CN209414030U - 一种应用导流装置的潮流能发电系统 - Google Patents

Abstract

一种应用导流装置的潮流能发电系统，属于可再生能源技术领域。该系统包括两套垂直轴水轮机发电装置、导流装置、旋转架以及海底基座。垂直轴水轮机的转轴通过驱动空舱内的发电机来将潮流能转化为电能。旋转架的支撑平台与旋转轴固定连接。旋转轴下端的锥形体与一个桩腿上的锥形孔相配合。旋转轴上安装一角形板，导流装置的两个导流板通过扭转弹簧设置在角形板的两侧。当海流流经导流装置时，导流板会对海流的流向以及分布进行重新分配，降低水轮机启动流速，使其发挥更大的发电效能。两个并排安装的垂直轴水轮机在旋转时带动的水流会互相产生有益影响，从而提高水轮机的转速，使得两套发电装置的发电效能大于两个单独安装的发电装置效能之和。

Description

一种应用导流装置的潮流能发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种应用导流装置的潮流能发电系统，属于可再生能源技术领域。

背景技术

随着化石能源的日益紧缺以及环保要求的不断提高，可再生能源装备的需求和应用得到了快速的增长。海洋潮流能具有能量密度高，可预测性强，蕴藏量丰富的特点，越来越成为各国关注的焦点。

目前潮流能的规模化的开发利用还没有成功运作的商业化项目，但相关研究机构已经在选址、技术条件和环境影响等基础上提出了不同类型的原型设计，并且在实验室和相应海域进行过实际测试。目前研究方向主要包括水平轴和垂直轴水轮机两种，与水平轴水轮机相比，垂直轴水轮机叶片的转动与流向无关，从而可以更加充分的利用潮流资源，同时不需安装转向对流装置，因此可以极大降低机构的复杂程度。但是，当前的水轮机发电装置存在启动流速大，发电效能低，自适应能力差等缺点，同时在维护和检修方面也存在不足。

发明内容

为了解决存在的这些问题，本实用新型提供一种应用导流装置的潮流能发电系统。该导流装置的两块导流板通过扭转弹簧安装在角形板的两侧，导流板能够根据来流情况开合对海流进行调整优化，增大水轮机驱动力矩，降低水轮机启动流速，从而更好地捕获海流中的能量，同时两套水轮机旋转时产生的增益效果也能在很大程度上提高发电效能。

本实用新型采用的技术方案是：一种应用导流装置的潮流能发电系统，包括两套垂直轴水轮机发电装置、导流装置、旋转架以及海底基座，所述垂直轴水轮机发电装置包括垂直轴水轮机以及发电机，所述垂直轴水轮机包含水轮机叶片、安装架以及转轴，水轮机叶片通过安装架与转轴固定连接，转轴通过轴承设置在支撑平台上，位于支撑平台上方的空舱内的发电机由转轴驱动；所述旋转架的支撑平台与旋转轴固定连接，所述海底基座采用连接构件固定连接多个桩腿，旋转轴下端的锥形体与一个桩腿上的锥形孔相配合，旋转轴上有一角形板；所述导流装置采用扭转弹簧把两个导流板按要求角度设置在角形板的两侧；所述导流板的长度是水轮机叶片长度的1.15-1.20倍，导流板的宽度是导流板长度的0.10-0.15。

所述两套垂直轴水轮机采用并排布置方式安装于旋转架上，水轮机绕旋转轴转动。

所述导流装置通过改变海流来方向提高整个发电系统的效率。

所述导流装置位置位于水轮机前方或后方。

所述导流装置的导流板根据来流情况转动适当的角度对海流进行调整。

当海流流过该潮流能发电装置时，整个旋转架以及水轮机受到阻力作用并绕旋转轴转动，当旋转架转至平衡位置后达到稳定状态，海流流经导流装置时导流板会对海流进行优化调整，来流大时，两导流板之间的夹角变小；来流小时，两导流板之间的夹角变大，从而改变海流的流向以及分布，使其更加有效地流向水轮机叶片，叶片旋转从而带动发电机转动，将潮流能转换为电能。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：这种应用导流装置的潮流能发电系统包括两套垂直轴水轮机发电装置、导流装置、旋转架以及海底基座。垂直轴水轮机发电装置包括垂直轴水轮机以及发电机，垂直轴水轮机的水轮机叶片通过安装架与转轴固定连接，转轴驱动空舱内的发电机。旋转架的支撑平台与旋转轴固定连接。旋转轴下端的锥形体与一个桩腿上的锥形孔相配合。导流装置采用扭转弹簧把两个导流板按要求角度设置在旋转轴的角形板两侧。当海流流经导流装置时，导流板会对海流的流向以及分布进行重新分配，增大垂直轴水轮机的驱动力矩，使得垂直轴水轮机在较低流速下也能启动，发挥更大的发电效能；两个并排安装的垂直轴水轮机在旋转时带动的水流会互相产生有益影响，从而提高水轮机的转速，使得两套发电装置的发电效能大于两个单独安装的发电装置效能之和。

附图说明

图1是一种应用导流装置的潮流能发电系统的立体图。

图2是一种应用导流装置的潮流能发电系统的正视图。

图3是一种应用导流装置的潮流能发电系统的旋转架及水轮机结构图。

图4是图1中的A放大图。

图5是图1中的B放大图。

图6是导流装置作用示意图。

图中：1、安装架，2、水轮机叶片，3、转轴，4、支撑平台，5、连接构件，6、桩腿，7、旋转轴，8、角形板，8a、第一铰链套管，9、旋转弹簧，9a、弹簧上端，9b、弹簧下端，10、导流板，10a、第二铰链套管，11、空舱，12、销轴，12a、开口销。

具体实施方式

图1、2、3示出了一种应用导流装置的潮流能发电系统的结构图。图中，这种潮流能发电系统包括两套垂直轴水轮机发电装置、导流装置、旋转架以及海底基座。垂直轴水轮机发电装置包括垂直轴水轮机以及发电机，垂直轴水轮机包含水轮机叶片2、安装架1以及转轴3，水轮机叶片2通过安装架1与转轴3固定连接，转轴3设置通过轴承设置在支撑平台4上，位于支撑平台4上方的空舱11内的发电机由转轴3驱动。旋转架的支撑平台4与旋转轴7固定连接。海底基座采用连接构件5固定连接多个桩腿6，旋转轴7下端的锥形体与一个桩腿6上的锥形孔相配合（如图4所示），旋转轴7上有一角形板8。导流装置采用扭转弹簧9把两个导流板10按要求角度设置在旋转轴7的角形板8两侧。升降系统布置于桩腿6和旋转轴7之间。导流板10的长度是水轮机叶片2长度的1.17倍，导流板10的宽度是导流板10长度的0.12。

图5示出了导流板与角形板连接的结构图。该连接结构在导流板10的两端各设置一个。对于一个连接结构，在导流板10上固定连接两个第二铰链套管10a，在角形板8上固定连接两个相对应的第一铰链套管8a，用销轴12从上端穿过旋转弹簧9上面的第二铰链套管10a及第一铰链套管8a、旋转弹簧9和旋转弹簧9下面的第一铰链套管8a及第二铰链套管10a后，在销轴12下端装上开口销12a。对于旋转弹簧9，其弹簧上端9a与角形板8固定连接，弹簧下端9b与导流板10固定连接，并采用一个常见的限位结构使导流板10位于一个初始位置。

上述技术方案工作原理如下：该潮流能发电系统通过打桩等方式布置于海底，当海流沿任意方向流向该发电系统时，作用在水轮机叶片2以及旋转架上的力不平衡，从而产生一个偏转力矩使得旋转架绕旋转轴转动，从而调整发电装置与来流的相对位置，使得来流方向与装置左右对称面平行，此时，水轮机叶片2以及旋转架达到平衡状态，可旋转部分不再绕旋转轴7旋转。当旋转架转至平衡位置后，海流先流经导流板10再流向水轮机叶片2，水轮机叶片2在来流作用下转动，从而带动发电机转动，将潮流能转换为电能。导流板的作用如图6所示，在叶片环绕的360°范围内有推力区和阻力区。推力驱动水轮机发电，阻力阻碍水轮机发电。导流板的存在一方面使得推力区流速增大，叶片受到的推力变大，水流产生的驱动力矩随之增大；另一方面使得阻力区流速减小，叶片所受阻力减小，水流产生的阻碍力矩也随之减小。因此，水轮机总驱动力矩增大，使得其发电效率提高，同时降低其启动流速。

为方便对发电装置进行检修，旋转架和桩腿6采用分离式设计，旋转架通过升降装置实现上升和回收。升降装置包括缆索、绞盘以及锁紧装置，当需要对发电装置进行检修时，锁紧装置释放旋转架，旋转架在浮力以及缆索拉力作用下升至水面。检修完毕后对旋转架进行回收，在缆索牵引作用以及浮力作用下，旋转架被拉回原有安装位置。为方便旋转架进行回收固定，在桩腿6锁紧装置处以及旋转轴7相应位置采用互相匹配的锥形体设计。当旋转架即将回收至桩腿6时，旋转轴7上的锥状体可方便插入锁紧装置里与之相匹配的锥形孔中，从而引导旋转架与锁紧装置对接。通过升降系统可方便地对发电装置以及水轮机定期进行维护保养，同时避免了将整套系统提升至水面的繁琐方式。

两套并排安装的垂直轴水轮机在来流作用下转动方向相反，每一个转动的水轮机所带动的水流又会对另一个水轮机产生有益影响，从而提高水轮机在该流速下的转速，进而提高发电装置的发电效能。

Claims (5)

1.一种应用导流装置的潮流能发电系统，包括两套垂直轴水轮机发电装置、导流装置、旋转架以及海底基座，其特征是：所述垂直轴水轮机发电装置包括垂直轴水轮机以及发电机，所述垂直轴水轮机包含水轮机叶片（2）、安装架（1）以及转轴（3），水轮机叶片（2）通过安装架（1）与转轴（3）固定连接，转轴（3）通过轴承设置在支撑平台（4）上，位于支撑平台（4）上方的空舱（11）内的发电机由转轴（3）驱动；所述旋转架的支撑平台（4）与旋转轴（7）固定连接，所述海底基座采用连接构件（5）固定连接多个桩腿（6），旋转轴（7）下端的锥形体与一个桩腿（6）上的锥形孔相配合，旋转轴（7）上有一角形板（8）；所述导流装置采用扭转弹簧（9）把两个导流板（10）按要求角度设置在角形板（8）的两侧；所述导流板（10）的长度是水轮机叶片（2）长度的1.15-1.20倍，导流板（10）的宽度是导流板（10）长度的0.10-0.15。

2.根据权利要求1所述的一种应用导流装置的潮流能发电系统，其特征是：所述两套垂直轴水轮机采用并排布置方式安装于旋转架上，水轮机绕旋转轴转动。

3.根据权利要求1所述的一种应用导流装置的潮流能发电系统，其特征是：所述导流装置通过改变海流来方向提高整个发电系统的效率。

4.根据权利要求1所述的一种应用导流装置的潮流能发电系统，其特征是：所述导流装置位置位于水轮机前方或后方。

5.根据权利要求1所述的一种应用导流装置的潮流能发电系统，其特征是：所述导流装置的导流板（10）根据来流情况转动适当的角度对海流进行调整。