CN104747355A - 一种垂直轴水力发电机 - Google Patents

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Abstract

一种垂直轴水力发电机，包括深入海床内的桩基础、建立在桩基础上的塔柱、安装在塔柱上的发电机组和与发电机组连接的叶轮，所述塔柱包括水下平台、支撑柱和水上平台，水下平台与桩基础顶部固定连接，支撑柱向水面延伸并与水上平台连接固定，水上平台高出水面；所述发电机组设于水上平台上，叶轮包括升力型叶片，叶片安装在支撑柱外的旋转主轴上，叶轮设于水里。由于升力型叶片能够在无方向性的风流下单向转动，那么对于同样无方向性的水流来说也一样的，因此该种垂直轴的升力型叶片也能在水里单向的转动，以此为基础，将垂直轴升力型叶片深入水下，依靠水流或洋流的冲刷即可使其转动，再配合发电机组，即可完成水力发电。

Description

一种垂直轴水力发电机
技术领域
本发明涉及水力发电，尤其是垂直轴的水力发电机。
背景技术
能源紧缺和环境污染是人类面临的两大重要问题，大力发展清洁可再生能源成为世界能源实现可持续发展的重要战略措施。水能发电和风能发电都是无污染的绿色发电方式。目前风力发电应用较为广泛，但是由于风力资源不稳定，导致风力发电受到的地域性和季节性的阻碍较大，仅仅依靠风力发电还远远满足不了人们的需求。对于地球上资源最丰富的水资源来说，其蕴藏的能量无疑是更大，但是由于目前人类对水力发电的技术尚未有新的突破，其技术仅仅停留在水轮机发电，该种水力发电技术局限性较大，而成建造起来比较麻烦，而且一般只能应用在河流和水库；对于海洋发电来说，其技术尚未成熟，海洋的洋流以及波浪所产生的能量不能被很好的利用，这也是人们以后所要研究的方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种垂直轴水力发电机，结构简单，而且能够适用于海洋和江河的水力发电。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种垂直轴水力发电机，包括深入海床内的桩基础、建立在桩基础上的塔柱、安装在塔柱上的发电机组和与发电机组连接的叶轮，所述塔柱包括水下平台、支撑柱和水上平台，水下平台与桩基础顶部固定连接，支撑柱向水面延伸并与水上平台连接固定，水上平台高出水面；所述发电机组设于水上平台上，所述叶轮包括升力型叶片，叶片安装在支撑柱外的旋转主轴上，所述叶轮设于水里。本发明相对传统的水轮机发电是一个重大的突破，首次将垂直轴发电的概念应用在水里，由于升力型叶片能够在无方向性的风流下单向转动，那么对于同样无方向性的水流来说也一样的，因此该种垂直轴的升力型叶片也能在水里单向的转动，以此为基础，将垂直轴升力型叶片深入水下，依靠水流或洋流的冲刷即可使其转动，再配合发电机组，即可完成水力发电。本发明与风力发电相比更具优势，由于其塔柱和叶轮设于水里，水里的环境相对较为稳定，不会受到台风的影响，所以发电机的发电环境也相对稳定；由于水流和洋流的稳定性好，能够连续安全的发电；由于水流和洋流的资源丰富而且不占用陆地空间，有巨大的发展前景。
作为改进，所述水下平台、支撑柱和水上平台由钢筋混凝土一体灌注成型。一体灌注的塔柱强大更大，使其能够支撑巨大的叶轮在水里旋转。
作为改进，所述支撑柱由钢筋混凝土浇铸而成。
作为改进，所述支撑柱为中空结构，所述支撑柱上设有若干观察口，观察口处设有耐压玻璃。水上的人可以通过升降电梯进入到支撑柱的内部，通过支撑柱上的观察口可以看到叶片的状态，方便以后的检修。另外，该发电机项目也可以发展成为旅游业，游客可以通过支撑柱上的观察口观看水里的海洋世界。
作为改进，所述叶轮呈H型或Φ型。
作为改进，所述支撑柱上设有第一轴承和第二轴承，叶轮下端通过第一法兰与第一轴承连接，叶轮上端通过第二法兰与第二轴承连接，叶轮环绕支撑柱旋转。
作为改进，所述发电机组包括一个以上的发电机、主动齿轮和传动齿轮，所述叶轮的上端与主动齿轮连接，所述发电机设置在水上平台上，水上平台上设有穿孔，发电机的输出轴穿过穿孔伸出于水上平台下方，主动齿轮通过传动齿轮驱动发电机输出轴旋转。本发明的叶轮通过一个主动齿轮可以带动多个小发电机发电，该种发电机组的结构简单，而且安装及维修方便。
作为改进，所述发电机组为外转子发电机，其内定子固定在支撑柱上，外转子与叶轮上端连接。
作为改进，所述旋转主轴设于第一法兰与第二法兰之间，所述旋转主轴、第一法兰和第二法兰形成鼠笼结构，减少叶片的上端与下端之间的差速而产生的叶片变形。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
本发明与风力发电相比更具优势，由于其塔柱和叶轮设于水里，水里的环境相对较为稳定，不会受到台风的影响，所以发电机的发电环境也相对稳定；由于水流和洋流的稳定性好，能够连续安全的发电；由于水流和洋流的资源丰富而且不占用陆地空间，有巨大的发展前景；能够应用在海洋、河流或江河，其应用范围广。
附图说明
图1为实施例1Φ型叶轮的水力发电机示意图。
图2为实施例1H型叶轮的水力发电机示意图。
图3为实施例2Φ型叶轮的水力发电机示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1、2所示，一种垂直轴水力发电机，包括深入海床2内的桩基础12、建立在桩基础12上的塔柱、安装在塔柱上的发电机组和与发电机组连接的叶轮4。所述塔柱包括水下平台11、支撑柱3和水上平台6，水下平台11与桩基础12顶部固定连接，支撑柱3向水面1延伸并与水上平台6连接固定，水上平台6高出水面1。所述水下平台11、支撑柱3和水上平台6由钢筋混凝土一体灌注成型，一体灌注的塔柱强大更大，能够抵抗水流的常年冲击，而且能够支撑巨大的叶轮4在水里旋转。也可以取消水下平台11，支撑柱3与桩基础12一体灌注成型。
所述支撑柱3为中空结构，所述支撑柱3上设有若干观察口13，观察口13处设有耐压玻璃。水上平台6的人可以通过升降电梯进入到支撑柱3的内部，通过支撑柱3上的观察口13可以看到叶片的状态，方便以后的检修。另外，该发电机项目也可以发展成为旅游业，游客可以通过支撑柱3上的观察口13观看水里的海洋世界。
所述支撑柱3上设有第一轴承15和第二轴承10，第一轴承15设于支撑柱3的下端，第二轴承10设于支撑柱3的上端，第一轴承15和第二轴承10均环抱支撑柱3；叶轮4下端通过第一法兰16与第一轴承15连接，叶轮4上端通过第二法兰8与第二轴承10连接，使叶轮4能够环绕支撑柱3旋转。所述第一法兰16与第二法兰8之间设有旋转主轴14，所述旋转主轴14、第一法兰16和第二法兰8形成鼠笼结构，减少叶片的上端与下端之间的差速而产生的叶片变形；叶片41的主要承重安装在旋转主轴上，叶片41可通过连接臂19与旋转主轴14连接，这样使叶片41的转动同步性更好。
所述叶轮4呈H型或Φ型，所述叶轮4包括两片以上的升力型叶片41，所述叶轮4设于水里，这种升力型的叶片能够适应无方向性的水流冲击，而且始终沿着一个方向旋转。
所述发电机组包括一个以上的发电机5、主动齿轮9和传动齿轮，所述叶轮4的上端与主动齿轮9连接；所述传动齿轮为套在发电机输出轴且与主动齿轮9啮合的小齿轮7，而且发电机5为向下垂直设置，所述发电机5设置在水上平台6上，水上平台6上设有穿孔，发电机的输出轴6穿过穿孔伸出于水上平台6下方，主动齿轮9通过传动齿轮驱动发电机输出轴6旋转。本发明的叶轮4通过一个主动齿轮9可以带动多个小发电机发电，该种发电机组的结构简单，而且安装及维修方便。还可以在水上平台6建造房屋，用于保护发电机5或住人。
本发明相对传统的水轮机发电是一个重大的突破，首次将垂直轴发电的概念应用在水里，由于升力型叶片41能够在无方向性的风流下单向转动，那么对于同样无方向性的水流来说也一样的，因此该种垂直轴的升力型叶片41也能在水里单向的转动，以此为基础，将垂直轴升力型叶片41深入水下，依靠水流或洋流的冲刷即可使其转动，再配合发电机组，即可完成水力发电。本发明与风力发电相比更具优势，由于其塔柱和叶轮4设于水里，水里的环境相对较为稳定，不会受到台风的影响，所以发电机的发电环境也相对稳定；由于水流和洋流的稳定性好，能够连续安全的发电；由于水流和洋流的资源丰富而且不占用陆地空间，有巨大的发展前景；能够应用在海洋、河流或江河，其应用范围广。
实施例2
如图3所示，一种垂直轴水力发电机，包括深入海床2内的桩基础12、建立在桩基础12上的塔柱、安装在塔柱上的发电机组和与发电机组连接的叶轮4。所述塔柱包括水下平台11、支撑柱3和水上平台6，水下平台11与桩基础12顶部固定连接，支撑柱3向水面1延伸并与水上平台6连接固定，水上平台6高出水面1。所述支撑柱3由钢筋混凝土浇铸而成，该种支撑柱3的建造周期更短，而且具有一定的强度保证。
所述支撑柱3为中空结构，所述支撑柱3上设有若干观察口13，观察口13处设有耐压玻璃。水上平台6的人可以通过升降电梯进入到支撑柱3的内部，通过支撑柱3上的观察口13可以看到叶片的状态，方便以后的检修。另外，该发电机项目也可以发展成为旅游业，游客可以通过支撑柱3上的观察口13观看水里的海洋世界。
所述支撑柱3上设有第一轴承15和第二轴承10，第一轴承15设于支撑柱3的下端，第二轴承10设于支撑柱3的上端，第一轴承15和第二轴承10均环抱支撑柱3；叶轮4下端通过第一法兰16与第一轴承15连接，叶轮4上端通过第二法兰8与第二轴承10连接，使叶轮4能够环绕支撑柱3旋转。所述第一法兰16与第二法兰8之间设有旋转主轴14，所述旋转主轴14、第一法兰16和第二法兰8形成鼠笼结构，减少叶片的上端与下端之间的差速而产生的叶片变形；叶片41的主要承重安装在旋转主轴上，叶片41可通过连接臂19与旋转主轴14连接，这样使叶片41的转动同步性更好。
所述叶轮4呈H型或Φ型，所述叶轮4包括两片以上的升力型叶片41，所述叶轮4设于水里，这种升力型的叶片能够适应无方向性的水流冲击，而且始终沿着一个方向旋转。
所述发电机组为外转子发电机，其内定子17固定在支撑柱3上，外转子18与叶轮4上端连接。此时的水上平台6用于遮挡发电机，并可在水上平台6上建造房屋供人类居住。
本发明相对传统的水轮机发电是一个重大的突破，首次将垂直轴发电的概念应用在水里，由于升力型叶片41能够在无方向性的风流下单向转动，那么对于同样无方向性的水流来说也一样的，因此该种垂直轴的升力型叶片41也能在水里单向的转动，以此为基础，将垂直轴升力型叶片41深入水下，依靠水流或洋流的冲刷即可使其转动，再配合发电机组，即可完成水力发电。本发明与风力发电相比更具优势，由于其塔柱和叶轮4设于水里，水里的环境相对较为稳定，不会受到台风的影响，所以发电机的发电环境也相对稳定；由于水流和洋流的稳定性好，能够连续安全的发电；由于水流和洋流的资源丰富而且不占用陆地空间，有巨大的发展前景；能够应用在海洋、河流或江河，其应用范围广。

Claims (10)

1.一种垂直轴水力发电机，其特征在于：包括深入海床内的桩基础、建立在桩基础上的塔柱、安装在塔柱上的发电机组和与发电机组连接的叶轮，所述塔柱包括水下平台、支撑柱和水上平台，水下平台与桩基础顶部固定连接，支撑柱向水面延伸并与水上平台连接固定，水上平台高出水面；所述发电机组设于水上平台上，所述叶轮包括升力型叶片，叶片安装在支撑柱外的旋转主轴上，所述叶轮设于水里。
2.根据权利要求1所述的一种垂直轴水力发电机，其特征在于：所述水下平台、支撑柱和水上平台由钢筋混凝土一体灌注成型。
3.根据权利要求1所述的一种垂直轴水力发电机，其特征在于：所述支撑柱由钢筋混凝土浇铸而成。
4.根据权利要求1所述的一种垂直轴水力发电机，其特征在于：所述支撑柱为中空结构。
5.根据权利要求1所述的一种垂直轴水力发电机，其特征在于：所述支撑柱上设有若干观察口，观察口处设有耐压玻璃。
6.根据权利要求1所述的一种垂直轴水力发电机，其特征在于：所述叶轮呈H型或Φ型。
7.根据权利要求1所述的一种垂直轴水力发电机，其特征在于：所述支撑柱上设有第一轴承和第二轴承，叶轮下端通过第一法兰与第一轴承连接，叶轮上端通过第二法兰与第二轴承连接，叶轮环绕支撑柱旋转。
8.根据权利要求1所述的一种垂直轴水力发电机，其特征在于：所述发电机组包括一个以上的发电机、主动齿轮和传动齿轮，所述叶轮的上端与主动齿轮连接，所述发电机设置在水上平台上，水上平台上设有穿孔，发电机的输出轴穿过穿孔伸出于水上平台下方，主动齿轮通过传动齿轮驱动发电机输出轴旋转。
9.根据权利要求1所述的一种垂直轴水力发电机，其特征在于：所述发电机组为外转子发电机，其内定子固定在支撑柱上，外转子与叶轮上端连接。
10.根据权利要求7所述的一种垂直轴水力发电机，其特征在于：所述旋转主轴设于第一法兰与第二法兰之间，所述旋转主轴、第一法兰和第二法兰形成鼠笼结构。
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