多向自適應懸浮型潮流能水輪機的製作方法

2023-09-23 00:45:50

專利名稱：多向自適應懸浮型潮流能水輪機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種潮流能水輪機，尤其是一種適用於海流速度不高且來流方向頻繁變化海域的多向自適應懸浮型潮流能水輪機，屬於海洋能源設備領域。
背景技術：
潮流能是因潮汐漲落引起海水流動而產生的循環可再生的能量形式。潮流能的利 用原理與風力發電相似，其發電裝置被形象地比喻為「水下風車」。由於海水的密度為空氣 的800多倍，較為常見的2m/s的海流能流密度便相當於風速為18. 8m/s的8級大風。而 且潮流主要是由月球引力作用引起，比太陽輻射不均引起的風能更有規律性。另外與潮汐 能相比，潮流能利用還具有投資小、無需建造提壩、環境負面影響小等優點。開發潮流能，發 展可再生能源不僅是未來能源技術儲備的戰略需要，也是解決海島地區能源供應短缺的不 二選擇。英國的SMD Hydrovision公司設計了一種水下錨泊式軸流水輪機，命名為 TidEL0該系統通過兩條緊繃的錨系纜線固定於海底，翼形室和轉子的浮力提供豎向纜線的 張力，使系統在水下保持懸浮狀態。特殊設計的變速恆頻技術使TidEL在各流速段均能達 到最佳水動力性能；其葉片定傾角設計可有效簡化渦輪結構，使系統總體成本降低；空心、 密封翼形室既可為懸浮裝置提供浮力，又可為保持系統平衡提供抗傾覆力矩；錨泊固定方 式，使整套裝置的柔性增強，易裝易挪，且可以完全淹沒於水中，然而該系統抵禦海洋惡劣 環境的能力相對較弱，主要體現為一、渦輪葉片外圍無防護設施，在高速潮流下，旋轉葉片 有碰觸錨系纜線的危險；二、主要依靠翼形室和轉子提供的浮力難以抵抗水流衝擊造成的 傾覆力矩，在海洋複雜環境中，其自調性能力較差。

發明內容
本發明的目的是提供一種加裝導流罩的多向自適應懸浮型潮流能水輪機。本發明要解決的問題是現有軸流水輪發電機低流速下發電效率低及複雜來流方 向下穩定性、自調性差的不足。為實現本發明的目的，本實用新型採用的技術方案是
本發明多向自適應懸浮型潮流能水輪機，包括上平衡翼、下平衡翼、導流罩、渦輪葉片、 發電機、連接固定杆和錨系環，上平衡翼和下平衡翼分別安裝在導流罩的上方和下方，渦輪 葉片固定於發電機的轉子外側，發電機通過連接固定杆固定在導流罩上，導流罩外側安裝 有錨系環。每個導流罩內的連接固定杆有3-5根；渦輪葉片有3-6個葉片；導流罩為雙向管 狀結構，內表面呈圓弧型，導流罩以中部剖面線A-A為基準，上部為完全空心體，主要用於 為整個懸浮結構提供上浮力，導流罩下部為容積可調的空心體，其下端需填裝配重物，浮力 中心與重心在同一鉛垂軸上，浮力中心在上，系統重心在下；配重物的填裝重量應根據實際 海況和發電效率要求確定，如水輪機安置地區常年海流較小，則要提高水輪機的發電效率需在導流罩下部填裝少量配重物，這樣可以保證懸浮結構基本處于洋流速度較高的上層。 如水輪機安置海域常年海流速度較大，則需多填裝配重物，保證懸浮結構在較大海流速度 下處於近海底的低流速區，這樣雖然降低了水輪機的發電效率，不過也同時降低了懸浮結 構在極端海況下發生結構強度破壞的風險；配重物的增減還應參考結構穩定性要求，配重 上限為設計最高海流速度下，保證懸浮結構不觸底，配重下限為設計最低海流速度下，導流 罩中軸線仍能保持與來流方向一致，即不因配重不足發生結構傾覆；上平衡翼為記憶鈦合 金空心體或玻璃鋼空心體。本裝置通過錨系纜線系泊于洋流豐富的水域，纜線下端與水底樁基上端的套環相 連接，套環可沿樁基軸線做360度自由轉動；錨系纜線需足夠長，其長度上限應保證在設計 最低海流速度下懸浮裝置不露出海面，並且不影響水面交通運輸。本發明的優點是導流罩本身具有自懸浮功能，具有良好的抗傾覆穩定性。本裝 置安裝好後，懸浮系統可根據潮流流向變化做實時順流姿態調整，保持來流方向與導流罩 軸線一致，即與葉片旋轉平面垂直，聚流效應非常顯著，可確保潮流能發電系統在較小流速 下具有可觀的發電效率。導流罩為雙向管狀結構，內表面呈圓弧型，順流向前後兩側均喇 叭狀開口，開口直徑相等，前喇叭開口結構起導流聚能作用，可增大渦輪所在平面處的來流 速度，從而有效提高該水輪機系統的發電效率和低流速下的可啟動性，後喇叭開口結構主 要起到迅速擴散內部流體的作用，這種結構可進一步提高罩內流速和流場的穩定性，罩內 流場優化效果明顯。導流罩外圍直徑保持不變，其外表面光順平滑，從而使得其周圍流場穩 定，流線順直，懸浮系統穩定性增強，有效避免了普通雙向管狀聚流裝置因中間段外徑縮小 導致的渦流現象。本裝置在水中呈懸浮狀態，因此可依據流速大小及方向變化在水深方向 和水平面內做懸浮自適應調整，根據靜力平衡的原理，在低海流速度下，系統自動上浮進入 靠近海面的高流速區，保證水輪機系統具有可觀的發電效率，在高海流速度下，系統自動下 潛到靠近海底的低流速區，有效降低水輪葉片在強海流環境下發生折斷的風險。上下兩根 平衡翼在水流方向上前後排列，上平衡翼位於下遊側，下平衡翼位於上遊側，這種排列方式 可有效地抵抗懸浮裝置在過高或過低海流速度下的傾覆力矩，從而提高本懸浮系統的抗傾 覆性能。


圖1是本發明多向自適應懸浮型潮流能水輪機的立體圖； 圖2是本發明多向自適應懸浮型潮流能水輪機的主視圖3是本發明多向自適應懸浮型潮流能水輪機的後視圖； 圖4是本發明多向自適應懸浮型潮流能水輪機A-A面的剖視圖； 圖5是本發明多向自適應懸浮型潮流能水輪機的右視圖中1、上平衡翼2、導流罩3、渦輪葉片4、發電機 5、連接固定杆6、錨系環 7、下平衡翼。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的說明。如圖所示，本發明多向自適應懸浮型潮流能水輪機為軸流式構造，包括上平衡翼1、導流罩2、渦輪葉片3、發電機4、連接固定杆5、錨系環6和下平衡翼7，上平衡翼1和下 平衡翼7分別安裝於導流罩2的上方和下方，並在水流方向上前後排列，上平衡翼1位於導 流罩2軸線的下遊側，下平衡翼7位於導流罩2軸線的上遊側，渦輪葉片3固定於發電機4 的轉子外側，發電機4的機座通過連接固定杆5固定在導流罩2的內側，導流罩2外側安裝 有左右對稱的一對錨系環6。每個導流罩2內有三根連接固定杆5，用來固定發電機4的機座，連接固定杆5 橫斷面為NACA-0012翼型，以發電機軸線為中心呈輻射型均勻排列，相互間夾角為120° ； 每個渦輪由三個渦輪葉片3構成，渦輪軸線與發電機4的軸線、導流罩2以及來流方向一 致；導流罩2為雙向管狀結構，內表面呈雙曲線型，型線流暢，阻水效應較小，順流向前後 兩側均喇叭狀開口，開口直徑相等，導流罩2以兩側開口為基準，覆蓋一等直徑的同材質圓 筒，構成兩個密封氣室，氣室外表面應保持光順平滑，以增強懸浮系統在極端海況下的結 構穩定性。以中部剖面線A-A為基準，導流罩2氣室上部為完全空心體，下部為容積可調 的空心體，配重物應固定於可調的空心體的最下端，重量應根據實際需要配置；上平衡翼1 為記憶鈦合金空心體，橫斷面為NACA-0008翼型；下平衡翼1為玻璃鋼實心體，橫斷面為 NACA-0008翼型；整個系統在海水中處於懸浮狀態，上平衡翼1、下平衡翼7、導流罩2的左 右兩個空氣室、水密型發電機的排水體積為整個設備提供浮力，其大小等於整套設備的自 重、可調的空心體內的配重及錨系纜線的拉伸力在垂直方向的分量之和，從而使懸浮系統 在各種海況下保持水下穩定發電狀態。當本設備安裝完成後，通過兩條長度相等的錨系纜線系泊于洋流豐富的水域，錨 系纜線應足夠長，其上端與自懸浮式導流罩2兩側的錨系環6相連，下端與水底樁基上端的 套環相連接，套環可沿樁基軸線做360度自由轉動。此多向自適應懸浮型潮流能水輪機在洋流衝擊下，渦輪葉片3繞發電機4軸線轉 動，帶動發電機4發電。本裝置由於是通過水下錨系纜線來實現軟固定的，而且纜線下端連 接的套環可沿樁基軸線做360度自由轉動，因此當水流方向發生變化時，整個裝置就會自 動地隨著水流方向在水平面內轉動，使渦輪葉片3的轉動平面始終與水流方向垂直，這樣 就可以實現在任何流速下都保持最大的發電效率，因此本裝置具有良好的發電效率。
權利要求
1.自適應懸浮型潮流能水輪機，包括上平衡翼(1)、導流罩(2)、渦輪葉片(3)、發電機 (4)、連接固定杆(5)、錨系環(6)和下平衡翼(7)，其特徵是上平衡翼(1)和下平衡翼(7) 分別安裝在導流罩(2)的上方和下方，渦輪葉片(3)固定於發電機(4)的轉子外側，發電機 (4)通過連接固定杆(5)固定在導流罩(2)上，導流罩(2)外側安裝有錨系環(6)。
2.根據權利要求1所述的自適應懸浮型潮流能水輪機，其特徵是所述每個導流罩(2) 內的連接固定杆(4)有3-5根。
3.根據權利要求1所述的自適應懸浮型潮流能水輪機，其特徵是所述渦輪葉片(3)有 3-6個葉片。
4.根據權利要求1所述的自適應懸浮型潮流能水輪機，其特徵是所述導流罩為雙向 管狀結構，內表面呈圓弧型，導流罩以中部剖面線A-A為基準，上部為完全空心體，導流罩 下部為容積可調的空心體。
5.根據權利要求1所述的自適應懸浮型潮流能水輪機，其特徵是所述上平衡翼(1)為 記憶鈦合金空心體或玻璃鋼空心體。
全文摘要
多向自適應懸浮型潮流能水輪機，包括上平衡翼、下平衡翼、導流罩、渦輪葉片、發電機、連接固定杆和錨系環，上平衡翼和下平衡翼分別安裝在導流罩的上方和下方，渦輪葉片固定於發電機的轉子外側，發電機通過連接固定杆固定在導流罩上，導流罩外側安裝有錨系環。導流罩本身具有自懸浮功能，具有良好的抗傾覆穩定性。本裝置安裝好後，懸浮系統可根據潮流流向變化做實時順流姿態調整，保持來流方向與導流罩軸線一致，即與葉片旋轉平面垂直，聚流效應非常顯著，可確保潮流能發電系統在較小流速下具有可觀的發電效率。
文檔編號F03B3/18GK102146867SQ20111009586
公開日2011年8月10日 申請日期2011年4月18日 優先權日2011年4月18日
發明者孫孟, 陳正壽 申請人:浙江海洋學院