CN101994637A - 一种座底式潮流发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种座底式潮流发电装置。主要包括叶轮、机舱和桩支撑部分；所述桩支撑部分包括立管、套在立管外的套管，连接于套管上的连接架和设置于连接架上的重力沉箱；所述机舱内设有制动器、增速器、信号传感器、信号线和发电机，机舱外设有制动按钮，发电机的转轴通过增速器连接叶轮轴，制动器设置于叶轮轴上，信号传感器设置于发电机的转轴并通过信号线控制制动器；叶轮、机舱设置于导流罩内，导流罩安装于立管上。本发明是一种具有较好启动和发电性能，自适应潮流流向，结构简单，安装、使用方便，制造、施工、运营成本低，不影响航运，适合在潮流能丰富的浅海海域应用，可向沿海地区及岛屿居民提供生产和生活用电的发电装置。

Description

一种座底式潮流发电装置

技术领域

本发明涉及的是一种液力机械和液力发电机。具体地说是一种高性能座底式潮流发电装置。

背景技术

世界范围内，能源的日益短缺和环境的不断恶化，促使世界各国加快绿色能源的开发利用，潮流能作为绿色可再生能源，具有能量密度高、可预测性强、蕴藏量丰富等特点，越来越受到世界各国的重视。

目前，世界众多研发机构或公司已参与到潮流能技术的研究中。其中英国潮流能开发利用技术走在世界前列，已有商业化规模的潮流能电站在筹建。我国开展潮流能开发利用技术研究多年，在哈尔滨工程大学、东北师范大学、浙江大学、中国海洋大学和清华大学等高校取得了丰硕的研究成果。

目前，潮流能发电装置按发电平台的形式可以分为漂浮式和桩基础式，按叶轮结构形式可以分为水平轴式和垂直轴式。与漂浮式发电装置相比，桩基础式发电装置具有发电稳定性好，受海洋风浪冲击影响小，使用年限长的特点。但现有的桩基础式发电装置也存在施工难度大，工程造价高，破坏海域环境，影响航运等问题。与垂直轴潮流发电装置相比，水平轴潮流发电装置技术相对成熟，具有能量利用率高，机构振动小的特点，但现有水平轴潮流发电装置也存在启动性能和适应流向性能差的问题。分析漂浮式和桩基础式流能发电装置，水平轴式和垂直轴式潮流能发电装置的各自特点，发明一种具有较好启动和发电性能，自适应潮流流向，结构简单，安装、使用方便，制造、施工、运营成本低，不影响航运，适合在潮流能丰富的浅海海域应用，可向沿海地区及岛屿居民提供生产和生活用电的高性能潮流发电装置，并提供制造方法。

公开号为CN 101705904A的专利文件中公开了一种大功率垂直轴潮流发电装置。重力式塔柱基座1与塔柱2之间通过万向球铰3连接，机舱4安装在塔柱顶端，机舱外缘分布有锚链板眼5用缆绳6将浮桶7与锚链接在锚8上，水轮机主轴9套在塔柱上，水轮机主轴的两端设置有轴承，水轮机叶片12由轮辐13均布固定在主轴的轴毂14上，主轴上的伞形齿轮15在机舱内与发电机16轴上的小伞齿轮17咬合，主轴的上端与机舱下壁及塔柱加装密封轴套18，机座与万向球铰之间由法兰盘19连接，为沿海和众多岛屿及偏远地区，尤其是国家电网覆盖不到海岛居民提供生产生活需要的清洁的可再生能源，发挥积极社会效益。公开号为CN 101705904A发明专利的大功率垂直轴潮流发电装置与本发明的一种高性能座底式潮流发电装置在结构组成和形式、具体工作方式和性能上存在明显不同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较好启动和发电性能，自适应潮流流向，结构简单，安装、使用方便，制造、施工、运营成本低，不影响航运的高性能座底式潮流发电装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的座底式潮流发电装置主要包括叶轮、机舱和桩支撑部分；所述桩支撑部分包括立管、套在立管外的套管，连接于套管上的连接架和设置于连接架上的重力沉箱；所述机舱内设有制动器、增速器、信号传感器、信号线和发电机，机舱外设有制动按钮，发电机的转轴通过增速器连接叶轮轴，制动器设置于叶轮轴上，信号传感器设置于发电机的转轴并通过信号线控制制动器；叶轮、机舱设置于导流罩内，导流罩安装于立管上。

本发明还可以包括：

1、所述的导流罩分为入口、喉部和出口三个断面，外侧设有结构加强板，出口处设有导向板，导向板为流线型。

2、所述叶轮为双叶或多叶结构，前端设有流线型轮毂，叶轮叶片的叶根厚，叶梢薄。

3、立管和套管间设有水润滑轴承。

4、所述重力沉箱有四个，所述连接架由连接于各重力沉箱与套管之间、连接于两相邻重力沉箱之间的连接管构成。

本发明的高性能座底式潮流发电装置的制造方法包括：所述导流罩、叶轮轴、机舱、机舱支撑板、导向板、立管和桩支撑部分采用钢质耐腐蚀材料；所述叶片采用高强度玻璃钢材料；所述导向板与导流罩出口焊接连接；所述机舱密封处理；所述机舱支撑板一端与机舱焊接连接，另一端与导流罩内壁面焊接连接；所述立管与导流罩焊接连接，焊接点位于导流罩喉部处；所述重力沉箱间、重力沉箱与连接管间、连接管与套管间采用焊接连接方式；所述重力沉箱镀铬处理，内部可填充石块、混凝土等压载物；所述立管和套管镀铬处理；所述水润滑轴承采用复合橡胶材料。

本发明是一种具有较好启动和发电性能，自适应潮流流向，结构简单，安装、使用方便，制造、施工、运营成本低，不影响航运，适合在潮流能丰富的浅海海域应用，可向沿海地区及岛屿居民提供生产和生活用电的发电装置。

本发明具有如下特点：(1)采用座海底重力摩擦固定，置于水下，降低了制造、施工、维护和管理的成本，降低了施工对海域环境的破坏，不影响航运；(2)采用了导流罩设计，装置具有较好的启动和发电性能；(3)采用了流线型导向板、立管、套管和水润滑轴承设计，发电装置具有潮流流向自适应性，具有较高的发电性能；(4)采用了立管、套管连接方式，使装置模块化，方便装置运输、安装、施工、检修和维护；(5)采用了信号传感器和制动器设计，提高装置运行的安全性，便于装置检修和维护。

附图说明

图1高性能座底式潮流发电装置侧视图；

图2导流罩侧视图；

图3机舱内部剖视图；

图4桩支撑部分俯视图；

图5机舱支撑板横剖面示意图。

具体实施方式

本发明的高性能座底式潮流发电装置主要包括导流罩、叶轮、叶轮轴、机舱、机舱支撑板、导向板、立管和桩支撑部分。

所述导流罩用于提高叶轮对潮流的能量利用率，进而提高发电装置的发电性能。导流罩分为入口、喉部和出口三个断面，外侧设有结构加强板，用于加强导流罩的结构强度。出口处设有导向板，用于调节导流罩方向。导向板为流线型。

所述叶轮用于将潮流动能转换成机械能，为双叶或多叶结构，前端设有流线型轮毂，后端设有叶轮轴，用于带动发电机。叶轮叶片叶根厚，叶梢薄。

所述机舱用于容纳发电机组，机舱内设有制动器、增速器、信号传感器、信号线和发电机，机舱外设有制动按钮。制动器用于装置检修、维护及非正常工作时停止装置运行，增速器用来提高发电机转速，信号传感器用于非正常工作时向制动器提供制动信号，发电机用于将机械能转换成电能，制动按钮用于控制制动器开关。机舱为圆柱形，由流线型机舱支撑板支撑，置于导流罩内。机舱支撑板内设有两根机舱支撑管。

所述立管上端与导流罩相连，下端插入套管内，立管和套管间设有水润滑轴承，导流罩、叶轮、叶轮轴、机舱、机舱支撑板、导向板和立管等构成的转子部分可通过水润滑轴承在套管内转动

所述桩支撑部分用于支撑立管、导流罩、叶轮和机舱等构件，包括重力沉箱、连接管和套管。重力沉箱设有四个，用于发电装置的重力摩擦固定。重力沉箱间、重力沉箱与套管间通过连接管连接，以加强结构强度。

下面结合附图举例对本发明进行详细说明：

结合图1-图5，本发明包括一个导流罩1、一个叶轮2、一根叶轮轴3、一个机舱4、三个机舱支撑板5、一个导向板6、一个立管7和桩支撑部分。

导流罩1分为导流罩入口14、导流罩喉部15和导流罩出口16三个断面，外侧设有外结构加强板9，外结构加强板9下焊有四块内结构加强板10。导流罩1上设有导向板6，导向板6铅垂设于导流罩出口16外边上。导向板6采用NACA0018翼型，展弦比为8。叶轮2为双叶或多叶结构，置于导流罩喉部15位置，前端设有流线型轮毂8，轮毂8最大直径与机舱4直径相等，后端设有叶轮轴3，叶轮轴3与机舱4内的机组相连。叶轮2叶片叶根厚，叶梢薄。叶梢距导流罩1内壁面5-10毫米。机舱4为圆柱型，内部设有制动器17、增速器18、信号传感器19、信号线22和发电机20，机舱4外设有制动按钮21。制动器17用于装置检修、维护及非正常工作时停止装置运行，一端与叶轮轴3相连，另一端与增速器18相连；增速器18用来提高发电机20转速，一端与制动器17相连，另一端与信号传感器19相连；信号传感器19用于装置非正常工作时向制动器17提供制动信号，一端与增速器18相连，一端与发电机20相连。机舱4由三块流线型机舱支撑板5支撑，置于导流罩1内。流线型机舱支撑板5为NACA0018翼型，展弦比为10，一端与导流罩1内壁面连接，另一端与机舱4连接。三个机舱支撑板5成120度角度差，弦线面与导流罩出口16断面垂直。每个机舱支撑板5内设有机舱支撑1号管23和机舱支撑2号管24，用于增大机舱支撑板5的强度。立管7上端与导流罩1连接，下端插入套管13内。立管7和套管13间设有两个水润滑轴承25，分别位于套管13的上端和下端。套管13上端开口大，呈喇叭形，方便装置的水下安装，导流罩1、叶轮2、机舱4和立管7等作为为转子部分通过水润滑轴承25在套管13内转动，适应潮流流向变化。桩支撑部分包括四个重力沉箱11、二十根连接管12和一根套管13。立管7和套管13间通过水润滑轴承25连接。重力沉箱11为圆柱型结构，内部可填充石块、混凝土等压载物，用于发电装置的重力摩擦固定。重力沉箱11间、重力沉箱11与套管13间通过连接管12连接，以加强结构强度。

工作时，桩支撑部分支撑导流罩1、叶轮2、机舱4、立管7等转子部分，重力摩擦固定于海底。涨潮时，涨潮流经导流罩入口14流入，推动导流罩1内叶轮2转动，叶轮2经叶轮轴3、制动器17、增速器18、信号传感器19带动发电机20发电，退潮时，潮流流向发生改变，转子部分经导向板6作用，改变方向，退潮流经导流罩入口14流入，推动叶轮2转动，带动发电机20发电，将潮流动能转换为电能。装置检修或维护时按下制动按钮21，叶轮2被制动，发电装置停止工作，按起制动按钮21，叶轮2转动，装置恢复工作。当流速过小或过大时，信号传感器19经信号线22发出制动信号，制动器17制动，装置停止工作，当流速正常时，信号传感器19经信号线22发出启动信号，制动器17停止制动，叶轮2旋转，发电装置恢复工作。

Claims (5)

1.一种座底式潮流发电装置，主要包括叶轮、机舱和桩支撑部分；其特征是：所述桩支撑部分包括立管、套在立管外的套管，连接于套管上的连接架和设置于连接架上的重力沉箱；所述机舱内设有制动器、增速器、信号传感器、信号线和发电机，机舱外设有制动按钮，发电机的转轴通过增速器连接叶轮轴，制动器设置于叶轮轴上，信号传感器设置于发电机的转轴并通过信号线控制制动器；叶轮、机舱设置于导流罩内，导流罩安装于立管上。

2.根据权利要求1所述的座底式潮流发电装置，其特征是：所述的导流罩分为入口、喉部和出口三个断面，外侧设有结构加强板，出口处设有导向板，导向板为流线型。

3.根据权利要求2所述的座底式潮流发电装置，其特征是：所述叶轮为双叶或多叶结构，前端设有流线型轮毂，叶轮叶片的叶根厚，叶梢薄。

4.根据权利要求3所述的座底式潮流发电装置，其特征是：立管和套管间设有水润滑轴承。

5.根据权利要求4所述的座底式潮流发电装置，其特征是：所述重力沉箱有四个，所述连接架由连接于各重力沉箱与套管之间、连接于两相邻重力沉箱之间的连接管构成。

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