CN211852043U - 一种整体集成式潮流能发电装置及包括其的潮流能机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种整体集成式潮流能发电装置及包括其的潮流能机组，属于潮流能机组领域，该发电装置为外转子电机，包括安装有定子的中空轴和安装有转子的机座，机座相对中空轴旋转并带动转子旋转，使转子与定子配合发电，机座与中空轴密封连接，使机座与中空轴之间形成密封隔水空间；机座上环绕安装有至少三个阻尼式叶片，阻尼式叶片包括阻尼器和与其连接的叶片，通过阻尼器产生转动阻力实现叶片的被动变桨。本实用新型采用外转子电机和阻尼式叶片，无偏航系统，通过阻尼式叶片的阻尼式机械被动变桨，实现被动变桨及双向吸收潮流能，结构简单、叶轮强度大、机组结构简单、变桨系统复杂度低、能够不通过偏航系统实现双向利用洋流发电。

Description

一种整体集成式潮流能发电装置及包括其的潮流能机组

技术领域

本实用新型涉及潮流能机组领域，特别是涉及一种整体集成式潮流能发电装置及包括其的潮流能机组。

背景技术

目前随着海洋能源开发逐步深入，各种利用海洋潮流能发电的设备层出不穷，目前双向潮流能发电逐步成为该行业发电设备的主要研发方向。现有设备根据功能需求分割为多个子系统，以实现对双向潮流能的捕获。一般采用带90°变桨功能与偏航系统相结合的方式，也有采用不带偏航但变桨系统叶片具备180°～360°变桨功能的方式。

但海洋环境不同于陆上，在深海环境中，所有旋转部件均需要配备水下专用的旋转密封装置，该类装置成本与密封部件周长成正比。

现有潮流能发电机组叶片多采用类似于风电行业的符合流体动力学结构的翼型设计，生产成本较高。同时，为实现叶片旋转变桨并保证叶片根部具有足够强度，往往将叶片根部直径及壁厚尺寸设计得较大，导致水下专用旋转密封装置用量较大，造成了潮流能发电机组成本的大幅度增加。

此外，现有机组变桨系统包括电动机、变桨轴承、变频器、桨叶角度测量装置等部件，结构复杂，用于陆上风电行业尚可，但海上维护难度高、湿度大等严苛环境对变桨系统可靠性造成了严重威胁。

由于现有机组存在上述种种缺陷造成的成本及维护难度，往往即使样机研制成功，也无法转入量产，无法满足未来海洋潮流能发电领域不断增加的需求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、变桨系统复杂度低、能够不通过偏航系统实现双向利用洋流发电的功能的整体集成式潮流能发电装置及包括其的潮流能机组。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案如下：

一方面，本实用新型提供一种整体集成式潮流能发电装置，为外转子电机，包括安装有定子的中空轴和安装有转子的机座，所述机座相对中空轴旋转并带动所述转子旋转，使所述转子与定子配合发电，所述机座与中空轴密封连接，使机座与中空轴之间形成密封隔水空间；所述机座上环绕安装有至少三个阻尼式叶片，所述阻尼式叶片包括阻尼器和与其连接的叶片，通过阻尼器产生转动阻力实现叶片的被动变桨。

进一步地，所述阻尼器为圆柱式阻尼器。

进一步地，还包括支撑环，所述支撑环安装在阻尼式叶片的旋转轴外圆处，所述支撑环的中心位于所述机座的中心轴线上。

进一步地，所述机座包括圆筒形的机座本体和连接在机座本体两端的导流罩和后端盖，所述后端盖套接在所述中空轴上，所述后端盖与中空轴的接触部位安装有水下专用的旋转密封装置；所述定子位于所述中空轴外壁上，所述转子位于机座本体的内壁上，所述转子套接在定子上。

进一步地，所述定子内嵌有绕线组，所述绕线组用于与电缆连接，所述中空轴上设有用于电缆穿过的通孔，所述中空轴设有所述通孔的部分位于机座形成的空间内。

进一步地，所述通孔为斜孔。

进一步地，在所述中空轴的定子两侧各安装有至少一个轴承，所述轴承外安装有配合轴向夹紧轴承外圈的轴承内盖和轴承外盖，所述轴承外盖与机座固定连接并随机座转动，使所述轴承外圈能随轴承外盖、轴承内盖沿中空轴旋转。

进一步地，所述轴承外盖包括夹持部和连接部，所述夹持部与轴承内盖连接配合夹紧轴承外圈，所述夹持部的截面形状为L形，所述连接部的截面形状为条形，所述连接部一端固定连接在夹持部的一个L形边上，另一端与机座连接。

进一步地，所述轴承外盖和机座通过紧固件连接。

进一步地，所述阻尼器包括芯杆、套接在芯杆上的阻尼套筒，所述阻尼套筒和芯杆之间具有阻尼阻力，所述阻尼套筒与叶片固定连接，当叶片所受的冲击力大于阻尼阻力时阻尼套筒相对芯杆发生旋转，所述芯杆的一端固定连接在机座上。

进一步地，所述芯杆的另一端连接有支撑环，所述支撑环的中心位于所述机座的中心轴线上。

进一步地，所述转子为永磁转子。

进一步地，所述转子的几何中心线与定子的几何中心线对齐。

进一步地，所述导流罩的性状为锥形。

进一步地，还包括中空支架，所述中空支架的一端与中空轴通过法兰连接。

进一步地，还包括平台，所述平台用于固定所述潮流能发电装置，采用漂浮或基座固定于海面上。

进一步地，还包括平台和安装在平台上的中空支架，所述中空支架的另一端与中空轴通过法兰连接，所述平台采用漂浮或基座固定于海面上。

另一方面，提供一种潮流能机组，包括所述的整体集成式潮流能发电装置。

采用这样的设计后，本实用新型至少具有以下优点：

(1)本实用新型采用外转子电机和阻尼式叶片，无偏航系统，通过阻尼式叶片的阻尼式机械被动变桨，实现被动变桨及双向吸收潮流能，被动变桨的原理为：当叶片所受冲击力小于等于转动阻力时，叶片不转动；当叶片所受冲击力大于转动阻力时，叶片转动实现被动变桨。本实用新型具有结构简单、叶轮强度大、机组结构简单、变桨系统复杂度低、能够不通过偏航系统实现双向利用洋流发电的功能，且仅通过机座与中空轴之间为密封连接，使机座与中空轴之间形成密封隔水空间，对叶片根部强度要求低，大大降低了密封成本。

(2)本实用新型仅需要在后端盖之间设置水下专用旋转密封装置用量，大大降低了密封成本，具有更广阔的适用性。

(3)本实用新型通过轴承外盖和轴承内盖夹紧，并与机座连接，使机座旋转更加稳定。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型的整体集成式潮流能发电装置的一个实施例的结构示意图；

图2是本实用新型的整体集成式潮流能发电装置的一个实施例的内部剖面结构示意图；

图3是本实用新型的转子定子的局部剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本实用新型提供一种一种整体集成式潮流能发电装置的实施例，如图 1、图2所示，为外转子电机，包括安装有定子7的中空轴8和安装有转子 6的机座，机座相对中空轴8旋转并带动转子6旋转，使转子6与定子7配合发电，机座与中空轴8密封连接，使机座与中空轴8之间形成密封隔水空间；机座上环绕安装有至少三个阻尼式叶片3，阻尼式叶片3包括阻尼器和与其连接的叶片32，通过阻尼器产生转动阻力实现叶片32的被动变桨。

本实用新型在使用时，通过阻尼器实现叶片的被动变桨，其原理为：当叶片所受冲击力小于等于转动阻力时，叶片不转动；当叶片所受冲击力大于转动阻力时，叶片转动实现被动变桨。本实用新型具有结构简单、叶轮强度大、机组结构简单、变桨系统复杂度低、能够不通过偏航系统实现双向利用洋流发电的功能，且仅通过机座与中空轴之间为密封连接，使机座与中空轴之间形成密封隔水空间，且对叶片根部强度要求低，大大降低了密封成本。

在一个实施例中，阻尼器为圆柱式阻尼器，具体设置可以为：阻尼器包括芯杆33、套接在芯杆33上的阻尼套筒32，阻尼套筒32和芯杆33之间具有阻尼阻力，阻尼套筒32与叶片32固定连接，芯杆的一端固定连接在机座上。当叶片32所受冲击力大于阻尼套筒32与芯杆之间的阻尼阻力时阻尼套筒相对芯杆发生旋转，实现叶片的被动变桨，也就是说当叶片32 所受冲击力小于或等于阻尼套筒32与芯杆之间的阻尼阻力时阻尼套筒不旋转。

为了加强叶片在机组运行过程中的强度，芯杆33的另一端连接有支撑环2，支撑环2的中心位于机座的中心轴线上。

在一个实施例中，转子6一般为永磁转子，转子6的几何中心线与定子7的几何中心线对齐。

为了减少水流对机座的冲击上海，导流罩5的性状为锥形。

在一个实施例中，还包括中空支架1，中空支架1的一端与中空轴8通过法兰连接，电缆13穿过中空支架1内腔；中空支架1通过平台15固定，平台15可以采用漂浮或基座固定于海面上。

在一个实施例中，机座包括圆筒形的机座本体4和连接在机座本体4 两端的导流罩5和后端盖14，后端盖14套接在中空轴8上，后端盖14与中空轴8的接触部位安装有水下专用的旋转密封装置；定子7位于中空轴8 外壁上，转子6位于机座本体4的内壁上，转子6套接在定子7上。整个机组仅后端盖与中空轴的接触部位采用水下专用的旋转密封装置，大大降低了密封成本，使机组具有广泛适用性。

进一步地，定子7内嵌有绕线组12，绕线组12用于与电缆13连接，中空轴8上设有用于电缆13穿过的通孔81，中空轴8设有通孔81的部分位于机座形成的空间内。通孔81优选为斜孔，可以减小对电缆的磨损。

进一步地，在中空轴8的定子7两侧各安装有至少一个轴承10，轴承 10外安装有配合轴向夹紧轴承外圈的轴承内盖11和轴承外盖9，轴承外盖 9与机座固定连接并随机座转动，使轴承外圈能随轴承外盖9、轴承内盖11 沿中空轴8旋转。

进一步地，轴承外盖9包括夹持部和连接部，夹持部与轴承内盖11连接配合夹紧轴承外圈，夹持部的截面形状为L形，连接部的截面形状为条形，连接部一端固定连接在夹持部的一个L形边上，另一端与机座连接。

进一步地，轴承外盖9和机座通过紧固件连接。

另一方面，提供一种潮流能机组，包括上述的整体集成式潮流能发电装置。

本实用新型的安装方式可以为，如图1、图2所示：

a)平台15整体位于海面上，其安装方式可根据需要采用漂浮或基座固定，整个机组通过中空支架1安装在平台15上。

b)中空支架1与中空轴8通过法兰连接，并采用紧固件固定。

c)定子7安装在中空轴8上，定子绕组12嵌入定子7中，通过电缆13 穿过中空轴8上的斜孔、中空式中空支架1与平台15上的变流器连接。斜孔具体位置见附图3。

e)每台机组的中空轴8上至少包含两个轴承10，分别位于中空轴8的定子7两侧，通过热套或冷压方式与中空轴8连接。

f)轴承10的外圈被轴承外盖9、轴承内盖11沿机组轴向夹紧，并随轴承外盖9、轴承内盖11沿转轴8中性线旋转，轴承外盖9与机座4通过紧固件连接。

g)机座是机组所有旋转部件的核心连接件。后端盖14、永磁转子6、导流罩5、阻尼式叶片3均安装在机座本体4上。具体位置见附图2。连接方式优选紧固件连接。其中永磁转子6几何中心线与定子7的几何中性线对齐；整个机组仅后端盖14内径与中空轴8接触部位采用水下专用的旋转密封装置；

h)阻尼式叶片3沿机座本体4外圆圆周均匀分布，数量为3个及以上，本专利实例中优选为5个。具体位置见附图1。

i)阻尼式叶片3旋转轴外圆处，安装有支撑环2，用于加强叶片3在机组运行过程中的强度。

其中，阻尼式叶片3具有如下特点：

1)阻尼式叶片3采用带圆柱式阻尼器的叶片结构；

2)芯杆33两端分别固定在支撑环2和机座本体4上；

3)阻尼套筒32安装在芯杆33中部，有可围绕芯杆32旋转，且阻尼套筒32和芯杆33之间有阻尼阻力；叶片31固定在阻尼套筒32上；叶片可以阻尼器进行被动变桨，具体的：

随着叶片31受水流冲击力的大小变化，当冲击力较大时带动阻尼套筒 32围绕芯杆旋转。具体为：

阻尼器的阻尼值设定与机组额定功率相关联，根据水流速度正比于水流冲击力的规律，在机组吸收的潮流能达到额定功率前，阻尼力大于叶片所承受的水流冲击力，叶片不发生旋转。只有当机组吸收的潮流能超过额定功率后，出于保护机组考虑，叶片随水流速实现被动变桨，保证机组吸收的潮流能一直保持额定功率。

本实用新型整个装置工作原理如下：

1)整个装置为一台外转子结构的永磁发电机。

2)机组叶片变桨采用带阻尼器的叶片，根据水流速度被动变桨。由于叶片可双向摆动，从而实现了在无须偏航的情况下，双向捕获潮流能的目的。

3)当水流流向为正向流动(从叶轮前方到中空支架方向)时：

①叶轮完全张开状态，处于0度位置(如附图1所示)，吸收潮流能量；

②当潮流能量大于机组额定功率后，叶片承受的潮流冲击力大于叶片阻尼器设定力矩，叶片开始旋转，从而减小有效受力面积；

③随着水流速度增加，叶片旋转角度不断增大，直到叶片角度达到90 度，不再吸收潮流能量。

4)当水流流向为反向流动(从中空支架到叶轮方向)时，叶片转动原理与水流正向流动相同，叶片角度范围为0°到-90°。

本实用新型针对现有的潮流能发电行业装置缺陷，提出了一种整体集成式潮流能发电装置，具有结构简单、变桨系统复杂度低、能够不通过偏航系统实现双向利用洋流发电的功能，结构简单，成本较低，便于量产。

本实用新型采用了无偏航系统、带阻尼式机械被动变桨结构的潮流能发电装置。通过阻尼式叶片实现被动变桨及双向吸收潮流能，具有叶片结构简单、叶轮强度大、机组结构简单的特点，并且大幅降低了成本较高的水下专用旋转密封装置用量，具有更广阔的适用性。

本实用新型的发电装置能够利用海洋潮汐的涨潮、退潮现象进行发电，并能够根据海水流向、流速自行变桨调整机组功率。本实用新型利用阻尼式叶片，通过简单的被动变桨装置实现对潮流能量的双向捕捉，在涨潮、退潮时均可进行发电，并能根据水流大小实现对潮流能量定量的捕捉。结构简单，成本较低，便于批量化生产。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种整体集成式潮流能发电装置，其特征在于，为外转子电机，包括安装有定子的中空轴和安装有转子的机座，所述机座相对中空轴旋转并带动所述转子旋转，使所述转子与定子配合发电，所述机座与中空轴密封连接；

所述机座上环绕安装有至少三个阻尼式叶片，所述阻尼式叶片包括阻尼器和与其连接的叶片，通过阻尼器产生转动阻力实现叶片的被动变桨。

2.根据权利要求1所述的整体集成式潮流能发电装置，其特征在于，所述机座包括圆筒形的机座本体和连接在机座本体两端的导流罩和后端盖，所述后端盖套接在所述中空轴上，所述后端盖与中空轴的接触部位安装有水下专用的旋转密封装置；

所述定子位于所述中空轴外壁上，所述转子位于机座本体的内壁上，所述转子套接在定子上。

3.根据权利要求1所述的整体集成式潮流能发电装置，其特征在于，所述定子内嵌有绕线组，所述绕线组用于与电缆连接，所述中空轴上设有用于电缆穿过的通孔，所述中空轴设有所述通孔的部分位于机座形成的空间内。

4.根据权利要求3所述的整体集成式潮流能发电装置，其特征在于，所述通孔为斜孔。

5.根据权利要求1所述的整体集成式潮流能发电装置，其特征在于，在所述中空轴的定子两侧各安装有至少一个轴承，所述轴承外安装有配合轴向夹紧轴承外圈的轴承内盖和轴承外盖，所述轴承外盖与机座固定连接并随机座转动，使所述轴承外圈能随轴承外盖、轴承内盖沿中空轴旋转。

6.根据权利要求5所述的整体集成式潮流能发电装置，其特征在于，所述轴承外盖包括夹持部和连接部，所述夹持部与轴承内盖连接配合夹紧轴承外圈，所述夹持部的截面形状为L形，所述连接部的截面形状为条形，所述连接部一端固定连接在夹持部的一个L形边上，另一端与机座连接；

和/或，所述轴承外盖和机座通过紧固件连接。

7.根据权利要求1至6任一所述的整体集成式潮流能发电装置，其特征在于，所述阻尼器包括芯杆、套接在芯杆上的阻尼套筒，所述阻尼套筒和芯杆之间具有阻尼阻力，所述阻尼套筒与叶片固定连接，所述芯杆的一端固定连接在机座上。

8.根据权利要求7所述的整体集成式潮流能发电装置，其特征在于，所述芯杆的另一端连接有支撑环，所述支撑环的中心位于所述机座的中心轴线上。

9.根据权利要求2所述的整体集成式潮流能发电装置，其特征在于，所述转子为永磁转子；

和/或，所述转子的几何中心线与定子的几何中心线对齐；

和/或，所述导流罩的性状为锥形；

和/或，还包括中空支架，所述中空支架的一端与中空轴通过法兰连接；

和/或，还包括平台，所述平台用于固定所述潮流能发电装置，采用漂浮或基座固定于海面上。

10.一种潮流能机组，其特征在于，包括权利要求1至9任一所述的整体集成式潮流能发电装置。

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