CN107630782A - 鳞状潮流发电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋可再生能源开发领域，涉及潮流发电机，具体为鳞状潮流发电机。鳞状潮流发电机，其特征在于：它由异型导流罩、鳞状水轮机组、磁耦合传动单元、发电单元、密封舱和支架组成。鳞状水轮机由框架、自转轴和多个形状相同的鳞状叶片组成。在做功区域，鳞状叶片受潮流作用力，会彼此之间首尾相叠，形成一个大的叶片压在框架上，在潮流的作用下产生旋转扭矩，使鳞状水轮机带动公转轴逆时针转动，将潮流能转换成机械能；在非做功区域，鳞状叶片在潮流的作用下绕自转轴旋转，朝向均与潮流方向平行，进而几乎不受力、不对公转轴产生旋转扭矩、不做功。本发明在实现大功率发电的目标的同时，有效提高潮流能的利用率，大大缓解了潮流能利用率不高的不足。

Description

鳞状潮流发电机

技术领域

本发明属于海洋可再生能源开发领域，涉及潮流发电机，具体为鳞状潮流发电机。

背景技术

随着煤炭、石油、天然气等化石燃料的大规模开发和利用，经济高速发展的同时，也造成了大量资源浪费及污染物、温室气体的排放。自从确认化石燃料的储藏量有限且日益减少以来，开发新能源、研究新的节能技术，走可持续发展道路已经成为世界各国的共识。

潮流能作为一种绿色可再生能源，进入了大众的视线。由于其具有可预测性、输出稳定、对周边环境及其周边生物影响较小等优点，且与获能原理相似的风能发电相比，海水密度约为空气密度的1000倍，相同面积内潮流能蕴含能量比风能高的多。这些优点说明开发利用潮流能能源是一项非常有发展前景的事业。

潮流能利用的主要形式是潮流能发电装置发电，其原理：潮水冲击水轮机，将潮水中的动能转换成水轮机的机械能，水轮机经机械传动装置带动发电机发电，将机械能转换成电能。潮流发电装置按水轮机的结构形式可分为水平轴式和竖轴式。大部分潮流发电机在工作时要沉浸在海水之中，海水的腐蚀性较强，现有技术对发电机部分的密封水平要求高，制造、安装成本昂贵。

发明内容

为了克服现有技术领域存在的上述问题，本发明的目的在于，提供鳞状潮流发电机，解决结构复杂、成本高、稳定性差、使用寿命短等问题。

鳞状潮流发电机由异型导流罩、鳞状水轮机组、磁耦合传动单元、发电单元、密封舱和支架组成。

异型导流罩的作用是聚流、导流。异型导流罩可将任意方向的来流进行360度聚流，并将潮流精准的导向鳞状水轮机组做功区域，提高了做功区域潮流的流速，极大的提高鳞状潮流发电机整机发电效率。异型导流罩由框架、四块导流板（形状相同）和上下盖板（形状相同）组成。

鳞状水轮机组采用竖直公转轴上等距分布的多个鳞状水轮机并联固定安装的结构，并在竖直轴旋转方向上均分水轮机叶片夹角（称为旋转夹角），且各鳞状水轮机在竖直轴旋转方向上依次间隔一个旋转夹角。此结构设计不仅提高了鳞状水轮机组的自启动能力，而且降低了鳞状水轮机组输出转矩的波动幅度。鳞状水轮机由框架、自转轴和多个形状相同的鳞状叶片组成。在做功区域，鳞状叶片受潮流作用力，会彼此之间首尾相叠，形成一个大的叶片压在框架上，在潮流的作用下产生旋转扭矩，使鳞状水轮机带动公转轴逆时针转动，将潮流能转换成机械能；在非做功区域，鳞状叶片在潮流的作用下绕自转轴旋转，朝向均与潮流方向平行，进而几乎不受力、不对公转轴产生旋转扭矩、不做功。

磁耦合传动单元包括主动盘和从动盘。磁耦合传动单元由两个相同的、相对放置的磁耦合盘组成，构成主动盘和从动盘。主动盘与从动盘之间产生磁场耦合，进而同方向旋转，实现机械能的非接触式传递。磁耦合传动单元实现了机械能的非接触式传输，确保了密封舱的完整性，降低了密封成本。采用磁耦合传动单元的另一个优点是进一步降低了发电单元输入端的扭矩的波动幅度，显著改善发电单元的工作环境。

发电单元由发电机和增速齿轮箱组成，实现将磁耦合传动单元传递过来的机械能转化为电能。

密封舱起到密封的作用。密封舱将磁耦合传动单元的从动盘和发电单元整体进行密封。密封舱的上盖在磁耦合传动单元的主动盘和从动盘之间，采用透磁材料，实现主动盘和从动盘之间的磁场耦合，从而实现转动的主动盘磁耦合吸着从动盘转动。密封舱一侧面设置有密封的电联接口板，实现发电单元与外部负载的电联接。

支架起到鳞状潮流发电机固定支撑的作用。支架采用梁式结构，制作成本低，安装方便。

本发明通过扩充鳞状叶片的个数，可以低成本的实现整机发电量的增加。本发明在实现大功率发电的目标的同时，有效提高潮流能的利用率，大大缓解了潮流能利用率不高的不足。

附图说明

图1是本发明实施例的主视图。

图2是本发明实施例的俯视图。

图3是本发明实施例的A-A剖视图。

图4是本发明实施例的B-B剖视图。

图5是本发明实施例的异型导流罩剖视图。

图6是本发明实施例的异型导流罩框架结构图。

图7是本发明实施例的异型导流罩导流板结构图。

图8是本发明实施例的异型导流罩盖板结构图。

图9是本发明实施例的鳞状水轮机主视图。

图10是本发明实施例的鳞状水轮机左视图。

图11是本发明实施例的鳞状水轮机俯视图。

图12是本发明实施例的磁耦合传动单元主动盘俯视图。

图13是本发明实施例的密封舱和支架的主视图。

图14是本发明实施例的密封舱和支架的俯视图。

图15是本发明实施例的密封舱和支架的立体图。

图中标注：1-异型导流罩，2-鳞状水轮机组，3-主动盘，4-密封舱和支架，5-从动盘，6-发电机，7-公转轴，8-大齿轮，9-小齿轮，10-传动轴，11-异型导流罩框架，12-异型导流罩上盖板，13-异型导流罩导流板，14-异型导流罩下盖板，21-鳞状水轮机框架，22-自转轴，23-鳞状叶片，41-密封舱上盖，42-电联接口板，43-密封舱壁，44-支架，45-上支撑，46-下支撑。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图，进一步阐述本发明。

如图1、图2、图3、图4所示，鳞状潮流发电机由异型导流罩[1]、鳞状水轮机组[2]、磁耦合传动单元[3，5]、发电单元[6，8，8]、密封舱和支架[4]组成。

异型导流罩[1]的作用是聚流、导流。异型导流罩[1]可将任意方向的来流进行360度聚流，并将潮流精准的导向鳞状水轮机组做功区域，提高了做功区域潮流的流速，极大的提高鳞状潮流发电机整机发电效率。如图5、图6、图7、图8，异型导流罩[1]由框架[11]、四块导流板（形状相同）[13]和上下盖板（形状相同）[12、14]组成。框架[11]优选采用交铁焊接为正方体型的框架。导流板 [13]和上下盖板 [12、14]优选不锈钢板一次冲压而成。

鳞状水轮机组[2]采用竖直公转轴[7]上等距分布的多个鳞状水轮机并联固定安装的结构，并在竖直轴旋转方向上均分水轮机叶片夹角（称为旋转夹角），且各鳞状水轮机在竖直轴旋转方向上依次间隔一个旋转夹角。如图9、图10、图11，鳞状水轮机优选水轮机叶片夹角为90度的四扇结构。鳞状水轮机组[2]由等距分布的三个鳞状水轮机组成，各鳞状水轮机在竖直轴旋转方向上依次间隔30度。鳞状水轮机由框架[21]、自转轴[22]和多个形状相同的鳞状叶片[23]组成。鳞状叶片[23] 优选不锈钢板一次冲压而成。

如图11所示，当水流顺箭头方向由左向右流过来（图中未标出潮流方向），鳞状水轮机的工作状态：第一象限和第二象限为非做功区域，鳞状叶片[23]状态相同，都是水平向右的，进而几乎不受力、不对公转轴产生旋转扭矩、不做功；第三象限和第四象限为在做功区域，鳞状叶片[23]状态相同，都是朝向轴心的，彼此之间首尾相叠，形成一个大的叶片压在框架上，在潮流的作用下产生旋转扭矩，使鳞状水轮机带动公转轴逆时针转动，将潮流能转换成机械能。鳞状水轮机组[2]在潮流连续的的作用下，不停的逆时针转动，进而源源不断的输出机械能。公转轴[7]通过锥轴承安装固定在异性导流罩[1]上。鳞状水轮机均固定安装在公转轴[7]上。

磁耦合传动单元包括主动盘[3]和从动盘[5]。磁耦合传动单元优选由两个相同的、相对放置的永磁耦合盘组成，构成主动盘[3]和从动盘[5]。如图12，永磁耦合盘优选由铝合金工作盘和多个永磁铁组成，铝合金工作盘上面加工有多个槽，永磁铁按照磁极N-S-N间隔的镶嵌在槽内。主动盘[3]与从动盘[5]之间产生磁场耦合，进而同方向旋转，实现机械能的非接触式传递。主动盘[3]与从动盘[5]均为永磁盘的磁耦合传动单元实现了机械能的非接触式传输，确保了密封舱的完整性，降低了密封成本。采用磁耦合传动单元的另一个优点是进一步降低了发电单元输入端的扭矩的波动幅度，显著改善发电单元的工作环境。主动盘[3]固定在公转轴[7]的下端，从动盘[5] 固定在传动轴[10]的上端。

发电单元由发电机[6]和增速齿轮箱组成，实现将磁耦合传动单元传递过来的机械能转化为电能。增速齿轮箱由大齿轮[8]和小齿轮[9]组成。小齿轮[9]安装在发电机[6]的主轴上。大齿轮[8]和从动盘[5]均固定安装在传动轴[10]上。传动轴[10]通过上支撑[45]和下支撑[46]进行固定。上支撑[45]、下支撑[46]通过锥轴承套装传动轴[10]。

密封舱起到密封的作用。密封舱将磁耦合传动单元的从动盘和发电单元整体进行密封。如图13、图14、图15，密封舱上盖[41]在磁耦合传动单元的主动盘[3]和从动盘[5]之间，采用透磁材料，优选有机玻璃，实现主动盘[3]和从动盘[5]之间的磁场耦合，从而实现转动的主动盘[3]磁耦合吸着从动盘[5]转动。密封舱一侧面设置有密封的电联接口板[42]，实现发电单元与外部负载的电联接。密封舱壁[43] 优选不锈钢板一次冲压而成。密封舱安装在支架[44]上面。

支架[44]起到鳞状潮流发电机固定支撑的作用。支架[44]采用梁式结构，制作成本低，安装方便。

异型导流罩[1]固定安装在支架[44]上面，优选螺栓固定。

以上述依据本发明的实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (1)

1.鳞状潮流发电机，其特征在于：它由异型导流罩、鳞状水轮机组、磁耦合传动单元、发电单元、密封舱和支架组成。