CN104481791A - 一种集成半直驱式潮流发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种集成半直驱式潮流发电机组，包括叶轮、主轴、齿轮轴、舱体，主轴包括相连的粗轴段和细轴段，在粗轴段和细轴段连接处设置椎体，椎体向细轴段方向设置伸出部分，伸出部分与细轴段之间形成凹槽，齿轮轴通过其自身的中空结构套于细轴段外部，齿轮轴的一端位于凹槽里，椎体的伸出部分沿其自身周向设置凸起，所有凸起上均安装行星齿轮，每个凸起与其对应的行星齿轮之间均通过轴承配合，齿轮轴外壁上设置齿，舱体内壁上固定有齿圈和定子，行星齿轮均同时与齿圈以及齿轮轴的齿啮合，齿轮轴外部固连有转子，转子位于定子内部。本发明将变速齿轮箱与发电机箱集成一体，使得机组舱体从根本组成上简化。

Description

一种集成半直驱式潮流发电机组

技术领域

本发明涉及的是一种发电装置，具体地说是潮流发电装置。

背景技术

我国的海洋资源十分丰富，尤其是潮流能，其发展前景非常广阔。潮流能发电的优势是不需要燃料，不占用耕地，也不会产生辐射，是一种清洁的可再生能源。潮流能发电水轮机组的叶轮(包括叶片和轮毂)在潮流的作用下带动主轴旋转，实现了将潮流能转换为机械能的过程，而旋转的主轴再带动发电机的转子旋转实现将机械能转化为电能。由于海水的流速较低，而一般发电机的转速较高，这样需要在发电机和叶轮之间安装一个增速装置即增速齿轮箱，它能把齿轮箱的输出轴转速提高到发电机转子所需的转速。因此，要求可增速式潮流能发电机组具有适中的传动比，体积小，功率密度大，传动级数少，机械损耗低，可靠性高，运行维护方便等优点。

常见潮流能发电机组在结构上大体可以分为两类，即传统类型和直驱式。传统类型机组主要由叶轮、齿轮增速箱和发电机组成，这些主要零部件都固定在机组的舱体内；它的缺点是增大了机组的设计尺寸，同时也增加了很多零部件，安装调试困难。直驱式发电机组主要是由叶轮和发电机组成。这种类型的机组避免了增速齿轮箱带来的不必要的麻烦，叶轮直接与发电机轴连接。它的缺点是所用的发电机不是标准件，发电机的转子和定子都需要特制，发电机直径较大。随着机组设计容量的增大，给发电机设计、加工制造带来困难。公开号为CN102889162A的专利提出一种永磁半直驱式潮流发电装置，采用简单变速装置和永磁直发电机的半直驱式组合适应低水速低转速，这样简化增速装置并结合直驱电机的设计使得水轮机的轴向尺寸有一定的缩减，但是增速装置与发电机箱之间通过联轴器连接并且分舱装配的设计与传统方式一样复杂，即并没有从根本上解决缩减机组轴向体积的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供传动级数少、机械损耗低的一种集成半直驱式潮流发电机组。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种集成半直驱式潮流发电机组，其特征是：包括叶轮、主轴、齿轮轴、舱体，主轴包括相连的粗轴段和细轴段，在粗轴段和细轴段连接处设置椎体，椎体向细轴段方向设置伸出部分，椎体及其伸出部分和细轴段均位于舱体里，伸出部分与细轴段之间形成凹槽，齿轮轴通过其自身的中空结构套于细轴段外部，齿轮轴的一端位于凹槽里，齿轮轴与细轴段和椎体之间均通过轴承配合，椎体的伸出部分沿其自身周向设置凸起，所有凸起上均安装行星齿轮，每个凸起与其对应的行星齿轮之间均通过轴承配合，齿轮轴外壁上设置齿，舱体内壁上固定有齿圈和定子，所有行星齿轮均同时与齿圈以及齿轮轴的齿啮合，齿轮轴外部固连有转子，转子位于定子内部，叶轮通过法兰与主轴的粗轴段相连，主轴的粗轴段与舱体之间通过轴承配合。

本发明还可以包括：

1、还包括刹车装置，所述的刹车装置为电磁式，包括中部具有滑槽的电磁铁，电磁铁固定在舱体内壁上，齿轮轴外部固定有铁盘，铁盘在齿轮轴的带动下沿滑槽旋转，电磁铁在通电或断电的情况下抱死铁盘或脱开铁盘。

本发明的优势在于：本发明是一种将主轴传动系统、一级行星增速齿轮箱和直驱发电机集成为一体的发电机组。变速系统输出主轴与发电机转子主轴设计同为一根齿轮轴，从根本上简化了潮流能发电水轮机组的结构、减少一些不必要的零部件、缩小整个机组的体积，提高整台机组的稳定性、可靠性和使用寿命。此类型潮流能发电水轮机的发电机组易于安装、密封、调试，减少零部件安装的工作量，降低成本，为潮流能发电水轮机的可靠工作提供有效途径。本发明不但用于几到几十千瓦水轮机发电机组上，甚至数兆瓦潮流能发电水轮机的设计方案也可以采用此种结构。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

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，本发明主轴2既传递了叶轮12旋转产生的机械能，同时又充当一级行星增速齿轮箱的行星架，其细轴段部分承载着齿轮轴7和发电机转子9的重量。主轴2依靠舱体10上的主轴轴承4支撑，一端与轮毂法兰盘1固定连接，另一端作为一级增速齿轮箱的行星架，连接着行星齿轮6。主轴的机械动密封3固定安装在舱体10的一端，防止海水通过主轴2与舱体10的间隙进入到机组内部。

如图1所示，本发明所用的齿轮轴7是空心轴结构，通过轴承的一端固定在主轴2的内部，另一端通过轴承固定在舱体10上。同时在空心轴内孔和主轴的细轴段用轴承支撑连接，以提高齿轮轴7的旋转精度。

如图1所示，本发明是潮流能发电机组，内齿圈5和发电机的定子8固定在舱体10上，而转子9和刹车装置11固定在齿轮轴7上，当叶轮带动主轴2转动时，通过行星齿轮6与内齿圈5内啮合传动，齿轮轴7与行星齿轮6的外啮合传动，增大齿轮轴7的转速，满足发电机的使用要求。

如图1所示，当发电机组在工作过程中出现异常时，可以用刹车装置11停止齿轮轴7的转动，即停止叶轮12的转动。

本发明集成半直驱式潮流发电机组采用齿轮变速系统与直驱式发电机集成一体的方案，整个发电机组与轮毂法兰盘通过主轴固定连接，机械动密封安装在主轴轴承前端，与发电机的舱体连接，防止海水泄露到机组内部。主轴依靠安装在机组舱体内的主轴轴承支撑，一端与法兰盘固定连接，另一端作为一级行星增速齿轮系统的行星架，连接行星轮。主轴既传递了叶轮旋转产生的机械能，同时其细轴段部分又承载着齿轮轴和发电机转子的重量。中心齿轮轴是空心轴结构，一端依靠舱体端盖的轴承支撑，另一端依靠主轴内部的轴承支撑。它与行星轮啮合，它既是一级行星增速齿轮箱的太阳轮，又连接着发电机组的转子部分。同时刹车装置也固定在齿轮轴末端部。主轴的细轴段穿过齿轮轴，并用齿轮轴孔内的轴承固定其轴向位置。行星齿轮系统的内齿圈和发电机的外转子部分均安装于机舱内壁。

相对公开号CN102889162A中的永磁半直驱结构设计，本发明将变速齿轮箱与发电机箱集成一体，使得机组舱体从根本组成上简化，使得机组拆装方便，易密封，适合水下作业，重量轻、制造的工艺简单，其传动比适中，机舱内部结构紧凑，体积小，功率密度大，传动级数少，机械损耗低，可靠性高，运行维护方便。

Claims (2)

1.一种集成半直驱式潮流发电机组，其特征是：包括叶轮、主轴、齿轮轴、舱体，主轴包括相连的粗轴段和细轴段，在粗轴段和细轴段连接处设置椎体，椎体向细轴段方向设置伸出部分，椎体及其伸出部分和细轴段均位于舱体里，伸出部分与细轴段之间形成凹槽，齿轮轴通过其自身的中空结构套于细轴段外部，齿轮轴的一端位于凹槽里，齿轮轴与细轴段和椎体之间均通过轴承配合，椎体的伸出部分沿其自身周向设置凸起，所有凸起上均安装行星齿轮，每个凸起与其对应的行星齿轮之间均通过轴承配合，齿轮轴外壁上设置齿，舱体内壁上固定有齿圈和定子，所有行星齿轮均同时与齿圈以及齿轮轴的齿啮合，齿轮轴外部固连有转子，转子位于定子内部，叶轮通过法兰与主轴的粗轴段相连，主轴的粗轴段与舱体之间通过轴承配合。

2.根据权利要求1所述的一种集成半直驱式潮流发电机组，其特征是：还包括刹车装置，所述的刹车装置为电磁式，包括中部具有滑槽的电磁铁，电磁铁固定在舱体内壁上，齿轮轴外部固定有铁盘，铁盘在齿轮轴的带动下沿滑槽旋转，电磁铁在通电或断电的情况下抱死铁盘或脱开铁盘。