CN106640489B - 一种采用柔性连接离合涡轮构成的发电系统 - Google Patents

Abstract

一种采用柔性连接离合涡轮构成的发电系统，涉及涡轮柔性连接及涡轮发电技术，适用于水力发电、海洋发电、风能发电及流体动能或机械能转化。本发明发电系统由多个离合涡轮通过柔性串联或并联连接成涡轮组或涡轮群通过输出转杆与发电机连接构成，涡轮组或涡轮群顺水流或洋流采用潜置方式设在河水或海水中或是将离合涡轮通过固定在高耸建筑物或气浮吊拉悬空利用风力发电。本发明采用多个离合涡轮通过柔性连接，使得离合涡轮可以按照水流或洋流地质环境的曲折连接设置，充分利用水流或洋流的自然流速冲击转动离合涡轮转动使发电机发电，本发明发电系统建设费用低，不改变自然环境的原生态，具有能量转换高效率、高效益、高可靠性和广适用性的特点。

Description

一种采用柔性连接离合涡轮构成的发电系统

技术领域

一种采用柔性连接离合涡轮构成的发电系统，涉及离合涡轮柔性连接及涡轮发电技术，适用于水力发电、海洋发电、风能发电及流体动能与机械能转化。

背景技术

现有的水力资源发电，为了获得满意的水力发电效果，往往是通过加大水位差来实现，因此水力发电通常要通过拦河筑坝或开山筑坝来实现坝体两侧水位差，而且一台机组通常采用单个大尺寸、重质量的巨形涡轮来驱动发动机发电。同样在利用海洋水资源，一台机组通常也采用巨形涡轮来发电，风资源发电时也采用巨形涡轮来实现。采用巨形涡轮发电的缺陷是，巨形涡轮不仅制造技术要求高、造价高、而且运输和安装的要求也很高，费时长。而且利用水资源发电不仅要考虑水的流速、流向、水位差，还要考虑拦河建坝的地质条件以及利用水资源发电对生态环境的影响，同样，利用海洋水资源、风资源发电也要考虑风速和风向，以及利用海洋水资源、风资源发电对环境的影响。另外，利用海洋水资源发电，由于发电机设置在海水中，因此对发电机和电器设备的密封性要求极高，而且制造难度高、造价高、而且安装也很复杂。利用风资源发电的缺陷是现有的风力发电，必须将巨型涡轮、发电机顶置于高耸的大直径钢管或钢筋水泥管上， 这需要巨额的高空悬置的建设投资。而且风场安置发电机组的密度低，浪费了风力资源。因此，现有的水力发电工程，海洋发电工程，风力发电工程都造价巨大，建设周期长，对地质和环境的影响也不容小视。

发明内容

针对现有的水力发电工程，海洋发电工程，风力发电工程的不足，本发明人经过长期研究，提出了一种采用多个小形或中形离合涡轮通过柔性连接构成一个涡轮组或涡轮群，替代单个大形、巨形涡轮，根据水流或洋流或风流所处的自然地质、空间环境，顺水流或洋流或风流的方向分布式设置，以充分利用水流、洋流、风流的自然流速的动能来驱动离合涡轮，再结合发电机以组成发电系统，其绿色、环保且对地质和环境的影响小，建设投资低、具有高效率、高效益、高可靠、广适用的一种采用柔性连接离合涡轮构成的发电系统。

本发明的发电系统由许许多多个发电子系统组成。发电子系统由多个离合涡轮通过万向轴、万向节柔性串联连接或并联连接成的离合涡轮组或涡轮群，通过转杆或柔性连接转杆串与发电机连接构成；离合涡轮采用在涡轮体（涡轮叶+涡轮套）与涡轮轴间设置离合器构成，其中离合器是一种超越离合器，涡轮体通过离合器带动涡轮轴正向转动，而不能反向转动。离合涡轮上置有方向舵以自行调整到最佳迎流正面。多个离合涡轮的涡轮轴通过万向轴和万向节将离合涡轮串联连接在一起成涡轮组，其中万向轴由两个万向节和一对花键柱、套或具有万向轴功能的构件组成，离合涡轮组连接起来的涡轮轴、万向轴、万向节成为离合涡轮组的公共轴，其与现有的涡轮按轴线、刚性连接即只能是直线型连接，不可能有一点弯曲的公共轴相比，具有柔性，由万向轴、万向节与涡轮轴连接成的离合涡轮组的公共轴可根据水流或洋流或风流所处的自然地质、空间环境，顺水流或洋流或风流的方向广泛分布式设置，流域长度可达十几米至几公里区域，使得经过柔性连接的离合涡轮组可根据工程环境曲折设置，以充分利用水流、洋流、风流的自然流速的动能来驱动离合涡轮，而且结合了离合器的涡轮，能够使所有的涡轮都能协力工作，向外输出合成的动力用来发电，多个离合涡轮组通过在各自对应的巳柔性串联连接而成的共公轴之间设置链轮或链条或具有类似功能的器件柔性并联连接构成离合涡轮群。转杆串由许多根转杆通过万向轴柔性串联连接构成，传杆串置于离合涡轮组或离合涡轮群的共公轴与发电机之间，传杆串一端通过伞形齿轮与离合涡轮组或离合涡轮群的共公轴连接，转杆串的另一端与发电机轴连接，传杆串可以顺物理空间，可任意弯曲。

一个涡轮组或涡轮群通过转杆或柔性连接的转杆串与一个发电机连接构成本发明发电系统的发电子系统，本发明的发电系统由多个发电子系统构成。离合涡轮组或离合涡轮群通过固定在水中的固定装置固定离合涡轮轴或通过水浮箱组和钢索吊拉固定离合涡轮轴,按实际水流或洋流情况间隔设置,顺水流或洋流潜置设在水体或海水的浅中部，水浮箱组潜置于离合涡轮组或离合涡轮群上方若干米，发电机置于岸边或水上水浮子中，离合涡轮组或离合涡轮群的共公轴通过柔性连接的传杆串与固定在河水或海水浅上部的水浮箱上的发电机或设置在河岸上或海岸上的发电机连接。用于利用风力发电时，采用高耸结构顶托方式设置或者采用气浮箱组或类似气浮装置（如：飞艇或气球连接而成的气浮串体）吊拉方式将离合涡轮组或离合涡轮群置于理想高度的风流层中，气浮箱组或类似气浮装置浮置离合涡轮组或离合涡轮群的上方若干米，发电机置在地面或近地面，离合涡轮组或离合涡轮群的共公轴通过柔性连接的传杆串与发电机连接。

本发明发电系统的优点是：采用多个离合涡轮通过柔性串联或并联连接组成离合涡轮组或离合涡轮群，使得离合涡轮组或离合涡轮群可以按照水流或洋流地质环境的曲折设置，并且使每个离合涡轮在水流或洋流中或气流中有良好的迎流截面，充分利用水流或洋流的自然流速和风速冲击而转动离合涡轮，由于在涡轮与涡轮轴之间设置了离合器，能够使涡轮组或涡轮群中的每一个离合涡轮在不同水流或气流的冲击下，以不同转速工作，避免了涡轮组或涡轮群中的离合涡轮在工作时相互干扰，实现了涡轮组或涡轮群中的每一台离合涡轮都能协力工作，有效提高了涡轮组或涡轮群的能量转换效率，提高了发电的能力，本发明发电系统发电无需建坝，无需采用成本高昂的巨型发电机或水密性大型发电机，改变了水力发电须截流筑坝的水力发电模式。由于本发明发电系统的多个离合涡轮是按照水流或洋流的自然地质环境顺水流或洋流潜水式设置在水体中，也不需要改变周围的地质环境和地貌，不会破坏水流或洋流的原生态，因此，本发明发电系统与传统的水利发电模式相比，不仅建设费用低，而且在水系水流丰富的地方，风力资源丰富的地方可因地制宜、就近建造，具有能量转换高效率、高效益、高可靠性和广适用性的特点。

附图说明

图1. 本发明发电系统离合涡轮柔性连接示意图，

图2. 本发明发电系统利用水流发电及柔性连接示意图，

图3. 本发明发电系统利用风力发电的示意图，

图4. 本发明发电系统用于海洋发电的示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明的发电系统由多个离合涡轮通过柔性串联或柔性并联连接成的涡轮组或涡轮群通过柔性连接转杆串与发电机连接构成的子系统组成，其中，离合涡轮由在涡轮体与涡轮轴间固定设置离合器构成，涡轮体通过离合器带动涡轮轴正向转动，万向轴由两个万向节和一对花键柱、套或具有万向轴功能的器件组成，多个离合涡轮的涡轮轴通过万向轴和万向节将离合涡轮柔性串联连接在一起成涡轮组，其中离合涡轮组连接起来的涡轮轴和万向轴、万向节成为离合涡轮组的公共轴。多个离合涡轮组通过在各自对应的经柔性串联连接而成的共公轴之间设置链轮或链条或具有类似功能的器件柔性并联连接构成离合涡轮群。

离合涡轮组或离合涡轮群通过固定在水中的固定装置：重锚、钢钎固定离合涡轮轴或通过浮箱和钢索吊拉固定离合涡轮轴，按实际水流或洋流情况间隔设置，顺水流或洋流潜置设在水体或海水的浅中部，离合涡轮组或离合涡轮群的共公轴通过柔性连接的传杆串与固定在河水或海水浅上部的水浮箱上的发电机或设置在河岸上或海岸上的发电机连接。用于利用风力发电时，离合涡轮可转动固定在高耸建筑物上也可固定在高耸的钢网结构上部或固定悬挂在由许多飞艇或高空气球连接而成的串体下，置于理想高度的风流层中，发电机置在近地面或地面，即发电机与离合涡轮组、离合涡轮群距离几十至几百米，离合涡轮组、离合涡轮群的共公轴通过柔性连接的传杆串与发电机连接。

图2所示，某地水流充沛的地区，由于其地质状况为有坡度且弯曲，通过顺地质状况和水流状况，在水流中按地形设置重锚，固定离合涡轮群，潜置方式设置离合涡轮群，利用水流的自然流速冲击而使每个离合涡轮转动并协力工作，离合涡轮群的共公轴通过伞形齿轮与柔性转杆串与发电机连接，驱动发电机工作发电。

图3 某空旷地域利用风力发电，顺地质状况通过高空气球，离合涡轮群被固定悬挂在由高空气球连接而成的串体下，置于理想高度的风流层中，发电机置在近地面或地面，即发电机与离合涡轮组、离合涡轮群距离几十至几百米，离合涡轮组、群的共公轴通过柔性连接的传杆串传杆串与发电机连接。

图4所示，某海域利用海洋洋流发电，顺地质状况和洋流状况潜置方式设置离合涡轮群，利用洋流的自然流速冲击而使每个离合涡轮转动并协力工作，涡轮群的共公轴通过若干个伞形齿轮与柔性转杆串与设置在海洋浮子上的发电机连接，驱动发电机工作发电。发电机通过电缆将电流输送到岸上或岛屿上。

Claims (4)

1.一种采用柔性连接离合涡轮构成的发电系统，其特征在于：发电系统由许许多多个发电子系统组成；发电子系统由多个离合涡轮通过万向轴或万向节柔性串联连接或并联连接成的离合涡轮组或涡轮群，通过转杆或柔性连接转杆串与发电机连接构成；离合涡轮组或离合涡轮群顺河流或洋流或气流呈广泛分布式设置，其中每一个离合涡轮的方向舵会自行调整到最佳迎流正面；离合涡轮组或离合涡轮群在河水或海水中采用潜置方式设置，水浮箱组潜置于离合涡轮组或离合涡轮群的上方若干米，发电机置于岸边或水上水浮子中；在大气中，离合涡轮组或离合涡轮群采用高耸结构顶托方式设置或者采用气浮箱组吊拉方式设置，气浮箱组浮置离合涡轮组或离合涡轮群的上方若干米，发电机置在地面或近地面。

2.根据权利要求1所述的的发电系统，其特征在于：离合涡轮由涡轮体与涡轮轴之间固定设置离合器构成，涡轮体通过离合器带动涡轮轴正向转动，而不能反向转动。

3.根据权利要求1所述的的发电系统，其特征在于：离合涡轮组由许多个离合涡轮经柔性串联连接构成，离合涡轮群由多个离合涡轮组经柔性并联连接构成；柔性串联连接是在多个离合涡轮各自对应的涡轮轴之间通过万向轴或万向节连接，其中万向轴由两个万向节和一对花键柱、套构成；柔性并联连接是在多个离合涡轮组经柔性串联连接而成的共公轴之间通过链轮和链条连接。

4.根据权利要求1所述的的发电系统，其特征在于：转杆串由许多根转杆通过万向轴柔性串联连接构成；转杆串位置于涡轮组、群的共公轴与发电机之间；转杆串一端通过伞形齿轮与涡轮群的共公轴连接，转杆串的另一端与发电机轴连接；其中转杆串可以顺物理空间，可任意弯曲。