CN202991326U - 一种水轮机的水下锚系装置 - Google Patents

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陈正寿
王晋宝
方炜
朱旭林
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Abstract

本实用新型涉及一种水轮机的水下锚系装置，包括锚系缆绳(5)、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)有两个且并排间隔设置，各导流罩(3)内均设有发电机(4)；其特征在于：所述锚系缆绳(5)有两根，每根锚系缆绳(5)的两个自由端分别与各自对应导流罩(3)中轴线位置上的上端和下端固定，而锚系缆绳(5)的中间段则用以与水底桩基上端的套环相连接。由于水轮机中的导流罩有两个采用对称型构造，在来流方向上保证了其水平方向的稳定性，两根锚系缆绳的两个自由端分别与导流罩的中轴线的上下两侧固定，有效保证了水轮机工作时竖直方向上的稳定性，大大增强了水轮机的抗倾覆性。

Description

一种水轮机的水下锚系装置
技术领域
本实用新型属于利用潮流能发电的水轮机设备领域，尤其涉及一种水轮机的水下锚系装置。
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。
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》就公开了这样一种水轮机，包括上平衡翼、下平衡翼、导流罩、涡轮叶片、发电机、连接固定杆和锚系环，上平衡翼和下平衡翼分别安装在导流罩的上方和下方，涡轮叶片固定于发电机的转子外侧，发电机通过连接固定杆固定在导流罩上，导流罩外侧安装有锚系环。导流罩本身具有自悬浮功能，具有良好的抗倾覆稳定性。本装置安装好后，悬浮系统可根据潮流流向变化做实时顺流姿态调整，保持来流方向与导流罩轴线一致，即与叶片旋转平面垂直，聚流效应非常显著，可确保潮流能发电系统在较小流速下具有可观的发电效率。
使用时水轮机装置通过水下锚系缆绳来实现软连接，前述专利通过在导流罩外侧安装有左右对称的一对锚系环，通过两条长度相等的锚系缆绳系泊在洋流丰富的水域，锚系缆绳应足够长，锚系缆绳的上端与导流罩两侧的锚系环相连，锚系缆绳的下端与水底桩基上端的套环相连接，套环可沿桩基轴线做360度自由转动。
水轮机本身采用对称构造的两个导流罩结构，而且导流罩结构通过上下平衡翼连接，因此其本身结构就基本能保证其水平方向的稳定性。这种水轮机的水下锚系装置，当迎面来流时，水轮机能保证水平方向的稳定性，但水轮机在竖直方向却容易偏离，因为对于单个导流罩而言，在竖直方向上只有一个来自于锚系绳索的作用点，所以当水流速度较大时，水轮机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，同时还可能导致结构发生倾覆的危险。
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有效保证水轮机在竖直方向上的稳定性的水轮机的水下锚系装置，该水下锚系装置能大大增强水轮机的抗倾覆性。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为一种水轮机的水下锚系装置，包括锚系缆绳、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，所述导流罩有两个且并排间隔设置，各导流罩内均设有发电机；其特征在于：所述锚系缆绳有两根，每根锚系缆绳的两个自由端分别与各自对应导流罩中轴线位置上的上端和下端固定，而锚系缆绳的中间段则用以与水底桩基上端的套环相连接。
上述各锚系缆绳的中间段绕设在定滑轮上，动滑轮的支架一侧设有用以与水底桩基上端的套环相扣接的挂扣。当来流方向并不是再沿着水平方向改变时，锚系缆绳的中间段将在定滑轮的作用下，使得锚系缆绳的上下两段长度自动调节，根据来流方向做出自适应调整，促使水轮机的迎流面始终垂直于来流方向，最大程度地利用水流能量。
上述挂扣包括具有开口的扣环，所述扣环上转动连接有始终保持封住扣环的开口趋势的活动杆。该挂扣结构便于将挂扣勾设到套环上，另外通过活动杆的阻挡有效防止挂扣脱离套环。
上述导流罩的迎水端进口处设有不锈钢网。设置不锈钢网可防止海洋污染物及落入水中的树枝等进入导流罩内，破坏水轮机装置，同时也起到了保护鱼类等海洋生物，避免海洋生物误入导流罩内，减少不必要的海洋生物死亡。
该水轮机的水下锚系装置是在《多向适应悬浮型潮流能水轮机》（授权专利号为ZL201120112764.1）上的实用性改进。若采取上述专利技术中用两根锚系缆绳采用平行方式拖曳整个悬浮发电装置，
将使得水轮机在工作时很容易在迎流面方向上因竖直方向上上部和下部受到的水流的迎面阻力不同而出现偏移，不利于水轮机的控制。上述两根锚系缆绳的中间段朝中间靠拢，以与同一个水底桩基上端的套环相连接。这样对于每一个导流罩，在竖直方向上都有两个来自于锚系缆线的施力点，且这两个点之间具有相当长的竖向距离，因此在水轮机正常发电时，水轮机在迎流面上仅会在竖直方向发生较小偏移，从而可以保证水轮机的轴线与水流方向尽可能的平行，保证该悬浮发电装置具有更高的发电效率。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：由于水轮机中的导流罩有两个采用对称型构造，在来流方向上保证了其水平方向的稳定性，两根锚系缆绳的两个自由端分别与导流罩的中轴线的上下两侧固定，有效保证了水轮机工作时竖直方向上的稳定性，大大增强了水轮机的抗倾覆性。
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为图1的A处放大图；
图3为本实用新型实施例的正视图；
图4为本实用新型实施例的俯视图。
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1～4所示，为本实用新型的一个优选实施例。
一种水轮机的水下锚系装置，包括锚系缆绳5、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，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内的安装架上，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：锚系缆绳5有两根，每根锚系缆绳5的两个自由端分别与各自对应导流罩3中轴线位置上的上端和下端固定，而各锚系缆绳5的中间段则绕设在定滑轮6上，动滑轮6的支架一侧设有用以与水底桩基上端的套环相扣接的挂扣7。挂扣7包括具有开口的扣环71，扣环71上转动连接有始终保持封住扣环71的开口趋势的活动杆72。
如图3所示，导流罩3的迎水端进口处设有不锈钢网8。如图4所示，两根锚系缆绳5的中间段朝中间靠拢，以与同一个水底桩基上端的套环相连接。
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，由于水轮机中的导流罩3有两个采用对称型构造，在来流方向上保证了其水平方向的稳定性，两根锚系缆绳5的两个自由端分别与导流罩3的中轴线的上下两侧固定，有效保证了水轮机工作时竖直方向上的稳定性，大大增强了水轮机的抗倾覆性。

Claims (5)

1.一种水轮机的水下锚系装置，包括锚系缆绳(5)、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)有两个且并排间隔设置，各导流罩(3)内均设有发电机(4)；其特征在于：所述锚系缆绳(5)有两根，每根锚系缆绳(5)的两个自由端分别与各自对应导流罩(3)中轴线位置上的上端和下端固定，而锚系缆绳(5)的中间段则用以与水底桩基上端的套环相连接。 
2.根据权利要求1所述的水轮机的水下锚系装置，其特征在于：所述各锚系缆绳(5)的中间段绕设在定滑轮(6)上，动滑轮(6)的支架一侧设有用以与水底桩基上端的套环相扣接的挂扣(7)。 
3.根据权利要求2所述的水轮机的水下锚系装置，其特征在于：所述挂扣(7)包括具有开口的扣环(71)，所述扣环(71)上转动连接有始终保持封住扣环(71)的开口趋势的活动杆(72)。 
4.根据权利要求1所述的水轮机的水下锚系装置，其特征在于：所述导流罩(3)的迎水端进口处设有不锈钢网(8)。 
5.根据权利要求1～4中任一所述的水轮机的水下锚系装置，其特征在于：所述两根锚系缆绳(5)的中间段朝中间靠拢，以与同一个水底桩基上端的套环相连接。 
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CN105378268A (zh) * 2013-07-12 2016-03-02 米内斯图股份公司 用于电力设备的机翼和涡轮机构造
CN109441694A (zh) * 2018-10-17 2019-03-08 中国船舶重工集团公司第七0五研究所 一种适用于低速流海域的水下发电系统及方法
JP2020133481A (ja) * 2019-02-19 2020-08-31 株式会社Ihi 浮遊式水流発電装置

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