一種垂直軸水力發(fā)電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及洋流能發(fā)電，尤其是將洋流能轉換垂直軸機械轉動進而進行發(fā)電的裝置。
【背景技術】
[0002]海流能能量密度高、清潔、可預測性強，海流能發(fā)電不占用寶貴的土地資源。因此，海流能的開發(fā)利用具有深遠的意義。目前也存在許多利用洋流能來發(fā)電的裝置，如中國專利，公開號為103206334A的一種低速直驅液壓型海流發(fā)電裝置及，包括葉輪、與葉輪主軸相連的定量液壓栗、與定量液壓栗并聯(lián)且與定量液壓栗出口相連的變量液壓栗和變量液壓馬達、發(fā)電機；定量液壓栗的入口、變量液壓栗的出口和變量液壓馬達的出口均連接油箱；變量液壓栗和變量液壓馬達的主軸剛性連接；變量液壓馬達主軸另一端與發(fā)電機主軸相連；控制方法，步驟包括:1、通過葉輪將海流能轉換為機械能；2、通過定量液壓栗將機械能轉換為液壓能，并且通過調整變量液壓栗排量大小調整液壓系統(tǒng)壓力，進而調整葉輪捕獲功率大??；3、通過變量液壓馬達將液壓能轉換為機械能；4、將得到的機械能通過發(fā)電機將機械能轉換為電能。又如中國專利公開號為102493922A的一種風水力綜合發(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā)電機和安裝在海床上并伸出海面的塔架，其特征在于:所述塔架頂部安裝有風力葉片和第一液壓栗，風力葉片的心軸聯(lián)接第一液壓栗的動力輸入端；所述塔架浸于海水中的立柱上安裝有水輪葉片和第二液壓栗，水輪葉片的心軸聯(lián)接第二液壓栗的動力輸入端；所述第一液壓栗、第二液壓栗通過液壓管路和單向閥聯(lián)接到安裝在塔架上的同一個液壓馬達，所述液壓馬達的動力輸出端聯(lián)接發(fā)電機的輸入軸。目前利用洋流能發(fā)電的裝置一般是通過水平軸的風輪進行能量的第一次轉換，然后通過風輪驅動液壓栗進行第二次能量轉換，最后通過液壓栗帶動發(fā)電機來進行第三次能量轉換；該種形式的洋流能發(fā)電裝置由于其使用的是水平軸風輪，每個風輪只能驅動一個液壓栗，而每個液壓栗只能驅動一個發(fā)電機，導致這類發(fā)電裝置的發(fā)電效率低，并沒有將洋流能的巨大能量最大限度的利用起來。從發(fā)電領域來說，該類洋流能發(fā)電裝置僅僅是人們理想的裝置，并不具備商業(yè)價值，因為其發(fā)出來的電能價格已經高于目前風力發(fā)電的價格。所以尋找一種更具有商業(yè)價值的洋流能發(fā)電裝置是今后發(fā)展的一個方向。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供垂直軸水力發(fā)電機，洋流能轉換為電能的效率高，發(fā)電成本更低，適合商業(yè)使用。
[0004]為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是:一種垂直軸水力發(fā)電機，包括: 粧基礎，所述粧基礎深入海床內；
塔柱，所述塔柱設置在粧基礎上，所述塔柱包括水下平臺、支撐柱和水上平臺，水下平臺與粧基礎頂部固定連接，支撐柱向水面延伸并與水上平臺連接固定，水上平臺高出水面； 葉輪，所述葉輪設于水里，所述葉輪包括若干升力型葉片，葉輪的上端和下端均通過軸承連接使葉輪樞接在塔柱外；
軸承，所述軸承包括圓環(huán)形的軌道、圓環(huán)形的安裝座和設于所述安裝座上的若干滾輪，所述滾輪在軌道上行走，所述葉輪與安裝座連接；
發(fā)電機組，所述發(fā)電機組包括液壓控制系統(tǒng)、發(fā)電機和動力轉換機構，所述動力轉換機構包括設于水上平臺下方的齒輪盤，所述齒輪盤環(huán)抱所述支撐柱，齒輪盤與葉片連接，所述齒輪盤周邊設有若干與其嚙合的小齒輪；所述液壓控制系統(tǒng)包括液壓馬達、恒壓儲液桶和若干液壓缸，所述液壓缸的活塞桿的端部與小齒輪鉸接，小齒輪的旋轉帶動液壓缸的活塞桿來回伸縮運動，所述液壓缸的輸出端與恒壓儲液桶連接，所述恒壓儲液桶的輸出端與液壓馬達連接，所述液壓馬達與發(fā)電機聯(lián)動。
[0005]本發(fā)明發(fā)電原理:本發(fā)明相對傳統(tǒng)的水輪機發(fā)電是一個重大的突破，首次將垂直軸發(fā)電的概念應用在水里，由于升力型葉片能夠在無方向性的風流下單向轉動，那么對于同樣無方向性的水流來說也一樣的，因此該種垂直軸的升力型葉片也能在水里單向的轉動，以此為基礎，將垂直軸升力型葉片深入水下，依靠水流或洋流的沖刷即可使葉輪轉動；葉輪轉動后帶動齒輪盤轉動，使齒輪盤具有巨大的動能，由于齒輪盤與周邊的小齒輪嚙合帶動小齒輪轉動，小齒輪的轉動帶動液壓缸的活塞桿來回伸縮運動，從而推動液壓缸內的活塞，使液壓缸內的液壓油輸送至恒壓儲液桶內；齒輪盤不停的旋轉，就能使液壓缸內的液壓油源源不斷的送入恒壓儲液桶內，使恒壓儲液桶內的壓力得到提升；齒輪盤由于具有強大的動能，以至于能夠同時驅動多個液壓缸負載，多個液壓缸共同向恒壓儲液桶輸送液壓油，使恒壓儲液桶內的壓力迅速上升；當需要進行發(fā)電時，恒壓儲液桶向液壓栗釋放液壓油以驅動液壓栗旋轉，由于液壓栗與發(fā)電機的轉軸聯(lián)動，使發(fā)電機與液壓栗同步旋轉，從而發(fā)電。
[0006]作為改進，所述支撐柱為中空結構，支撐柱內設有升降電梯。所述支撐柱上設有若干觀察口，觀察口處設有耐壓玻璃。水上的人可以通過升降電梯進入到支撐柱的內部，通過支撐柱上的觀察口可以看到葉片的狀態(tài)，方便以后的檢修。另外，該發(fā)電機項目也可以發(fā)展成為旅游業(yè)，游客可以通過支撐柱上的觀察口觀看水里的海洋世界。
[0007]作為改進，所述水下平臺、支撐柱和水上平臺由鋼筋混凝土一體灌注成型。一體灌注的塔柱強大更大，使其能夠支撐巨大的葉輪在水里旋轉。
[0008]作為改進，所述葉片包括內骨架和包裹在所述內骨架外的外蒙皮，所述外蒙皮由若干固定板和活動板拼接而成，內骨架上對應所述活動板處設有窗口，內骨架內設有使活動板遮蔽或敞開所述窗口的驅動機構。葉片上的活動板相當于剎車裝置，在剎車裝置不啟動時，葉片形態(tài)沒有發(fā)生改變，葉片表面符合水流動力學，水流阻力達到最佳狀態(tài)，使葉片能夠在水流的推動下快速轉動；當需要限制或降低葉片的旋轉速度，啟動驅動機構，使活動板繞著一側進行旋轉，該活動板形態(tài)的改變改變了整個葉片的形態(tài)，破壞了葉片原本符合水流動力學的形態(tài)設計，此時的葉片表面水流阻力較大，在水流的阻力下，從而限制或降低葉片的旋轉速度；另外，當窗口被打開后，葉片表面水流通過所述窗口進入葉片內而無法推動葉片，一部分洋流能喪失了對葉片的能量轉換，從而降低葉片的旋轉速度；本發(fā)明通過簡單的葉片設計即可實現(xiàn)葉片速度的改變。
[0009]作為改進，所述葉片內填充有發(fā)泡材料。發(fā)泡材料能夠增加葉片整體強度；發(fā)泡材料具有防水性能，即使葉片浸入水里，海水也不會侵入葉片內；發(fā)泡材料具有浮力，以增大葉片在水里的浮力，減少葉片對軸承的壓力，減少軸承的磨損。
[0010]作為改進，所述葉片的兩側均設有活動板，兩側活動板對應的窗口之間通過水管連通。
[0011]作為改進，位于葉輪下端的軸承的軌道安裝在水下平臺的頂部，位于葉輪上端的軸承的軌道安裝在水上平臺的底部。
[0012]作為改進，所述軌道的截面呈工字型，所述滾輪的內側邊緣設有凸緣，所述凸緣位于軌道的內側。
[0013]作為改進，所述液壓缸通過彈簧復位，液壓缸復位后，缸內形成負壓使恒壓儲液桶內的液壓油能夠回流到液壓缸內。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比所帶來的有益效果是:
1、塔柱為鋼筋混凝土結構，在水里的建造簡單，而且能夠耐腐蝕，是目前最好的水上垂直發(fā)電機的支撐結構；
2、鋼筋混凝土結構的塔柱具有強大的支撐力，能夠支撐巨大的葉輪，這也是洋流能發(fā)電設備大型化的重要手段，大型化的洋流能發(fā)電設備發(fā)電量更大，發(fā)電成本更低；
3、由于塔柱和葉輪設于水里，水里的環(huán)境相對較為穩(wěn)定，不會受到臺風的影響，所以發(fā)電機的發(fā)電環(huán)境也相對穩(wěn)定；由于水流和洋流的穩(wěn)定性好，能夠連續(xù)安全的發(fā)電；
4、由于水流和洋流的資源豐富而且不占用陸地空間，有巨大的發(fā)展前景；
5、采用液壓控制系統(tǒng)的方式進行能量的轉換，可以設置多個液壓缸來提高能量的轉換效率；
6、液壓系統(tǒng)輸出的液壓油恒定，保證液壓栗的轉速恒定，從而實現(xiàn)發(fā)電機恒定轉速發(fā)電，該液壓控制系統(tǒng)也作為發(fā)電機的變頻系統(tǒng)，取代了現(xiàn)有發(fā)電機組需要變頻柜來控制發(fā)電機轉速的問題，大大降低了整個發(fā)電設備的成本；
7、以液壓控制系統(tǒng)作為發(fā)電機轉速的調整裝置，其操作方式簡單，容易實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明結構示意圖。
[0016]圖2為齒輪盤結構示意圖。
[0017]圖3為軸承結構示意圖。
[0018]圖4為滾輪與軌道配合的剖面圖。
[0019]圖5為液壓控制系統(tǒng)結構框圖。
[0020]圖6為葉片截面示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合說明書附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0022]如圖1所示，一種垂直軸水力發(fā)電機，其主要是利用水流或洋流進行發(fā)電的設備，可應用于江河或者海洋。垂直軸水力發(fā)電機包括:粧基礎1、塔柱、葉輪8、軸承6和發(fā)電機組。
[0023]所述粧基礎I通過打粧設備深入海床內15，粧基礎I使巨大的塔柱能夠穩(wěn)定的矗立在海里，抗擊洋流的沖刷。
[0024]如圖1所示，所述塔柱設置在粧基礎I上，所述塔柱包括水下平臺5、支撐柱2和水上平臺4。所述水下平臺5、支撐柱2和水上平臺4由鋼筋混凝土一體灌注成型，一體灌注的塔柱強大更大，使其能夠支撐巨大的葉輪8在水里旋轉。水下平臺5與粧基礎I頂部固定連接，支撐柱2向水面延伸并與水上平臺4連接固定，水上平臺4高出水面。水上平臺4空間面積較大，可