CN105840392B - 一种漂浮式潮流发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发电装置。为克服目前潮流发电装置中所存在的技术问题，本发明提供一种漂浮式潮流发电装置，包括发电机组及水轮机两部分，发电机组中变速装置的驱动轴水轮机轴通过万向节垂直连接，还包括叶轮组，叶轮组包括两个平行设置的轮圈，在水轮机轴一端设有浮筒，浮筒位于两轮圈的轴线上，在两轮圈之间设有若干叶片，所述的叶片的上边缘分别与两轮圈焊接固定，叶片的下边缘与浮筒筒体表面焊接固定，所述叶片倾斜设置，叶片与两轮圈之间分别形成15‑45°的夹角；所述浮筒产生的浮力能够确保整个水轮机在海水底层处于水平漂浮状态。该装置的叶片面积有效增大，耐冲击、抗弯折，防止水轮机上下大幅度的摆动，保证了叶轮组的稳定运转。

Description

一种漂浮式潮流发电装置

技术领域

本发明涉及一种发电装置，具体是指一种利用潮流能进行海底发电的漂浮式潮流发电装置。

背景技术

潮能发电是在强潮海域布置开放式水力发电装置，利用海水水平方向的流动进行发电。潮流发电装置安装形式可以分为三种：①以底座的形式布置在海床上，②依靠工程设施悬浮于水体中，⑧依靠浮体漂浮在水面上。底座式机组的缺点是海底流速较小，因此不能捕获到最大流速的能量，并且建造成本巨大。因此目前的主流方向是采用悬浮于水体中或漂浮于水面的建造方式，但该种建造方式的主要缺点是受海浪的影响较大，通常建造时，是将变速箱及发电机组采用悬浮的方式漂浮在水面上，变速箱轴与海水深层的水轮机通过万向节连接，当受到强风浪的作用时，变速箱及发电机组会随风浪产生上下的剧烈跳动，该跳动传递至水轮机造成水轮机在海水中的上下剧烈摆动，由于海浪的作用力超乎想象，当水轮机在海水中的摆动过于激烈时不但影响水轮机叶片的稳定转动，同时会造成水轮机轴的折断，造成设备报废。同时目前使用的水轮机叶片多采用传统的螺旋桨结构，该结构的水轮叶片根部固定在轴上，在强烈潮流的作用下发生转动，为防止叶片的损坏，通常需要对水轮叶片的根部进行加厚处理，而加厚后又会造成较大的阻力，影响了潮流能的有效转化，并且该结构的水轮叶片面积不能做的过大，当叶片面积过大时，受潮流的冲击，叶片很容易弯折变形。

发明内容

为克服目前潮流发电装置中所存在的技术问题，本发明提供一种能够有效克服海浪影响，保证水轮机平稳运转的漂浮式潮流发电装置。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案为：一种漂浮式潮流发电装置，包括发电机组及水轮机两部分，所述的发电机组包括变速装置及变电装置，所述的变速装置及变电装置封闭在一圆柱形的密封腔内，变速装置的驱动轴沿密封腔底部向下延伸并在驱动轴的底端设有连接接头，密封腔的外壳通过缆绳固定在海底，所述的发电机组利用密封腔能够垂直漂浮在海水中；所述的水轮机包括叶轮组及水轮机轴，所述的水轮机轴的一端通过万向节与驱动轴的底端垂直连接，其特征在于：所述的水轮机轴的另一端与浮筒连接固定；所述的叶轮组包括两个平行设置的轮圈，所述的浮筒位于两轮圈的轴线上，在两轮圈之间设有若干叶片，所述的叶片的上边缘分别与两轮圈焊接固定，叶片的下边缘与浮筒筒体表面焊接固定，所述叶片倾斜设置，叶片与两轮圈之间分别形成15-45°的夹角；所述浮筒产生的浮力能够确保整个水轮机在海水底层处于水平漂浮状态。

进一步的，所述叶片呈扇形，其上弧边与两轮圈形成点接触并焊接为一体，其下弧边与浮筒表面焊接为一体。

进一步的，在轮圈外侧与浮筒筒体之间设有若干根拉紧条，所述的拉紧条倾斜设置，拉紧条与轮圈连接点处的轮圈切线与拉紧条之间形成一夹角，该夹角控制在15-45°之间。

进一步的，所述拉紧条采用板状结构，其板面与叶片板面平行。

进一步的，在水轮机轴上设有稳定装置，所述的稳定装置设有轴套，所述的水轮机轴穿过轴套，轴套两端分别通过轴承与水轮机轴固定，水轮机轴可在轴套内自由转动，在轴套的表面沿轴线方向焊接翼片，翼片与轴套垂直固定；所述的翼片为3片，其间隔120°均匀设置在轴套的表面上。

进一步的，所述三片翼片边缘所形成的圆廓线的直径大于轮圈直径。

本发明的有益效果为：通过改进叶轮组的结构可使叶片在厚度一定的前提下面积得到有效扩展，有效转化了潮流能，同时增加了稳定装置能够有效抵消海浪的影响，防止水轮机上下大幅度的摆动，保证了叶轮组的稳定运转。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图。

附图2为水轮机的结构示意图。

附图3为叶轮组的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如附图1所示，一种漂浮式潮流发电装置，包括发电机组1及水轮机2两部分，所述的发电机组包括变速装置11及变电装置12，变速装置11及变电装置12封闭在一圆柱形的密封腔13内，变速装置的驱动轴14沿密封腔底部向下延伸并在驱动轴的底端设有连接接头，通过该连接接头与水轮机轴垂直连接，密封腔13的外壳通过缆绳3固定在海底，工作时，发电机组1利用密封腔13能够垂直漂浮在海水中。关于发电机组1的详细结构属于现有技术，在本发明中不做具体描述。

如附图2所示，水轮机2包括叶轮组4及水轮机轴5，水轮机轴的一端设有万向节6，结合附图1所示，水轮机轴5通过万向节6与变速装置的驱动轴14连接，当水轮机在潮流的作用下发声转动，水轮机轴5带动驱动轴14转动从而使潮流能转变为电能输出。

如附图2所示，水轮机轴5的另一端与浮筒7连接固定，浮筒7的作用是保证整个水轮机在海水底层处于水平漂浮状态，设计时，应确保浮筒产生的浮力与水轮机的重量一致。

如附图3所示，水轮机的叶轮组4包括两个平行设置的轮圈8，浮筒7位于两轮圈的轴线上，在两轮圈之间设有若干叶片9，叶片9的上边缘分别与两轮圈8焊接固定，叶片的下边缘与浮筒7筒体表面焊接固定。如附图3所示，叶片9倾斜设置，叶片9与两轮圈之间形成一夹角β，β角度控制在15-45°之间，以保证沿水轮机轴5轴向来的潮流能够有效冲击叶片9的叶面，从而使整个叶轮组4及水轮机轴5发生转动。

在本实施例中，叶片9的数量为6片，β控制为30°。

如附图1所示，由于发电机组1通过缆绳3固定在海底，当海底潮流的方向发生变化后，由于浮筒7的存在，水轮机2会随潮流方向的转变而发生旋转，始终保证浮筒7处于潮流的冲击方向上，由此保证了叶轮组4始终受到来自水轮机轴5轴向方向的潮流冲击，保证叶轮组4始终按照顺时针或逆时针一个方向进行转动。在水轮机2发生转向的同时，水轮机2带动发电机组1转动，发电机组1及缆绳3以海底固定点为旋转点而发生转动。

叶轮组4采用两轮圈和叶片固定的方式，使叶片9形成了三点接触固定，即叶片9的上边缘有两个点与两轮圈分别焊接固定，叶片9的下边缘与浮筒形成了焊接固定，增加了叶片9的抗冲击能力，叶片9在不需要加厚的前提下即可耐受住潮流的冲击，防止叶片发生扭曲变形，相对于传统的螺旋桨结构，极大地提高了潮流能的转化效率。在本实施例中，叶片优先采用扇形结构，其上弧边与两轮圈形成点接触并焊接为一体，其下弧边与浮筒表面焊接为一体。采用扇状结构能够明显减小叶片9边缘对海水产生的阻力，使潮流在冲击叶片叶面的同时能够快速由叶片边缘通过，从而使叶片在受到同等潮流能的冲击下转动的更快。

如附图3所示，叶片9在受到潮流的冲击下产生转动，而在受到冲击的同时，叶片9也必然对两轮圈8产生向内的拉力，由于海底潮流力量巨大，叶片在受到巨大冲击下，当两轮圈8产生向内变形时必然会导致叶片9的弯曲变形，因此必须对轮圈8进行牵拉限制。如附图3所示，在本实施例中，在轮圈8外侧与浮筒7筒体之间设有若干根拉紧条10，由于轮圈及叶片在潮流的冲击下处于高速旋转状态，海水形成涡流，为防止拉紧条对进入到叶轮组4内的海水形成阻力，同时也防止拉紧条10在涡流作用下发生弯折或断裂，如附图3所示，该拉紧条倾斜设置，拉紧条与轮圈连接点处的轮圈切线与拉紧条之间形成一夹角α，α控制在15-45°之间，在本实施例中，α的角度定为30°。进一步优化的是，拉紧条10可采用板状结构，其板面与叶片8板面平行，由此，拉紧条10形成了辅助叶片的作用，拉紧条10的板面在潮流的冲击下也可起到增加推动水轮机转动的效果。

如附图1所示，工作时，发电机组1漂浮在海面上，发电机组的上半部分露出水面，当收到台风或恶劣气候的影响时，海中会产生巨大的风浪，在风浪的作用下，发电机组会在海平面上产生上下左右的剧烈跳动，该跳动通过驱动轴底部传递给水轮机带动水轮机在海水底部产生跳动，严重时，水轮机轴会以万向节为旋转点产生上下钟摆式剧烈摆动，该摆动导致叶轮组4不能平稳的运转，同时水轮机轴5上下大幅度的摆动有时会造成轴断裂或扭曲变形，针对该实际问题，本发明在水轮机轴5上增加了稳定装置。

如附图2所示，该稳定装置设有轴套15，水轮机轴5穿过轴套15，轴套15两端分别通过轴承与水轮机轴固定，水轮机轴5可在轴套内自由转动，在轴套的表面沿轴线方向焊接翼片16，翼片16与轴套15垂直固定，在本实施例中，翼片为3片，其间隔120°均匀设置在轴套的表面上。

进一步的优化设计是，三片翼片边缘所形成的圆廓线的直径要大于轮圈直径。

采用该设计所达到的技术效果是，当海中处于风平浪静时，水轮机轴5轴向方向的潮流对叶轮组4形成冲击，叶片9在快速旋转的同时带动轮圈8及水轮机轴5快速转动，翼片16基本处于稳定状态或轻微转动状态。而当遭遇海浪冲击时，发电机组1在海面上产生向上的跳动倾向时，整个水轮机受到向上的牵拉力同时向上方产生跳动的倾向，此时，翼片16宽大的叶片在海水底层形成阻力，延缓并削弱了水轮机向上跳动的倾向，水轮机的稳定同时也延缓削弱了发电机组1向上的跳动倾向，而当发电机组1在海面上产生向下的下潜倾向时，整个水轮机受到向下的作用力同时向下方产生下潜的倾向，此时，翼片16宽大的叶片同样在海水底层形成阻力，延缓并削弱了水轮机向下下潜的倾向，从而保证了整个发电装置在海水中的稳定性，使叶轮组4能够稳定地受到潮流的冲击而稳定运转。通过实验证明，通过增加该稳定装置后，即使在遭遇12级台风的影响下，水轮机也很难在海底形成钟摆式摆动，叶轮组在海底同样处于平稳地运转状态。

尽管已给出该装置的具体实施方式，但本发明的保护范围不以该具体实施方式的限定为准，在不脱离本发明 范围的前提下，所作出的各种变化和改进都落入要求保护的范围内。本发明 要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (6)

1.一种漂浮式潮流发电装置，包括发电机组及水轮机两部分，所述的发电机组包括变速装置及变电装置，所述的变速装置及变电装置封闭在一圆柱形的密封腔内，变速装置的驱动轴沿密封腔底部向下延伸并在驱动轴的底端设有连接接头，密封腔的外壳通过缆绳固定在海底，所述的发电机组利用密封腔能够垂直漂浮在海水中；所述的水轮机包括叶轮组及水轮机轴，所述的水轮机轴的一端通过万向节与驱动轴的底端垂直连接，其特征在于：所述的水轮机轴的另一端与浮筒连接固定；所述的叶轮组包括两个平行设置的轮圈，所述的浮筒位于两轮圈的轴线上，在两轮圈之间设有若干叶片，所述的叶片的上边缘分别与两轮圈焊接固定，叶片的下边缘与浮筒筒体表面焊接固定，所述叶片倾斜设置，叶片与两轮圈之间分别形成15-45°的夹角；所述浮筒产生的浮力能够确保整个水轮机在海水底层处于水平漂浮状态。

2.根据权利要求1所述的一种漂浮式潮流发电装置，其特征在于：所述叶片呈扇形，其上弧边与两轮圈形成点接触并焊接为一体，其下弧边与浮筒表面焊接为一体。

3.根据权利要求1所述的一种漂浮式潮流发电装置，其特征在于：在轮圈外侧与浮筒筒体之间设有若干根拉紧条，所述的拉紧条倾斜设置，拉紧条与轮圈连接点处的轮圈切线与拉紧条之间形成一夹角，该夹角控制在15-45°之间。

4.根据权利要求3所述的一种漂浮式潮流发电装置，其特征在于：所述拉紧条采用板状结构，其板面与叶片板面平行。

5.根据权利要求1所述的一种漂浮式潮流发电装置，其特征在于：在水轮机轴上设有稳定装置，所述的稳定装置设有轴套，所述的水轮机轴穿过轴套，轴套两端分别通过轴承与水轮机轴固定，水轮机轴可在轴套内自由转动，在轴套的表面沿轴线方向焊接翼片，翼片与轴套垂直固定；所述的翼片为三片，其间隔120°均匀设置在轴套的表面上。

6.根据权利要求5所述的一种漂浮式潮流发电装置，其特征在于：所述三片翼片边缘所形成的圆廓线的直径大于轮圈直径。