CN106438166B - 全贯流无轴双向洋流发电装置 - Google Patents

全贯流无轴双向洋流发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全贯流无轴双向洋流发电装置，包括汇流管、定子和无轴叶轮转子，所述汇流管的两端均为喇叭口形状，所述定子为圆筒状，所述定子内嵌于所述汇流管的中部，所述无轴叶轮转子可在所述定子内稳定旋转，所述无轴叶轮转子包括轮缘和至少一片双向叶片，所述轮缘为圆筒状，所述双向叶片为可捕获双向水流能量的翼型，所述双向叶片的外周与所述轮缘固定。本发明的有益效果是：整个全贯流无轴双向洋流发电装置自成系统，自动适应双向洋流发电，启动流速低，防护等级高，整体一次性安装免维护，运行可靠，直接为使用设备直流供电，其应用范围不仅限于开敞洋流中，对于河川中具有合适水流条件同样适用。

Description

全贯流无轴双向洋流发电装置
技术领域
本发明涉及一种发电装置，具体地说是涉及一种利用双向低速洋流的发电装置。
背景技术
随着国家海洋战略地发展与推进，各种各样的海洋装备需求越来越多。高能耗的海洋装备，大多数采用近岸电网通过电力电缆供电。而低能耗海洋装备，往往电压要求不高、电能需求不大，所以目前多采用蓄电池供电。但这种供电方式使用周期短，需定期更换，维护困难、成本极高。因此，现阶段发明一种结构简单的、可靠的、成本低的、隐蔽性好的、生态友好的洋流发电装置是解决低能耗海洋装备长期供电问题的当务之急。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种运行可靠、直接为海洋低能耗设备提供直流电源、适用范围广泛的全贯流无轴双向洋流发电装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：全贯流无轴双向洋流发电装置，包括汇流管、定子和无轴叶轮转子，所述汇流管的两端均为喇叭口形状，所述定子为圆筒状，所述定子内嵌于所述汇流管的中部，所述无轴叶轮转子可在所述定子内稳定旋转，所述无轴叶轮转子包括轮缘和至少一片双向叶片，所述轮缘为圆筒状，所述双向叶片为可捕获双向水流能量的翼型，所述双向叶片的外周与所述轮缘固定。
进一步的，所述无轴叶轮转子通过侧向嵌入所述汇流管的组合轴承支撑于所述定子的内部。
进一步的，所述组合轴承包括一对C形轴承，所述C形轴承的套圈具有一圈侧向的凹槽，所述轮缘的两侧分别具有与所述凹槽相匹配的凸缘。
进一步的，所述套圈的内端面与所述汇流管之间设有滚珠。
进一步的，所述套圈的内表面与所述汇流管之间设有滚珠。
所述汇流管内固定有两组导流叶栅组，所述两组导流叶栅组分别位于所述无轴叶轮转子的两侧。
进一步的，所述导流叶栅组包括4～8片径向布置的导流叶栅，所述导流叶栅与水流方向成一定角度，所述导流叶栅的外周与所述汇流管固定。
所述定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子经过整体真空浸漆处理，其表面形成有致密完整的绝缘漆膜。
进一步的，所述定子绕组的装配内表面和两端部封灌有致密光滑完整的挠性树脂层。
所述轮缘的外表面固定有永磁体，所述轮缘整体封灌有致密光滑完整的挠性树脂层。
本发明的有益效果是：整个全贯流无轴双向洋流发电装置自成系统，自动适应双向洋流发电，启动流速低，防护等级高，整体一次性安装免维护，运行可靠，直接为使用设备直流供电，其应用范围不仅限于开敞洋流中，对于河川中具有合适水流条件同样适用。
附图说明
图1是本发明全贯流无轴双向洋流发电装置的总装配主视图。
图2是图1发电装置中定子、转子与汇流管的连接关系示意图。
图3是本发明的无轴叶轮转子侧视图。
图4是本发明的双向叶片示意图。
图5是本发明的固定导流叶栅侧视图。
图6是本发明的总装配(无固定导流叶栅)主视图。
图7是本发明的直流稳压装置示意图。
具体实施方式
如图1所示，全贯流无轴双向洋流发电装置，包括汇流管5、定子1和无轴叶轮转子2，所述汇流管的两端均为喇叭口形状，所述定子为圆筒状，所述定子内嵌于所述汇流管的中部，形成全贯流通道。所述汇流管为双向喇叭口形状，适用于双向水流，当作为进流口时起汇流、提高流速的作用，当作为出流口时起扩散、减小出口流速作用，这样可使全贯流通道形成较大前后压差的作用，提高无轴叶轮转子2的捕能效率。所述无轴叶轮转子可在所述定子内稳定旋转，所述无轴叶轮转子包括轮缘和至少一片双向叶片，所述轮缘为圆筒状，如图4所示，所述双向叶片采用可捕获双向水流能量的翼型，所述双向叶片的外周与所述轮缘固定，所述定子的电能输出端连接有直流稳压装置。
如图2、图3所示，所述无轴叶轮转子2是捕能叶轮和发电机转子的融合，采用无轴式结构，由轮毂24、轮缘22(即为转子磁轭)和中间径向分布的双向叶片21组成。所述轮缘22的外表面固定有永磁体23，并加压封灌一层挠性树脂保护永磁体不受海水直接腐蚀。所述双向叶片为可适应双向水流捕获能量的翼型，沿着水流方向设置，根据水流条件和翼型的不同，数量可为1～8片，外周与轮缘相连，内周与轮毂相连。
如图2所示，所述定子由定子机座12、定子铁芯11与定子绕组13组成，定子铁芯11是由硅钢片叠压而成，定子绕组13嵌放于定子铁芯11槽内。定子组装完成后，先采用真空浸漆处理，使定子绕组13层间和槽内孔隙充满绝缘漆，然后再使用压力封灌技术在定子绕组13和端部封灌挠性树脂14，在定子内表面和端部形成致密光滑完整的挠性树脂层，有效隔绝海水，保证电气部件在海面以下300米绝缘性能良好。
所述无轴叶轮转子2通过侧向嵌入所述汇流管的组合轴承3支撑于所述定子1的内部。所述组合轴承包括一对C形轴承，所述C形轴承的套圈具有一圈侧向的凹槽，所述轮缘的两侧分别具有与所述凹槽相匹配的凸缘。所述套圈的内端面与所述汇流管之间设有滚珠。所述套圈的内表面与所述汇流管之间设有滚珠。即在套圈内设耐海水腐蚀的滚珠形成径向和轴向组合球轴承，将无轴叶轮转子2的径向和轴向推力载荷传递给汇流管5，既保证了无轴叶轮转子2与定子1的同心，又使其处于一种近似悬浮状态，机械阻力矩极小。
如图1、图5所示，所述汇流管内固定有两组导流叶栅组，所述两组导流叶栅组分别位于所述无轴叶轮转子的两侧。所述导流叶栅组包括4～8片径向布置的导流叶栅4，所述导流叶栅与水流方向成一定角度，所述导流叶栅的外周与所述汇流管固定。利用导流叶栅4安装角度对全贯流通道内进出水流方向起引导作用，根据设计条件叶栅数可以是4～8片，可进一步提高无轴叶轮转子2的捕能效率。在特殊设计条件下可不设置导流叶栅(如图6所示)。
所述无轴叶轮转子2和定子1构成交流发电装置，其捕获双向水流能后将机械能转化为电能，如图7所示，所述交流发电装置的电能输出端63与直流稳压装置6连接，所述直流稳压装置6的直流电能输出端64与其它直流用电设备连接，为其长期供电。所述交流发电机的交流电能输出端63是单相或三相的。
所述直流稳压装置6包括整流电路61，所述整流电路的输入端与交流发电机的电能输出端63直接相连，所述整流电路61的输出端与稳压电路62连接，所述稳压电路62的输出端即是直流稳压装置6的直流电能输出端64，与其它直流用电设备连接为其持续提供直流电能，所述直流稳压装置6外壳表面用挠性树脂封灌，固化后使电气工作面与水流可靠隔离，既可让洋流直接带走内部发热损耗，又可达到300米深海防护的目的。
所述直流稳压装置6的直流电能输出端64电压为6V、12V、24V、36V、48V、60V、72V、96V、110V或220V，适用于不同额定电压的用电设备。
所述全贯流通道由一安装座7固定于其它设备或基础上，所述直流稳压模块6固定于安装座7内，便于直流电能输出与其它电流用电设备连接。本发明的安装座7型式不局限于图示型式和安装方向，还可以是其它适合的结构型式，可以设置在全贯流通道的各个方向，以适应所述发电装置的各种不同的安装方式。
本发明全贯流无轴双向洋流发电装置可以安装于开敞洋流中，或者安装于具有合适水流条件河川中。工作时，正向水流时，水流先通过前端汇流管5汇流、加速，再由具有一定安装角度的前端导流叶栅4引导流向，然后推动无轴叶轮转子2正向转动从而使水流机械能被叶轮转子2捕获，流经叶轮转子2后的水流再由后端导流叶栅4引导流向，通过后端汇流管4减小出口流速，形成较大前后压差，提高叶轮转子2的捕能效率；叶轮转子2带动轮缘外周的永磁体23转动产生旋转磁场，使发电机定子绕组13导体磁通发生变化，通过电磁感应输出电能，这样就将水流机械能转化为电能了，完成正向发电过程；反向水流时，水流先通过后端汇流管4汇流、加速，再由具有一定安装角度的后端导流叶栅4引导流向，然后推动无轴叶轮转子2反向转动从而使水流机械能被叶轮转子2捕获，流经叶轮转子2后的水流再由前端导流叶栅4引导流向，通过前端汇流管5减小出口流速，形成较大前后压差，提高叶轮转子2的捕能效率；叶轮转子2带动轮缘外周的永磁体23转动产生旋转磁场，使发电机定子绕组13导体磁通发生变化，通过电磁感应输出电能，这样就将水流机械能转化为电能了，完成反向发电过程。

Claims (2)

1.全贯流无轴双向洋流发电装置，其特征在于：包括汇流管、定子和无轴叶轮转子，所述汇流管的两端均为喇叭口形状，所述汇流管内固定有两组导流叶栅组，所述两组导流叶栅组分别位于所述无轴叶轮转子的两侧；所述定子为圆筒状，所述定子内嵌于所述汇流管的中部，所述无轴叶轮转子可在所述定子内稳定旋转，所述无轴叶轮转子包括轮缘和至少一片双向叶片，所述轮缘为圆筒状，所述双向叶片为可捕获双向水流能量的翼型，所述双向叶片的外周与所述轮缘固定；所述汇流管上安装有组合轴承，所述无轴叶轮转子通过侧向嵌入所述汇流管的组合轴承支撑于所述定子的内部；组合轴承包括一对C形轴承，所述C形轴承的套圈具有一圈侧向的凹槽，所述轮缘的两侧分别具有与所述凹槽相匹配的凸缘；所述套圈的内端面与所述汇流管之间设有滚珠；所述套圈的内表面与所述汇流管之间设有滚珠；
所述定子包括定子铁芯和定子绕组，定子绕组嵌放于定子铁芯槽内；所述定子经过整体真空浸漆处理，其表面形成有致密完整的绝缘漆膜；所述定子绕组的装配内表面和两端部封灌有致密光滑完整的挠性树脂层；所述轮缘的外表面固定有永磁体，所述轮缘整体封灌有致密光滑完整的挠性树脂层；所述定子绕组位于永磁体的外侧。
2.根据权利要求1所述的全贯流无轴双向洋流发电装置，其特征在于：所述导流叶栅组包括4～8片径向布置的导流叶栅，所述导流叶栅与水流方向成一定角度，所述导流叶栅的外周与所述汇流管固定。
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