專利名稱：多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種潮流能水輪機(jī)，尤其是一種適用于海流速度不高且來(lái)流方向頻繁變化海域的多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)，屬于海洋能源設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
潮流能是因潮汐漲落引起海水流動(dòng)而產(chǎn)生的循環(huán)可再生的能量形式。潮流能的利用原理與風(fēng)力發(fā)電相似，其發(fā)電裝置被形象地比喻為“水下風(fēng)車”。由于海水的密度為空氣的800多倍，較為常見(jiàn)的2m/s的海流能流密度便相當(dāng)于風(fēng)速為18. 8m/s的8級(jí)大風(fēng)。而且潮流主要是由月球引力作用引起，比太陽(yáng)輻射不均引起的風(fēng)能更有規(guī)律性。另外與潮汐能相比，潮流能利用還具有投資小、無(wú)需建造提壩、環(huán)境負(fù)面影響小等優(yōu)點(diǎn)。開(kāi)發(fā)潮流能，發(fā)展可再生能源不僅是未來(lái)能源技術(shù)儲(chǔ)備的戰(zhàn)略需要，也是解決海島地區(qū)能源供應(yīng)短缺的不二選擇。英國(guó)的SMD Hydrovision公司設(shè)計(jì)了一種水下錨泊式軸流水輪機(jī)，命名為 TidEL0該系統(tǒng)通過(guò)兩條緊繃的錨系纜線固定于海底，翼形室和轉(zhuǎn)子的浮力提供豎向纜線的張力，使系統(tǒng)在水下保持懸浮狀態(tài)。特殊設(shè)計(jì)的變速恒頻技術(shù)使TidEL在各流速段均能達(dá)到最佳水動(dòng)力性能；其葉片定傾角設(shè)計(jì)可有效簡(jiǎn)化渦輪結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)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(tǒng)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(qiáng)，易裝易挪，且可以完全淹沒(méi)于水中，然而該系統(tǒng)抵御海洋惡劣環(huán)境的能力相對(duì)較弱，主要體現(xiàn)為一、渦輪葉片外圍無(wú)防護(hù)設(shè)施，在高速潮流下，旋轉(zhuǎn)葉片有碰觸錨系纜線的危險(xiǎn)；二、主要依靠翼形室和轉(zhuǎn)子提供的浮力難以抵抗水流沖擊造成的傾覆力矩，在海洋復(fù)雜環(huán)境中，其自調(diào)性能力較差。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種加裝導(dǎo)流罩的多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)。本實(shí)用新型要解決的問(wèn)題是現(xiàn)有軸流水輪發(fā)電機(jī)低流速下發(fā)電效率低及復(fù)雜來(lái)流方向下穩(wěn)定性、自調(diào)性差的不足。為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)，包括上平衡翼、下平衡翼、導(dǎo)流罩、 渦輪葉片、發(fā)電機(jī)、連接固定桿和錨系環(huán)，上平衡翼和下平衡翼分別安裝在導(dǎo)流罩的上方和下方，渦輪葉片固定于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子外側(cè)，發(fā)電機(jī)通過(guò)連接固定桿固定在導(dǎo)流罩上，導(dǎo)流罩外側(cè)安裝有錨系環(huán)。每個(gè)導(dǎo)流罩內(nèi)的連接固定桿有3-5根；渦輪葉片有3-6個(gè)葉片；導(dǎo)流罩為雙向管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)表面呈圓弧型，導(dǎo)流罩以中部剖面線A-A為基準(zhǔn)，上部為完全空心體，主要用于為整個(gè)懸浮結(jié)構(gòu)提供上浮力，導(dǎo)流罩下部為容積可調(diào)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(tǒng)重心在下；配重物的填裝重量應(yīng)根據(jù)實(shí)際海況和發(fā)電效率要求確定，如水輪機(jī)安置地區(qū)常年海流較小，則要提高水輪機(jī)的發(fā)電效率需在導(dǎo)流罩下部填裝少量配重物，這樣可以保證懸浮結(jié)構(gòu)基本處于洋流速度較高的上層。如水輪機(jī)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(jié)構(gòu)在較大海流速度下處于近海底的低流速區(qū)，這樣雖然降低了水輪機(jī)的發(fā)電效率，不過(guò)也同時(shí)降低了懸浮結(jié)構(gòu)在極端海況下發(fā)生結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞的風(fēng)險(xiǎn)；配重物的增減還應(yīng)參考結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求，配重上限為設(shè)計(jì)最高海流速度下，保證懸浮結(jié)構(gòu)不觸底，配重下限為設(shè)計(jì)最低海流速度下，導(dǎo)流罩中軸線仍能保持與來(lái)流方向一致，即不因配重不足發(fā)生結(jié)構(gòu)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(guò)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(huán)相連接，套環(huán)可沿樁基軸線做360度自由轉(zhuǎn)動(dòng)；錨系纜線需足夠長(zhǎng)，其長(zhǎng)度上限應(yīng)保證在設(shè)計(jì)最低海流速度下懸浮裝置不露出海面，并且不影響水面交通運(yùn)輸。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)流罩本身具有自懸浮功能，具有良好的抗傾覆穩(wěn)定性。本裝置安裝好后，懸浮系統(tǒng)可根據(jù)潮流流向變化做實(shí)時(shí)順流姿態(tài)調(diào)整，保持來(lái)流方向與導(dǎo)流罩軸線一致，即與葉片旋轉(zhuǎn)平面垂直，聚流效應(yīng)非常顯著，可確保潮流能發(fā)電系統(tǒng)在較小流速下具有可觀的發(fā)電效率。導(dǎo)流罩為雙向管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)表面呈圓弧型，順流向前后兩側(cè)均喇叭狀開(kāi)口，開(kāi)口直徑相等，前喇叭開(kāi)口結(jié)構(gòu)起導(dǎo)流聚能作用，可增大渦輪所在平面處的來(lái)流速度，從而有效提高該水輪機(jī)系統(tǒng)的發(fā)電效率和低流速下的可啟動(dòng)性，后喇叭開(kāi)口結(jié)構(gòu)主要起到迅速擴(kuò)散內(nèi)部流體的作用，這種結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步提高罩內(nèi)流速和流場(chǎng)的穩(wěn)定性，罩內(nèi)流場(chǎng)優(yōu)化效果明顯。導(dǎo)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(chǎng)穩(wěn)定，流線順直，懸浮系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)，有效避免了普通雙向管狀聚流裝置因中間段外徑縮小導(dǎo)致的渦流現(xiàn)象。本裝置在水中呈懸浮狀態(tài)，因此可依據(jù)流速大小及方向變化在水深方向和水平面內(nèi)做懸浮自適應(yīng)調(diào)整，根據(jù)靜力平衡的原理，在低海流速度下，系統(tǒng)自動(dòng)上浮進(jìn)入靠近海面的高流速區(qū)，保證水輪機(jī)系統(tǒng)具有可觀的發(fā)電效率，在高海流速度下，系統(tǒng)自動(dòng)下潛到靠近海底的低流速區(qū)，有效降低水輪葉片在強(qiáng)海流環(huán)境下發(fā)生折斷的風(fēng)險(xiǎn)。上下兩根平衡翼在水流方向上前后排列，上平衡翼位于下游側(cè)，下平衡翼位于上游側(cè)，這種排列方式可有效地抵抗懸浮裝置在過(guò)高或過(guò)低海流速度下的傾覆力矩，從而提高本懸浮系統(tǒng)的抗傾覆性能。

圖1是本實(shí)用新型多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)的立體圖；圖2是本實(shí)用新型多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)的主視圖；圖3是本實(shí)用新型多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)的后視圖；圖4是本實(shí)用新型多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)A-A面的剖視圖；圖5是本實(shí)用新型多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)的右視圖；圖中1、上平衡翼2、導(dǎo)流罩3、渦輪葉片 4、發(fā)電機(jī) 5、連接固定桿6、錨系環(huán)7、下平衡翼。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖所示，本實(shí)用新型多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)為軸流式構(gòu)造，包括上平衡翼1、導(dǎo)流罩2、渦輪葉片3、發(fā)電機(jī)4、連接固定桿5、錨系環(huán)6和下平衡翼7，上平衡翼1和下平衡翼7分別安裝于導(dǎo)流罩2的上方和下方，并在水流方向上前后排列，上平衡翼1位于導(dǎo)流罩2軸線的下游側(cè)，下平衡翼7位于導(dǎo)流罩2軸線的上游側(cè)，渦輪葉片3固定于發(fā)電機(jī)4的轉(zhuǎn)子外側(cè)，發(fā)電機(jī)4的機(jī)座通過(guò)連接固定桿5固定在導(dǎo)流罩2的內(nèi)側(cè)，導(dǎo)流罩2外側(cè)安裝有左右對(duì)稱的一對(duì)錨系環(huán)6。每個(gè)導(dǎo)流罩2內(nèi)有三根連接固定桿5，用來(lái)固定發(fā)電機(jī)4的機(jī)座，連接固定桿5 橫斷面為NACA-0012翼型，以發(fā)電機(jī)軸線為中心呈輻射型均勻排列，相互間夾角為120° ； 每個(gè)渦輪由三個(gè)渦輪葉片3構(gòu)成，渦輪軸線與發(fā)電機(jī)4的軸線、導(dǎo)流罩2以及來(lái)流方向一致；導(dǎo)流罩2為雙向管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)表面呈雙曲線型，型線流暢，阻水效應(yīng)較小，順流向前后兩側(cè)均喇叭狀開(kāi)口，開(kāi)口直徑相等，導(dǎo)流罩2以兩側(cè)開(kāi)口為基準(zhǔn)，覆蓋一等直徑的同材質(zhì)圓筒，構(gòu)成兩個(gè)密封氣室，氣室外表面應(yīng)保持光順平滑，以增強(qiáng)懸浮系統(tǒng)在極端海況下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。以中部剖面線A-A為基準(zhǔn)，導(dǎo)流罩2氣室上部為完全空心體，下部為容積可調(diào)的空心體，配重物應(yīng)固定于可調(diào)的空心體的最下端，重量應(yīng)根據(jù)實(shí)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(shí)心體，橫斷面為 NACA-0008翼型；整個(gè)系統(tǒng)在海水中處于懸浮狀態(tài)，上平衡翼1、下平衡翼7、導(dǎo)流罩2的左右兩個(gè)空氣室、水密型發(fā)電機(jī)的排水體積為整個(gè)設(shè)備提供浮力，其大小等于整套設(shè)備的自重、可調(diào)的空心體內(nèi)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(tǒng)在各種海況下保持水下穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)。當(dāng)本設(shè)備安裝完成后，通過(guò)兩條長(zhǎng)度相等的錨系纜線系泊于洋流豐富的水域，錨系纜線應(yīng)足夠長(zhǎng)，其上端與自懸浮式導(dǎo)流罩2兩側(cè)的錨系環(huán)6相連，下端與水底樁基上端的套環(huán)相連接，套環(huán)可沿樁基軸線做360度自由轉(zhuǎn)動(dòng)。此多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)在洋流沖擊下，渦輪葉片3繞發(fā)電機(jī)4軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)4發(fā)電。本裝置由于是通過(guò)水下錨系纜線來(lái)實(shí)現(xiàn)軟固定的，而且纜線下端連接的套環(huán)可沿樁基軸線做360度自由轉(zhuǎn)動(dòng)，因此當(dāng)水流方向發(fā)生變化時(shí)，整個(gè)裝置就會(huì)自動(dòng)地隨著水流方向在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使渦輪葉片3的轉(zhuǎn)動(dòng)平面始終與水流方向垂直，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在任何流速下都保持最大的發(fā)電效率，因此本裝置具有良好的發(fā)電效率。
權(quán)利要求1.自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)，包括上平衡翼(1)、導(dǎo)流罩(2)、渦輪葉片(3)、發(fā)電機(jī) (4)、連接固定桿(5)、錨系環(huán)(6)和下平衡翼(7)，其特征是上平衡翼(1)和下平衡翼(7) 分別安裝在導(dǎo)流罩(2)的上方和下方，渦輪葉片(3)固定于發(fā)電機(jī)(4)的轉(zhuǎn)子外側(cè)，發(fā)電機(jī) (4)通過(guò)連接固定桿(5)固定在導(dǎo)流罩(2)上，導(dǎo)流罩(2)外側(cè)安裝有錨系環(huán)(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)，其特征是所述每個(gè)導(dǎo)流罩(2) 內(nèi)的連接固定桿(4)有3-5根。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)，其特征是所述渦輪葉片(3)有 3-6個(gè)葉片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)，其特征是所述導(dǎo)流罩為雙向管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)表面呈圓弧型，導(dǎo)流罩以中部剖面線A-A為基準(zhǔn)，上部為完全空心體，導(dǎo)流罩下部為容積可調(diào)的空心體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)，其特征是所述上平衡翼(1)為記憶鈦合金空心體或玻璃鋼空心體。
專利摘要多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)，包括上平衡翼、下平衡翼、導(dǎo)流罩、渦輪葉片、發(fā)電機(jī)、連接固定桿和錨系環(huán)，上平衡翼和下平衡翼分別安裝在導(dǎo)流罩的上方和下方，渦輪葉片固定于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子外側(cè)，發(fā)電機(jī)通過(guò)連接固定桿固定在導(dǎo)流罩上，導(dǎo)流罩外側(cè)安裝有錨系環(huán)。導(dǎo)流罩本身具有自懸浮功能，具有良好的抗傾覆穩(wěn)定性。本裝置安裝好后，懸浮系統(tǒng)可根據(jù)潮流流向變化做實(shí)時(shí)順流姿態(tài)調(diào)整，保持來(lái)流方向與導(dǎo)流罩軸線一致，即與葉片旋轉(zhuǎn)平面垂直，聚流效應(yīng)非常顯著，可確保潮流能發(fā)電系統(tǒng)在較小流速下具有可觀的發(fā)電效率。
文檔編號(hào)F03B3/12GK201963461SQ20112011276
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者孫孟, 陳正壽 申請(qǐng)人:浙江海洋學(xué)院