雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋可再生能源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，涉及一種潮流發(fā)電機(jī)，具體為一種雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]潮流具有能流密度大、往復(fù)性、無(wú)污染、可再生等特點(diǎn)。潮流能發(fā)電的核心是吸收潮流的水輪機(jī)。水平軸水輪機(jī)單機(jī)功率大，被譽(yù)為“水下風(fēng)車(chē)”，但其對(duì)于往復(fù)潮流的綜合能量捕獲效率低。相對(duì)水平軸來(lái)說(shuō)，豎軸潮流水輪機(jī)有以下優(yōu)勢(shì):首先由于水流來(lái)流方向?qū)ωQ軸潮流水輪機(jī)基本上沒(méi)有影響，這樣不僅可以舍棄偏航機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而且還能夠直接通過(guò)轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)矩輸出，從而減少機(jī)械的傳動(dòng)損失；其次相比水平軸水輪機(jī)，豎軸水輪機(jī)需要較少的資金投入和經(jīng)營(yíng)費(fèi)用；最后，豎軸潮流水輪機(jī)對(duì)水深要求不高，控制結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。豎軸潮流水輪機(jī)通常由一組伸向水中并繞垂直于海面的主軸做圓周運(yùn)動(dòng)的葉片組成，葉片在水流沖擊下繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)主軸傳動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，將潮流能轉(zhuǎn)化為電能。按照水輪機(jī)葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中所具有的不同的運(yùn)動(dòng)方式，豎軸潮流水輪機(jī)分為兩種類(lèi)型:固定偏角式豎軸水輪機(jī)和變攻角式豎軸水輪機(jī)。固定偏角式豎軸水輪機(jī)的葉片和水輪機(jī)支臂完全固定在一起，自身無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，而變攻角式豎軸水輪機(jī)的葉片不僅能夠繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)而且能夠以一定的規(guī)律繞自身的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。變攻角潮流水輪機(jī)不僅在流速低的時(shí)候也有較好的自啟動(dòng)性能，而且能量利用率較高，但機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壽命短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于，提供一種雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)，解決結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性差、使用壽命短等問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明的雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)包括能量捕獲機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)裝置、底座、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等模塊。
[0005]本方案有兩套能量捕獲裝置，上下兩種能量捕獲裝置能夠大大的提高能量捕獲的效率，大大提高潮流能的利用率，能量捕獲裝置位于整個(gè)發(fā)電裝置的最上方，是整個(gè)發(fā)電裝置的最重要部分，主要包括葉片、主軸和金屬葉片盤(pán)組成，本設(shè)計(jì)葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮到潮流能方向的不確定性，葉片在潮流能從一個(gè)方向沖擊葉片的時(shí)候，葉片因?yàn)橛袡C(jī)構(gòu)擋塊，阻擋葉片旋轉(zhuǎn)，葉片會(huì)受力，推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)潮流從反方向沖擊葉片的時(shí)候，葉片會(huì)被吹開(kāi)，由此達(dá)到了，水輪機(jī)在工作側(cè)面水的阻力最大，非工作側(cè)面阻力最小，葉片的位置處于葉片盤(pán)的邊緣部位且均勻分布；底座由方形的金屬外殼和下面4個(gè)支角組成，金屬外殼的密封箱體內(nèi)部有發(fā)電裝置、控制系統(tǒng)和增速裝置等，外殼要有密封的特性，以保證內(nèi)部裝置能夠正常工作，支腳的作用是把底座固定在海底巖石上，支腳上面是螺栓，上面和下面各有一個(gè)螺母，上下調(diào)節(jié)兩個(gè)螺母就可以調(diào)節(jié)該支腳的上面位置，方便底座在海底的調(diào)平。聯(lián)軸器主要作用是傳遞扭矩，在帶動(dòng)軸與軸之間傳動(dòng)的同時(shí)又起到緩沖的作用，避免軸與軸之間剛性連接，起到一定保護(hù)軸的作用。扭矩轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器的作用是幫助控制裝置來(lái)控制水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速大小，扭矩轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器將水輪機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速傳遞給控制裝置，由控制裝置進(jìn)行控制作用，主要是進(jìn)行當(dāng)前轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角的反饋。主軸的一段或者兩端固定在受力結(jié)構(gòu)體上，水輪機(jī)繞主軸旋轉(zhuǎn)，主軸承受水輪機(jī)對(duì)其施加的扭矩、彎曲。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的主視圖。圖2為增速箱內(nèi)軸I和軸2傳動(dòng)情況。圖3為軸I與軸2相對(duì)位置示意圖。圖4為葉片結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為支腳的示意圖。
[0007]圖中標(biāo)注:1——葉片盤(pán)，2——臂，3——葉片，4——主軸，5——輪盤(pán)，6——聯(lián)軸器，7—扭矩轉(zhuǎn)速傳感器，8—轉(zhuǎn)角傳感器，1.1—葉片盤(pán)，2.1—臂，3.1—葉片，
4.1——主軸，5.1——輪盤(pán)，6.1——聯(lián)軸器，7.1——扭矩轉(zhuǎn)速傳感器，8.1——轉(zhuǎn)角傳感器，9——密封圈，10——控制系統(tǒng)，11——密封的箱體，12——支腳，13——發(fā)電機(jī)，14——聯(lián)軸器，15——增速齒輪箱，13.1——發(fā)電機(jī)，14.1——聯(lián)軸器，15.1——增速齒輪箱。
[0008]具體實(shí)施方法
為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0009]參照?qǐng)D1-圖3，本發(fā)明的雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)包括能量捕獲機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)裝置、底座、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等模塊:
主要由:1、葉片盤(pán)，2、臂，3、葉片，4、主軸，5、輪盤(pán)，6、聯(lián)軸器，7、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器，8、轉(zhuǎn)角傳感器，1.1、葉片盤(pán)，2.1、臂，3.1、葉片，4.1、主軸，5.1、輪盤(pán)，6.1、聯(lián)軸器，7.1、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器，8.1、轉(zhuǎn)角傳感器，9、密封圈，10、控制系統(tǒng)，11、密封的箱體，12、支腳，13、發(fā)電機(jī)，14、聯(lián)軸器，15、增速齒輪箱，13.1、發(fā)電機(jī)，14.1、聯(lián)軸器，15.1、增速齒輪箱組成。
[0010]能量捕獲裝置捕獲能量的效率關(guān)系到整個(gè)海下發(fā)電裝置的效率，是發(fā)電裝置的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。能量捕獲裝置主要由葉片盤(pán)(圖1中I所示)、臂(圖1中2所示)、葉片(圖1中3所示)、主軸(圖1中4所示)、輪盤(pán)(圖1中5所示)等組成。葉片盤(pán)、葉片都是以主軸為中心，圍繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片盤(pán)與主軸之間用軸承套連接，葉片盤(pán)上面有導(dǎo)向環(huán)軌。導(dǎo)向輪與導(dǎo)向環(huán)軌均有鋼材制造。葉片盤(pán)下邊有個(gè)輪盤(pán)，主要作用是支撐整個(gè)能量捕獲裝置，幫助葉片盤(pán)在軸向上進(jìn)行定位。能量捕獲裝置內(nèi)有二十四個(gè)葉片組成，每個(gè)葉片在葉片座內(nèi)旋轉(zhuǎn)，葉片座分布在葉片盤(pán)的邊緣部分，具體結(jié)構(gòu)如圖3-4中所示，水流從左側(cè)沖擊葉片時(shí)，葉片受力，葉片以葉片轉(zhuǎn)軸為中心分為兩個(gè)部分，葉片軸上面部分面積小于葉片軸下面部分，葉片下面部分受力大于上面部分，下面葉片部分沒(méi)有葉片座結(jié)構(gòu)限制，就會(huì)繞葉片軸轉(zhuǎn)動(dòng)張開(kāi)，葉片對(duì)水流的阻力很小，葉片在水流的作用其之間的夾角從O度連續(xù)轉(zhuǎn)換到180度,水流對(duì)葉片的推力也從O度連續(xù)增加,到90度的時(shí)候最大,而后逐漸到O ;當(dāng)水流從右側(cè)流向葉片的時(shí)候，葉片以軸為中心分為的上下兩部分都受到水流的作用，以軸為中心下面部分葉片受到水流沖擊的面積大于上面的葉片，所以下面葉片受到的作用力大于上面葉片的作用里，葉片下面部分會(huì)隨著水流的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，但由于葉片座有擋塊的原因，葉片不能轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片將受到的作用力傳遞給葉片座，葉片座受到葉片的作用力并將作用力傳遞給水輪機(jī)，水輪機(jī)受力轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣葉片與水流的夾角從O度到90度，再?gòu)?0度到180度，在從180度到90度，隨著角度的變化葉片從不工作轉(zhuǎn)到工作，再?gòu)墓ぷ鬓D(zhuǎn)到不工作，周而復(fù)始的重復(fù)上述過(guò)程，水輪機(jī)就能不停捕獲能量。這樣設(shè)計(jì)達(dá)到了，在水輪機(jī)的工作側(cè)面，受到水流沖擊作用力最大，在非工作側(cè)面受到的阻力最小，這樣水輪機(jī)就能高效率的工作，不用浪費(fèi)很多能量在克服水流的阻力上面。再加上裝置本身就是有自重的，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性也比較均勻，所以水輪機(jī)能穩(wěn)定處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。
[0011]兩個(gè)水輪機(jī)上下垂直分布，分別用兩個(gè)同心軸，可獨(dú)立運(yùn)行，軸I套在軸2內(nèi)部，軸I與軸2之間用軸承連接，兩個(gè)水輪機(jī)可同時(shí)工作，同時(shí)發(fā)電。本方案在同一片海域內(nèi)，潮流能的利用率得到大大的提高，這種方案不僅可以實(shí)現(xiàn)大功率發(fā)電的目的，而且有效緩解了潮流能不夠用的難題，大大提高了潮流能的利用率。
[0012]裝置上端的有兩個(gè)能量捕獲裝置，位置垂直上下分布，上面能量捕獲裝置的軸為軸1，下面能量捕獲裝置的軸為軸2，軸剖視圖可以看出軸I套在軸2內(nèi)部，并且穿過(guò)軸2，通過(guò)聯(lián)軸器將機(jī)械能傳遞給齒輪增速箱(圖中15.1)，齒輪增速箱通過(guò)聯(lián)軸器(圖中14.1)將機(jī)械能傳遞給左側(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(圖中1.1)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)切割發(fā)電機(jī)中定子磁場(chǎng)產(chǎn)生電流，定子上連接有負(fù)載，將電流輸送出去；軸2的能量捕獲裝置將轉(zhuǎn)化來(lái)的機(jī)械能通過(guò)聯(lián)軸器將機(jī)械能傳遞給齒輪增速箱(圖中1)，齒輪增速箱通過(guò)聯(lián)軸器(圖中14)，將機(jī)械能傳遞給發(fā)右側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子(圖中13.2)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)切割發(fā)電機(jī)中定子磁場(chǎng)產(chǎn)生電流，定子上連接有負(fù)載，將電流輸送出去。軸I與軸2上分別有扭矩轉(zhuǎn)速傳感器(圖1中7所示)和轉(zhuǎn)角傳感器(圖1中8所示)，分別能夠測(cè)量出軸I與軸的扭矩和轉(zhuǎn)速，這些傳感器將這些轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)傳遞給控制系統(tǒng)，方便控制系統(tǒng)做出調(diào)節(jié)。軸I與軸2之間的位置從圖2中可以看出，軸2直徑大于軸I直徑，且軸I與軸2中心線(xiàn)同軸，所以設(shè)計(jì)將軸I套在軸2內(nèi)部，軸I與軸2之間用多個(gè)軸承來(lái)連接，用軸承連接的目的是既能起到確定軸I與軸2的相對(duì)位置又能使軸I與軸2能夠同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠帶動(dòng)左右兩邊發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)工作。這樣做的設(shè)計(jì)的目的不僅可以實(shí)現(xiàn)大功率發(fā)電，而且有效緩解了潮流能不夠用的難題，大大提高了潮流能的利用率。
[0013]其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，不需要偏航機(jī)構(gòu)，不受水流方向的影響，使用豎直葉片，相比水平軸式水輪機(jī)減小了對(duì)葉片機(jī)械加工制造的難度，有利于降低研發(fā)成本，可以有效的提升獲能系數(shù)和潮流能的利用率。
[0014]整個(gè)潮流發(fā)電裝置固定在海底，日夜不停的經(jīng)受潮流的沖擊，因此對(duì)其底座的設(shè)計(jì)提出了較高的要求?，F(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域的潮流發(fā)電裝置底座多為圓盤(pán)型，圓盤(pán)型底座由鉚釘固定在海底巖石上。這種結(jié)構(gòu)的底座，底部面積小，穩(wěn)定性差，使用壽命短，不能較好的完成底座的任務(wù)。為了克服現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域存在的上述問(wèn)題，本設(shè)計(jì)提供一種新型潮流發(fā)電設(shè)備底座，解決底座底部穩(wěn)定性差、使用壽命短、效率低等問(wèn)題。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)，其特征在于:它包括能量捕獲機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)裝置、底座、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等模塊。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種潮流發(fā)電機(jī)，具體為一種雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)。本方案有兩套能量捕獲裝置，上下兩種能量捕獲裝置能夠大大的提高能量捕獲的效率，大大提高潮流能的利用率。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,不需要偏航機(jī)構(gòu),不受水流方向的影響，使用豎直葉片,相比水平軸式水輪機(jī)減小了對(duì)葉片機(jī)械加工制造的難度,有利于降低研發(fā)成本，可以有效的提升獲能系數(shù)和潮流能的利用率。
【IPC分類(lèi)】F03B13/12, F03B13/26
【公開(kāi)號(hào)】CN105673303
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】李彬
【申請(qǐng)人】天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2014年11月17日