專利名稱：無軸海流渦輪發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可再生新能源領域，具體地說涉及一種無軸海流渦輪發(fā)電機。
背景技術：
當今全球范圍的石化能源過度使用，造成資源枯竭和環(huán)境惡化的問題日顯突出。 可再生資源逐漸受到更多的關注。地球表面的71%都是海洋，其蘊育著巨大的可再生海流能資源，全世界海流能的理論估算值約為108kW量級。一般而言，雖然海流的流速較風速為低，但由于海水密度是空氣的800多倍，故海流能的能源密度仍高于風能的密度。利用海流發(fā)電的研究發(fā)展始于1970年代。就目前所發(fā)展的海流渦輪機，就結構而言可分為軸流式渦輪發(fā)電機與徑流式渦輪發(fā)電機。不管是哪種結構均存在較為復雜的軸系結構，增加了渦輪發(fā)電機的重量，且在工作的時候，軸系還會產生一系列的振動以及受力平衡等對系統(tǒng)產生破壞作用的問題，要解決這些問題，就會大大增加發(fā)電機系統(tǒng)的復雜性。

發(fā)明內容
為解決上述的技術問題，本發(fā)明提供了一種可避免復雜軸系中軸系振動問題、平衡問題以及磨損等問題的無軸海流渦輪發(fā)電機。本發(fā)明的技術方案是，提供一種具有以下結構的無軸海流渦輪發(fā)電機，它包括外殼單元和渦輪驅動單元；所述的外殼單元內設有相互配合的發(fā)電機定子單元和發(fā)電機轉子單元，其特征在于所述的外殼單元包括呈中空筒狀的外殼；所述的渦輪驅動單元位于外殼內，所述的發(fā)電機轉子單元固定安裝在渦輪驅動單元上；所述的渦輪驅動單元與發(fā)電機定子單元之間經約束平衡單元配合連接。所述的發(fā)電機定子單元包括發(fā)電機定子支架、發(fā)電機定子，所述的發(fā)電機定子固定在發(fā)電機定子支架內，所述的發(fā)電機定子支架與外殼的內壁固定連接；所述的發(fā)電機轉子單元包括發(fā)電機轉子支架、發(fā)電機轉子，所述的發(fā)電機轉子固定安裝在發(fā)電機轉子支架上；所述的渦輪驅動單元包括渦輪葉片外支筒體，渦輪葉片、渦輪葉片內支筒體，所述的渦輪葉片外支筒體為為中空的筒體，所述的渦輪葉片內支筒體為封閉的腔體，所述的渦輪葉片固定安裝在渦輪葉片外支筒體和渦輪葉片內支筒體之間；所述的發(fā)電機轉子支架與渦輪葉片外支筒體之間經兩塊環(huán)形第一側板固定連接； 所述的兩塊環(huán)形第一側板與發(fā)電機轉子支架和渦輪葉片外支筒體配合組成封閉的空腔。所述的約束平衡單元安裝在發(fā)電機定子支架和渦輪葉片外支筒體之間。所述的約束平衡單元是指，所述的發(fā)電機定子支架與渦輪葉片外支筒體之間設有兩組磁軸承結構，所述的兩組磁軸承結構對稱布置。所述的每組磁軸承結構均包括相互排斥的激勵磁線圈和永磁環(huán)，所述的激勵磁線圈均固定安裝在發(fā)電機定子支架上，所述的永磁環(huán)均固定安裝在渦輪葉片外支筒體上，所述的激勵磁線圈均與永磁環(huán)交錯布置且永磁環(huán)均靠近內側。
所述的發(fā)電機定子支架與渦輪葉片外支筒體之間的磁軸承結構處還都設有軸向限位軸承和徑向限位軸承。所述的約束平衡單元是指，所述的發(fā)電機定子支架與渦輪葉片外支筒體之間設有兩組水壓力軸承結構，所述的兩組水壓力軸承結構對稱布置。所述的水壓力軸承包括相互配合的固定端和轉動端、主水管、以及壓力水源，所述的固定端與轉動端之間配合組成壓力水腔，所述的壓力水腔經主水管與壓力水源連通。所述的每組水壓力軸承結構均包括用于軸向限位的水壓力軸承和用于徑向限位的水壓力軸承。所述的用于軸向限位的水壓力軸承上的壓力水腔內設有將壓力水腔分割成兩個獨立腔室的密封圈，所述的兩個獨立的腔室均經布水管與主水管連通。所述的用于徑向限位的水壓力軸承上的壓力水腔設有排水口。它還包括導流口單元，所述的導流口單元位于渦輪驅動單元的兩端且與渦輪驅動單元相配合；所述的導流口單元包括兩個導流口，所述的兩個導流口分別位于渦輪葉片外支筒體的兩端并與渦輪葉片外支筒體組成異徑通道。它還包括支撐單元，所述的外殼單元固定安裝在支撐單元上；所述的支撐單元包括支撐體，所述的支撐體為中空封閉腔體，所述的支撐體內設有可以往支撐體內注水或者排水的水泵。采用上述結構后，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點和有益效果將發(fā)電機轉子直接安裝在該驅動部分(渦輪驅動單元)上，通過約束平衡單元實現(xiàn)驅動部分與發(fā)電機定子之間的連接限位，實現(xiàn)發(fā)電機定子和發(fā)電機轉子配合工作發(fā)電， 巧妙的將提供動力的驅動部分設置為與發(fā)電機為一個整體，就形成了無軸系設計結構，既降低了制造成本又減輕了發(fā)電機的整體重量，更重要的是避免了采用復雜軸系所帶來的軸系振動問題、平衡問題以及磨損等問題。另外，采取增加導流口單元的措施，由導流口單元與渦輪驅動單元的渦輪葉片外支筒體構成異徑通道，提高海流通過的渦輪驅動單元時的流速(文丘里效應)，進而提高海流能源的轉化率。為了便于對發(fā)電機進行檢測、維修、安裝等操作，所采用的用于支撐發(fā)電機的支撐體為中空的封閉體并在其內部設置一個水泵，這樣，通過水泵調整支撐體的浮力進而實現(xiàn)發(fā)電機在海水中的升降。


圖1為本發(fā)明無軸海流渦輪發(fā)電機的結構示意圖；圖2為本發(fā)明的主視圖；圖3為本發(fā)明的側視圖；圖4為本發(fā)明無軸海流渦輪發(fā)電機主體部分的正面剖視圖(磁軸承結構)；圖5為本發(fā)明無軸海流渦輪發(fā)電機主體部分的側面剖視圖(磁軸承結構)；圖6為圖5中A處的放大示意圖(磁軸承結構)；圖7為本發(fā)明無軸海流渦輪發(fā)電機主體部分的側面剖視圖(水壓力軸承結構)圖8為圖7中B處的放大示意圖9為為本發(fā)明無軸海流渦輪發(fā)電機中用于軸向限位的水壓力軸承的結構示意圖；圖10為為本發(fā)明無軸海流渦輪發(fā)電機中用于徑向限位的水壓力軸承的結構示意圖；圖中所示1、外殼單元；1. 1、外殼；2、渦輪驅動單元；2. 1、渦輪葉片外支筒體；2. 2、 渦輪葉片；2. 3、渦輪葉片內支筒體；3、發(fā)電機定子單元；3. 1、發(fā)電機定子支架；3. 2、發(fā)電機定子；4、發(fā)電機轉子單元；4. 1、發(fā)電機轉子支架；4. 2、發(fā)電機轉子；5、約束平衡單元；5A、磁軸承結構；5A1、激勵磁線圈；5A2、永磁環(huán)；5B、水壓力軸承結構；5BZ、用于軸向限位的水壓力軸承；5BJ、用于徑向限位的水壓力軸承；5B1、固定端；5B2、轉動端；5B3、主水管；5B4、壓力水腔；5B5、密封圈；5B6、布水管；5B7、排水口 ；6、導流口單元；6. 1、導流口 ；7、支撐單元； 7. 1、支撐體；8、空腔；9、軸向限位軸承；10、徑向限位軸承；11、第一加強板；12、第一側板； 13、第二側板；14、第二加強板；15、第三加強板。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，本發(fā)明無軸海流渦輪發(fā)電機是由幾個大的單元組成的，每個大的單元又由多個功能部件組成，每個部件均有其各自的功能，由各個部件之間的配合作用完成整個裝置的工作，進而實現(xiàn)發(fā)電功能。首先，本發(fā)明無軸海流渦輪發(fā)電機包括外殼單元1和渦輪驅動單元2 ；所述的外殼單元1內設有相互配合的發(fā)電機定子單元3和發(fā)電機轉子單元4。其中，上述的外殼單元1包括呈中空筒狀的外殼1. 1，整個裝置中有多個大的單元安裝在外殼單元1上，這里的發(fā)電機定子單元3、發(fā)電機轉子單元4以及渦輪驅動單元2都是安裝在外殼1. 1內，發(fā)電機定子單元3和發(fā)電機轉子單元4之間工作原理為發(fā)電機行業(yè)的通用技術，在本實施例中不做過多的描述。本發(fā)明無軸海流渦輪發(fā)電機中不同于常規(guī)技術手段的技術方案還有上述的渦輪驅動單元2位于外殼1. 1內且所述的發(fā)電機轉子單元4固定安裝在渦輪驅動單元2上，而所述的渦輪驅動單元2與發(fā)電機定子單元3之間設有約束平衡單元5，該約束平衡單元5的作用是支撐渦輪驅動單元2和發(fā)電機轉子單元4，使他們與發(fā)電機定子單元3安裝連接在一起，并限制它們與發(fā)電機定子3之間的位置，實現(xiàn)發(fā)電機定子單元3和發(fā)電機轉子單元4之間配合發(fā)電。這樣，上述的外殼單元1、發(fā)電機定子單元3、發(fā)電機轉子單元4、渦輪驅動單元2組裝后構成本發(fā)明無軸海流渦輪發(fā)電機的主體部分。上述方案中各個大的單元的具體結構分別如下所述的發(fā)電機定子單元3包括發(fā)電機定子支架3. 1、發(fā)電機定子3. 2，所述的發(fā)電機定子3. 2固定在發(fā)電機定子支架3. 1內，所述的發(fā)電機定子支架3. 1的形狀結構與外殼 1. 1相類似，也為環(huán)形筒狀，通過第一加強板11使發(fā)電機定子支架3. 1與外殼1. 1的內壁固定連接，兩者組成有較大強度和剛性的結構以承載無軸海流渦輪發(fā)電機主體的主要重量以及發(fā)電時所產生的強大的扭力。發(fā)電機定子單元3安裝完成后用防腐絕緣材料(如環(huán)氧樹脂)進行密封處理。
所述的發(fā)電機轉子單元4包括發(fā)電機轉子支架4. 1、發(fā)電機轉子4. 2，所述的發(fā)電機轉子4. 2固定安裝在發(fā)電機轉子支架4. 1上；所述的渦輪驅動單元2包括渦輪葉片外支筒體2. 1，渦輪葉片2. 2、渦輪葉片內支筒體2. 3，所述的渦輪葉片外支筒體2. 1為為中空的筒體，所述的渦輪葉片內支筒體2. 3為封閉的腔體，這樣，該腔體工作時可以為渦輪驅動單元2提供浮力，所述的渦輪葉片2. 2固定安裝在渦輪葉片外支筒體2. 1和渦輪葉片內支筒體2. 3之間；發(fā)電機轉子支架4. 1與渦輪葉片外支筒體2. 1之間通過兩個環(huán)形第一側板12固定連接到一起，實現(xiàn)了將發(fā)電機轉子單元4安裝到渦輪驅動單元2上，而所述的兩塊環(huán)形第一側板12與發(fā)電機轉子支架4. 1以及渦輪葉片內支筒體2. 3均為密封連接，這樣，所述的兩塊環(huán)形第一側板12與發(fā)電機轉子支架4. 1和渦輪葉片外支筒體2. 1配合組成封閉的空腔8，該空腔8可以降低重量，且又能給渦輪驅動單元2 (包括發(fā)電機轉子單元4)提供更多的浮力。由于渦輪驅動單元2與發(fā)電機定子單元3之間是通過約束平衡單元5實現(xiàn)連接的， 給渦輪驅動單元2 (包括發(fā)電機轉子4)提供更多的浮力，也有助于降低約束平衡單元5的受力情況。同樣，發(fā)電機轉子單元4安裝完成后也用防腐絕緣材料(如環(huán)氧樹脂)進行密封處理。結合上述發(fā)電機定子4和渦輪驅動單元2的具體結構，所述的約束平衡單元5安裝在發(fā)電機定子支架3. 1和渦輪葉片外支筒體2. 1之間，由該約束平衡單元5對發(fā)電機定子支架3. 1與渦輪葉片外支筒體2. 1分別進行軸向和徑向限位進而實現(xiàn)兩者的連接，也就將外殼單元1和發(fā)電機定子單元3與渦輪驅動單元2和發(fā)電機轉子單元4組裝在一起形成了一個整體。安裝有發(fā)電機轉子單元4的渦輪驅動單元2相當于普通發(fā)電機的轉子，安裝在外殼單元1內的發(fā)電機定子單元3相當于普通發(fā)電機的定子。渦輪葉片內支筒體2. 3為空心腔體以及發(fā)電機轉子支架4. 1和渦輪葉片外支筒體 7. 1之間的空腔8的具體大小在實際的制造過程中，根據(jù)渦輪驅動單元2(包括發(fā)電機轉子單元4)的重量來確定，最好是可以使它們在海水中浮力與渦輪驅動單元2 (包括發(fā)電機轉子單元4)的重量相當，可以盡量降低約束平衡單元5的受力情況。這樣就可使渦輪驅動單元2和發(fā)電機轉子單元4兩部分在海水中整體處于懸浮狀態(tài)，需要約束和平衡的力主要是軸向的海流沖擊力，海流流速相對較低，且處于較穩(wěn)定的狀態(tài)，渦輪的轉速也會較低，所以不平衡的力相對是較為平穩(wěn)的，約束平衡單元5由于系統(tǒng)結構的優(yōu)勢而顯得簡單和易于控制。在本實施例中，提供了兩種不同結構的約束平衡單元5。為便于說明原理，以下對約束平衡單元5的描述中，軸向均是指渦輪葉片外支筒體2. 1軸線的方向，而徑向均是指渦輪葉片外支筒體2.1徑向方向。第一種在發(fā)電機定子支架3. 1與渦輪葉片外支筒體2. 1之間設有兩對磁軸承結構5A，所述的兩對磁軸承結構5A對稱布置。即這兩對磁軸承結構5A對稱的安裝在發(fā)電機定子支架3. 1和渦輪葉片外支筒體2. 1兩端。所述的每對磁軸承結構5A均包括相互排斥的激勵磁線圈5A1和永磁環(huán)5A2，即其中的激勵磁線圈5A1通電流之后與永磁環(huán)5A2為相互排斥關系。激勵磁線圈5A1分別通過環(huán)形第二側板13固定安裝在發(fā)電機定子支架3. 1上靠近兩端部的位置，其中，激勵磁線圈5A1與第二側板13固定連接，第二側板13與發(fā)電機定子支架3. 1固定連接。所述的永磁環(huán) 5A2分別固定安裝在渦輪葉片外支筒體2. 1上靠近兩端部的位置。為保證環(huán)形第二側板13 的強度，還可以為環(huán)形第二側板13設置第三加強板15。每對磁軸承結構中安裝在渦輪葉片外支筒體2. 1上的永磁環(huán)5A2位于安裝在發(fā)電機定子支架3. 1上的激勵磁線圈5A1的下方，但每對磁軸承結構中的激勵磁線圈5A1均與永磁環(huán)5A2之間有錯位，并不是對齊設置， 而是交錯布置且永磁環(huán)5A2均靠近內側，如圖所示，單以渦輪葉片外支筒體2. 1為例，永磁環(huán)5A2在渦輪葉片外支筒體2. 1上的位置與激勵磁線圈5A1相對渦輪葉片外支筒體2. 1的位置相比，永磁環(huán)5A2是靠近內側的。為實現(xiàn)本發(fā)明目的，本結構還需配置主要由間隙測量傳感器和控制器組成的監(jiān)測控制裝置(圖中未示出)。通過間隙測量傳感器，分別檢測渦輪葉片外支筒體2. 1與發(fā)電機定子支架3. 1之間距離(徑向間隙)以及第二側板13與第一側板12之間的距離(軸向間隙)，傳感器測量的信號用于監(jiān)控和控制各激勵磁線圈5A1的電流，使激勵磁線圈5A1產生的磁場發(fā)生相應的變化，達到控制發(fā)電機轉子4. 2和發(fā)電機定子3. 2之間保持設定的空隙量。原理如下徑向間隙通過激勵磁線圈5A1和永磁環(huán)5A2之間的斥力使兩者之間始終存在一定間隙，當渦輪驅動單元2被海水沖擊發(fā)生振動時(比如向下振動)，由于斥力是沿繞渦輪葉片外支筒體2. 1分布的，渦輪葉片外支筒體2. 1底部的間隙瞬間減小，而斥力瞬間增力口， 而渦輪葉片外支筒體2. 1頂部間隙處的間隙瞬間增大，而斥力瞬間減小，這樣渦輪驅動單元2就受到向上的推力，向下振動時，渦輪驅動單元2受到往下的推力，如此反復直至平衡， 從而實現(xiàn)發(fā)電機定子單元3與發(fā)電機轉子單元4之間的徑向限位。軸向間隙如圖所示，渦輪驅動單元2(包括發(fā)電機轉子單元4)往左偏移時，左側的軸向間隙瞬間減小，右側的軸向間隙瞬間增大，左側的永磁環(huán)5A2沿渦輪驅動單元2的軸線方向移動，左側的永磁環(huán)5A2與左側的激勵磁線圈5A1之間在渦輪驅動單元2的軸線方向上的斥力逐漸增加，而右側的永磁環(huán)5A2與右側的激勵磁線圈5A1之間的斥力恰好相反， 是逐漸減小的，這樣，渦輪驅動單元2(包括發(fā)電機轉子單元4)就受到往右的作用力，把渦輪驅動單元2 (包括發(fā)電機轉子單元4)往右推移；渦輪驅動單元2 (包括發(fā)電機轉子單元4) 往左偏移時，渦輪驅動單元2 (包括發(fā)電機轉子單元4)受到的作用力的方向相反，將渦輪驅動單元2 (包括發(fā)電機轉子單元4)往左推移，如此反復作用，直至渦輪驅動單元2 (包括發(fā)電機轉子單元4)達到平衡。為保險起見，防止上述的磁軸承結構5A損壞時本發(fā)明還能夠正常工作，避免上面所說的“普通發(fā)電機的轉子”與“普通發(fā)電機的定子”之間發(fā)生撞擊損壞，在上述的兩處磁軸承結構5A處還都分別設有軸向限位軸承9和徑向限位軸承10，所述的軸向軸承9安裝在第一側板12和第二側板13之間，所述的軸向軸承9用于防止發(fā)電機定子單元3與發(fā)電機轉子單元4(亦即渦輪驅動單元幻之間相對渦輪葉片外支筒體7. 1的軸向撞擊，而徑向軸承 10安裝在第二側板13和渦輪葉片外支筒體2. 1之間，徑向軸承10用于防止發(fā)電機定子單元3與發(fā)電機轉子單元4(亦即渦輪驅動單元幻之間相對渦輪葉片外支筒體7. 1的徑向撞擊。這里的軸向軸承9和徑向軸承的結構為通用技術，只是尺寸應根據(jù)具體的實施例中的無軸海流渦輪發(fā)電機的尺寸確定。第二種
如圖7、圖8、圖9、圖10所述的約束平衡單元5是指，所述的發(fā)電機定子支架3. 1 與渦輪葉片外支筒體2. 1之間對稱的設有兩組分別用于軸向限位和用于徑向限位的水壓力軸承5B結構，兩組水壓力軸承結構5B的安裝位置與上述的磁軸承結構5A的位置相同， 也是對稱布置在發(fā)電機定子支架3. 1和渦輪葉片外支筒體2. 1兩端。上述的水壓力軸承5B均包括相互配合的固定端5B1和轉動端5B2、主水管5B3、以及壓力水源(圖中未示出)，所述的固定端5B1與轉動端5B2之間配合組成壓力水腔5B4， 就整體結構而言，壓力水腔5B4的整體形狀為環(huán)形空腔，所述的壓力水腔5B4經主水管5B3 與壓力水源連通。工作時所需的具有一定的壓力水源是由水泵提供的，主水管5B3與水泵連接，由水泵控制壓力水腔5B4內的水壓。上述的每組水壓力軸承5B均包括用于軸向限位的水壓力軸承5BZ和用于徑向限位的水壓力軸承5BJ。其中，用于軸向限位的水壓力軸承5BZ的固定端5B1分別安裝在發(fā)電機定子支架 3. 1兩端處的第二側板13上，主水管5B3也是安裝在第二側板13上，轉動端5B2固定安裝在第一側板12上，固定端5B1與轉動端5B2配合組成壓力水腔5B4的同時，兩者之間還需留有軸向間隙(dl)和徑向間隙(d2)，固定端5B1和轉動端5B2之間的壓力水腔5B4內設有將壓力水腔5B4密封的密封圈5B5，該密封圈5B5將壓力水腔5B4分割成兩個獨立的腔室，所述的兩個獨立的腔室均經布水管5B6與主水管5B3連通。使密封圈5B5的兩側面與兩個獨立腔室的接觸面積不等，工作時密封圈5B5兩側面所受到的壓力也不等，如圖所示， 這樣，就可以使密封圈5B5與轉動端5B2緊貼，保證兩個獨立腔室之間的密封。為實現(xiàn)本發(fā)明目的，本結構也需配置主要由間隙測量傳感器和控制器組成的監(jiān)測控制裝置(圖中未示出)。通過間隙測量傳感器，檢測第二側板13與第一側板12之間的距離(軸向間隙)信號，以外力導致渦輪驅動單元2(包括發(fā)電機轉子單元4)往右側偏移為例，間隙測量傳感器監(jiān)測到左側第二側板13與第一側板12之間間隙增大(左側用于軸向限位的水壓力軸承5BZ上的間隙dl也做相應的增大)，而右側檢測第二側板13與第一側板12之間的間隙減小(右側用于軸向限位的水壓力軸承5BZ上的間隙dl也做相應的增減小)，信號傳給控制器，控制器向左側的水泵(壓力水源)發(fā)出降低壓力的指令，向右側的水泵(壓力水源)發(fā)出提高壓力的指令，這樣，左側的壓力水腔5B4內的水壓減小，而右側的壓力水腔5B4內的壓力增大，渦輪驅動單元2受到往左的作用力，由該作用平衡上述的外力，實現(xiàn)渦輪驅動單元2的平衡穩(wěn)定。上述的壓力水腔5B4雖然被密封圈5B5分割成兩個獨立腔室，由于它們與相同的壓力水源連通，故兩個獨立腔室內的水壓是相同的，又由于與密封圈5B5兩側面接觸腔室的面積不同(實際上這兩個腔室中，一個腔室是密封圈5B5和固定端5B1之間組成的，密封圈5B5與該腔室的接觸面積大，另一個腔室是密封圈5B5、轉動端5B2以及固定端5B1共同組成的，密封圈5B5與該腔室的接觸面積小)。這樣可以使密封圈5B5始終跟隨轉動端5B2左、右移動(在本例中是往右移動)并保持緊貼密封。用于徑向限位的水壓力軸承5BJ的固定端5B1安裝在第二側板13上，主水管5B3 也是安裝在第二側板13上，轉動端5B2安裝在渦輪葉片外支筒體2. 1上，固定端5B1與轉動端5B2配合組成壓力水腔5B4的同時，兩者之間也需留有軸向間隙(dl)和徑向間隙(d2)， 用于徑向限位的水壓軸承上的壓力水腔5B4設有排水口 5B7，由于用于徑向限位的水壓力軸承5BJ上的壓力水腔5B4只是一個獨立的腔室，壓力水腔5B4直接通過接管與主水管5B3連通。利用渦輪葉片內支筒體7. 2個空腔8的浮力作用大致抵消渦輪驅動單元2 (包括發(fā)電機轉子單元4，以及用于徑向限位的水壓力軸承5BJ的轉動端5B2)的重力，渦輪驅動單元2就基本上是出于懸浮狀態(tài)，以外力導致渦輪驅動單元2 (包括發(fā)電機轉子單元4)往下側偏移為例發(fā)電機定子單元3與發(fā)電機轉子單元4之間底部的間隙減小，用于徑向限位的水壓力軸承5BJ固定端5B1與轉動端5B2底部位置的間隙d2也做相應的減小，發(fā)電機定子單元3與發(fā)電機轉子單元4之間頂部的間隙增大(用于徑向限位的水壓力軸承5BJ頂部位置的間隙d2也做相應的減增大)，用于徑向限位的水壓力軸承5BJ固定端5B1與轉動端 5B2底部位置之間的水壓瞬間增大，頂部位置之間的水壓瞬時減小，這樣就可以給渦輪驅動單元2施加往上的作用力，該作用力抵消干擾平衡的外力，使渦輪驅動單元2恢復平衡。上述的兩種約束平衡單元只是兩種工作原理不同的具體的實施方式，其目的以及效果是相同的將安裝在外殼單元1上的發(fā)電機定子單元3與安裝在渦輪驅動單元2上的發(fā)電機轉子單元4組裝到一起成為一個整體，進而能夠工作發(fā)電。從他們的具體結構上可以得出，他們均是通過徑向限位的方式保證發(fā)電機定子單元3與發(fā)電機轉子4之間始終存在一定的間隙(由圖可知，該間隙呈環(huán)形結構，因而，安裝有發(fā)電機轉子單元4的渦輪驅動單元2是始終屬于懸浮狀態(tài)的)，使發(fā)電機定子單元3與發(fā)電機轉子4之間可以正常工作發(fā)電的同時，又將發(fā)電機定子單元3與發(fā)電機轉子4進行軸向限位，這樣就將渦輪驅動單元 2(包括發(fā)電機轉子單元4)和發(fā)電機定子單元3(包括外殼單元1)安裝在一起，形成一個整體。而且在工作過程中，無機械接觸，最大限度的避免了機械磨損的產生，即使在低流速的海流中也可以轉動發(fā)電。但是，上述實施例中的約束平衡單元5的具體結構并不局限于上述兩種方案，約束平衡單元5的具體結構允許有各種變化，比如常規(guī)的軸承結構。上述兩種方案只是優(yōu)選方案，他們在工作過程中最大限度的避免了各種磨損的產生，只要是目的和效果與本發(fā)明中所說的目的和效果相同，均屬于本發(fā)明的保護范圍。為了提高對海流能源的利用率，它還包括導流口單元6，該導流口單元6位于渦輪驅動單元2的兩端且與渦輪驅動單元2相配合，對流經渦輪驅動單元2的海水進行引導，提高其通過渦輪驅動單元2的流速，提高渦輪驅動單元2的轉速。該導流口單元6包括兩個導流口 6. 1，這兩個導流口 6. 1分別位于渦輪葉片外支筒體2. 1的兩端并與渦輪葉片外支筒體2. 1組成異徑通道，導流口 6. 1可以通過第二加強板14與外殼1. 1以及發(fā)電機定子支架3. 1固定安裝連接，當然，導流口 6. 1的安裝位置以及方式還可以有其他選擇，只要使導流口與渦輪葉片外支筒體2.1組成異徑通道(文丘里管道)即可。導流口用于集中海流， 是海流在流經渦輪葉片8時有較高的流速，提高流體的動能，海流的利用率較高。本發(fā)明無軸海流渦輪發(fā)電機還包括支撐單元7，上述的主體部分(包括導流口單元6)通過外殼單元1固定安裝在支撐單元7上。該支撐單元7為潛伏式支撐裝置，它包括支撐體7. 1，支撐體7. 1也為中空封閉腔體，所述的支撐體7. 1內設有可以往支撐體7. 1內注水或者排水的水泵(圖中未示出)。在具體制造的時候，其可以采用三腳支撐形式，中間是由三根空心鋼管首尾連通組成的三角形，三角形的三個頂點各連接有一只空心鋼管腳，這三只鋼管腳與上述的三角形也是連通的，三只鋼管腳還可分別安裝液壓裝置，利用液壓裝置調節(jié)三只腳的高低，使渦輪發(fā)電系統(tǒng)裝置處于水平的最優(yōu)工作狀態(tài)。在三角形上設有二根支撐無軸海流渦輪發(fā)電機主體的鋼管，最好使無軸海流渦輪發(fā)電機主體的重心保持在三角形的重心重合。該支撐體7. 1都是由空心鋼管組成，空心鋼管內部連通，形成一密閉空間，此空間容積根據(jù)其產生的浮力大于無軸海流渦輪發(fā)電機主體以及支撐單元7的總重量來設計；所述的水泵就位于支撐體7. 1內部并與外界海水連通，當需要潛沉時，通過水泵向支撐體7. 1內注水，當需要上浮時水泵7. 2把支撐體 7. 1內的水排出，由浮力將本發(fā)明無軸海流渦輪發(fā)電機浮到水面，這種設計是為了方便系統(tǒng)設備的安裝、檢修和海上運輸?shù)谋憬莼枨筮M行設計的，這一設計可極大節(jié)約安裝、檢修和海上運輸?shù)冗^程的費用。
權利要求
1.一種無軸海流渦輪發(fā)電機，它包括外殼單元(1)和渦輪驅動單元O)；所述的外殼單元(1)內設有相互配合的發(fā)電機定子單元C3)和發(fā)電機轉子單元G)，其特征在于所述的外殼單元(1)包括呈中空筒狀的外殼(1. 1)；所述的渦輪驅動單元(2)位于外殼(1. 1)內， 所述的發(fā)電機轉子單元固定安裝在渦輪驅動單元( 上；所述的渦輪驅動單元O)與發(fā)電機定子單元C3)之間經約束平衡單元( 配合連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的無軸海流渦輪發(fā)電機，其特征在于所述的發(fā)電機定子單元(3)包括發(fā)電機定子支架(3.1)、發(fā)電機定子(3.幻，所述的發(fā)電機定子(3. 2)固定在發(fā)電機定子支架(3. 1)內，所述的發(fā)電機定子支架(3. 1)與外殼(1. 1)的內壁固定連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的無軸海流渦輪發(fā)電機，其特征在于所述的發(fā)電機轉子單元(4)包括發(fā)電機轉子支架(4.1)、發(fā)電機轉子(4.幻，所述的發(fā)電機轉子(4. 2)固定安裝在發(fā)電機轉子支架(4. 1)上。
4.根據(jù)權利要求1所述的無軸海流渦輪發(fā)電機，其特征在于所述的渦輪驅動單元(2) 包括渦輪葉片外支筒體(2. 1)，渦輪葉片O. 2)、渦輪葉片內支筒體0.3)，所述的渦輪葉片外支筒體(2. 1)為中空的筒體，所述的渦輪葉片內支筒體(2. 3)為封閉的腔體，所述的渦輪葉片(2. 2)固定安裝在渦輪葉片外支筒體(2. 1)和渦輪葉片內支筒體(2. 3)之間。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的無軸海流渦輪發(fā)電機，其特征在于所述的發(fā)電機轉子支架(4. 1)與渦輪葉片外支筒體(2. 1)之間經兩塊環(huán)形第一側板(12)固定連接；所述的兩塊環(huán)形第一側板(1 與發(fā)電機轉子支架(4. 1)和渦輪葉片外支筒體(2. 1)配合組成封閉的空腔⑶。
6.根據(jù)權利要求1 4中任意一項所述的無軸海流渦輪發(fā)電機，其特征在于所述的約束平衡單元(5)安裝在發(fā)電機定子支架(3. 1)和渦輪葉片外支筒體(2. 1)之間。
7.根據(jù)權利要求6所述的無軸海流渦輪發(fā)電機，其特征在于所述的約束平衡單元(5) 是指，所述的發(fā)電機定子支架(3. 1)與渦輪葉片外支筒體(2. 1)之間設有兩組磁軸承結構， 所述的兩組磁軸承結構對稱布置。
8.根據(jù)權利要求7所述的無軸海流渦輪發(fā)電機，其特征在于所述的每組磁軸承結構均包括相互排斥的激勵磁線圈(5A1)和永磁環(huán)(5A2)，所述的激勵磁線圈(5A1)均固定安裝在發(fā)電機定子支架(3. 1)上，所述的永磁環(huán)(5A》均固定安裝在渦輪葉片外支筒體(2. 1) 上，所述的激勵磁線圈(5A1)均與永磁環(huán)(5A》交錯布置且永磁環(huán)(5A》均靠近內側。
9.根據(jù)權利要求8所述的無軸海流渦輪發(fā)電機，其特征在于所述的發(fā)電機定子支架 (3. 1)與渦輪葉片外支筒體(2. 1)之間的磁軸承結構處還都設有軸向限位軸承(9)和徑向限位軸承(10)。
10.根據(jù)權利要求6所述的無軸海流渦輪發(fā)電機，其特征在于所述的約束平衡單元(5)是指，所述的發(fā)電機定子支架(3.1)與渦輪葉片外支筒體(2. 1)之間設有兩組水壓力軸承結構，所述的兩組水壓力軸承結構對稱布置。
11.根據(jù)權利要求10所述的無軸海流渦輪發(fā)電機，其特征在于所述的水壓力軸承包括相互配合的固定端(5B1)和轉動端(5B2)、主水管(5B3)、以及壓力水源，所述的固定端(5B1)與轉動端(5B》之間配合組成壓力水腔(5B4)，所述的壓力水腔(5B4)經主水管 (5B3)與壓力水源連通。
12.根據(jù)權利要求11所述的無軸海流渦輪發(fā)電機，其特征在于所述的每組水壓力軸承結構均包括用于軸向限位的水壓力軸承(5BZ)和用于徑向限位的水壓力軸承(5BJ)。
13.根據(jù)權利要求12所述的無軸海流渦輪發(fā)電機，其特征在于所述的用于軸向限位的水壓力軸承(5BZ)上的壓力水腔(5B4)內設有將壓力水腔(5B4)分割成兩個獨立腔室的密封圈(5B5)，所述的兩個獨立的腔室均經布水管(5B6)與主水管(SB； )連通。
14.根據(jù)權利要求12所述的無軸海流渦輪發(fā)電機，其特征在于所述的用于徑向限位的水壓力軸承(5BJ)上的壓力水腔(5B4)設有排水口(5B7)。
15.根據(jù)權利要求1所述的無軸海流渦輪發(fā)電機，其特征在于它還包括導流口單元 (6)，所述的導流口單元(6)位于渦輪驅動單元O)的兩端且與渦輪驅動單元( 相配合； 所述的導流口單元(6)包括兩個導流口(6. 1)，所述的兩個導流口(6. 1)分別位于渦輪葉片外支筒體(2. 1)的兩端并與渦輪葉片外支筒體(2. 1)組成異徑通道。
16.根據(jù)權利要求1所述的無軸海流渦輪發(fā)電機，其特征在于它還包括支撐單元(7)， 所述的外殼單元⑴固定安裝在支撐單元(7)上；所述的支撐單元(7)包括支撐體(7. 1)， 所述的支撐體(7. 1)為中空封閉腔體，所述的支撐體(7. 1)內設有可以往支撐體(7. 1)內注水或者排水的水泵。
全文摘要
本發(fā)明無軸海流渦輪發(fā)電機，它包括外殼單元和渦輪驅動單元；所述的外殼單元內設有相互配合的發(fā)電機定子單元和發(fā)電機轉子單元，其特征在于所述的外殼單元包括呈中空筒狀的外殼；所述的渦輪驅動單元位于外殼內，所述的發(fā)電機轉子單元固定安裝在渦輪驅動單元上；所述的渦輪驅動單元與發(fā)電機定子單元之間經約束平衡單元配合連接。將發(fā)電機轉子直接安裝在該驅動部分(渦輪驅動單元)上，通過約束平衡單元實現(xiàn)驅動部分與發(fā)電機定子之間的連接限位，實現(xiàn)發(fā)電機定子和發(fā)電機轉子配合工作發(fā)電，巧妙的將提供動力的驅動部分設置為與發(fā)電機為一個整體，就形成了無軸系設計結構，避免了采用復雜軸系所帶來的軸系振動問題、平衡問題以及磨損等問題。
文檔編號F03B13/00GK102230442SQ20101059560
公開日2011年11月2日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權日2010年12月9日
發(fā)明者胡彬, 胡馨予 申請人:胡彬, 胡馨予