CN104389730A - 带导流罩水平轴对转叶轮海流发电装置 - Google Patents

带导流罩水平轴对转叶轮海流发电装置 Download PDF

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Abstract

一种海流能开发技术领域的带导流罩水平轴对转叶轮海流发电装置，为至少一台双体式海流发电装置或多台双体式海流发电装置以阵列方式布置，每台双体式海流发电装置包括：双体式导流机构和设置于其内部的发电机构，双体式导流机构通过垂直连接机构实现转动设置。双体式导流机构包括：双体式导流罩、设置于双体式导流罩中间的机舱以及对称设置于机舱两侧且旋转方向相反的两组涡轮叶片，涡轮叶片通过桁架式轴系与机舱相连。本发明实现将海流的动能带动发电且能量转化率高，在二到三米每秒的流速的海里，能实现发电2～4兆瓦每小时。

Description

带导流罩水平轴对转叶轮海流发电装置
技术领域
本发明涉及的是一种海流能开发装置，具体是通过水流作用带动对转叶片转动，将机械能转化为电能，具有运行平稳，启动流速低、噪声小、效率高及可随来流方向自行偏转获得最大流速的特点。 
背景技术
海流发电机从上世纪70年代提出以来，一直是国内外学者和工业界关注的热点研究问题，经过多年的努力，取得了一定的进展，从实验室研究发展到样机现场试验阶段，是继风能以后具有大规模开发潜力的能源获取方式。水平轴海流发电涡轮机是一种海流能吸收和转换装置，由于理论和技术上可借鉴风力涡轮机和船舶螺旋桨，有比较好的生产和制造基础，设备制造本身不会产生更多的污染或消耗巨大的资源，是海流能发电装置中国内外研究最多的热点。带导流罩海流发电涡轮机有着启动流速低、获能效率高和扭矩波动较小的优点，因此也逐渐成为一种趋势。海流发电涡轮机的研发国内外均进入到样机实验阶段，但兆瓦级乃至更大功率的实用还有距离，国内的样机也止步于千瓦级，原因在于吸收和转化海流能的效率还不高。 
中国专利文献号CN202991334U公开(公告)日2013.06.12，公开了一种洋流发电装置，包括上下浮体、上下叶轮、齿条、小齿轮、中心轴、支架及发电机，下浮体安设在中心轴上，中心轴上端伸出下浮体与支架相连，所述支架设于上浮体内，并与上浮体有相对运动，小齿轮安设在支架上，并与齿条相啮合，齿条固定在上浮体内，所述上下叶轮分别固定在上下浮体上，且上下叶轮的各叶片反相安装，所述小齿轮与电机轴连接。该技术在海流的作用下，使上下两个叶轮产生相对转动，通过齿条与小齿轮的啮合，从而带动与小齿轮固联的发电机发电。结构简单实用，该发电装置可以接受360°方向的洋流，全方位实现发电功能，发电效率高。但该技术的缺陷在于齿轮齿条啮合方式传输效率较低，检修及维护不方便。 
中国专利文献号CN103032270A公开(公告)日2013.04.10，公开了一种小型风力发电系统可包含多个反向旋转的风力机，以降低系统承受的应力，便于系统以吊挂方式安装。风力机的叶片骨架具有可折迭的特性，使风力机叶片易于张开、闭合及折迭收藏。此外，内嵌于风力机的中空转轴中的双转子磁场永磁发电机，其使风力机与发电机结为一体。当风力机叶片受力时，可直接带动发电机转子旋转产生电力。在电能转换电路方面，该技术提出的单级整流升压转换电路以及单级整流升降压转换电路可在单级的电能转换过程中，完成电力的整流与升压或升、降压转换功能，大大地提升发电系统的电能转换效率。但该技术的缺陷在于风机的旋转 是单独作用的，风向一定时只有一台发电，而另一台处于待机状态，其理论发电效率最高只有50％。 
中国专利文献号CN1761815公开(公告)日2006.04.19，公开了一种海下发电设备，其包括两个在一支柱的两侧并排安装的涡轮机3，每个涡轮机3具有一组反向转动的涡轮叶片。所述设备1在位置9处与一对系泊线缆7可枢转地相互连接。所述涡轮机3有正浮力，从而在零水流中其竖直向上指向。当水流朝箭头A所示方向流动时，对涡轮机3和支柱的拖曳力使得所述设备1绕枢转点9枢转并倾斜成由标号10指示的状态。当潮水改变方向，流经所述设备1的水流量减少。因此，所述设备1将趋向于浮动回到竖直状态。最后，由于潮汐的作用，水将开始朝由箭头B指示的方向流动，并且所述设备1将倾斜成由标号12指示的位置。但该技术的缺陷在于当水流流速不大时，该装置不能完全正对水流，直接影响能量转化效率，必须要工作船辅助，导致转换方向施工时间长，难以满足工程的需要。 
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种带导流罩水平轴对转叶轮海流发电装置，通过合适的方式将发电装置定位在水面以下流速较高的位置，实现了将海流的动能带动发电，适用于稳定海流海况，且能量转化率高，将本装置放置于二到三米每秒的流速的海里，能实现发电2～4兆瓦每小时。 
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明为至少一台双体式海流发电装置或多台双体式海流发电装置以阵列方式布置，每台双体式海流发电装置包括：双体式导流机构和设置于其内部的发电机构，双体式导流机构通过垂直连接机构实现转动设置。 
所述的双体式导流机构包括：双体式导流罩、设置于双体式导流罩中间的机舱以及对称设置于机舱两侧且旋转方向相反的两组涡轮叶片，涡轮叶片通过桁架式轴系与机舱相连。 
所述的桁架式轴系包括：与涡轮叶片相连的带锥齿轮旋转轴以及分别与机舱和带锥齿轮旋转轴相连的带锥齿轮连接轴。 
所述的发电机构包括：分别与两侧涡轮叶片桁架式轴系连接的齿轮箱设置于齿轮箱的两个输出端上的直流发电机以及发电机同步装置，两台直流发电机的输出电缆连接到发电机同步装置的输入端，经过调谐装置，成为最终单根电缆输出。 
技术效果 
与现有技术相比，本发明通过对转叶轮和可回转底座连接结构调整发电机漂浮位置及状态，可使发电机保持平稳的伴流，同时有利于降低噪声水平，采用双同步电机大幅提高获能效率。本发明通过垂直旋转轴及轴套与发电机和导流罩相连，保证涡轮叶片可以根据来流的方向改变而相应的转动，保持正对来流，提高发电效率。 
附图说明
图1a为本发明正视图； 
图1b为本发明侧视图； 
图2为本发明俯视图； 
图3为本发明立体示意图； 
图4为本发明整体示意图； 
图中：双体式导流罩1、涡轮叶片2、底座结构3、轴套4、垂直连接机构5、机舱6、带锥齿轮连接轴7、机翼型支撑8、带锥齿轮旋转轴9、齿轮箱10、直流发电机11、发电机同步装置12、支撑板13、浮球14以及系泊线15。 
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 
实施例1 
如图1所示，本实施例涉及一种海洋发电系统，为至少一台双体式海流发电装置或多台双体式海流发电装置以阵列方式布置，每台双体式海流发电装置包括：双体式导流机构和设置于其内部的发电机构，双体式导流机构通过垂直连接机构5实现转动设置。 
所述的双体式导流机构包括：双体式导流罩1、设置于双体式导流罩1中间的机舱6以及对称设置于机舱6两侧且旋转方向相反的两组涡轮叶片2，涡轮叶片2通过桁架式轴系与机舱6相连， 
所述的桁架式轴系包括：与涡轮叶片2相连的带锥齿轮旋转轴9以及分别与机舱和带锥齿轮旋转轴9相连的带锥齿轮连接轴7。 
所述的双体式导流罩1内设有用于加强结构的机翼型支撑8。 
所述的带锥齿轮旋转轴9和带锥齿轮连接轴7的外部设有用于加强结构的支撑板13。 
所述的发电机构包括：分别与两侧涡轮叶片2桁架式轴系连接的齿轮箱10、分别设置于齿轮箱10的两个输出端上的直流发电机11以及发电机同步装置12，直流发电机11的输出端电缆连接到发电机同步装置12的输入端，经过改装置的调谐作用，调整相位后将电流输出汇总成一根输出电缆。 
所述的转动设置是指：设置于双体式导流机构的机舱6底部的垂直连接机构5通过轴套4与底座结构3转动连接，底座结构3直接固定于海底或者系泊于水中。 
如图3所示，所述的双体式导流罩1的外形为喇叭状结构，其进流口与出口的比为0.7146，导流罩长度为直径的2.87倍，最大厚度为直径的4％。 
所述的涡轮叶片2基于现有翼型进行改进，在0.17R～0.35R处采用NACA63-824翼型，0.35R～0.9R处采用NACA63-818翼型，0.9R～1.0R采用NACA63-812翼型，0.17R、0.55R、0.95R处剖面的弦长分别为叶片直径的4.17％，8.24％，5.1％。 
所述的机舱6的剖面采用NACA0015翼型，弦长为入口直径的0.965。 
所述的机翼型支撑8的剖面采用NACA0015翼型，弦长为入口直径的0.965。 
所述的齿轮箱10由两个锥齿轮输入端和两个锥齿轮输出端以及若干中间齿轮组成，齿轮箱速比为1：50。 
所述的支撑板13为带折边腹板的等边三角形肘板，焊接在传输轴之间其加强、固定作用。厚度不小于12mm。 
如图4所示，本装置通过浮球14以及系泊线15调整至水面与底床之间的合适高度，两组涡轮叶片2分别通过各自的带锥齿轮旋转轴9及轴端锥齿轮连接轴7传递到齿轮箱10，然后带动两台直流发电机11获得电能，直流发电机11的同步依靠同步装置12实现。每个带锥齿轮旋转轴9通过机翼型支撑8连接到双体式导流罩1，机舱6通过垂直转轴5连接到底座3，通过轴套4实现导流罩内直流发电机11及两组涡轮叶片2的回转。 
本装置对转式结构的涡轮叶片设计可以顺时针或逆时针相对旋转，伴流均匀，吸收能量效率高，噪声小，两台同步发电机的效果将大于安装两台一样的直发电机。 
该实例仅为本设备的一种具体实施方式，对本发明不受限制，凡是运用该原理的都属于本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种带导流罩水平轴对转叶轮海流发电装置，其特征在于，为至少一台双体式海流发电装置或多台双体式海流发电装置以阵列方式布置，每台双体式海流发电装置包括：双体式导流机构和设置于其内部的发电机构，双体式导流机构通过垂直连接机构实现转动设置；
所述的双体式导流机构包括：双体式导流罩、设置于双体式导流罩中间的机舱以及对称设置于机舱两侧且旋转方向相反的两组涡轮叶片，涡轮叶片通过桁架式轴系与机舱相连；
所述的桁架式轴系包括：与涡轮叶片相连的带锥齿轮旋转轴以及分别与机舱和带锥齿轮旋转轴相连的带锥齿轮连接轴。
2.根据权利要求1所述的带导流罩水平轴对转叶轮海流发电装置，其特征是，所述的发电机构包括：分别与两侧涡轮叶片桁架式轴系连接的齿轮箱设置于齿轮箱的两个输出端上的直流发电机以及发电机同步装置，两台直流发电机的输出电缆连接到发电机同步装置的输入端，经过调谐装置，成为最终单根电缆输出。
3.根据权利要求1所述的带导流罩水平轴对转叶轮海流发电装置，其特征是，所述的转动设置是指：设置于双体式导流机构的机舱底部的垂直连接机构通过轴套与底座结构转动连接，底座结构直接固定于海底或者系泊于水中。
4.根据权利要求1所述的带导流罩水平轴对转叶轮海流发电装置，其特征是，所述的双体式导流罩的外形为喇叭状结构，其进流口与出口的比为0.7146，导流罩长度为直径的2.87倍，最大厚度为直径的4％。
5.根据权利要求1或4所述的带导流罩水平轴对转叶轮海流发电装置，其特征是，所述的双体式导流罩内设有用于加强结构的机翼型支撑。
6.根据权利要求1所述的带导流罩水平轴对转叶轮海流发电装置，其特征是，所述的带锥齿轮旋转轴和带锥齿轮连接轴的外部设有用于加强结构的支撑板，该支撑板为带折边腹板的等边三角形肘板。
7.根据权利要求1所述的带导流罩水平轴对转叶轮海流发电装置，其特征是，所述的涡轮叶片在0.17R～0.35R处采用NACA63‐824翼型，0.35R～0.9R处采用NACA63‐818翼型，0.9R～1.0R采用NACA63‐812翼型，0.17R、0.55R、0.95R处剖面的弦长分别为叶片直径的4.17％，8.24％，5.1％。
8.根据权利要求5所述的带导流罩水平轴对转叶轮海流发电装置，其特征是，所述的机翼型支撑的剖面采用NACA0015翼型，弦长为入口直径的0.965；对应所述的机舱的剖面采用NACA0015翼型，弦长为入口直径的0.965。
9.根据权利要求2所述的带导流罩水平轴对转叶轮海流发电装置，其特征是，所述的齿轮箱由两个锥齿轮输入端和两个锥齿轮输出端以及若干中间齿轮组成，齿轮箱速比为1：50。
10.根据权利要求1所述的带导流罩水平轴对转叶轮海流发电装置，其特征是，所述的海流发电装置通过浮球以及系泊线调整至水面与底床之间。
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