子密封套筒内部；定子密封套筒穿过发电机定子内侧的气隙，并完全包裹发电机定子的内侧面及两个端面，定子密封套筒外沿安装在导流罩内侧并对发电机定子整体进行密封，可有效防止海水进入定子线圈造成绝缘破坏及腐蚀；发电机永磁转子表面涂有防海水腐蚀材料，发电机的永磁转子与叶轮设计为一个整体，电机转子安装在叶轮的叶尖处，叶轮除了捕获海水动能之外，同时还是发电机转子的支撑筋；叶轮中心安装在旋转主轴上；旋转主轴两端安装有轴承并与端盖连接。该轮缘发电机组具有低速大转矩特性，较宽的功率捕获区间可以使其在海水流速大范围变化时也能正常发电，具有良好的密封性能和耐腐蚀性能，较小的体积，较轻的重量以及较高的运行可靠性。浮子上安装有锚链，锚链将整个发电装置锚系于海底。
本发明的优势在于：轮缘发电机组结构简单紧凑，体积小，重量轻；采用浮子支撑，便于安装检修、可移动；双发电机组并排安装，可有效稳定装置，使其在发电工作时装置具有较高的稳定性。相比目前大多数的潮流能发电装备而言，本发明为一种可移动式的发电装置，体积小、重量轻且可靠性高。
附图说明
图1是本发明漂浮式轮缘驱动潮流能发电装置结构示意图，图中：1.1浮子，1.2悬挂支架，1.3正向轮缘发电机组，1.4反向轮缘发电机组，1.5锚链；
图2是轮缘发电机组结构示意图，图2a是正视图，图2b是左视图，图中：2.1导流罩，2.2发电机定子，2.3定子密封套筒，2.4转子密封，2.5发电机转子，2.6叶轮，2.7主轴，2.8轴承，2.9支撑筋。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1为本发明漂浮式轮缘驱动潮流发电装置的结构示意图，如图1所示，本发明发电装置主要包括以下部分：浮子1.1，悬挂支架1.2，正向轮缘发电机组1.3，反向轮缘发电机组1.4，锚链1.5等。装置发电工作时，浮子1.1漂浮于海面之上并支撑整个发电装置在竖直方向的重量；两个悬挂支架1.2的一端连接浮子1.1，另一端分别连接正向轮缘发电机组1.3和反向轮缘发电机组1.4，正向轮缘发电机组1.3和反向轮缘发电机组1.4分别悬挂在两个悬挂支架1.2的下方。正向轮缘发电机组1.3和反向轮缘发电机组1.4结构类似，但其内部叶轮安装方向相反，潮流冲击发电机组时，两台发电机呈反向旋转。锚链1.5的一端连接于浮子之上，另一端锚系于海底。
图2是轮缘发电机组结构示意图。本发明轮缘发电机组包括：导流罩2.1，发电机定子2.2，定子密封套筒2.3，发电机转子密封2.4，发电机转子2.5，叶轮2.6，主轴2.7，轴承2.8，以及支撑筋2.9。如图2所示，导流罩2.1为双向对称结构，可对双向潮流进行汇聚加速，导流罩同时还是发电机机壳，发电机定子2.2安装在导流罩2.1内部；发电机定子2.2包括定子铁芯、定子线圈等，所述发电机定子被定子密封套筒2.3完全密封，所述发电机定子2.2的外缘面安装在导流罩2.1的内侧，发电机定子2.2的内侧及两个端面嵌套在定子密封套筒2.3内部；定子密封套筒2.3穿过发电机定子内侧的气隙，并完全包裹发电机定子的内侧面及两个端面，定子密封套筒2.3的外沿安装在导流罩内侧并对发电机定子整体进行密封，可有效防止海水进入定子线圈造成绝缘破坏及腐蚀；转子密封2.4使用环氧树脂对发电机转子进行整体密封，海水直接通过发电机气隙。发电机转子2.5为永磁转子，包括转子铁芯和永磁体，永磁体安装在铁芯外表面；叶轮2.6安装在所述发电机转子内侧，叶轮由多个相同的水力叶片组成，叶轮一端安装在发电机转子2.5内表面上，另一端安装于主轴2.7上。主轴2.7与支撑筋2.9之间通过轴承2.8连接，支撑筋2.9的另一端安装在导流罩2.1上。
装置发电过程如下：浮子1.1体积大而重量轻，放置于海水中后浮子会漂浮于海面之上，所述浮子通过悬挂支架1.2将轮缘发电机组悬挂于浮子下方，浮子在竖直方向上所受的浮力抵消悬挂支架、轮缘发电机组等部件的重力，使整个发电装置在竖直方向上受力平衡；受潮流冲击后，轮缘发电机组将海水动能转化为电能输出，正向轮缘发电机组1.3和反向轮缘发电机组1.4内部结构相同但旋转方向相反，反向旋转的两台轮缘发电机组可抵消相互产生的转矩，使所述浮子不会因为发电机转矩导致的不平衡而发生侧翻。锚链1.5将浮子固定于海底，使整个发电装置不会因为水流而发生飘动。
导流罩2.1对海水具有汇集加速作用，当海水流过导流罩后会在导流罩内部形成加速。定子密封套筒2.3和转子密封2.4分别将发电机定子2.2和发电机转子2.5密封，以防止海水进入定转子内部。经导流罩2.1加速后的海水冲击叶轮2.6并使其发生旋转，叶轮带动发电机转子2.5旋转，发电机转子内部的永磁体切割发电机定子2.2的定子线圈并发出电能；至此，整个发电装置完成机械能到电能的转换。

Claims (4)

1.一种漂浮式潮流能发电装置，其特征在于，所述的发电装置包括浮子（1.1)、悬挂支架（1.2）、正向轮缘发电机组（1.3）、反向轮缘发电机组（1.4）和锚链（1.5）；所述的浮子（1.1）漂浮于海面上；两个悬挂支架（1.2）的一端连接浮子（1.1），悬挂支架（1.2）的另一端分别连接正向轮缘发电机组（1.3）和反向轮缘发电机组（1.4）；锚链（1.5）一端连接在浮子（1.1）上，另一端锚系于海底；正向轮缘发电机组（1.3）和反向轮缘发电机组（1.4）旋转方向相反。
2.如权利要求1所述的漂浮式潮流能发电装置，其特征在于所述的轮缘发电机组（1.3、1.4）包括以下部件：导流罩（2.1），发电机定子（2.2），定子密封套筒（2.3），转子密封（2.4），发电机转子（2.5），叶轮（2.6），主轴（2.7），轴承（2.8），以及支撑筋（2.9）；所述的发电机外壳与导流罩（2.1）为一整体，所述导流罩（2.1）起到海水导流的作用，同时也是发电机的支撑外壳；发电机转子（2.5）与叶轮（2.6）为一整体，电机转子（2.5）安装在叶轮的叶尖处，叶轮（2.6）同时还是发电机转子（2.5）的支撑筋；发电机定子（2.2）及发电机转子（2.5）分别被定子密封套筒（2.3）和转子密封（2.4）密封，海水直接通过发电机气隙；主轴（2.7）的两端安装有轴承（2.8）；主轴（2.7）与支撑筋（2.9）之间通过轴承（2.8）连接，支撑筋（2.9）另一端安装在导流罩（1.1）上。
3.如权利要求2所述的漂浮式潮流能发电装置，其特征在于所述的叶轮（2.6）由多个相同的水力叶片组成，安装在所述发电机转子（2.5）的内侧；叶轮（2.6）的一端安装在发电机转子（2.5）的内表面上，叶轮（2.6）的另一端安装于主轴（2.7）上。
4.如权利要求1所述的漂浮式潮流能发电装置，其特征在于：反向轮缘发电机组（1.4）的结构和正向轮缘发电机组（1.3）的结构相似，反向轮缘发电机组（1.4）的叶轮安装方向和正向轮缘发电机组（1.3）的叶轮安装方向相反，潮流冲击发电机组时，两台发电机组旋转方向相反。
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