專利名稱：一種組合導葉式的海水發(fā)電單元的制作方法
技術領域：
本實用新型一種組合導葉式的海水發(fā)電單元是一種可適用于各種海況的海洋發(fā)電技術。例如深海海浪波能發(fā)電；入海口潮汐海流發(fā)電；海岸線海浪發(fā)電；遠海海流發(fā)電等。
技術背景深海海浪波能雖然蘊藏的波能總量巨大，但是分散在每個波浪上的能量不多，單位面積上的動能或勢能相對不大，且能量補充較慢。鑒于海浪上任何相鄰兩點的波能大小都不相同并時刻變化的特點，葉輪機每一個導葉某些時刻都可能會同時受到不同的推力， 甚至是互為反向的海浪推力，那么就要互相抵消一部分能量，而且表面積越大被抵消的波能就越多，同時海浪的波長和波向也決定被抵消的波能的多少，這就是海浪波能利用的難點，是海浪波能發(fā)電功率小難以推廣、經(jīng)濟效益低下的主要原因，故適用范圍受限。本技術實現(xiàn)了單機較大的發(fā)電功率，較好的解決了這個問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種組合導葉式的海水發(fā)電單元主要由葉輪機和發(fā)電機組成；葉輪機由葉片總成、浮體和葉輪機軸構成；葉片總成主要由若干圈導葉總成構成。這個主要由葉片總成、浮體和主軸構成的葉輪機還可以作為一個獨立的動力輸出單元應用。本實用新型的有益效果是由于若干圈導葉總成是由導葉軸上若干各自獨立的 “短”導葉串聯(lián)而成，這樣就形成了眾多葉片覆蓋在較大范圍的海浪下，同時高效率吸收海浪波能，產(chǎn)生了同向推力——形成轉(zhuǎn)矩，這就使發(fā)電機發(fā)出較大功率的電能。


(共三個圖)圖1是本實用新型在軸向剖面上的示意圖，圖中由三圈導葉總成和環(huán)狀導葉架組成葉片總成圓平面，虛線代表海浪，雙點劃線代表發(fā)電機。其中1是浮體；2是發(fā)電機(有三種安裝位置)；3是導葉總成(圖上是三圈)；4是環(huán)狀導葉架(圖上是三圈)；5是向上的海浪；6是向下的海浪。圖2表示本實用新型葉輪機的導葉在軸截面(用4個相位表示)上的工作示意圖， 用上下兩個圖來表示兩個“工位”，圖中“箭頭”代表旋轉(zhuǎn)方向，也就是葉輪機旋轉(zhuǎn)的“切線” 方向，確切地講就是海浪產(chǎn)生的推力方向。其中上圖表示導葉總成在向上海浪作用下的工作示意圖，其中5是向上的海浪；7是導葉(若干)；8是導葉軸；9是迎水夾角Φ1。下圖表示導葉總成在向下海浪作用下的工作示意圖，其中6是向下的海浪；7是導葉(如干)；8是導葉軸；10是迎水夾角Φ2。圖3是以“四個葉輪機”組成較大發(fā)電功率的組合式發(fā)電單元為例，介紹結構示意圖，用上下兩個圖來表示。其中[0012]上圖是組合式發(fā)電單元中一個葉輪機在垂直軸面上的工作示意圖，虛線代表海浪，雙點劃線代表整機中心。其中1是浮體；2是發(fā)電機；3是導葉總成(三圈)；4是環(huán)狀導葉架(3圈)；11是水平傳動軸。下圖是組合式發(fā)電單元四個葉輪機和一個發(fā)電機的水平布置圖，圖中點劃線代表三圈環(huán)狀導葉架，三圈均布的導葉總成。其中1是浮體；2是發(fā)電機(處于整機中心的安裝位置)；11是水平傳動軸。
具體實施方式
本實用新型是一種組合導葉式的發(fā)電單元。主要用于深海海浪波能發(fā)電，以及凡具有往復海水流動的地方進行發(fā)電。譬如河流入海口的潮汐海流發(fā)電；海岸線的海浪發(fā)電；遠海海流發(fā)電等。如果不配置發(fā)電機，那么葉輪機就是一個海上獨立的動力輸出單元帶動各種設備運轉(zhuǎn)。下面結合1、2、3圖以四個葉輪機和一個發(fā)電機組成的“深海海浪波能發(fā)電機組” 為例介紹如下(實際葉輪機個數(shù)由設計需要決定)1、發(fā)電單元的結構1. 1主要由四個葉輪機和中間的一個發(fā)電機(2)構成(見圖3下圖)；葉輪機主要由葉片總成、浮體(1)和葉輪機主軸構成(見圖3上圖)。1.2葉輪機可以直接連接發(fā)電機( 發(fā)電(見圖1)，也可以幾個葉輪機通過水平傳動軸(11)共同帶動一個發(fā)電機⑵發(fā)電(見圖1和圖3下圖)。發(fā)電機⑵可以是直流發(fā)電機，也可以是交流發(fā)電機，可以置于浮體⑴內(nèi)，也可以置于浮體⑴之外(見圖1)。1.3(見圖1、3)葉輪機葉片總成漂浮在水面下，是由三圈導葉總成(3)和三圈環(huán)狀導葉架(4)構成一近似圓平面(圈數(shù)由需要而定)，其垂直于葉輪機浮體(1)內(nèi)的主軸線或以小于10°的角度近似垂直于浮體(1)內(nèi)的葉輪機主軸線。在這個圓平面里導葉總成(3)呈射線狀分布。葉輪機輸出轉(zhuǎn)矩變速時軸線和發(fā)電機軸線可能重合，也可能平行或成一定角度。葉片總成實際替代了傳統(tǒng)葉輪機的葉片。葉輪機主軸外包覆著“大直徑”的浮體(1)，當內(nèi)置發(fā)電機O)時應做成上下分體。1. 4導葉軸(8)上串聯(lián)多個相互獨立且角度可調(diào)的導葉(7)組成導葉總成(3)。 (見圖2)導葉(7)在向上的海浪(5)或向下的海浪(6)作用下可以偏轉(zhuǎn)到設定的角度小于 50°的Φ1(第1相位)或Φ2(第2相位)的位置，Φ1或Φ2角度的大小由需要而定。2、下面說明工作原理2. 1葉輪機在海浪中以接近靜止狀態(tài)漂浮因為在海面附近的漂浮物會受到上下波浪的互為反向的作用力而浮動，若本機的半徑大于海浪波長較多，則受到上下海浪的推力就絕大部分會被相互抵消，因此整機相對海面就近似靜止而漂浮，而且半徑越大穩(wěn)定性越好。2. 2葉輪機轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生(見圖幻由于在海面上整機為近似靜止狀態(tài)，向上的海浪 (5)推動導葉(7)向上運動，但受到相對靜止導葉軸⑶的限位約束，只能偏轉(zhuǎn)小于50°角度的Φ1角，同時在導葉⑵表面產(chǎn)生了一個“旋轉(zhuǎn)方向”的水平分力。而當向下的海浪(6) 推動導葉⑵向下運動時，則產(chǎn)生了 Φ2角，也會產(chǎn)生一個相同“旋轉(zhuǎn)方向”的分力。這兩個“同向的推力”共同作用在葉輪機主軸上就形成了力矩。這樣大面積眾多的導葉⑵就都會吸收海浪上下運動的波能推動葉輪機旋轉(zhuǎn)做功，海浪不停發(fā)電不止。導葉(7)在不受力時高彈力橡膠墊使導葉(7)始終處于Φ1和Φ2之間0°角度的位置。2. 3組合式發(fā)電單元的工作原理(見圖1)當浮體⑴內(nèi)置發(fā)電機(2)時應做成分體，一部分浮體與葉輪機共同旋轉(zhuǎn)，帶動靜止的另一部分浮體內(nèi)置的發(fā)電機( 發(fā)電。當浮體(1)就做成一體時，發(fā)電機( 則在海面上發(fā)電。(見圖幻幾個葉輪機浮體(1)的浮力不但能夠承擔全部發(fā)電單元的重量，使其漂浮在海浪中平穩(wěn)運行，同時還要有較大的盈余來克服海浪的沖力和海浪波長較長時整機的(搖擺)不平衡。如果多臺葉輪機作為獨立的動力單元，則通過水平傳動軸(11)共同驅(qū)動一個發(fā)電機(2)發(fā)電，這種結構覆蓋的海面就更大，就更平穩(wěn)、能發(fā)出更多的電。如果用兩層葉片總成平行安裝或用兩層葉片總成形成與葉輪機軸線有一個小于20°的夾角安裝，這樣就使葉輪機具有很大的抗風浪剛性，解決大直徑葉輪機平面強度的問題(沒有圖示)。2. 4本實例產(chǎn)生較大功率的原理由于葉輪機的葉片總成是由一圈或幾圈呈射線狀排列著的很多導葉總成C3)構成圓平面，而導葉總成C3)上又串聯(lián)著若干個互相獨立較短的導葉(7)，這就形成眾多的導葉(7)在較大范圍的海浪中，這么多的導葉(7)隨之波動的同時共同產(chǎn)生的同一個方向的推力形成很大的合力矩，這個合力矩就使葉輪機旋轉(zhuǎn)，進而帶動發(fā)電機( 發(fā)出較大的功率了。這里應注意葉輪機覆蓋海水的半徑要盡量大于所處海區(qū)海浪的最大波長。3、本實用新型的技術優(yōu)勢說明如下3. 1由于實現(xiàn)了發(fā)電功率單機的較大型化、單元化，如果將若干臺較大型化的發(fā)電單元用海纜并聯(lián)，則在海面形成一個大“矩陣”發(fā)電群，那么就可以覆蓋更大的海域，實現(xiàn)在海上建立大型或超大型的發(fā)電場，生產(chǎn)出低碳、純綠色、可再生的直流或交流電。3. 2由于是單元化的機型，故適合工廠大規(guī)模、標準化、專業(yè)化的生產(chǎn)和組裝，在建立海上發(fā)電場時，可以將整機“拖到”海區(qū)安放即可。故本實用新型具有無基礎建設投資， 安裝簡單投產(chǎn)快的特點，是真正的可以邊建設、邊投產(chǎn)、邊收益、邊擴大的集約化建設生產(chǎn)模式。3.3由于是每一個“短小”導葉都是獨立吸收海浪能產(chǎn)生推力的，在運轉(zhuǎn)中無論接觸的深海海浪的大小、波長、波向和波高多么復雜和多變；無論是往復的海流，還是海岸線海浪流多么紊亂；本實用新型都可以帶動發(fā)電機發(fā)電，而且波動越大、流量越大發(fā)電就越多，所以這就降低了對海浪能的要求，故可適用各于種海區(qū)和海況的發(fā)電要求。3. 4又由于本實用新型可以做到在海面下的部位無軸承、無機械傳動、無潤滑要求，且全部都可以選用非金屬材料或包覆材料，所以是一種水面下維修幾率極少，在一個發(fā)電周期內(nèi)“免維修”的安全可靠的發(fā)電設備。4、本實用新型的用途4. 1投放小功率發(fā)電單元可以為燈塔、孤島、深海養(yǎng)殖體等供電。4. 2較大發(fā)電功率的發(fā)電單元可通過接插式集群建設成大型海上海浪發(fā)電站，為海島、大陸和海上石油平臺等設施供電。4. 3還可以附著在“海風電”的立柱上進行聯(lián)合發(fā)電，降低海風電的發(fā)電成本，使較深的海域建立“海風電”成為可能，擴大了“海風電”的應用范圍。4. 3如果選用交流發(fā)電則可以直接并入大陸電網(wǎng)供電。[0036] 4. 4若增加浮力，海上部分則形成大型海上平臺，這樣就形成了海洋立體發(fā)電綜合體在海面下導葉轉(zhuǎn)化波能推動葉輪機旋轉(zhuǎn)，海面平臺上葉輪機主軸輸出轉(zhuǎn)矩或發(fā)電， 直接或間接帶動各種機械運行。如海水淡化機組生產(chǎn)淡水；水電解機組制氫和氧；制冷機組致冰；海上水產(chǎn)品初加工等等。在海面平臺上可以建光伏發(fā)電群，在空中則進行風力發(fā)電。
權利要求1.一種組合導葉式的海水發(fā)電單元，主要由葉輪機和發(fā)電機組成，但葉輪機也可以單獨作為一個獨立的動力輸出單元，其特征是葉輪機主要由葉片總成、浮體和葉輪機軸構成，葉片總成主要由若干導葉總成構成，導葉總成主要由導葉軸和導葉構成。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種組合導葉式的海水發(fā)電單元，其特征是葉輪機軸線和發(fā)電機軸線可以重合，也可以平行或成一定角度，葉輪機軸線與葉片總成垂直，或有一個小于10°角度夾角的近似垂直。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種組合導葉式的海水發(fā)電單元，其特征是葉輪機葉片總成中的導葉總成由導葉軸和軸上一個或一個以上相互獨立的導葉串聯(lián)構成，以一圈或幾圈呈射線狀的同心圓分布，葉輪機葉片總成所處平面始終面向往復流動的水流。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種組合導葉式的海水發(fā)電單元，其特征是導葉總成中的導葉可以圍繞導葉軸或?qū)~軸線向上偏轉(zhuǎn)一個Φ 1角，向下偏轉(zhuǎn)一個Φ2角，Φ1或Φ2角大小應在0-50°范圍之間，不受力時則處于Φ1和Φ2之間0°角度的位置。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種組合導葉式的海水發(fā)電單元，其特征是葉輪機的浮體可以做成一體，也可以做成上下分體。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種組合導葉式的海水發(fā)電單元，其特征是一個葉輪機與發(fā)電機組成一個發(fā)電單元，也可以幾個葉輪機通過傳動軸共同與一個發(fā)電機組成一個發(fā)電單元。
專利摘要本實用新型一種組合導葉式的海水發(fā)電單元適用于海浪發(fā)電，海浪波能發(fā)電，潮汐發(fā)電和海流發(fā)電等。主要由葉輪機和發(fā)電機組成，是可以產(chǎn)生較大功率直流或交流電的發(fā)電單元。由于葉輪機上眾多獨立的導葉可以覆蓋很大的海面或海流截面，每個導葉都可以同時吸收復雜變化著的海浪能，產(chǎn)生很大的同向推力，共同推動葉輪機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)出較大功率電能。若多臺發(fā)電單元用電纜并聯(lián)在海面，就可以建成海上大型的發(fā)電場。發(fā)電單元適合工廠大規(guī)模標準化生產(chǎn)和組裝。由于浮于海面運行，故拖放容易且無基礎建設，可以采用邊投產(chǎn)發(fā)電、邊擴大并網(wǎng)規(guī)模的集約化建設生產(chǎn)模式，故投產(chǎn)快經(jīng)濟周期短。葉輪機還可作為漂浮的海上動力輸出單元為設施提供動力。
文檔編號F03B13/14GK201943874SQ20112003815
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月31日 優(yōu)先權日2011年1月31日
發(fā)明者宋文復 申請人:宋文復