CN105134454B - 低速垂直轴水流发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低速垂直轴水流发电机，包括：支架；主轴，固定在支架上；转动套筒，与主轴转动配合且转动套筒的轴线与主轴的轴线重合；多个叶片，各叶片通过支撑杆固定在转动套筒上，且叶片的长度方向与主轴的轴线平行。本发明的转动套筒与主轴转动配合且转动套筒的轴线与主轴的轴线重合，各叶片通过支撑杆固定在转动套筒上，且叶片的长度方向与主轴的轴线平行，这种垂直轴水轮结构，对水流方向无要求，发电效率较高；实际运用时可以采用升力型叶片，来进一步提高水轮转速和发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及发电机，具体涉及低速垂直轴水流发电机。
背景技术
海洋、江河等的水流动，蕴含着巨大的能量，并且其流动时间的年时数较高。普通海域的海水流速，多在0.5～2m/s，其能量密度相当于4.7m/s～18.7m/s的风能，将其有效利用后，年可利用发电时间将远大于风电。
目前海洋能的利用，大多集中在波浪、潮汐发电等，所利用的能量的能量密度低，且间歇性大。直接利用水流的动能发电，不仅能量密度大，而且可利用时间长，但目前其技术罕见且不成熟，少量已公开的利用水流能量发电装置的设想，为阻力型水轮或类似于水平轴风机的水轮，在发电效率等方面有待改善。
如专利申请号为CN201320591649.6的专利文献公开了一种水流发电机，包括浮标和发电机组，浮标通过绳索与发电机组的外置转轮连接，两个相同发电机组结构相对放置，外面是防水罩，浮标通过绳索带动外置转轮转动，带动发电机发电，发电机组里面还装有一个螺旋弹性装置和发电机。
上述专利文献利用浮标带动外置转轮转动，该种方式水能利用率较低。而且现有的水力发电设备水下密封结构复杂，密封效果不够理想。
发明内容
本发明针对上述问题，克服至少一个不足，提出了一种低速垂直轴水流发电机。解决现有水力发电设备在低流速环境下效率较低的问题。
本发明采取的技术方案如下：
一种低速垂直轴水流发电机，包括：
支架；
主轴，固定在所述支架上；
转动套筒，与主轴转动配合且转动套筒的轴线与主轴的轴线重合；
多个叶片，各叶片通过支撑杆固定在转动套筒上，且叶片的长度方向与主轴的轴线平行。
转动套筒与主轴转动配合且转动套筒的轴线与主轴的轴线重合，各叶片通过支撑杆固定在转动套筒上，且叶片的长度方向与主轴的轴线平行，这种垂直轴水轮结构，对水流方向无要求，发电效率较高；实际运用时可以采用升力型叶片，来进一步提高水轮转速和发电效率。
进一步的，所述转动套筒一端封闭，一端开口，所述主轴的下部伸入所述转动套筒中。
转动套筒一端密封，这种结构使得转动套筒与主轴之间的传动件完全位于密封空间中，无海水腐蚀影响。且安装时转动套筒的封闭端位于水位线下方，转动套筒的开口端位于水位线上方。
进一步的，所述主轴上安装有多个轴承，所述轴承外套在主轴上且轴承的内圈与主轴相对固定；所述转动套筒的内侧壁具有多个用于容纳所述轴承的圆柱状的限位空间。
通过轴承能够有效减少摩擦，提高发电效率，使得转动套筒能够较好的相对主轴转动。
进一步的，所述转动套筒包括多个轮毂部，相邻两个轮毂部之间通过套管相对固定；各轮毂部的内腔构成所述限位空间，最上端的轮毂部的上端固定有向主轴上端延伸的套管，最下端的轮毂部固定有使转动套筒下端闭合的密封件。
通过设置轮毂部能够较好的形成限位空间，且多个轮毂部的设计能够保证转动套筒能够较好的相对主轴转动；相邻两个轮毂部之间通过套管相对固定，既传递扭矩也保证上下轮毂同步。最上端的轮毂部的上端固定有向主轴上端延伸的套管，通过该套管与发电机配合驱动相应组件运动，密封件能够保证转动套筒下端闭合。
进一步的，还包括设置在主轴上的发电机；所述发电机包括与主轴相对固定的定子组件，以及与所述转动套筒上端相对固定的转子组件。
转动套筒转动带动转子组件相对定子组件转动，从而切割磁感线，完成发电工作。于实际运用时，发电机可以为外磁钢转子式。
进一步的，所述转子组件远离叶片的一侧与主轴之间具有动密封结构。
进一步的，还包括浮箱，所述支架固定在浮箱上，且叶片均位于浮箱的下方。
通过设置浮箱能够自动调节水轮深度，保证动密封始终位于水位线上方，避免海水等从动密封结构处渗入发电机和轴承等，引发故障；且采用浮箱作为基础，能够有效利用表层流。
进一步的，所述浮箱上固定与外部结构相固定的限位杆。
浮箱可以通过限位杆限位，能够有效降低浮箱及发电机的颠簸，实际运用时，限位杆可固定于海底，也可固定于从岸边伸出的支架上。
本发明的有益效果是：转动套筒与主轴转动配合且转动套筒的轴线与主轴的轴线重合，各叶片通过支撑杆固定在转动套筒上，且叶片的长度方向与主轴的轴线平行，这种垂直轴水轮结构，对水流方向无要求，发电效率较高；实际运用时可以采用升力型叶片，来进一步提高水轮转速和发电效率。
附图说明：
图1是本发明低速垂直轴水流发电机的示意图。
图中各附图标记为：
1、限位杆，2、浮箱，3、支架，4、转子组件，5、定子组件，6、动密封结构，7、主轴，8、水位线，9、转动套筒，10、套管，11、叶片，12、支撑杆，13、轮毂部，14、限位空间，15、轴承，16、密封件。
具体实施方式：
下面结合各附图，对本发明做详细描述。
如图1所示，一种低速垂直轴水流发电机，包括：
支架3；
主轴7，固定在支架3上；
转动套筒9，与主轴7转动配合且转动套筒9的轴线与主轴的轴线重合；
多个叶片11，各叶片通过支撑杆12固定在转动套筒上，且叶片的长度方向与主轴7的轴线平行。
本实施例中，转动套筒9一端封闭，一端开口，主轴7的下部伸入转动套筒中。转动套筒一端密封，这种结构使得转动套筒与主轴之间的传动件完全位于密封空间中，无海水腐蚀影响。且安装时转动套筒9的封闭端位于水位线8下方，转动套筒的开口端位于水位线8上方。
本实施例中，主轴上安装有多个轴承15，轴承外套在主轴上且轴承的内圈与主轴相对固定；转动套筒的内侧壁具有多个用于容纳轴承的圆柱状的限位空间14。通过轴承能够有效减少摩擦，提高发电效率，使得转动套筒能够较好的相对主轴转动。
本实施例中，转动套筒9包括多个轮毂部13，相邻两个轮毂部13之间通过套管10相对固定；各轮毂部的内腔构成限位空间14，最上端的轮毂部的上端固定有向主轴上端延伸的套管10，最下端的轮毂部固定有使转动套筒下端闭合的密封件16。通过设置轮毂部能够较好的形成限位空间，且多个轮毂部的设计能够保证转动套筒能够较好的相对主轴转动；相邻两个轮毂部之间通过套管相对固定，既传递扭矩也保证上下轮毂同步。最上端的轮毂部的上端固定有向主轴上端延伸的套管，通过该套管与发电机配合驱动相应组件运动，密封件能够保证转动套筒下端闭合。
低速垂直轴水流发电机还包括设置在主轴上的发电机；发电机包括与主轴7相对固定的定子组件5，以及与转动套筒9上端相对固定的转子组件4。转动套筒转动带动转子组件相对定子组件转动，从而切割磁感线，完成发电工作。于实际运用时，发电机可以为外磁钢转子式。
本实施例中，转子组件4远离叶片的一侧与主轴之间具有动密封结构6，如图所示，动密封结构为迷宫结构，动密封采用非接触式的迷宫结构，能够有效减小摩擦阻力，增加发电效率。
本实施例中，低速垂直轴水流发电机还包括还包括浮箱2，支架3固定在浮箱上，且叶片11均位于浮箱的下方；浮箱2上固定与外部结构相固定的限位杆1。通过设置浮箱能够自动调节水轮深度，保证动密封始终位于水位线上方，避免海水等从动密封结构处渗入发电机和轴承等，引发故障；且采用浮箱作为基础，能够有效利用表层流。浮箱可以通过限位杆限位，能够有效降低浮箱及发电机的颠簸，实际运用时，限位杆可固定于海底，也可固定于从岸边伸出的支架上。
本实施例中，转动套筒与主轴转动配合且转动套筒的轴线与主轴的轴线重合，各叶片通过支撑杆固定在转动套筒上，且叶片的长度方向与主轴的轴线平行，这种垂直轴水轮结构，对水流方向无要求，发电效率较高；实际运用时可以采用升力型叶片，来进一步提高水轮转速和发电效率。
本实施例的低速垂直轴水流发电机也可用于船用，此时可省浮箱及限位杆(用船体替代)，只需将主轴伸长，并铰连接于船体，以便行使时收起，停泊时通过铰连接放下；为方便维护，轴承加注孔及泄油孔在内侧，在主轴上预先接好相应细管，就可在顶部利用油泵进行维护。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种低速垂直轴水流发电机，其特征在于，包括：
支架；
主轴，固定在所述支架上；
转动套筒，与主轴转动配合且转动套筒的轴线与主轴的轴线重合；
多个叶片，各叶片通过支撑杆固定在转动套筒上，且叶片的长度方向与主轴的轴线平行；
所述转动套筒的下端封闭，上端开口，所述主轴的下部伸入所述转动套筒中；
还包括设置在主轴上的发电机；所述发电机包括与主轴相对固定的定子组件，以及与所述转动套筒上端相对固定的转子组件，所述转子组件远离叶片的一侧与主轴之间具有动密封结构；
还包括浮箱，所述支架固定在浮箱上，且叶片均位于浮箱的下方。
2.如权利要求1所述的低速垂直轴水流发电机，其特征在于，所述主轴上安装有多个轴承，所述轴承外套在主轴上且轴承的内圈与主轴相对固定；所述转动套筒的内侧壁具有多个用于容纳所述轴承的圆柱状的限位空间。
3.如权利要求2所述的低速垂直轴水流发电机，其特征在于，所述转动套筒包括多个轮毂部，相邻两个轮毂部之间通过套管相对固定；各轮毂部的内腔构成所述限位空间，最上端的轮毂部的上端固定有向主轴上端延伸的套管，最下端的轮毂部固定有使转动套筒下端闭合的密封件。
4.如权利要求1所述的低速垂直轴水流发电机，其特征在于，所述浮箱上固定与外部结构相固定的限位杆。
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