CN107131093A - 一种海洋潮流能发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海洋潮流能发电系统，包括支撑机构、海流能发电机组和信号监控机构；支撑机构包括基础桩、水平支撑杆和工作平台；海流能发电机组包括水下组件和水上组件，水下组件包括依次连接的叶片、轮毂、主轴、齿轮箱、联轴器、发电机、尾舱和偏航机构，轮毂中设有变桨机构，偏航机构设置在联轴器和水平支撑杆之间；水上组件包括变流器和控制柜，变流器和控制柜均设置在工作平台上；信号监控机构包括与控制柜连接的海流计，海流计设置在水平支撑杆上，用于实时监测海流能的海流方向。本发明采用固定式海洋潮流能发电系统，且为半直驱式风电机组，能安全可靠的实现将海流能高效转换成电能。
Description
技术领域
本发明涉及海洋能发电技术领域，特别是涉及一种固定式半直驱型海洋潮流能发电系统。
背景技术
海洋潮流能是潮水在水平运动时所含有的动能，又称海流能。海流是海洋中海水因热辐射、蒸发、降水、冷缩等而形成的密度不同的水团，再加上风应力、地转偏向力、引潮力等作用而发生的相对稳定速度的流动。海洋潮流能发电系统是利用海流水平运动的动能，通过能量捕获、能量转换、能量传输等环节，产生并提供电能。
我国拥有丰富的海洋潮流能资源，研究和开发高效可靠的海洋潮流能发电系统，对于我国实施可再生能源发展战略将起到巨大的推动作用。目前，我国海洋潮流能发电系统还处于研究阶段，尚有许多技术上和发电系统总体设计上急需突破的方面。
由此可见，现有的海洋潮流能发电系统还存在诸多缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的固定式半直驱型海洋潮流能发电系统，实属当前重要研发课题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种海洋潮流能发电系统，使其简单、可靠、安全的实现利用海洋潮流能进行发电，从而克服现有的海洋潮流能发电系统的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种海洋潮流能发电系统，包括支撑机构、海流能发电机组和信号监控机构；
所述支撑机构包括基础桩、水平支撑杆和工作平台，所述基础桩垂直固定于海底，所述水平支撑杆垂直固定在所述基础桩的水面以下部分，所述工作平台垂直固定在所述基础桩的水面以上部分；
所述海流能发电机组包括水下组件和水上组件，所述水下组件包括依次连接的叶片、轮毂、主轴、齿轮箱、联轴器、发电机、尾舱和偏航机构，所述轮毂中设有变桨机构，所述偏航机构设置在所述联轴器和水平支撑杆之间，用于带动所述水下组件相对于水平支撑杆偏航转动，所述水下组件直接浸没在海水中；
所述水上组件包括通过海缆与所述发电机连接的变流器，和通过海缆与所述偏航机构、变桨机构、齿轮箱、联轴器、发电机和尾舱连接的控制柜，所述变流器和控制柜均设置在所述工作平台上；
所述信号监控机构包括与所述控制柜连接的海流计，所述海流计设置在所述水平支撑杆上，用于实时监测海流能的海流方向变化。
作为本发明的一种改进，所述海洋潮流能发电系统还包括水下密封机构，所述水下密封机构包括设置在所述叶片与轮毂之间、所述主轴与齿轮箱之间的旋转密封，以及设置在所述齿轮箱与联轴器之间、所述联轴器与发电机之间、所述发电机与尾舱之间的静密封。
进一步改进，所述海洋潮流能发电系统还包括提升机构，所述提升机构包括提升装置和提升控制系统，所述提升装置设置在所述基础桩周围，其下部与所述水平支撑杆固定连接，其上部与所述工作平台活动连接；所述提升控制系统设置在所述工作平台上，用于控制所述提升装置沿所述基础桩上下移动，进而带动所述海流能发电机组的水下组件升降运动。
进一步改进，所述海洋潮流能发电系统包括两套所述海流能发电机组的水下组件，所述两套水下组件对称设置在所述水平支撑杆的两端部，且两套所述水下组件均与所述水上组件连接。
进一步改进，所述信号监控机构还包括与所述控制柜连接的变桨传感器、齿轮箱传感器、发电机传感器和尾舱传感器，所述变桨传感器设置在所述轮毂内部，所述齿轮箱传感器和发电机传感器分别设置在所述齿轮箱和发电机中，所述尾舱传感器设置在所述尾舱内。
进一步改进，所述水下组件轴向中心设有空心轴，所述空心轴用于穿过所述控制柜与变桨机构连接的电缆。
进一步改进，所述尾舱还设有用于保护海缆的海缆护管，所述海缆护管的顶端高出海平面。
进一步改进，所述叶片为双叶片或三叶片。
进一步改进，所述齿轮箱采用二级或三级变速齿轮结构。
进一步改进，所述发电机采用永磁同步发电机。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
1、本发明采用固定式海洋潮流能发电系统，且为半直驱式风电机组，通过将海流能风电机组分为水下组件和水上组件，安全可靠的实现利用海流能发电；还通过设置海流计，能实时监测海流能的海流方向变化，并根据该变化实时调整偏航方向和变桨方向，高效的保证海流能转换成电能，并减少电能并网发电的损耗。
2、本发明通过设置水下旋转密封和静密封结构，以及变桨传感器、齿轮箱传感器、发电机传感器和尾舱传感器，能够保证发电机组运行的可靠性。
3、本发明通过设置提升机构，能提高风电机组运维的安全性和方便性。
4、本发明通过在尾舱设置海缆护管，且将该海缆护管的顶端高出海平面，能有效防止海水进入发电机组，既对海缆起到保护作用，防止海缆遭受破坏，又能起到作为齿轮箱呼吸管的作用，保证齿轮箱温度和压力的平衡。
本发明实现了海洋潮流能发电系统总体设计和技术上全面性、可靠性和先进性。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明海洋潮流能发电系统的总体结构示意图；
图2是本发明海洋潮流能发电系统中半直驱型发电机组的结构示意图。
具体实施方式
参照附图1和2所示，本实施例海洋潮流能发电系统，包括支撑机构、提升机构、海流能发电机组和信号监控机构。
该支撑机构包括基础桩3、水平支撑杆4和工作平台6。该基础桩3垂直固定于海底，即牢固打入海床以下，支撑整个海洋潮流能发电系统，保证系统的安全。该水平支撑杆4垂直固定在该基础桩3的水面以下部分，该工作平台6垂直固定在该基础桩3的水面以上部分。
该海流能发电机组包括水下组件和水上组件，该水下组件包括依次连接的叶片21、轮毂22、主轴23、齿轮箱24、联轴器25、发电机26、尾舱27和偏航机构29。该轮毂22中设有变桨机构30，该偏航机构29设置在该联轴器25和水平支撑杆4之间，用于带动该水下组件相对于水平支撑杆4偏航转动达180°。
本实施例中该叶片21为双叶片，当然也可采用三叶片结构。该齿轮箱24采用二级或三级变速齿轮结构。该发电机26采用永磁同步发电机。
该水上组件包括通过海缆7与该发电机26连接的变流器8，和通过海缆7与该偏航机构29、变桨机构30、齿轮箱24、联轴器25、发电机26和尾舱27连接的控制柜9。该变流器8和控制柜9均设置在该工作平台6上，一是为了操作方便，二是电器元件较多，放置在水下如果发生泄漏后果严重，提高该发电系统的安全性。
本实施例中该海洋潮流能发电系统包括两套该海流能发电机组的水下组件，如水下组件1和水下组件2，该两套水下组件左右对称的设置在该水平支撑杆4的两端部，且两套该水下组件均与该水上组件连接。这样既能保持水平支撑杆4的受力平衡，又能避开基础桩3对海流的干扰进而影响发电机组的发电效率，提高海流捕获效率。
该提升机构包括提升装置5和提升控制系统10，该提升装置5设置在该基础桩3周围，其下部与该水平支撑杆4固定连接，其上部与该工作平台6活动连接；该提升控制系统10设置在该工作平台6上，用于控制该提升装置5沿该基础桩3上下移动。这样该海流能发电机组的水下组件正常情况下放到海水中运行发电，能在需要时提出海平面维修，方便该系统的运维操作且提升安全性。
该信号监控机构包括与该控制柜9连接的海流计11，该海流计11设置在该水平支撑杆4上，用于实时监测海流能的海流方向变化。在潮流涨潮、落潮方向发生改变，由海流计11监控得到的信号，通过海缆7传输到控制柜9，控制柜9发出控制指令到偏航机构29，偏航机构29带动发电机组适应潮流方向转动；但有时在没有开始涨潮、落潮，海流方向也是会发生小范围变化的，此时通过海流计11监控得到的该信号，控制柜9发出控制指令通过海缆7、中心轴27到变桨机构30，变桨机构30带动叶片21进行叶片桨距角90°范围内调整；当然，也可根据情况控制偏航机构29与变桨机构30同时调整，保证发电机组始终沿着海流方向，提高海流能利用效率。
本实施例中该水下组件轴向中心设有空心轴31，该空心轴31用于穿过连接水上组件与水下组件的电缆7。该尾舱27还设有用于保护海缆7的海缆护管28。该海缆护管28的顶端要高出海平面，以防止海水进入发电机组，一方面对海缆7起到保护作用，防止海缆遭受破坏；另一方面，起到齿轮箱24呼吸管的作用，保证齿轮箱温度和压力的平衡。
本实施例中该海洋潮流能发电系统还包括水下密封机构，该水下密封机构包括设置在该叶片21与轮毂22之间的旋转密封42、设置在主轴23与齿轮箱24之间的旋转密封41、设置在齿轮箱24与联轴器25之间的静密封43、设置在联轴器25与发电机26之间的静密封44，设置在发电机26与尾舱27之间的静密封45。旋转密封保证转动部件之间正常旋转运动而不产生泄露，静密封保证连接部件之间不能泄露海水。
为了进一步提高该发电系统的运维安全性，该信号监控机构还包括与该控制柜9连接的变桨传感器51、齿轮箱传感器52、发电机传感器53和尾舱传感器54。该变桨传感器51设置在该轮毂22内部，该齿轮箱传感器52和发电机传感器53分别设置在齿轮箱24和发电机26中，该尾舱传感器54设置在尾舱27内部。若有海水泄露，变桨传感器51、齿轮箱传感器52、发电机传感器53和尾舱传感器54就会发出报警信号到控制柜9。必要时启动提升控制系统10，由提升装置5把发电机组提出海平面进行检查维护；当然，该变桨传感器51、齿轮箱传感器52、发电机传感器53和尾舱传感器54还会监控发电机组的其他信号，比如温度、压力等信号，在超出预警值时发出报警。
本发明海洋潮流能发电系统正常运行时，海流推动叶片21、轮毂22转动，叶轮捕获海水动能，带动主轴23、齿轮箱24、联轴器25、发电机26转动，把海水动能转化为电能，电能由与发电机26相接的海缆7通过海缆护管28传输到变流器8，经过变流器8并入电网系统。该海洋潮流能发电系统能发出690V交流电，经变流器8接入升压站，并网发电。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种海洋潮流能发电系统，其特征在于，包括支撑机构、海流能发电机组和信号监控机构；
所述支撑机构包括基础桩、水平支撑杆和工作平台，所述基础桩垂直固定于海底，所述水平支撑杆垂直固定在所述基础桩的水面以下部分，所述工作平台垂直固定在所述基础桩的水面以上部分；
所述海流能发电机组包括水下组件和水上组件，所述水下组件包括依次连接的叶片、轮毂、主轴、齿轮箱、联轴器、发电机、尾舱和偏航机构，所述轮毂中设有变桨机构，所述偏航机构设置在所述联轴器和水平支撑杆之间，用于带动所述水下组件相对于水平支撑杆偏航转动，所述水下组件直接浸没在海水中；
所述水上组件包括通过海缆与所述发电机连接的变流器，和通过海缆与所述偏航机构、变桨机构、齿轮箱、联轴器、发电机和尾舱连接的控制柜，所述变流器和控制柜均设置在所述工作平台上；
所述信号监控机构包括与所述控制柜连接的海流计，所述海流计设置在所述水平支撑杆上，用于实时监测海流能的海流方向变化。
2.根据权利要求1所述的海洋潮流能发电系统，其特征在于，所述海洋潮流能发电系统还包括水下密封机构，所述水下密封机构包括设置在所述叶片与轮毂之间、所述主轴与齿轮箱之间的旋转密封，以及设置在所述齿轮箱与联轴器之间、所述联轴器与发电机之间、所述发电机与尾舱之间的静密封。
3.根据权利要求1所述的海洋潮流能发电系统，其特征在于，所述海洋潮流能发电系统还包括提升机构，所述提升机构包括提升装置和提升控制系统，所述提升装置设置在所述基础桩周围，其下部与所述水平支撑杆固定连接，其上部与所述工作平台活动连接；所述提升控制系统设置在所述工作平台上，用于控制所述提升装置沿所述基础桩上下移动，进而带动所述海流能发电机组的水下组件升降运动。
4.根据权利要求1所述的海洋潮流能发电系统，其特征在于，所述海洋潮流能发电系统包括两套所述海流能发电机组的水下组件，所述两套水下组件对称设置在所述水平支撑杆的两端部，且两套所述水下组件均与所述水上组件连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的海洋潮流能发电系统，其特征在于，所述信号监控机构还包括与所述控制柜连接的变桨传感器、齿轮箱传感器、发电机传感器和尾舱传感器，所述变桨传感器设置在所述轮毂内部，所述齿轮箱传感器和发电机传感器分别设置在所述齿轮箱和发电机中，所述尾舱传感器设置在所述尾舱内。
6.根据权利要求5所述的海洋潮流能发电系统，其特征在于，所述水下组件轴向中心设有空心轴，所述空心轴用于穿过所述控制柜与变桨机构连接的电缆。
7.根据权利要求6所述的海洋潮流能发电系统，其特征在于，所述尾舱还设有用于保护海缆的海缆护管，所述海缆护管的顶端高出海平面。
8.根据权利要求1所述的海洋潮流能发电系统，其特征在于，所述叶片为双叶片或三叶片。
9.根据权利要求1所述的海洋潮流能发电系统，其特征在于，所述齿轮箱采用二级或三级变速齿轮结构。
10.根据权利要求1所述的海洋潮流能发电系统，其特征在于，所述发电机采用永磁同步发电机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Chu Jingchun Inventor after: Yuan Ling Inventor after: Jia Fayong Inventor after: Pan Lei Inventor after: Wang Ting Inventor before: Chu Jingchun Inventor before: Jia Fayong Inventor before: Yuan Ling Inventor before: Pan Lei Inventor before: Wang Ting Inventor before: Feng Jian Inventor before: Li Xuelin |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170905 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |