CN202991321U - 一种抗倾覆水轮机装置 - Google Patents

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段自豪
王晋宝
方炜
朱旭林
郭欣
孙孟
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Abstract

本实用新型涉及一种抗倾覆水轮机装置，包括上平衡翼(1)、下平衡翼(2)及设于前述上平衡翼(1)和下平衡翼(2)之间的导流罩(3)，所述导流罩(3)内设有发电机(5)，发电机(4)的定子固定在位于导流罩(3)内的安装架(4)上，而发电机(5)的叶轮(51)能在导流罩内转动，其特征在于：所述上平衡翼(1)的横截面积大于下平衡翼(2)的横截面积。由于上平衡翼的横截面积大于下平衡翼的横截面积，这样上平衡翼受到的浮力大于下平衡翼受到的浮力，使水轮机装置浮心位置上移，高于重心，具有较强的抗倾覆性，整个水轮机装置在潮流中能更为稳定的发电。

Description

一种抗倾覆水轮机装置
技术领域
本实用新型属于利用潮流能的发电设备，尤其涉及一种适合用于海流速度不高且来流方向频繁变化海域的抗倾覆水轮机装置。
背景技术
潮流能是因潮汐涨落引起海水流动而产生的循环可再生的能量形式。潮流能的利用原理与风力发电相似，其发电装置被形象地比喻为“水下风车”。由于海水的密度为空气的800多倍，较为常见的2m/s的海流能流密度便相当于风速为18.8m/s的8级大风。而且潮流主要是由月球引力作用引起，比太阳辐射不均引起的风能更有规律性。另外与潮汐能相比，潮流能利用还具有投资小、无需建造堤坝、环境负面影响小等优点。开发潮流能，发展可再生能源不仅是未来能源技术储备的战略需要，也是解决海岛地区能源供应短缺的不二选择。
英国的SMD Hydrovision公司设计了一种水下锚泊式的轴流水轮机，命名为TidEL。该水轮机通过两条紧绷的锚系缆线固定于海底，翼形室和转子的浮力提供竖向缆线的张力，使系统在水下保持悬浮状态。特殊设计的变速恒频技术使TidEL在各流速段均能达到最佳水动力性能；其叶片定倾角设计可有效简化涡轮结构，使系统总体成本降低；空心、密封翼形室既可为悬浮装置提供浮力，又可为保持系统平衡提供抗倾覆力矩；锚泊固定方式，使整套装置的柔性增强，易装易挪，且可以完全淹没于水中。然而该系统抵御海洋恶劣环境的能力相对较弱，主要体现为：一、涡轮叶片外围无防护设施，在高速潮流下，旋转叶片有碰触锚系缆线的危险；二、主要依靠翼形室和转子提供的浮力难以抵抗水流冲击造成的倾覆力矩，在海洋复杂环境中，其自调性能力较差。
为此，本申请人提出了一种改进的悬浮发电机，参考专利号为ZL201120112764.1(授权公告号为CN201963461U)的中国实用新型专利《多向适应悬浮型潮流能水轮机》。
水轮机的重心就是装置各部分及作用于装置的配重的重力的合力的作用点。水轮机的浮心，是水轮机浸入水中部分的体积中心，相当于浮力的作用点，浮漂上部分的体积越大则浮心位置越高。经研究得出，漂浮心在上重心在下，重浮心距离大，则水轮机的稳定性很好。和上述情况相反，自重大、体积小、负重小、浮力位置低的水轮机，浮心和重心位置相距很近，稳定性降低，灵敏度变高，不利于潮流发电。
为实现漂浮心在上重心在下，重浮心距离大这样目的，而对比文件由于整个装置为对称设置，因此浮心位置和重心位置基本接近，故前述专利所涉及的水轮机还可作进一步改进。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种能使水轮机浮心上移至高于重心位置的抗倾覆水轮机装置。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种抗倾覆水轮机装置，包括上平衡翼、下平衡翼及设于前述上平衡翼和下平衡翼之间的导流罩，所述导流罩内设有发电机，发电机的定子固定在位于导流罩内的安装架上，而发电机的叶轮能在导流罩内转动，其特征在于：所述上平衡翼的横截面积大于下平衡翼的横截面积。
上述上平衡翼的长度和下平衡翼的长度相同，而上平衡翼的宽度大于下平衡翼的宽度。其为一种让上平衡翼的横截面积大于下平衡翼的横截面积的形成方式，该方式能是上平衡翼和下平衡翼位于导流罩所在的范围内。
上述导流罩有两个且并排间隔设置，两导流罩之间通过连接杆连接在一起。设置两个导流罩能加强装置的发电效率，而且经试验得知这种导流罩的布局方式更为合理。
上述上平衡翼和下平衡翼为记忆钛合金或玻璃钢材质的空心体。
作为改进，上导流罩为空心结构，导流罩的上部设有进水阀门，导流罩的下部设有出水阀门。如果将水从进水阀门注入导流罩内，能增加导流罩的下部重量，使整体装置的重心下移，增加与浮心之间的间距，如果注入水过多，还可从出水阀门排出，使整体装置的重心上移，通过该结构设置能起到调节重心的位置，使重心和浮心达到最合适的间距。
本水轮机装置是通过锚系绳固定在水底进行使用，当水流较大时，水轮机装置可能会以锚系绳的固定点作为倾覆力矩的原点，那么在水流冲击力的作用下，将使得水轮机装置的倾覆力矩增大，而此时的抗倾覆力矩不变，使水轮机装置向水下运动，随着水深的增加，水流速度会成梯度递减，以至于发电效率降低，同时还可能伴随着产生倾覆的危险。为解决这一技术问题：
上述上平衡翼与导流罩的上部之间通过燕尾槽结构连接在一起，上平衡翼能相对导流罩轴向滑移，同时，上平衡翼和导流罩之间通过弹簧连接在一起。
在静止的水流中，上平衡水翼处于两导流罩的中间位置，此时弹簧处于原长，如遇到较大水流冲击水轮机时，在水流冲击力的作用下，上平衡水翼开始向右滑动，弹簧伸长，使得装置浮心位置向后移动，抗倾覆力矩增大，以抵抗由于水流作用增大的倾覆力矩，降低水轮机装置倾覆的机率，并使得水轮机装置向上移动，以恢复原来的状态，达到最大的发电效率。
上述燕尾槽结构为，所述上平衡翼的下端面固定有连接块，连接块上开有沿轴向设置的燕尾槽，燕尾槽的开口朝下且前后贯穿设置，导流罩上部固定有呈T形的滑块，滑块约束在所述燕尾槽内仅能沿轴向前后滑移，滑块的后部具有向上延伸的连接柱，所述弹簧连接在连接柱和连接块之间。当然连接块和滑块的位置可以互换。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：由于上平衡翼的横截面积大于下平衡翼的横截面积，这样上平衡翼受到的浮力大于下平衡翼受到的浮力，使水轮机装置浮心位置上移，高于重心，具有较强的抗倾覆性，整个水轮机装置在潮流中能更为稳定的发电。
附图说明
图1为本实用新型实施例的立体结构示意图；
图2为本实用新型实施例的正视图；
图3为本实用新型实施例的侧视图；
图4为本实用新型实施例中燕尾槽结构的立体结构示意图；
图5为本实用新型实施例中燕尾槽结构的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
如图1～5所示，为本实用新型的一个优选实施例。
一种抗倾覆水轮机装置，包括上平衡翼1、下平衡翼2及设于前述上平衡翼1和下平衡翼2之间的导流罩3，其中，上平衡翼1和下平衡翼2为记忆钛合金或玻璃钢材质的空心体。导流罩3有两个且并排间隔设置，两导流罩3之间通过连接杆31连接在一起，导流罩3内设有发电机5，发电机4的定子固定在位于导流罩3内的安装架4上，安装架4为三根连接固定杆，各连接固定杆的横断面为NACA-0012翼型，连接固定杆以发电机的轴线为中心呈辐射状均匀间隔设置，各连接固定杆的夹角为120°，而发电机5的叶轮51能在导流罩内转动。以上结构可参考背景专利。
本实用新型的改进点在于：上平衡翼1的横截面积大于下平衡翼2的横截面积。即上平衡翼1的长度L1和下平衡翼2的长度L2相同，而上平衡翼1的宽度D1大于下平衡翼2的宽度D2。
导流罩3为空心结构，导流罩3的上部设有进水阀门32，导流罩3的下部设有出水阀门33。
上平衡翼1与导流罩3的上部之间通过燕尾槽结构连接在一起，上平衡翼1能相对导流罩3轴向滑移，同时，上平衡翼1和导流罩3之间通过弹簧6连接在一起。下平衡翼2直接与导流罩固定在一起。
如图4、5所示，燕尾槽结构为，在上平衡翼1的下端面固定有连接块7，该连接块7上开有沿轴向设置的燕尾槽71，燕尾槽71的开口朝下且前后贯穿设置，导流罩3上部固定有呈T形的滑块8，滑块8约束在所述燕尾槽71内仅能沿轴向前后滑移，滑块8的后部具有向上延伸的连接柱81，弹簧6连接在连接柱81和连接块7之间。
本水轮机装置在洋流的冲击下，发电机的叶轮51旋转带动发电机5发电。使用时水轮机装置通过水下锚系缆绳来实现软连接，而且缆线下端连接的套环可沿桩基轴线做360度自由转动，因此当水流方向发生变化时，整个水轮机装置就会自动随着水流方向在水平面内转动，使发电机的叶轮51的转动平面始终与水流方向垂直，这样就可实现在任何流速下都保持最大的发电效率。
由于上平衡翼1的横截面积大于下平衡翼2的横截面积，这样上平衡翼1受到的浮力大于下平衡翼2受到的浮力，使水轮机装置浮心位置上移，高于重心，具有较强的抗倾覆性，整个水轮机装置在潮流中能更为稳定的发电。

Claims (6)

1.一种抗倾覆水轮机装置，包括上平衡翼(1)、下平衡翼(2)及设于前述上平衡翼(1)和下平衡翼(2)之间的导流罩(3)，所述导流罩(3)内设有发电机(5)，发电机(4)的定子固定在位于导流罩(3)内的安装架(4)上，而发电机(5)的叶轮(51)能在导流罩内转动，其特征在于：所述上平衡翼(1)的横截面积大于下平衡翼(2)的横截面积。
2.根据权利要求1所述的抗倾覆水轮机装置，其特征在于：所述上平衡翼(1)的长度(L1)和下平衡翼(2)的长度(L2)相同，而上平衡翼(1)的宽度(D1)大于下平衡翼(2)的宽度(D2)。
3、根据权利要求1所述的抗倾覆水轮机装置，其特征在于：所述导流罩(3)有两个且并排间隔设置，两导流罩(3)之间通过连接杆(31)连接在一起。
3.根据权利要求1所述的抗倾覆水轮机装置，其特征在于：所述上平衡翼(1)和下平衡翼(2)为记忆钛合金或玻璃钢材质的空心体。
4.根据权利要求1所述的抗倾覆水轮机装置，其特征在于：所述导流罩(3)为空心结构，导流罩(3)的上部设有进水阀门(3)，导流罩(32)的下部设有出水阀门(33)。
5.根据权利要求1～5中任一所述的抗倾覆水轮机装置，其特征在于：所述上平衡翼(1)与导流罩(3)的上部之间通过燕尾槽结构连接在一起，上平衡翼(1)能相对导流罩(3)轴向滑移，同时，上平衡翼(1)和导流罩(3)之间通过弹簧(6)连接在一起。
6.根据权利要求6所述的抗倾覆水轮机装置，其特征在于：所述燕尾槽结构为，所述上平衡翼(1)的下端面固定有连接块(7)，该连接块(7)上开有沿轴向设置的燕尾槽(71)，燕尾槽(71)的开口朝下且前后贯穿设置，所述导流罩(3)上部固定有呈T形的滑块(8)，所述滑块(8)约束在所述燕尾槽(71)内仅能沿轴向前后滑移，滑块(8)的后部具有向上延伸的连接柱(81)，所述弹簧(6)连接在连接柱(81)和连接块(7)之间。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103644071A (zh) * 2013-12-18 2014-03-19 中国科学院电工研究所 一种漂浮式潮流能发电装置
CN105464880A (zh) * 2015-12-21 2016-04-06 浙江海洋学院 对称型半遮蔽式潮流能发电装置
CN111852738A (zh) * 2020-06-22 2020-10-30 中国海洋大学 悬浮自动对向轮辋式潮流能发电装置及其控制方法

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