CN113719401B - 一种垂直旋叶轮式海洋潮流能发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种垂直旋叶轮式海洋潮流能发电装置，在旋叶轮筒体外表面周向均布有若干采用S型螺旋叶片的旋叶轮叶片；旋叶轮筒体同轴套装在空心结构的定子中心轴外侧；定子中心轴两端均固装有密封盖板，密封盖板与旋叶轮筒体之间接缝处设有密封圈；与上下密封盖板相邻的定子中心轴及旋叶轮筒体之间设有上下行星轮系；沿定子中心轴轴向等间距设有若干定子线圈组，定子线圈组由周向均布的若干定子线圈组成；定子线圈的导线通过定子中心轴的中心孔引出并接入外部变电站；定子线圈表面喷涂有防水防锈胶；沿旋叶轮筒体内表面轴向均布设若干转子永磁体组，转子永磁体组由周向均布的若干转子永磁体组成；转子永磁体组与定子线圈组在轴向上交替分布。

Description

一种垂直旋叶轮式海洋潮流能发电装置
技术领域
本发明属于水利发电技术领域，特别是涉及一种垂直旋叶轮式海洋潮流能发电装置。
背景技术
潮流能水轮机是可再生能源利用装备中的重要组成部分，根据结构的不同可分为水平轴潮流能水轮机和垂直轴潮流能水轮机，其中以水平轴潮流能水轮机的应用最为普遍。
目前，应用最为广泛的水平轴潮流能水轮机多采用风车式，其发电原理与水平轴风力机相似，并且海水的密度远高于空气密度，因此水平轴潮流能水轮机在水体中可以具有更好的有能量转化系数，同时具有能量转换效率高、自启动力矩大等优点。但是，传统的水平轴潮流能水轮机存在叶片结构较为复杂且制造加工难度大，在水体中容易产生空化现象，而且需要通过频繁转向来适应潮流方向。
此外，由于需要长时间处于水下作业环境，因此潮流能水轮机的密封性直接决定了发电稳定性，但传统的水平轴潮流能水轮机和垂直轴潮流能水轮机受到结构限制，在复杂的运动关节处很容易造成密封性下降，导致海水腐蚀性加重，最近降低了潮流能水轮机的使用寿命。为了延长潮流能水轮机的使用寿命，通常需要在恶劣的海洋水下环境内维修潮流能水轮机，不但维修难度大，而且导致潮流能水轮机的使用成本升高。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种垂直旋叶轮式海洋潮流能发电装置，能够不受潮流方向的影响，在任意方向的潮流下均可以实现发电；当潮流较弱时，只要存在波浪的起伏，在起伏波浪的作用下，依然可以驱动叶轮旋转，以维持发电状态，提高了能源利用率；当进行串联叠加使用时，可以应对海洋中不同深度的洋流方向进行发电，环境适应能力强；具有结构简单、密封性更易保障、维修频率低、使用寿命长及使用成本低的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种垂直旋叶轮式海洋潮流能发电装置，包括旋叶轮筒体、旋叶轮叶片、定子中心轴、定子线圈、转子永磁体、下行星轮系、上行星轮系、下密封盖板及上密封盖板；所述旋叶轮筒体采用圆柱筒型结构；所述旋叶轮叶片采用S型螺旋叶片，旋叶轮叶片数量若干，若干旋叶轮叶片沿旋叶轮筒体外表面周向均布设置；所述定子中心轴采用空心轴结构，所述旋叶轮筒体同轴套装在定子中心轴外侧；所述下密封盖板同轴固装在定子中心轴底端，在下密封盖板与旋叶轮筒体之间的接缝处安装有密封圈；所述上密封盖板同轴固装在定子中心轴顶端，在上密封盖板与旋叶轮筒体之间的接缝处安装有密封圈；所述下行星轮系设置在与下密封盖板相邻的定子中心轴及旋叶轮筒体之间；所述上行星轮系设置在与上密封盖板相邻的定子中心轴及旋叶轮筒体之间；所述定子线圈数量若干，若干定子线圈沿定子中心轴外表面周向均布设置，且同一平面内的若干定子线圈构成定子线圈组；所述定子线圈组数量若干，若干定子线圈组沿定子中心轴轴向等间距分布；所述定子线圈的导线通过定子中心轴的中心孔引出并接入外部变电站；在所述定子线圈表面喷涂有防水防锈胶；所述转子永磁体数量若干，若干转子永磁体沿旋叶轮筒体内表面周向均布设置，且同一平面内的若干转子永磁体构成转子永磁体组；所述转子永磁体组数量若干，若干转子永磁体组沿旋叶轮筒体轴向等间距分布，且转子永磁体组与定子线圈组在轴向上交替分布。
所述下行星轮系和上行星轮系结构相同，均包括太阳轮、行星轮及外齿圈，行星轮同时与太阳轮和外齿圈相啮合；所述太阳轮通过轴承同轴套装在定子中心轴上；所述外齿圈同轴固定套装在旋叶轮筒体内表面；所述下行星轮系的行星轮数量若干且沿周向均布设置，下行星轮系的行星轮安装在下密封盖板上；所述下行星轮系的外齿圈与下密封盖板之间设置有密封支撑轴承；所述上行星轮系的行星轮数量若干且沿周向均布设置，上行星轮系的行星轮安装在上密封盖板上；所述上行星轮系的外齿圈与上密封盖板之间设置有密封支撑轴承。
本发明的有益效果：
本发明的垂直旋叶轮式海洋潮流能发电装置，能够不受潮流方向的影响，在任意方向的潮流下均可以实现发电；当潮流较弱时，只要存在波浪的起伏，在起伏波浪的作用下，依然可以驱动叶轮旋转，以维持发电状态，提高了能源利用率；当进行串联叠加使用时，可以应对海洋中不同深度的洋流方向进行发电，环境适应能力强；具有结构简单、密封性更易保障、维修频率低、使用寿命长及使用成本低的特点。
附图说明
图1为本发明的一种垂直旋叶轮式海洋潮流能发电装置的结构示意图(正视)；
图2为本发明的一种垂直旋叶轮式海洋潮流能发电装置的结构示意图(剖视)；
图3为本发明的一种垂直旋叶轮式海洋潮流能发电装置的结构示意图(俯视)；
图4为本发明的上/下行星轮系的结构示意图；
图5为本发明的定子线圈组的结构示意图；
图中，1—旋叶轮筒体，2—旋叶轮叶片，3—定子中心轴，4—定子线圈，5—转子永磁体，6—下行星轮系，7—上行星轮系，8—下密封盖板，9—上密封盖板，10—太阳轮，11—行星轮，12—外齿圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～5所示，一种垂直旋叶轮式海洋潮流能发电装置，包括旋叶轮筒体1、旋叶轮叶片2、定子中心轴3、定子线圈4、转子永磁体5、下行星轮系6、上行星轮系7、下密封盖板8及上密封盖板9；所述旋叶轮筒体1采用圆柱筒型结构；所述旋叶轮叶片2采用S型螺旋叶片，旋叶轮叶片2数量为六个，六个旋叶轮叶片2沿旋叶轮筒体1外表面周向均布设置；所述定子中心轴3采用空心轴结构，所述旋叶轮筒体1同轴套装在定子中心轴3外侧；所述下密封盖板8同轴固装在定子中心轴3底端，在下密封盖板8与旋叶轮筒体1之间的接缝处安装有密封圈；所述上密封盖板9同轴固装在定子中心轴3顶端，在上密封盖板9与旋叶轮筒体1之间的接缝处安装有密封圈；所述下行星轮系6设置在与下密封盖板8相邻的定子中心轴3及旋叶轮筒体1之间；所述上行星轮系7设置在与上密封盖板9相邻的定子中心轴3及旋叶轮筒体1之间；所述定子线圈4数量若干，若干定子线圈4沿定子中心轴3外表面周向均布设置，且同一平面内的若干定子线圈4构成定子线圈组；所述定子线圈组数量若干，若干定子线圈组沿定子中心轴3轴向等间距分布；所述定子线圈4的导线通过定子中心轴3的中心孔引出并接入外部变电站；在所述定子线圈4表面喷涂有防水防锈胶；所述转子永磁体5数量若干，若干转子永磁体5沿旋叶轮筒体1内表面周向均布设置，且同一平面内的若干转子永磁体5构成转子永磁体组；所述转子永磁体组数量若干，若干转子永磁体组沿旋叶轮筒体1轴向等间距分布，且转子永磁体组与定子线圈组在轴向上交替分布。
所述下行星轮系6和上行星轮系7结构相同，均包括太阳轮10、行星轮11及外齿圈12，行星轮11同时与太阳轮10和外齿圈12相啮合；所述太阳轮10通过轴承同轴套装在定子中心轴3上；所述外齿圈12同轴固定套装在旋叶轮筒体1内表面；所述下行星轮系6的行星轮11数量若干且沿周向均布设置，下行星轮系6的行星轮11安装在下密封盖板8上；所述下行星轮系6的外齿圈12与下密封盖板8之间设置有密封支撑轴承；所述上行星轮系7的行星轮11数量若干且沿周向均布设置，上行星轮系7的行星轮11安装在上密封盖板9上；所述上行星轮系7的外齿圈12与上密封盖板9之间设置有密封支撑轴承。
当本发明的垂直旋叶轮式海洋潮流能发电装置在海洋内应用时，只要有海洋潮流经过旋叶轮叶片2时，就可以带动旋叶轮叶片2、旋叶轮筒体1、转子永磁体5及外齿圈12同步转动，转动的转子永磁体5磁感线会不断的被定子线圈4切割，从而连续不断的产生感应电流，以实现连续发电。同时，转动的外齿圈12会依次带动行星轮11和太阳轮10转动，从而实现对旋叶轮筒体1的径向支撑，并保证旋叶轮筒体1可以稳定的旋转。
此外，由于旋叶轮叶片2采用S型螺旋叶片，当潮流较弱时，可以利用起伏波浪来继续驱动旋叶轮筒体1旋转，即上下起伏的波浪通过其水平方向的分力，仍然可以继续驱动旋叶轮叶片2旋转，保证在潮流较弱时发电过程不中断，进一步提高了能源利用率。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (2)

1.一种垂直旋叶轮式海洋潮流能发电装置，其特征在于：包括旋叶轮筒体、旋叶轮叶片、定子中心轴、定子线圈、转子永磁体、下行星轮系、上行星轮系、下密封盖板及上密封盖板；所述旋叶轮筒体采用圆柱筒型结构；所述旋叶轮叶片采用S型螺旋叶片，旋叶轮叶片数量若干，若干旋叶轮叶片沿旋叶轮筒体外表面周向均布设置；所述定子中心轴采用空心轴结构，所述旋叶轮筒体同轴套装在定子中心轴外侧；所述下密封盖板同轴固装在定子中心轴底端，在下密封盖板与旋叶轮筒体之间的接缝处安装有密封圈；所述上密封盖板同轴固装在定子中心轴顶端，在上密封盖板与旋叶轮筒体之间的接缝处安装有密封圈；所述下行星轮系设置在与下密封盖板相邻的定子中心轴及旋叶轮筒体之间；所述上行星轮系设置在与上密封盖板相邻的定子中心轴及旋叶轮筒体之间；所述定子线圈数量若干，若干定子线圈沿定子中心轴外表面周向均布设置，且同一平面内的若干定子线圈构成定子线圈组；所述定子线圈组数量若干，若干定子线圈组沿定子中心轴轴向等间距分布；所述定子线圈的导线通过定子中心轴的中心孔引出并接入外部变电站；在所述定子线圈表面喷涂有防水防锈胶；所述转子永磁体数量若干，若干转子永磁体沿旋叶轮筒体内表面周向均布设置，且同一平面内的若干转子永磁体构成转子永磁体组；所述转子永磁体组数量若干，若干转子永磁体组沿旋叶轮筒体轴向等间距分布，且转子永磁体组与定子线圈组在轴向上交替分布。
2.根据权利要求1所述的一种垂直旋叶轮式海洋潮流能发电装置，其特征在于：所述下行星轮系和上行星轮系结构相同，均包括太阳轮、行星轮及外齿圈，行星轮同时与太阳轮和外齿圈相啮合；所述太阳轮通过轴承同轴套装在定子中心轴上；所述外齿圈同轴固定套装在旋叶轮筒体内表面；所述下行星轮系的行星轮数量若干且沿周向均布设置，下行星轮系的行星轮安装在下密封盖板上；所述下行星轮系的外齿圈与下密封盖板之间设置有密封支撑轴承；所述上行星轮系的行星轮数量若干且沿周向均布设置，上行星轮系的行星轮安装在上密封盖板上；所述上行星轮系的外齿圈与上密封盖板之间设置有密封支撑轴承。
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