CN104141584A - 单桩四叶轮水平轴无源自变距双向潮流发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单桩四叶轮水平轴无源自变距双向潮流发电机组，包括固定于海底的单根柱桩，所述柱桩上安装有可沿其上下移动的升降支架，所述升降支架的两端均安装有水平轴，所述水平轴的两端分别安装有叶轮装置和发电装置，所述水平轴两端的叶轮装置的旋转方向是相反的，位于升降支架同侧的叶轮装置的旋转方向是相同的；所述柱桩的上端安装有检修平台，所述检修平台上放置有电控装置，所述电控装置与发电装置连接。本发明的优点：高效利用了海洋潮流能、而且检修维护方便快捷；起动流速低至0.3米/秒，能抵御14级台风的侵袭；发电机防护性能高，能安装在300米深海使用。

Description

单桩四叶轮水平轴无源自变距双向潮流发电机组
技术领域
本发明属于流体机械及电力工程设备技术领域，特别涉及海洋流体机械及水下发电机的设计技术领域，尤其涉及一种单桩四叶轮水平轴无源自变距双向潮流发电机组。
背景技术
能源是人类生存和社会发展的重要物质基础。当前，人类所利用的石油、天然气、煤炭等不可再生的石化燃料，已日渐枯竭，也带来了严重的环境问题。海洋潮流能是月球和太阳的引潮力使海水产生周期性的往复水平运动时形成的能量，是一种优秀的清洁可再生能源。我国潮流能资源丰富，根据对沿海岸130个航门水道统计，我国的潮流能理论平均发电功率14GW，著名的潮流高能密度区有渤海海峡铁山水道、杭州湾北侧、舟山群岛的金塘水道和西候门水道等，极具有非常可观的开发价值。
当今世界海洋能开发已成为热点，国外海洋潮流能技术也发展较快，英国、美国、意大利在这方面工作开展较早，形成了多种新型潮流能发电装置，主要有水平轴式、垂直轴式、振荡水翼式和套管式。其中采用水平轴发电方式因具有最高的能量转换效率而占多数。
我国也早在30年前就已开展潮流能方向的研发，目前开展潮流能发电装置研制的单位主要有哈尔滨工程大学、东北师范大学、浙江大学、中国海洋大学。其中哈尔滨工程大学主要开展垂直轴潮流能发电系统的研发；东北师范大学主研水平轴直驱式潮流能发电装置；中国海洋大学开展的是柔性叶片潮流能发电装置和涵道式潮流能发电装置；浙江大学开发的是水平轴带增速机构的潮流能发电装置。四家研究各有特点，均进行了一系列的研究工作。
发明内容
本发明提供了一种可以高效开发利用海洋潮流能的单桩四叶轮水平轴无源自变距双向潮流发电机组。
本发明采用的技术方案是：
单桩四叶轮水平轴无源自变距双向潮流发电机组，其特征在于：包括固定于海底的单根柱桩，所述柱桩上安装有可沿其上下移动的升降支架，所述升降支架的两端均安装有水平轴，所述水平轴的两端分别安装有叶轮装置和发电装置，所述水平轴两端的叶轮装置的旋转方向是相反的，位于升降支架同侧的叶轮装置的旋转方向是相同的；所述柱桩的上端安装有检修平台，所述检修平台上放置有电控装置，所述电控装置与发电装置连接。本发明通过设置旋转方向相反的前后叶轮装置来适应双向潮流，而且在单根柱桩上设置两组前后叶轮装置，更佳程度的利用海洋潮流；将水平轴安装在可上下移动的升降支架上，便于将发电机组降入深海抵御14级台风灾害及升上海面进行维护。
进一步，所述柱桩的底部设置有防冲刷基础。防冲刷基础防止海流在柱桩的底部周围冲刷影响柱桩的可靠固定。
进一步，所述叶轮装置是一无源自变距叶轮驱动装置。叶轮装置的叶片无需外动力源即可自行变距适应正反向海洋潮流捕获能量传递给相应的发电装置，其起动流速0.3米/秒。
进一步，所述发电装置采用直驱式外转子永磁发电机，所述直驱式外转子永磁发电机的电气部分采用树脂封灌。发电装置将相应的叶轮装置捕获的潮流能转换为电能，并通过树脂封灌进行密封和防腐，利用海水对电机直接冷却，封灌树脂的耐水压可达300米。
进一步，所述发电装置的电流输出口设有整流装置，其与电控装置电能输出是直流输出方式。发电装置的电流输出口在整流后输出直流的电能给电控装置，电控装置进行电能质量控制输送给相应负载。
进一步，所述水平轴上安装有轴承装置，所述叶轮装置和发电装置的转子部分均可旋转地安装于轴承装置上。轴承装置用于承受机组的轴向和径向载荷。
进一步，所述轴承装置为非金属水润滑轴承结构，防止海水腐蚀。
进一步，所述检测平台上设有起吊装置。
本发明正常工作：该潮流发电机组处于海洋平面以下海流当中，当正向潮流时，升降支架前侧的左右两台前叶轮装置适应正向潮流自行变距顺时针旋转，驱动左右两台相应的前发电装置顺时针旋转，将潮流能转换成电能，经整流后直流输送至电控装置；升降支架后侧的左右两台后叶轮装置适应正向潮流自行变距逆时针旋转，驱动左右两台相应的后发电装置逆时针旋转，将潮流能转换成电能，经整流后直流输送至电控装置。当反向潮流时，升降支架前侧的左右两台前叶轮装置适应反向潮流自行变距也作顺时针旋转，驱动左右两台相应的前发电装置顺时针旋转，将潮流能转换成电能，经整流后直流输送至电控装置；升降支架后侧的左右两台后叶轮装置适应反向潮流自行变距也作逆时针旋转，驱动左右两台相应的后发电装置逆时针旋转，将潮流能转换成电能，经整流后直流输送至电控装置。
本发明当需要抵御大台风灾害时，操作升降支架将水平轴、水平轴上的叶轮装置和发电装置沿柱桩下移至深海稳定海水处，躲避大台风时海平面附近的巨大风、浪、流载荷，达到避灾目的。
本发明检修维护：当需要对该潮流发电机组进行检修维护时，操作升降支架将水平轴、前叶轮装置、前发电装置、后叶轮装置、后发电装置、轴承装置上移至海洋平面以上，机组停止运行，固定后利用检修平台或者海面就近对水平轴、前叶轮装置、前发电装置、后叶轮装置、后发电装置、轴承装置进行检修维护。
本发明的有益效果是：高效利用了海洋潮流能、而且检修维护方便快捷；起动流速低至0.3米/秒，能抵御14级台风的侵袭；发电机防护性能高，能安装在300米深海使用。 
附图说明
图1是本发明的结构主视图。
图2是本发明的结构侧视图。
图3是本发明的结构俯视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
参照图1-3，单桩四叶轮水平轴无源自变距双向潮流发电机组，包括固定于海底的单根柱桩1，所述柱桩1上安装有可沿其上下移动的升降支架2，所述升降支架2的两端均安装有水平轴3，所述水平轴3的两端分别安装有叶轮装置和发电装置，所述水平轴3两端的叶轮装置的旋转方向是相反的，位于升降支架2同侧的叶轮装置的旋转方向是相同的；所述柱桩1的上端安装有检修平台10，所述检修平台10上放置有电控装置11，所述电控装置11与发电装置连接。本发明通过设置旋转方向相反的前后叶轮装置来适应双向潮流，而且在单根柱桩1上设置两组前后叶轮装置，更佳程度的利用海洋潮流；将水平轴3安装在可上下移动的升降支架2上，便于将发电机组降入深海抵御14级台风灾害及升上海面进行维护。
本实施例所述柱桩1的底部设置有防冲刷基础8。防冲刷基础8防止海流在柱桩1的底部周围冲刷影响柱桩1的可靠固定。
本实施例所述叶轮装置是一无源自变距叶轮驱动装置。叶轮装置的叶片无需外动力源即可自行变距适应正反向海洋潮流捕获能量传递给相应的发电装置，其起动流速0.3米/秒。
本实施例所述发电装置采用直驱式外转子永磁发电机，所述直驱式外转子永磁发电机的电气部分采用树脂封灌。发电装置将相应的叶轮装置捕获的潮流能转换为电能，并通过树脂封灌进行密封和防腐，利用海水对电机直接冷却，封灌树脂的耐水压可达300米。
本实施例所述发电装置的电流输出口设有整流装置，其与电控装置11电能输出是直流输出方式。发电装置的电流输出口在整流后输出直流的电能给电控装置11，电控装置11进行电能质量控制输送给相应负载。
本实施例所述水平轴3上安装有轴承装置9，所述叶轮装置和发电装置均可旋转地安装于轴承装置9上。轴承装置9用于承受机组的轴向和径向载荷。
本实施例所述轴承装置9为非金属水润滑轴承结构，防止海水腐蚀。
本实施例所述检测平台10上设有起吊装置。
本发明正常工作：该潮流发电机组处于海洋平面以下海流当中，当正向潮流时，升降支架2前侧的左右两台前叶轮装置4适应正向潮流自行变距顺时针旋转，驱动左右两台相应的前发电装置5顺时针旋转，将潮流能转换成电能，经整流后直流输送至电控装置11；升降支架2后侧的左右两台后叶轮装置6适应正向潮流自行变距逆时针旋转，驱动左右两台相应的后发电装置7逆时针旋转，将潮流能转换成电能，经整流后直流输送至电控装置11。当反向潮流时，升降支架2前侧的左右两台前叶轮装置4适应反向潮流自行变距也作顺时针旋转，驱动左右两台相应的前发电装置5顺时针旋转，将潮流能转换成电能，经整流后直流输送至电控装置11；升降支架2后侧的左右两台后叶轮装置6适应反向潮流自行变距也作逆时针旋转，驱动左右两台相应的后发电装置7逆时针旋转，将潮流能转换成电能，经整流后直流输送至电控装置11。
本发明当需要抵御大台风灾害时，操作升降支架2将水平轴3、水平轴3上的叶轮装置和发电装置沿柱桩1下移至深海稳定海水处，躲避大台风时海平面附近的巨大风、浪、流载荷，达到避灾目的。
本发明检修维护：当需要对该潮流发电机组进行检修维护时，操作升降支架2将水平轴3、前叶轮装置4、前发电装置5、后叶轮装置6、后发电装置7、轴承装置9上移至海洋平面以上，机组停止运行，固定后利用检修平台或者海面就近对水平轴3、前叶轮装置4、前发电装置5、后叶轮装置6、后发电装置7、轴承装置9进行检修维护。

Claims (8)

1. 单桩四叶轮水平轴无源自变距双向潮流发电机组，其特征在于：包括固定于海底的单根柱桩，所述柱桩上安装有可沿其上下移动的升降支架，所述升降支架的两端均安装有水平轴，所述水平轴的两端分别安装有叶轮装置和发电装置，所述水平轴两端的叶轮装置的旋转方向是相反的，位于升降支架同侧的叶轮装置的旋转方向是相同的；所述柱桩的上端安装有检修平台，所述检修平台上放置有电控装置，所述电控装置与发电装置连接。
2.根据权利要求1所述的单桩四叶轮水平轴无源自变距双向潮流发电机组，其特征在于：所述柱桩的底部设置有防冲刷基础。
3.根据权利要求1所述的单桩四叶轮水平轴无源自变距双向潮流发电机组，其特征在于：所述叶轮装置是一无源自变距叶轮驱动装置。
4.根据权利要求1所述的单桩四叶轮水平轴无源自变距双向潮流发电机组，其特征在于：所述发电装置采用直驱式外转子永磁发电机，所述直驱式外转子永磁发电机的电气部分采用树脂封灌。
5.根据权利要求1所述的单桩四叶轮水平轴无源自变距双向潮流发电机组，其特征在于：所述发电装置的电流输出口设有整流装置，其与电控装置电能输出是直流输出方式。
6.根据权利要求1~5之一所述的单桩四叶轮水平轴无源自变距双向潮流发电机组，其特征在于：所述水平轴上安装有轴承装置，所述叶轮装置和发电装置的转子部分均安装于轴承装置上。
7.根据权利要求6所述的单桩四叶轮水平轴无源自变距双向潮流发电机组，其特征在于：所述轴承装置为非金属水润滑轴承结构。
8.根据权利要求7所述的单桩四叶轮水平轴无源自变距双向潮流发电机组，其特征在于：所述检测平台上设有起吊装置。
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