CN1300458C - 低水流海能发电机 - Google Patents

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Abstract

低水流海能发电机其上、下双曲线平台之间的环周外部设置有数只导叶，双曲线平台的中心孔内设置有主轴，主轴位于上、下双曲线平台之间设置有数只叶片，双曲线平台上部的主轴处设置有相配连接的发电机，双曲线平台的上、下部分别设置有密封罩。具有：1.导叶和叶片设为沿同一方向与径向呈30°～35°交角的导流结构，海流对叶片都是朝一个方向转。2.导流机构的进水口面积大于冲向叶片的出口面积，流速放大，提高了叶片的转速和发电机的效率。3.叶片设置为弧形，与主轴设有一定的空间，降低了部分水背阻力，使叶速平稳运行。4.采用环星增速器，使轮机转速倍增提高了发电机的效率。5.整体构造简单、坚固，运行稳定。经济和社会效益显著。

Description

低水流海能发电机
                          技术领域
本发明属于发电机类，尤其涉及海洋流体发电机。
                          背景技术
海流是海水朝着一个方向经常不断流动的自然现象，如流经我国东部沿海的黑潮，平均日流速达30-80海里，其流量相当于全世界所有河流总流量的20倍。此说明海流蕴藏着巨大的能量。
全世界海流能量的理论估算值约为1亿千瓦量级。根据中国沿海130个水道、航道的各种观测、分析资料，统计、计算得知中国沿海海流能的年平均功率理论值约为1400万千瓦、其中，辽宁、山东、浙江、福建和台湾沿海的海流能更为丰富，不少水道的能量密度为15——30千瓦/平方米，具有良好的能源开发利用价值。尤其，中国的海流能属于世界上功率密度最大的地区之一，特别是浙江舟山群岛的金塘、鬼山和西侯门水道，平均功奉密度都在20千瓦/平方米以上，具有极好的能源开发条件和环境。
近20年来，尤其是世界能源危机以来，各国都对海流能源的利用给以极大的关注。如美国开发温差能，英、挪、日开发波浪能，法、苏、加、英开发潮汐能，美、日开发海流能。
早在1973年，美国提出了科里奥利系统，利用佛罗里达海流进行发电研究。日本自1975年开始研究黑潮动能发电，1988年又提出了电磁感应潮流发电等。英国试制了一种布里尔水下气缸发电装置，意大利人研究西西里岛海峡潮流发电等。
1994年夏，由英国IT公司领导的包括欧盟几家公司在内的小组研制了一种类似风力发电机的潮流发电透平机。这套系统在苏格兰的Gorran Narrows水道现场实验成功。在进行技术开发的同时，IT公司还领导了欧盟的一个Joule计划，调查了欧盟潮流能的开发潜力和大规模开发的经济性。
我国在海洋能源的开发利用起步稍晚，而且海流能源发电的研究与技术发展也较慢。1984年8月，哈尔滨工程大学科研小组，在实验室对60瓦潮流发电样机进行了鉴定，近期他们又研制出利用海面潮流发出70千瓦的发电站并通过了验收。但是，从哈尔滨工程大学研制的产品看，他们的水轮机结构不太适合低流速的海底应用，其工作时要求海流流速Vmin≥2.0～2.5m/s，启动力矩大，不太适合我国沿海的低水流海能的条件和环境。
                          发明内容
本发明的目的是提供一种低水流海能发电机，解决上述难题，以满足低水流海能发电机所需自动力矩、开发海洋新能源等多方面的需要。
本发明的目的是这样实现的：低水流海能发电机，其上、下双曲线平台之间的环周外部设置有数只导叶，双曲线平台的中心孔内设置有主轴，主轴位于上、下双曲线平台之间设置有数只叶片：双曲线平台上部的主轴处设置有相配连接的发电机，双曲线平台的上、下部分别设置有密封罩。
由于本发明采用了以上的技术方案，因而具有以下的优点：
1，导叶和叶片设置为沿同一方向与径向呈30°～35°交角的导流机械结构，因此无论海流来自四面任何方向，其对叶片的作用，都是朝一个方向转，不需要调整整体方向。
2，采用新颖的导流机构，使进水口面积大于冲向叶片的出口面积，流速放大，增大了低海流速度下叶片的转速，提高了发电机的效率。
3，叶片设置为弧形，且弧面朝向背水方向，减小了背阻力影响；同时，叶片与主轴中间设有一定的空间，降低了部分水背阻力的作用；而且，由于冲击叶片后的水流在水轮机中心旋转，形成水流高速低压区，有助于海流通过导叶的增速及能量储存；尤其，当流速波动降低时，有继续驱动叶轮旋转的作用，起到使轮速平稳运行的目的。
4，采用无侧向力的同轴环星增速器，使轮机转速倍增，提高了发电机的发电效率。
5，采用万向联轴器、万向轴承、止推轴承的综合应用，使轴系保持同轴和稳定，尤其在海底压力大造成整体变形时，增加了电机的自然适应性，起到对整体的保护作用。
6，采用特制的低转速永磁电机，使其机体小、易防护，且防止叶片振动的产生。
7，整体构造简单、坚固，运行稳定。经济和社会效益显著。
                          附图说明
图1是本发明的一种低水流海能发电机的形状结构示意图；
图2是图1中的叶片的一种形状结构示意图；
图3是图2中的叶片沿A--A线的剖面图；
图4是图1中的导叶、叶片组成的导流结构及工作示意图：
图5是图4中的叶片沿B-B线的剖面图。
图中：
1密封罩    2双曲线平台  3叶片      4导叶        5主轴
6止推轴承  7万向联轴器  8万向轴承  9环星增速器  10发电机
                          具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施作如下详述：
在图1中，低水流海能发电机，由密封罩1、双曲线平台2、叶片3、导叶4、主轴5、止推轴承6、万向联轴器7、万向轴承8、环星增速器9、发电机10等件构成。其上、下双曲线户台2之间的环周外部设置有数只导叶4；双曲线平台2可采用耐腐蚀的金属材料制成圆形、椭圆形或其它形状的2只呈上、下设置，中间边部的环周上由焊接方式设置有6-12只导叶4。导叶4采用耐腐蚀的金属材料，与双曲线平台2制成沿同一方向与径向呈30°～35°交角的导流机械结构，由此无论海流来自四面任何方向，其对导叶的作用，都是朝向一个方向旋转，不需要调整整体的方向。
上、下双曲线平台2的中心设置有中心孔，中心孔内设置有金属材料制成的主轴5。主轴5上位于上、下双曲线平台2之间设置有叶片3。
双曲线平台2上部的主轴5与发电机10之间依次设置有相配连接的万向联轴器7、环星增速器9。其中，主轴5的上端与万向联轴器7的输入端固定连接，万向联轴器7的输出端与环星增速器9的外内齿相配连接：环星增速器9的中心齿与发电机10连接。万向联轴器7用于减小上、下双曲线平台2由于海浪产生的变形，将叶片3驱动主轴5的转速传递给环星增速器9。万向联轴器7可选用GB5014-85型号；也可采用其它型号的弹性联轴器。环星增速器9用于将主轴5的低速转换为高速传递给发电机10。环星增速器9可选用JB1799-76。为提高主轴5的机械效率，双曲线平台2上部的主轴孔处设置有万向轴承8，双曲线平台2下部的主轴孔处设置有止推轴承6；万向轴承8可选用GB9163-90型号，止推轴承6可选用GB297-64型号。
双曲线平台2的上、下部由紧固螺钉及密封圈，分别紧固设置有金属材料制成的密封罩1，密封罩1可设置为半椭圆形、半圆形或其它形状，用于发电机10等器械的保护和海水对低水流海能发电机的承压。
在图2、图3中，主轴5位于上、下双曲线平台2之间设置有6-12只叶片3，叶片3的数量可为6-12只。叶片3其弦长可设置为叶片3的外圆距主轴心距离的1/2-1/3；叶片3可采用轻型刚性材料，(如玻璃钢，或不锈钢皮和玻璃钢的复合结构)，制成曲弧形，且弧面朝向背水方向，以减小背阻力的影响。同时，叶片3与主轴5的中间设有一定的空间，降低了动力矩小部分的水背阻力作用：而且，由于冲击叶片3后的水流在主轴5的中心旋转，形成水流高速低压区，有助于海流通过导叶4的增速及能量储存；尤其，当流速波动降低时，有继续驱动叶片3旋转的作用，使叶片3平稳运行。
在图4、图5中，由导叶4、叶片3组成的导流结构，其导叶4、叶片3沿同一方向与径向呈30°～35°交角，其作用是增大接受水流面积，把水流按一定方向导入导叶4。并且，导叶4的进水口面积大于冲向叶片3的出口面积，使流速放大，提高了低海流速度下叶片3的转速，使发电机10的效率提高，因此无论海流来自四面任何方向，其对叶片3的作用，都是向一个方向旋转，不需要使叶片3调整方向。
叶片3设置为曲弧形，可以对水产生一个压缩作用，使水流速度增大。
为实现最大功率，导叶4的内圆和叶片3的尖端最短距离设置为10mm为好。
本发明实际运行时，水流通过导叶4和上、下双曲线平台2之间的挤压作用，加速进入和冲击叶片3，叶片3带动万向联轴器7与环星增速器9，进而带动发电机10旋转发电。发出的电能进入储能系统，供给海洋物理研究、资源探测、水下防卫等海底项目所需用的电能。
本发明利用海底低流速水流产生的自然能，推动发电机10发电，实现不间断向海底设施提供能源，并向蓄电池等储能系统进行连续充电，此在海底避免了对海面、海中通航，渔业作业以及军事行为的干扰，具有很高的经济型、隐蔽性等优点。
同时，广阔的海底为人类可持续发展提供了广阔的空间和丰富的资源，因此本发明具有极大的应用价值和市场前景。

Claims (10)

1.一种低水流海能发电机，其特征在于，上、下双曲线平台之间的环周外部设置有数只导叶，双曲线平台的中心孔内设胃有主轴，主轴位于上、下双曲线的平台之间设置有数只叶片；双曲线平台上部的主轴处设置相配连接的发电机，双曲线平台的上、下部分别设置有密封罩。
2.根据权利要求1所述的一种低水流海能发电机，其特征在于，双曲线平台上部的主轴与发电机之间设置有相配连接的环星增速器，环星增速器的中心齿与发电机连接，环星增速器的外内齿与主轴连接。
3.根据权利要求1所述的一种低水流海能发电机，其特征在于，主轴与环星增速器之间设置有相配连接的万向联轴器。
4.根据权利要求1所述的一种低水流海能发电机，其特征在于，双曲线平台上部的主轴处设置有万向轴承。
5.根据权利要求1所述的一种低水流海能发电机，其特征在于，双曲线平台下部的主轴处设置有止推轴承。
6.根据权利要求1，所述的一种低水流海能发电机，其特征在于，上、下双曲线平台内的环周外部设置有6-12只导叶。
7.根据权利要求1所述的一种低水流海能发电机，其特征在于，主轴上位于上、下双曲线平台之间设置有6-12只叶片。
8.根据权利要求1或7所述的一种低水流海能发电机，其特征在于，叶片设置为曲弧形，叶片的上、下边设置为双曲线形。
9.根据权利要求1或6、7所述的一种低水流海能发电机，其特征在于，导叶和叶片设置为沿同一方向与径向呈30°～35°交角的导流结构，导叶的内圆和叶片的尖端短距离为10mm。
10.根据权利要求1或7所述的一种低水流海能发电机，其特征在于，叶片的弦长设置为叶片的外圆距主轴心的距离的1/2-1/3。
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