一種洋流發電用渦輪動力裝置的製作方法

2023-10-05 11:30:09

專利名稱：一種洋流發電用渦輪動力裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種發電裝置。具體說，是在洋流發電系統中能夠將洋流攜帶的動能轉化為機械能輸出的洋流發電用渦輪動力裝置，其具有對洋流進行聚集、收儲、增速、轉換等功能。
背景技術：
眾所周知，為減少對自然資源的過度開發、利用，目前世界各國都比較重視利用自然流體來進行發電，這其中就包括洋流發電。洋流是由海水沿一定方向的大規模運動而形成，人們研究並利用了洋流所攜帶的動能，將其應用到發電領域中，然而地球上的洋流雖然總功率極大，但絕大多數海域表層海水的水平流速均不超過3米/秒，深層海水的水平流速均不超過0.1米/秒，其功率密度很小，只有幾瓦每平方米，而傳統的洋流發電機僅能將洋流攜帶的動能進行簡單的轉換，其發電能力往往較小，一般只能為燈塔或燈船提供電力，最多也只能為潛艇上的蓄電池進行充電。近些年來，美國人設計實用新型了一種駁船式的洋流發電系統，其計劃發電功率有5萬千瓦，但按照海水3米/秒的流速計算，這種駁船式洋流發電系統中用以截獲洋流動能的水輪的水下橫截面積就需要10000平方米以上。即便是按照計劃將其安放在金門橋下，利用天然水道聚水，流速能夠達到5米/秒，由於功率與速度的三次方成正比，因此其水輪的水下橫截面積也需要在2000平方米左右(10000*33/53)，整個發電系統的體積非常巨大，投資成本很高，而且還會對海洋生態系統造成影響，其實施的可能性較小。

實用新型內容本實用新型要解決的問題是提供一種洋流發電用渦輪動力裝置，利用該動力裝置外接發電機進行洋流 發電，可減小發電系統的體積，降低製造成本，而且其對洋流動能的利用率較高，能夠產生較大的電能。為解決上述問題，採取以下方案:本實用新型的洋流發電用渦輪動力裝置的特點是包括聚流管道、渦輪艙和排流管道，聚流管道、渦輪艙和排流管道依次呈橫向同軸連接。在靠近聚流管道一端的渦輪艙內有橫向布置的輪筒，該輪筒可沿渦輪艙軸線轉動，輪筒的外壁上沿周向均布有渦輪葉片。所述聚流管道內有導流罩，該導流罩為圓錐形，其圓形的一端直徑與輪筒直徑相等且位置對應。本實用新型的進一步改進方案是所述聚流管道和排流管道均為喇叭狀，它們內徑較小的一端分別與渦輪艙的兩端相連接，聚流管道內徑較大的一端為洋流進口，排流管道內徑較大的一端為洋流出口。聚流管道設計成喇叭形，可進一步增加該裝置對洋流的聚流、增速效果，從而進一步減小發電系統的體積，降低製造成本。根據伯努利定律，將排流管道設計成喇叭形，可使得洋流在排出過程中，管道橫截面不斷擴大，降低尾流速度，減少其所受到的阻力，使得尾流儘快地釋放到海水中，避免其對洋流管道內洋流整體流動性的影響。本實用新型的進一步改進方案是所述輪筒的四周外表面軸向有不少於兩組渦輪葉片，每組渦輪葉片均沿輪筒外表面周向均勻布置，且渦輪葉片的傾斜方向均相同。相鄰的兩組渦輪葉片之間對應的渦輪艙內壁上固定有沿周向均布的第一導流板，第一導流板的傾斜方向與渦輪葉片的傾斜方向相反。即在輪筒的外表面軸向採用多級渦輪葉片串聯，並在相鄰的兩級渦輪葉片之間設置第一導流板來調整洋流的流動方向，使得洋流與多級渦輪葉片撞擊後才能排出，從而對洋流所攜帶的動能進行充分的利用。本實用新型的進一步改進方案是所述導流罩與輪筒間連接有短直筒，短直筒的外壁上沿周向均布有第二導流板。這樣，可以在洋流衝擊渦輪葉片前，利用第二導流板對其進行規整，避免亂流和渦流的出現，使洋流沿著第二導流板的表面衝擊渦輪葉片，從而減少洋流動能的損耗。本實用新型的更進一步改進方案是所述渦輪艙內輪筒對應排流管道的一端連接有齒輪箱，所述輪筒與該齒輪箱的輸入軸間呈同心固定連接。其中，所述輪筒與齒輪箱的輸入軸間呈同心固定可拆卸狀連接。所述渦輪艙對應排流管道一端的上側壁有艙口，艙口上有艙門，艙口的長度不小於齒輪箱的長度，艙口的寬度不小於齒輪箱的寬度。所述渦輪艙內在齒輪箱下方沿軸向設置有滑道，當齒輪箱的輸入軸與輪筒處於拆卸狀態時，齒輪箱能夠沿該滑道滑動至渦輪艙與排流管道連接的一端，且此時，齒輪箱與渦輪艙艙口的位置對應。這樣，當齒輪箱出現問題需要維修或正常保修時，只需將齒輪箱的輸入軸從輪筒上拆除，再通過滑道將齒輪箱滑動至渦輪艙與排流管道連接的一端，然後打開渦輪艙艙門，利用外設的輔助升降機構將齒輪箱吊起，即可進行維修保養作業，從而避免水下作業的安全隱患。採取上述方案，具有以下優點:由於本實用新型的洋流發電用渦輪動力裝置的聚流管道內設置有導流罩，而且該導流罩為圓錐形，這就使得進入聚流管道的洋流在經過導流罩時，其流動截面不斷縮小，即利用狹管效應將進入該管道的洋流自身巨大的靜壓強所具有的勢能轉換成洋流的動能，從而增加洋流的流速，極大的提升了洋流動能的功率密度。如果洋流入口處的橫截面面積是導流罩圓形端與聚流管道間橫截面面積的10倍的話，那麼洋流在流動過程中，其流動速度將增加至原來的10倍，其攜帶的動能將增加至原來的100倍，即在發電量相同的情況下，利用該動力裝置截獲的海·水量僅為傳統的洋流發電系統的百分之一。仍以5萬千瓦的發電量為例，按照海水流速3米/秒計算，只需將洋流入口的橫截面積設計為100平方米、將導流罩圓形端與聚流管道間橫截面積設計為10平方米就能夠實現。與此同時，洋流能夠通過該導風罩被分流到渦輪艙內壁附近，使其直接作用在渦輪葉片上，避免了傳統的洋流發電機葉輪中心的洋流無法產生力矩的情況，使其最大限度的轉化為機械能，從而使得洋流攜帶的動能被充分的利用，並最終產生較高的電能。因此，在大大降低該動力裝置及整個洋流發電系統體積的同時，還提高了洋流動能的利用率，不但可降低製造成本，還能夠提高系統的發電量，具有較高的可實施性。

圖1是本實用新型的洋流發電用渦輪動力裝置的結構示意圖；圖2是圖1中圓圈部分的局部放大示意圖。
具體實施方式
[0015]
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細說明:如圖1和圖2所示，本實用新型的洋流發電用渦輪動力裝置系統包括聚流管道8、渦輪艙3和排流管道I，聚流管道8、渦輪艙3和排流管道I依次呈橫向同軸連接，本實施例中聚流管道8和排流管道I均為喇叭狀，它們內徑較小的一端分別與渦輪艙3的兩端相連接，聚流管道8內徑較大的一端為洋流進口 9，排流管道I內徑較大的一端為洋流出口 16。在靠近聚流管道8 —端的渦輪艙3內有橫向布置的輪筒6，輪筒6兩端通過支撐架13支撐在渦輪艙3內，且輪筒6與支撐架13間呈可旋轉狀配合，使得輪筒6可沿渦輪艙3軸線轉動。所述輪筒6的外壁上沿周向均布有渦輪葉片12，渦輪葉片12的傾斜方向均相同。所述渦輪艙3內輪筒6對應排流管道I的一端連接有齒輪箱14，輪筒6與齒輪箱14的輸入軸間呈同心固定連接。所述齒輪箱14上方的渦輪艙3艙壁上有軸孔4，當該動力裝置裝配在洋流發電系統中時，系統中發電機的輸入軸可從該軸孔4伸入至渦輪艙3內，並與齒輪箱14的輸出軸相連接。所述聚流管道8內有導流罩7，該導流罩7為圓錐形，其圓形的一端直徑與輪筒6直徑相等且位置對應。為了更好的對洋流動能進行充分利用，在所述輪筒6的外表面上可沿軸向設置多組渦輪葉片12，每組渦輪葉片12均沿輪筒6外表面周向均勻布置，且渦輪葉片12的傾斜方向均相同。相鄰的兩組渦輪葉片12之間對應的渦輪艙3內壁上固定有沿周向均布的第一導流板5，第一導流板5的傾斜方向與渦輪葉片12的傾斜方向相反。本實施例中，在輪筒6的四周外表面軸向設置有兩級渦輪葉片12串聯，並在兩級渦輪葉片12之間的渦輪艙3內壁上設置第一導流板5來調整洋流方向，這樣可大大提高對洋流動能的利用率。在洋流進入聚流管道8並經過導流罩7分流後，可能會出現亂流、渦流，如直接衝擊渦輪葉片12，不僅會損耗洋流所攜帶的動能，而且會造成渦輪葉片12受力不均而易損壞。因此，本實施例在所述導流罩7與輪筒6間連接有短直筒10，短直筒10的外壁上沿周向均布有第二導流板11，第二導流板11的傾斜方向與渦輪葉片12的傾斜方向相反。這樣，可以在洋流衝擊渦輪葉片12前，利用第二導流板11對其進行規整，避免亂流和渦流的出現。也可以在輪筒6對應導流罩7 —端的支撐架13外周上直接設置第二導流板11，從而實現相同的效果。另外，為了便於對齒輪箱14進行維修保養，減少水下作業的危險性，本實施例將輪筒6與齒輪箱14的輸入軸間設計成同心固定可拆卸狀的連接方式。所述渦輪艙3對應排流管道I 一端的上側壁上有艙口，艙口上有艙門2，艙口的長度不小於齒輪箱14的長度，艙口的寬度不小於齒輪箱14的寬度。所述渦輪艙3內在齒輪箱14下方沿軸向設置有滑道15，當齒輪箱14的輸入軸與輪筒6間處於拆卸狀態時，齒輪箱14能夠沿該滑道15滑動至渦輪艙3與排流管道I連接的一端，且此時，齒輪箱14與渦輪艙3艙口的位置均對應，打開艙門2，利用外設的升降機構將齒輪箱14吊出，即可對其實施維修保養作業。使用時，將本實用新型的洋流發電用渦輪動力裝置安裝在洋流發電系統的下部，並將洋流發電系統設置在海面上，當洋流通過洋流進口 9進入後，經口徑逐漸縮小的聚流管道8進行增速並不斷向前推進，之後再經過導流罩7，使得流體截面積進一步減小，流速進一步增加，增速之後的洋流在遠離軸心圓環外圍流動，先經過第二導流板11調整方向之後，以最優的角度衝擊第一級 的渦輪葉片12上，推動輪筒6旋轉。然後，經過第一導流板5改變方向之後的尾流再次衝擊在第二級的渦輪葉片12上，進一步推動輪筒6同向旋轉，從而增加輪筒6的旋轉速度。輪筒6的旋轉動能可以通過齒輪箱14傳替至洋流發電系統內的發電機，並通過發電機最終轉化為電能，最終的尾流經過排流管道I的洋流出口 16排出。考慮到裝置的維修保養方便，設計了可以在管道內滑動的機構，可將齒輪箱14滑至渦輪艙尾端 ，然後利用外部升降機構將齒輪箱14吊起檢修。
權利要求1.一種洋流發電用渦輪動力裝置，其特徵在於包括聚流管道(8)、渦輪艙(3)和排流管道(I)，聚流管道(8 )、渦輪艙(3 )和排流管道(I)依次呈橫向同軸連接；在靠近聚流管道(8 ) —端的渦輪艙(3 )內有橫向布置的輪筒(6 )，該輪筒(6 )可沿渦輪艙(3 )軸線轉動，輪筒(6)的外壁上沿周向均布有渦輪葉片(12);所述聚流管道(8)內有導流罩(7)，該導流罩(7)為圓錐形，其圓形的一端直徑與輪筒(6)直徑相等且位置對應。
2.如權利要求1所述的洋流發電用渦輪動力裝置，其特徵在於所述聚流管道(8)和排流管道(I)均為喇叭狀，它們內徑較小的一端分別與渦輪艙(3)的兩端相連接，聚流管道(8)內徑較大的一端為洋流進口(9)，排流管道(I)內徑較大的一端為洋流出口(16)。
3.如權利要求1所述的洋流發電用渦輪動力裝置，其特徵在於所述輪筒(6)的四周外表面軸向有不少於兩組渦輪葉片(12)，每組渦輪葉片(12)均沿輪筒(6)外表面周向均勻布置，且渦輪葉片(12)的傾斜方向均相同；相鄰的兩組渦輪葉片(12)之間對應的渦輪艙(3)內壁上固定有沿周向均布的第一導流板(5)，第一導流板(5)的傾斜方向與渦輪葉片(12)的傾斜方向相反。
4.如權利要求1所述的洋流發電用渦輪動力裝置，其特徵在於所述導流罩(7)與輪筒(6)間連接有短直筒(10)，短直筒(10)的外壁上沿周向均布有第二導流板(11)。
5.如權利要求1至4中任一項所述的洋流發電用渦輪動力裝置，其特徵在於所述渦輪艙(3)內輪筒(6)對應排流管道(I)的一端連接有齒輪箱(14)，所述輪筒(6)與該齒輪箱(14)的輸入軸間呈同心固定連接。
6.如權利要求5所述的洋流發電用渦輪動力裝置，其特徵在於所述輪筒(6)與齒輪箱(14)的輸入軸間呈 同心固定可拆卸狀連接；所述渦輪艙(3)對應排流管道(I) 一端的上側壁有艙口，艙口上有艙門(2)，艙口的長度不小於齒輪箱(14)的長度，艙口的寬度不小於齒輪箱(14)的寬度；所述渦輪艙(3)內在齒輪箱(14)下方沿軸向設置有滑道(15)，當齒輪箱(14)的輸入軸與輪筒(6)處於拆卸狀態時，齒輪箱(14)能夠沿該滑道(15)滑動至渦輪艙(3)與排流管道(I)連接的一端，且此時，齒輪箱(14)與渦輪艙(3)艙口的位置對應。
專利摘要本實用新型涉及一種洋流發電用渦輪動力裝置，它的特點是包括聚流管道、渦輪艙和排流管道，聚流管道、渦輪艙和排流管道依次呈橫向同軸連接。在靠近聚流管道一端的渦輪艙內有橫向布置的輪筒，該輪筒可沿渦輪艙軸線轉動，輪筒的外壁上沿周向均布有渦輪葉片。所述聚流管道內有導流罩，該導流罩為圓錐形，其圓形的一端直徑與輪筒直徑相等且位置對應。利用該動力裝置外接發電機進行洋流發電，可減小發電系統的體積，降低製造成本，而且其對洋流動能的利用率較高，能夠產生較大的電能。
文檔編號F03B3/12GK203146200SQ201320118940
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月15日 優先權日2013年3月15日
發明者李勇強, 謝玉琪, 姚伯龍, 楊偉濤, 徐莉 申請人:江蘇中蘊風電科技有限公司