專利名稱：反傾向雙葉輪管道式潮流發(fā)電水輪機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種潮流發(fā)電水輪機，可以在往復流條件下無需人工操作或計算機控制的高效率運轉。
背景技術：
潮汐現象是指海水在天體引潮力作用下所產生的周期性運動。潮汐的漲落中產生的海水流動稱為潮流。在潮水周而復始的流動中蘊藏的能源稱為潮流能，理論上只要有海岸存在的地方就存在可開發(fā)的潮流能，因此潮流能的儲量是巨大的。如果能尋求合適的方法加以收集，將成為取之不盡用之不竭的能量來源。對潮流能的開發(fā)主要通過過水水輪發(fā)電機來實現。發(fā)展至今，世界各國潮流發(fā)電機的種類主要可概括為以下幾類，優(yōu)缺點概述如下(1)開放式水輪機開放式水輪機由傳統的三葉片風力發(fā)電機改進而來，如圖1所示，一般由三葉片的葉輪帶動發(fā)電機組，旋轉軸軸向與水流方向平行。優(yōu)點結構簡單，當水流方向與軸線平行時效率高。缺點當水流方向與軸線存在夾角時效率下降很快?？朔秉c方法葉輪方向設計成可轉動式?？朔秉c方法所帶來的問題增加系統復雜性，降低系統的適應能力。(2)管道式水輪機因為與風力發(fā)電機相比，潮流發(fā)電機的直徑要小很多，故管道式單葉輪水輪機的制造成為可能。如圖2所示，管道式水輪機為在開放式水輪機外加設束水管道的設計。優(yōu)點管道束水增加流速，水流與軸線存在夾角時效率受影響較小，堅固耐用。缺點很難實現葉輪的轉向。克服缺點方法為解決往復潮流問題，一般葉片設計為傾角可變型克服缺點方法所帶來的問題與開放式水輪機的轉動整個葉輪相比，每個葉片傾角的變化更加增加系統的復雜性，降低系統的適應能力，難以實現推廣。(3)豎軸式水輪機為了簡化結構(使無需旋轉葉輪或葉片)，豎軸式水輪機被開發(fā)出來，如圖3所示， 豎軸式水輪機流向與葉輪轉軸垂直，但是效率偏低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了克服上述已有的各種發(fā)電水輪機的缺點，提供一種結構簡單的發(fā)電水輪機，能夠在往復水流的條件下無需人工操作或計算機控制地高效率發(fā)電；進一步，該發(fā)電水輪機受水流方向與葉輪軸線夾角影響較小。為達到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是
一種潮流發(fā)電水輪機，包括發(fā)電機轉子，該發(fā)電機轉子的兩端設置傳動軸伸出， 兩端傳動軸分別通過單向傳動裝置連接第一葉輪與第二葉輪，第一葉輪與第二葉輪的葉片傾向相反。進一步，所述水輪機包括套管，第一葉輪與第二葉輪設置于套管中。所述套管上容納第一葉輪的部分向外連接第一束水管，套管上容納第二葉輪的部分向外連接第二束水管。所述第一束水管、第二束水管的直徑由與套管連接處開始向外逐漸增大形成漸開形狀以利于收束涌進的潮流。所述水輪機包括水輪機主體與水輪機外殼，所述水輪機主體與水輪機外殼之間使用輻向支撐連接。所述水輪機包括發(fā)電機，所述發(fā)電機通過固定支架安裝在套管上部，發(fā)電機與傳動軸之間采用平行傳動裝置傳動。所述平行傳動裝置采用齒輪鏈條結構，傳動齒輪與傳動軸相連，通過傳動鏈條將傳動軸的轉動傳向傳動齒輪，傳動齒輪與發(fā)電機相連。所述傳動裝置采用單向傳動裝置，其轉向與發(fā)電機的規(guī)定轉向一致。所述單向傳動裝置采用采用棘輪單向傳動裝置。發(fā)電機轉子兩端都有傳動軸伸出，兩端傳動軸連接兩個葉片傾向相反的葉輪，這兩個葉輪在漲、落潮產生的相反流向時分別提供發(fā)電機的動力；兩個葉輪與傳動軸之間采用單向傳動裝置(如棘輪)連接，保證漲、落潮時只有正對來流方向的葉輪傳動而背對來流方向的葉輪空轉；由于采用了上述技術方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點設計為管道式是為了在轉流時刻流向和轉軸方向存在夾角時發(fā)電效率受影響小， 且不存在一般管道式水輪機葉片轉動增加系統復雜性問題；通過上述發(fā)電機兩端采用不同葉片傾向的葉輪來實現往復流的發(fā)電，避免了葉輪方向的轉動和葉片傾向的轉動，簡化了系統，有利于潮流發(fā)電的產業(yè)化以及小型電站和海洋能獨立電力系統的發(fā)展；無需人工或計算機判斷葉輪或葉片轉動的時機，完全自發(fā)的對潮流流向的變化進行響應，提高了系統效率；空轉輪的結構設計可減弱水輪機尾流中的水流紊動，有利于提高發(fā)電效率。


圖1為傳統的開放式水輪機的結構示意圖。圖2為傳統的管道式水輪機的結構示意圖。圖3為傳統的豎軸式水輪機的結構示意圖。圖4為本發(fā)明實施例的結構示意圖。圖5為圖4所示實施例中棘輪單向傳動裝置的結構示意圖。圖6為圖7所示實施例中齒輪鏈條平行傳動裝置的結構示意圖。圖7為本發(fā)明實施例的另一種結構示意圖。圖8為本發(fā)明實施例的工作原理示意圖(當來流方向為左側)。
圖9為本發(fā)明實施例的工作原理示意圖(當來流方向為右側)。圖中1為第一束水管，2為第一葉輪，3為第一單向傳動裝置，4為第二單向傳動裝置，5為第二葉輪，6為第二束水管，7為傳動軸，8為發(fā)電機，9為套管，10為棘輪爪(與葉輪鉸接)，11為彈簧(與葉輪連接)，12為棘輪齒，13為棘輪齒受力側，14為棘輪齒滑動側，15 為棘輪(與傳動軸連接)，16為平行傳動裝置的傳動齒輪(與發(fā)電機相連)，17為平行傳動裝置的傳動鏈條，18為平行傳動裝置的傳動齒輪(與傳動軸相連)，19為平行傳動裝置。
具體實施例方式以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。請參閱圖4-圖9，反傾向雙葉輪管道式潮流發(fā)電水輪機的結構示意圖和工作原理。水輪機結構如圖4所示，該水輪機主要由兩大部分組成水輪機外殼和水輪機主體。水輪機外殼由水輪機兩端的第一束水管1、第二束水管6和套管9固定連接組成。水輪機主體由兩個葉片傾向相反的第一葉輪2和第二葉輪5、傳動軸7、發(fā)電機8組成；第一葉輪2和第二葉輪5分別通過第一單向傳動裝置3和第二單向傳動裝置4在傳動軸7的兩端與之連接，傳動軸7在中間與發(fā)電機8的轉子連接，單向傳動裝置3和4設定為只可順時針傳動(從左往右看，下文中提到的所有轉向均為從左往右看來判斷，不再重復)；第一葉輪 2和第二葉輪5的葉片傾向設定為使左邊來流時第一葉輪2順時針轉動而第二葉輪5逆時針轉動，右邊來流時第一葉輪2逆時針轉動而第二葉輪4順時針轉動。(同理，也可以是 第一葉輪2和第二葉輪5的葉片傾向設定為使左邊來流時第一葉輪2逆時針轉動而第二葉輪5順時針轉動，右邊來流時第一葉輪2順時針轉動而第二葉輪5逆時針轉動。轉動方向順應發(fā)電機所要求的轉子旋轉方向。)第一束水管1、第二束水管6的直徑由與套管9的連接處向外開始逐漸增大，形成漸開形狀，更有利于收束涌進的潮流。水輪機主體與外殼之間可使用輻向支撐連接。發(fā)電機8亦可使用固定支架安裝在套管上部，如圖7所示，發(fā)電機8與傳動軸7之間采用平行傳動裝置19傳動。平行傳動裝置可采用齒輪鏈條結構，如圖6所示。傳動齒輪18與傳動軸7相連，通過傳動鏈條17將傳動軸7的轉動傳向傳動齒輪16，傳動齒輪16與發(fā)電機8相連，帶動發(fā)電機進行發(fā)電。圖4-圖9中所有單向傳動裝置設定為只可順時針傳動，與發(fā)電機的規(guī)定轉向一致。當葉輪順時針轉動時，葉輪可帶動傳動軸一起轉動；當葉輪逆時針轉動時，則葉輪自由空轉而不向傳動軸傳動。單向傳動可通過各種單向傳動裝置實現，最簡單可采用如自行車后輪軸采用的棘輪裝置(圖O 當葉輪順時針轉動時，帶動與之鉸接的棘輪爪10和彈簧11 一起轉動，棘輪爪10頂住棘輪齒12的受力側13運動，帶動與棘輪15連接的傳動軸順時針轉動；當葉輪逆時針轉動時，帶動與之鉸接的棘輪爪10和彈簧11 一起轉動，棘輪爪10沿每個棘輪齒的滑動側14滑動而不向棘輪15傳動，葉輪空轉而傳動軸不轉。使用該水輪機進行發(fā)電時，將水輪機安置于有明顯潮流現象的海域中，使水輪機完全被海水淹沒，葉輪軸向與漲、落潮方向平行(漲落潮一般方向相差180° )，使?jié)q、落潮時潮流分別由水輪機的兩端流入。下面以圖4所示的水輪機結構為例解釋水輪機的工作過程
比如當漲潮流方向為左側來流，如圖8，水流先流過左邊第一束水管1，流速得到加強，流向與葉輪軸向的偏差得到糾正；水流推動左側的第一葉輪2順時針轉動，并通過第一單向傳動裝置3向傳動軸進行傳動，帶動發(fā)電機8的轉子轉動進行發(fā)電，此時第一葉輪2 為動力輪；之后水流推動右側第二葉輪5逆時針轉動并流出水輪機，第二葉輪5因逆時針轉動不能通過第二單向傳動裝置4向傳動軸7傳遞轉動，自身空轉，因此此時第二葉輪5為空轉輪。當經過轉流時刻，潮流變?yōu)槁涑绷鳎伤啓C右側流入，如圖9，水流先流過右邊束水管6，流速得到加強，流向與葉輪軸向的偏差得到糾正；水流推動左側第二葉輪5順時針轉動，并通過第二單向傳動裝置4向傳動軸進行傳動，帶動發(fā)電機8的轉子轉動進行發(fā)電， 此時第二葉輪5為動力輪；之后水流推動右側第一葉輪2逆時針轉動并流出水輪機，第一葉輪2因逆時針轉動不能通過第一單向傳動裝置3向傳動軸7傳遞轉動，自身空轉，因此此時第一葉輪2為空轉輪。整個過程無需人工操作或計算機控制，水輪機可自發(fā)的根據來流條件調整運作方式，達到高效率發(fā)電的目的。上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種潮流發(fā)電水輪機，包括發(fā)電機轉子，其特征在于該發(fā)電機轉子的兩端設置傳動軸伸出，兩端傳動軸分別通過單向傳動裝置連接第一葉輪與第二葉輪，第一葉輪與第二葉輪的葉片傾向相反。
2.根據權利要求1所述的潮流發(fā)電水輪機，其特征在于所述水輪機包括套管，第一葉輪與第二葉輪設置于套管中。
3.根據權利要求2所述的潮流發(fā)電水輪機，其特征在于所述套管上容納第一葉輪的部分向外連接第一束水管，套管上容納第二葉輪的部分向外連接第二束水管。
4.根據權利要求3所述的潮流發(fā)電水輪機，其特征在于所述第一束水管、第二束水管的直徑由與套管連接處開始向外逐漸增大形成漸開形狀以利于收束涌進的潮流。
5.根據權利要求1所述的潮流發(fā)電水輪機，其特征在于所述水輪機包括水輪機主體與水輪機外殼，所述水輪機主體與水輪機外殼之間使用輻向支撐連接。
6.根據權利要求2所述的潮流發(fā)電水輪機，其特征在于所述水輪機包括發(fā)電機，所述發(fā)電機通過固定支架安裝在套管上部，發(fā)電機與傳動軸之間采用平行傳動裝置傳動。
7.根據權利要求6所述的潮流發(fā)電水輪機，其特征在于所述平行傳動裝置采用齒輪鏈條結構，傳動齒輪與傳動軸相連，通過傳動鏈條將傳動軸的轉動傳向傳動齒輪，傳動齒輪與發(fā)電機相連。
8.根據權利要求6或7所述的潮流發(fā)電水輪機，其特征在于所述傳動裝置采用單向傳動裝置，其轉向與發(fā)電機的規(guī)定轉向一致。
9.根據權利要求8所述的潮流發(fā)電水輪機，其特征在于所述單向傳動裝置采用棘輪單向傳動裝置。
全文摘要
一種潮流發(fā)電水輪機，包括發(fā)電機轉子，該發(fā)電機轉子的兩端設置傳動軸伸出，兩端傳動軸分別通過單向傳動裝置連接第一葉輪與第二葉輪，第一葉輪與第二葉輪的葉片傾向相反。所述水輪機包括套管，第一葉輪與第二葉輪設置于套管中。所述套管上容納第一葉輪的部分向外連接第一束水管，套管上容納第二葉輪的部分向外連接第二束水管。所述第一束水管、第二束水管的直徑由與套管連接處開始向外逐漸增大形成漸開形狀以利于收束涌進的潮流。本發(fā)明在往復水流的條件下能夠實現無需人工操作或計算機控制的高效率發(fā)電，且使系統得到簡化，有利于潮流發(fā)電的產業(yè)化以及小型電站和海洋能獨立電力系統的發(fā)展。
文檔編號F03B13/26GK102536616SQ20121000969
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權日2012年1月13日
發(fā)明者匡翠萍, 姚凱華, 潘毅, 胡穎, 蔣茗韜, 鄧凌, 霍蕊, 黃永輝 申請人:同濟大學