專利名稱：一種座底式潮流發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種液力機械和液力發(fā)電機。具體地說是一種高性能座底式潮流 發(fā)電裝置。
背景技術：
世界范圍內(nèi)，能源的日益短缺和環(huán)境的不斷惡化，促使世界各國加快綠色能源的 開發(fā)利用，潮流能作為綠色可再生能源，具有能量密度高、可預測性強、蘊藏量豐富等特點， 越來越受到世界各國的重視。目前，世界眾多研發(fā)機構或公司已參與到潮流能技術的研究中。其中英國潮流能 開發(fā)利用技術走在世界前列，已有商業(yè)化規(guī)模的潮流能電站在籌建。我國開展潮流能開發(fā) 利用技術研究多年，在哈爾濱工程大學、東北師范大學、浙江大學、中國海洋大學和清華大 學等高校取得了豐碩的研究成果。目前，潮流能發(fā)電裝置按發(fā)電平臺的形式可以分為漂浮式和樁基礎式，按葉輪結 構形式可以分為水平軸式和垂直軸式。與漂浮式發(fā)電裝置相比，樁基礎式發(fā)電裝置具有發(fā) 電穩(wěn)定性好，受海洋風浪沖擊影響小，使用年限長的特點。但現(xiàn)有的樁基礎式發(fā)電裝置也存 在施工難度大，工程造價高，破壞海域環(huán)境，影響航運等問題。與垂直軸潮流發(fā)電裝置相比， 水平軸潮流發(fā)電裝置技術相對成熟，具有能量利用率高，機構振動小的特點，但現(xiàn)有水平軸 潮流發(fā)電裝置也存在啟動性能和適應流向性能差的問題。分析漂浮式和樁基礎式流能發(fā)電 裝置，水平軸式和垂直軸式潮流能發(fā)電裝置的各自特點，發(fā)明一種具有較好啟動和發(fā)電性 能，自適應潮流流向，結構簡單，安裝、使用方便，制造、施工、運營成本低，不影響航運，適合 在潮流能豐富的淺海海域應用，可向沿海地區(qū)及島嶼居民提供生產(chǎn)和生活用電的高性能潮 流發(fā)電裝置，并提供制造方法。公開號為CN 101705904A的專利文件中公開了一種大功率垂直軸潮流發(fā)電裝置。 重力式塔柱基座1與塔柱2之間通過萬向球鉸3連接，機艙4安裝在塔柱頂端，機艙外緣分 布有錨鏈板眼5用纜繩6將浮桶7與錨鏈接在錨8上，水輪機主軸9套在塔柱上，水輪機主 軸的兩端設置有軸承，水輪機葉片12由輪輻13均布固定在主軸的軸轂14上，主軸上的傘 形齒輪15在機艙內(nèi)與發(fā)電機16軸上的小傘齒輪17咬合，主軸的上端與機艙下壁及塔柱加 裝密封軸套18，機座與萬向球鉸之間由法蘭盤19連接，為沿海和眾多島嶼及偏遠地區(qū)，尤 其是國家電網(wǎng)覆蓋不到海島居民提供生產(chǎn)生活需要的清潔的可再生能源，發(fā)揮積極社會效 益。公開號為CN 101705904A發(fā)明專利的大功率垂直軸潮流發(fā)電裝置與本發(fā)明的一種高性 能座底式潮流發(fā)電裝置在結構組成和形式、具體工作方式和性能上存在明顯不同。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有較好啟動和發(fā)電性能，自適應潮流流向，結構簡 單，安裝、使用方便，制造、施工、運營成本低，不影響航運的高性能座底式潮流發(fā)電裝置。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
本發(fā)明的座底式潮流發(fā)電裝置主要包括葉輪、機艙和樁支撐部分；所述樁支撐部 分包括立管、套在立管外的套管，連接于套管上的連接架和設置于連接架上的重力沉箱；所 述機艙內(nèi)設有制動器、增速器、信號傳感器、信號線和發(fā)電機，機艙外設有制動按鈕，發(fā)電機 的轉(zhuǎn)軸通過增速器連接葉輪軸，制動器設置于葉輪軸上，信號傳感器設置于發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸 并通過信號線控制制動器；葉輪、機艙設置于導流罩內(nèi)，導流罩安裝于立管上。本發(fā)明還可以包括1、所述的導流罩分為入口、喉部和出口三個斷面，外側設有結構加強板，出口處設 有導向板，導向板為流線型。2、所述葉輪為雙葉或多葉結構，前端設有流線型輪轂，葉輪葉片的葉根厚，葉梢薄。3、立管和套管間設有水潤滑軸承。4、所述重力沉箱有四個，所述連接架由連接于各重力沉箱與套管之間、連接于兩 相鄰重力沉箱之間的連接管構成。本發(fā)明的高性能座底式潮流發(fā)電裝置的制造方法包括所述導流罩、葉輪軸、機 艙、機艙支撐板、導向板、立管和樁支撐部分采用鋼質(zhì)耐腐蝕材料；所述葉片采用高強度玻 璃鋼材料；所述導向板與導流罩出口焊接連接；所述機艙密封處理；所述機艙支撐板一端 與機艙焊接連接，另一端與導流罩內(nèi)壁面焊接連接；所述立管與導流罩焊接連接，焊接點位 于導流罩喉部處；所述重力沉箱間、重力沉箱與連接管間、連接管與套管間采用焊接連接 方式；所述重力沉箱鍍鉻處理，內(nèi)部可填充石塊、混凝土等壓載物；所述立管和套管鍍鉻處 理；所述水潤滑軸承采用復合橡膠材料。本發(fā)明是一種具有較好啟動和發(fā)電性能，自適應潮流流向，結構簡單，安裝、使用 方便，制造、施工、運營成本低，不影響航運，適合在潮流能豐富的淺海海域應用，可向沿海 地區(qū)及島嶼居民提供生產(chǎn)和生活用電的發(fā)電裝置。本發(fā)明具有如下特點(1)采用座海底重力摩擦固定，置于水下，降低了制造、施 工、維護和管理的成本，降低了施工對海域環(huán)境的破壞，不影響航運；(2)采用了導流罩設 計，裝置具有較好的啟動和發(fā)電性能；(3)采用了流線型導向板、立管、套管和水潤滑軸承 設計，發(fā)電裝置具有潮流流向自適應性，具有較高的發(fā)電性能；(4)采用了立管、套管連接 方式，使裝置模塊化，方便裝置運輸、安裝、施工、檢修和維護；(5)采用了信號傳感器和制 動器設計，提高裝置運行的安全性，便于裝置檢修和維護。
圖1高性能座底式潮流發(fā)電裝置側視圖；圖2導流罩側視圖；圖3機艙內(nèi)部剖視圖；圖4樁支撐部分俯視圖；圖5機艙支撐板橫剖面示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的高性能座底式潮流發(fā)電裝置主要包括導流罩、葉輪、葉輪軸、機艙、機艙支撐板、導向板、立管和樁支撐部分。所述導流罩用于提高葉輪對潮流的能量利用率，進而提高發(fā)電裝置的發(fā)電性能。 導流罩分為入口、喉部和出口三個斷面，外側設有結構加強板，用于加強導流罩的結構強 度。出口處設有導向板，用于調(diào)節(jié)導流罩方向。導向板為流線型。所述葉輪用于將潮流動能轉(zhuǎn)換成機械能，為雙葉或多葉結構，前端設有流線型輪 轂，后端設有葉輪軸，用于帶動發(fā)電機。葉輪葉片葉根厚，葉梢薄。所述機艙用于容納發(fā)電機組，機艙內(nèi)設有制動器、增速器、信號傳感器、信號線和 發(fā)電機，機艙外設有制動按鈕。制動器用于裝置檢修、維護及非正常工作時停止裝置運行， 增速器用來提高發(fā)電機轉(zhuǎn)速，信號傳感器用于非正常工作時向制動器提供制動信號，發(fā)電 機用于將機械能轉(zhuǎn)換成電能，制動按鈕用于控制制動器開關。機艙為圓柱形，由流線型機艙 支撐板支撐，置于導流罩內(nèi)。機艙支撐板內(nèi)設有兩根機艙支撐管。所述立管上端與導流罩相連，下端插入套管內(nèi)，立管和套管間設有水潤滑軸承，導 流罩、葉輪、葉輪軸、機艙、機艙支撐板、導向板和立管等構成的轉(zhuǎn)子部分可通過水潤滑軸承 在套管內(nèi)轉(zhuǎn)動所述樁支撐部分用于支撐立管、導流罩、葉輪和機艙等構件，包括重力沉箱、連接 管和套管。重力沉箱設有四個，用于發(fā)電裝置的重力摩擦固定。重力沉箱間、重力沉箱與套 管間通過連接管連接，以加強結構強度。下面結合附圖舉例對本發(fā)明進行詳細說明結合圖1-圖5，本發(fā)明包括一個導流罩1、一個葉輪2、一根葉輪軸3、一個機艙4、 三個機艙支撐板5、一個導向板6、一個立管7和樁支撐部分。導流罩1分為導流罩入口 14、導流罩喉部15和導流罩出口 16三個斷面，外側設有 外結構加強板9，外結構加強板9下焊有四塊內(nèi)結構加強板10。導流罩1上設有導向板6， 導向板6鉛垂設于導流罩出口 16外邊上。導向板6采用NACA0018翼型，展弦比為8。葉 輪2為雙葉或多葉結構，置于導流罩喉部15位置，前端設有流線型輪轂8，輪轂8最大直徑 與機艙4直徑相等，后端設有葉輪軸3，葉輪軸3與機艙4內(nèi)的機組相連。葉輪2葉片葉根 厚，葉梢薄。葉梢距導流罩1內(nèi)壁面5-10毫米。機艙4為圓柱型，內(nèi)部設有制動器17、增速 器18、信號傳感器19、信號線22和發(fā)電機20，機艙4外設有制動按鈕21。制動器17用于 裝置檢修、維護及非正常工作時停止裝置運行，一端與葉輪軸3相連，另一端與增速器18相 連；增速器18用來提高發(fā)電機20轉(zhuǎn)速，一端與制動器17相連，另一端與信號傳感器19相 連；信號傳感器19用于裝置非正常工作時向制動器17提供制動信號，一端與增速器18相 連，一端與發(fā)電機20相連。機艙4由三塊流線型機艙支撐板5支撐，置于導流罩1內(nèi)。流 線型機艙支撐板5為NACA0018翼型，展弦比為10，一端與導流罩1內(nèi)壁面連接，另一端與機 艙4連接。三個機艙支撐板5成120度角度差，弦線面與導流罩出口 16斷面垂直。每個機 艙支撐板5內(nèi)設有機艙支撐1號管23和機艙支撐2號管24，用于增大機艙支撐板5的強 度。立管7上端與導流罩1連接，下端插入套管13內(nèi)。立管7和套管13間設有兩個水潤 滑軸承25，分別位于套管13的上端和下端。套管13上端開口大，呈喇叭形，方便裝置的水 下安裝，導流罩1、葉輪2、機艙4和立管7等作為為轉(zhuǎn)子部分通過水潤滑軸承25在套管13 內(nèi)轉(zhuǎn)動，適應潮流流向變化。樁支撐部分包括四個重力沉箱11、二十根連接管12和一根套 管13。立管7和套管13間通過水潤滑軸承25連接。重力沉箱11為圓柱型結構，內(nèi)部可填
5充石塊、混凝土等壓載物，用于發(fā)電裝置的重力摩擦固定。重力沉箱11間、重力沉箱11與 套管13間通過連接管12連接，以加強結構強度。 工作時，樁支撐部分支撐導流罩1、葉輪2、機艙4、立管7等轉(zhuǎn)子部分，重力摩擦固 定于海底。漲潮時，漲潮流經(jīng)導流罩入口 14流入，推動導流罩1內(nèi)葉輪2轉(zhuǎn)動，葉輪2經(jīng)葉 輪軸3、制動器17、增速器18、信號傳感器19帶動發(fā)電機20發(fā)電，退潮時，潮流流向發(fā)生改 變，轉(zhuǎn)子部分經(jīng)導向板6作用，改變方向，退潮流經(jīng)導流罩入口 14流入，推動葉輪2轉(zhuǎn)動，帶 動發(fā)電機20發(fā)電，將潮流動能轉(zhuǎn)換為電能。裝置檢修或維護時按下制動按鈕21，葉輪2被 制動，發(fā)電裝置停止工作，按起制動按鈕21，葉輪2轉(zhuǎn)動，裝置恢復工作。當流速過小或過大 時，信號傳感器19經(jīng)信號線22發(fā)出制動信號，制動器17制動，裝置停止工作，當流速正常 時，信號傳感器19經(jīng)信號線22發(fā)出啟動信號，制動器17停止制動，葉輪2旋轉(zhuǎn)，發(fā)電裝置 恢復工作。
權利要求
一種座底式潮流發(fā)電裝置，主要包括葉輪、機艙和樁支撐部分；其特征是所述樁支撐部分包括立管、套在立管外的套管，連接于套管上的連接架和設置于連接架上的重力沉箱；所述機艙內(nèi)設有制動器、增速器、信號傳感器、信號線和發(fā)電機，機艙外設有制動按鈕，發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸通過增速器連接葉輪軸，制動器設置于葉輪軸上，信號傳感器設置于發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸并通過信號線控制制動器；葉輪、機艙設置于導流罩內(nèi)，導流罩安裝于立管上。
2.根據(jù)權利要求1所述的座底式潮流發(fā)電裝置，其特征是所述的導流罩分為入口、喉 部和出口三個斷面，外側設有結構加強板，出口處設有導向板，導向板為流線型。
3.根據(jù)權利要求2所述的座底式潮流發(fā)電裝置，其特征是所述葉輪為雙葉或多葉結 構，前端設有流線型輪轂，葉輪葉片的葉根厚，葉梢薄。
4.根據(jù)權利要求3所述的座底式潮流發(fā)電裝置，其特征是立管和套管間設有水潤滑 軸承。
5.根據(jù)權利要求4所述的座底式潮流發(fā)電裝置，其特征是所述重力沉箱有四個，所述 連接架由連接于各重力沉箱與套管之間、連接于兩相鄰重力沉箱之間的連接管構成。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種座底式潮流發(fā)電裝置。主要包括葉輪、機艙和樁支撐部分；所述樁支撐部分包括立管、套在立管外的套管，連接于套管上的連接架和設置于連接架上的重力沉箱；所述機艙內(nèi)設有制動器、增速器、信號傳感器、信號線和發(fā)電機，機艙外設有制動按鈕，發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸通過增速器連接葉輪軸，制動器設置于葉輪軸上，信號傳感器設置于發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸并通過信號線控制制動器；葉輪、機艙設置于導流罩內(nèi)，導流罩安裝于立管上。本發(fā)明是一種具有較好啟動和發(fā)電性能，自適應潮流流向，結構簡單，安裝、使用方便，制造、施工、運營成本低，不影響航運，適合在潮流能豐富的淺海海域應用，可向沿海地區(qū)及島嶼居民提供生產(chǎn)和生活用電的發(fā)電裝置。
文檔編號F03B13/00GK101994637SQ20101055570
公開日2011年3月30日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權日2010年11月23日
發(fā)明者孫科, 張亮, 張學偉, 盛其虎, 馬勇 申請人:哈爾濱工程大學