專利名稱：水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)免旋轉接頭自動調向裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于可再生能源開發(fā)技術領域，涉及海洋水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)中的一種調向裝置。
背景技術：
所謂海流主要是指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動，所謂潮流主要是指由于潮汐導致的有規(guī)律的海水流動，海流和潮流是混在一起的，潮流能量又占主要部分，兩者可以統(tǒng)稱潮流，潮流發(fā)電是利用海流的動能發(fā)電的技術。一般無需筑壩，用水輪機組發(fā)電。潮流能的能量與流速的平方和流量成正比。相對波浪而言，潮流能的變化要平穩(wěn)且有規(guī)律得多。 潮流能隨潮汐的漲落每天兩次改變大小和方向。一般來說，最大流速在2m/s以上的水道， 其潮流能均有實際開發(fā)的價值。潮流能的利用方式主要是發(fā)電，其原理和風力發(fā)電相似，潮流發(fā)電是依靠海流的沖擊力使水輪機旋轉，然后再帶動發(fā)電機發(fā)電。但由于海水的密度約為空氣的835倍，且必須放置于水下，故潮流發(fā)電存在著一系列的關鍵技術問題，包括安裝維護、電力輸送、防腐、 海洋環(huán)境中的載荷與安全性能等。此外，潮流發(fā)電裝置和風力發(fā)電裝置的固定形式和透平設計也有很大的不同。潮流裝置可以安裝固定于海底，也可以安裝于浮體的底部，而浮體通過錨鏈固定于海上。潮流能發(fā)電已成為當前研究熱點，潮流能具有可預測性強、能量密度高等優(yōu)點， 但局部范圍也存在流速偏低、方向不穩(wěn)定等缺點，同時惡劣的海洋環(huán)境也給潮流能發(fā)電機組的研制帶來很大的困難。提高機組可靠性、提升整體效率已成為潮流能發(fā)電機組研制中的關鍵技術問題。潮流水輪發(fā)電主要的有兩種形式，一種是水平軸式，一種是垂直軸式，垂直軸式效率不高，但可以接受各個方向的潮流。水平軸式效率高，但水輪葉扇需隨著潮流自動轉向， 永遠對準潮流的來向，才能使得發(fā)電效率保持在最佳狀態(tài)，這樣會帶來新的問題——輸電電纜纏繞的問題。美國發(fā)明了旋轉接頭解決了這個問題，但旋轉接頭價格昂貴(10萬美元)， 壽命有限，不是長久之計。為了提高效率，自由轉向和電纜纏繞成了一對矛盾。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的不用旋轉接頭，解決水平軸潮流發(fā)電系統(tǒng)自由轉向和電纜纏繞的矛盾，換句話說，不用花費昂貴的費用，就可以讓水平軸潮流發(fā)電系統(tǒng)水輪葉扇會隨著潮流自動轉向，永遠對準潮流的來向，使得發(fā)電效率保持在最佳狀態(tài)，還不會帶來電纜的纏繞問題。本發(fā)明是一種適合水平軸潮流發(fā)電系統(tǒng)使用的連接構造裝置，使之能自動對向海流，同時免去旋轉接頭，解決輸電電纜的纏繞問題。主要構造是一種可以彎曲90度的萬向抗扭中空連接體。原理類似于汽車的萬向節(jié)，但與萬向節(jié)大大不同，它是由若干個單元構
3成，且中間是空的，可以讓電纜通過。潮流發(fā)電過程中，潮流帶動透平轉動，主軸上會產生巨大的扭矩，功率越大，扭矩越大，只有萬向節(jié)可以傳遞巨大的扭矩，還可以靈活的改變方向。 發(fā)電系統(tǒng)安裝發(fā)電機及透平后，發(fā)電機和透平可以繞此垂直底座的軸線360度任意旋轉， 以迎接最合適的潮流方向，達到最高的效率。發(fā)電機透平旋轉時會產生一個極大地扭矩，系統(tǒng)本身需產生相反的扭矩來抵消它，萬向抗扭聯(lián)接單元可以承受極大地扭矩來勝任系統(tǒng)的需求。本裝置為等速萬向節(jié)原理，如果底座接口法蘭端固定，發(fā)電機及透平接口法蘭端就不會發(fā)生繞垂直自身法蘭接口方向的旋轉，因此發(fā)電機及透平可以任意360度對向潮流的方向，但不會發(fā)生電纜的纏繞問題。此裝置可以非常容易的加裝到水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)中，結構簡單，機械強度高， 性能可靠，抗海水腐蝕，抗拉，抗扭，重量輕，安裝容易，使用時僅需要把本裝置的一端發(fā)電系統(tǒng)相聯(lián)接，另一端與底座聯(lián)接。帶有電纜水下密封接口。本發(fā)明主要由機械聯(lián)接部分和電纜聯(lián)接部分組成機械聯(lián)接部分組成主要由若干個中空的萬向抗扭連接體構成一個筒形長串，固定一端，另一端可以向各個方向彎曲成90 度。扭轉一端，另一端也跟著扭轉，可以傳遞巨大的扭矩。在筒形兩端有適合機械聯(lián)接的法蘭盤和電纜水下密封接口和自由通道。使用時，用戶可以使用本發(fā)明裝置攜帶的電纜接口， 也可以不使用本裝置上的電纜接口轉而使用自由通道安裝用戶自己的電纜。
本發(fā)明主要優(yōu)點可以適用于需要調向的水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)中，無論潮流裝置安裝固定于海底，還是安裝于浮體的底部，而浮體通過錨鏈固定于海上。適用面廣，可以依據不同的功率需要制造不同的規(guī)格，成本低(約為旋轉接頭的1/20)，壽命長，體積小，不怕海水腐蝕，使用方便，可實現(xiàn)免維護。
附圖1是水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)免旋轉接頭自動調向裝置結構示意圖； 附圖2是水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)免旋轉接頭自動調向裝置結構示意透視附圖3是水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)免旋轉接頭自動調向裝置三種主要零部件結構示意圖。其中A為法蘭盤和固定連接法蘭盤外環(huán)體的組合體結構示意圖，Al為其側視圖，A2為其俯視圖；B為單元內環(huán)體結構示意圖，Bl為其側視圖，B2為其俯視圖；C為單元外環(huán)體結構示意圖，Cl為側視圖，C2為俯視圖。1、鎧裝螺旋電纜及光纖，2、固定連接法蘭盤外環(huán)體，3、電纜及光纖接
口，4、自由通道口， 5、法蘭盤，6、法蘭螺絲孔，7、聯(lián)接軸銷，8聯(lián)接軸孔， 9、內環(huán)體，10、外環(huán)體。
具體實施例方式本裝置整體外觀如圖1所示，透視外觀如圖2所示，可以看到內部螺旋放置的鎧裝螺旋電纜及光纖1，整個裝置由兩個法蘭盤5和固定連接法蘭盤外環(huán)體2的組合體、若干個內環(huán)體9 (例如5個)和若干個外環(huán)體10 (例如4個)連接構成。圖3中A所示為法蘭盤5，其上有法蘭螺絲孔6、自由通道口 4和電纜及光線接口 3，固定連接法蘭盤外環(huán)體2上有兩個圓弧型缺口和一根聯(lián)結軸銷7，具體形狀見側視圖Al和俯視圖A2。B所示為內環(huán)體9，其上有四個聯(lián)結軸孔8，兩兩相對，相對的聯(lián)結軸孔8的連線呈十字型，四個聯(lián)結軸孔8處于內環(huán)體9的中部位置，內環(huán)體上有四個圓弧型缺口，具體形狀見側視圖Bl和俯視圖B2。C所示為外環(huán)體10，其上有兩根聯(lián)結軸銷7，它們相互垂直，處在外環(huán)體靠邊緣的位置，外環(huán)體上有四個圓弧型缺口，具體形狀見側視圖Cl俯視圖C2。固定連接法蘭盤外環(huán)體2中的聯(lián)接軸銷7穿過內環(huán)體9中的聯(lián)接軸孔8后，使固定連接法蘭盤外環(huán)體2和內環(huán)體9聯(lián)接在一起，聯(lián)接后，內環(huán)體9可以繞聯(lián)接軸銷7相對轉動一定角度，外環(huán)體10中的聯(lián)結軸銷7穿過內環(huán)體9中的聯(lián)接軸孔8后，內環(huán)體9和外環(huán)體 10聯(lián)接在一起，聯(lián)接后，內環(huán)體9可以繞聯(lián)接軸銷7相對轉動一定角度，通過同樣的方式，若干個(例如5個)9和若干個(例如4個)10聯(lián)接在一起，聯(lián)結完成后，穿過9的兩個聯(lián)接軸銷7呈十字型排列，相距非常近，穿過10的兩個聯(lián)接軸銷7也呈十字形排列，相距稍遠。9 和10聯(lián)成一長串，能夠使整體構成90度的彎曲，最后一個內環(huán)體9與固定連接法蘭盤外環(huán)體2聯(lián)接，就構成圖1所示的樣子。水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機和透平部分安裝在法蘭盤5這一端，發(fā)電機輸出的導線及光纖接在電纜和光纖接口 3處，這是水密接口，抗壓IMPa。鎧裝螺旋電纜及光纖1 在固定連接法蘭盤外環(huán)體2、內環(huán)體9及外環(huán)體10的中心以螺旋的形式繞過聯(lián)接軸銷7，從一端法蘭盤5通往另一端法蘭盤5，保證水下密封抗壓IMPa。以垂直于底座接口法蘭盤5 的方向為軸線，發(fā)電機和透平所在的另一端法蘭盤5可以360度任意旋轉。通過自由通道口 4可以鋪設的單獨的電纜，也需采取螺旋狀鋪設，不會發(fā)生纏繞問題。
權利要求
1.水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)免旋轉接頭自動調向裝置，其特征是整個裝置由兩個法蘭盤 (5)和固定連接法蘭盤外環(huán)體(2)的組合體、若干個內環(huán)體(9)和若干個外環(huán)體(10)連接構成法蘭盤(5 )上有法蘭螺絲孔(6 )、自由通道口( 4 )和電纜及光線接口( 3 )，固定連接法蘭盤外環(huán)體(2)上有兩個圓弧型缺口和一根聯(lián)結軸銷(7)，內環(huán)體(9)上有四個聯(lián)結軸孔(8)， 兩兩相對，相對的聯(lián)結軸孔(8)的連線呈十字型，四個聯(lián)結軸孔(8)處于內環(huán)體(9)的中部位置，內環(huán)體上有四個圓弧型缺口，外環(huán)體(10)上有兩根聯(lián)結軸銷(7)，它們相互垂直，處在外環(huán)體靠邊緣的位置，外環(huán)體(10)上有四個圓弧型缺口，固定連接法蘭盤外環(huán)體(2)中的聯(lián)接軸銷(7)穿過內環(huán)體(9)中的聯(lián)接軸孔(8)后，使固定連接法蘭盤外環(huán)體(2)和內環(huán)體(9)聯(lián)接在一起，內環(huán)體(9)能繞聯(lián)接軸銷(7)相對轉動一定角度，外環(huán)體(10)中的聯(lián)結軸銷(7)穿過內環(huán)體(9)中的聯(lián)接軸孔(8)后，內環(huán)體(9)和外環(huán)體(10)聯(lián)接在一起，內環(huán)體(9)能繞聯(lián)接軸銷(7)相對轉動一定角度，通過同樣的方式，若干個內環(huán)體(9)和若干個外環(huán)體(10)聯(lián)接在一起，聯(lián)結完成后，穿過外環(huán)體(9)的兩個聯(lián)接軸銷(7)呈十字型排列， 相距非常近，穿過外環(huán)體(10)的兩個聯(lián)接軸銷(7)也呈十字形排列，相距稍遠，內環(huán)體(9) 和外環(huán)體(10)聯(lián)成一長串，能夠使整體構成90度的彎曲，最后一個內環(huán)體(9)與固定連接法蘭盤外環(huán)體(2 )聯(lián)接，構成整個裝置，水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機和透平部分安裝在一端法蘭盤(5)上，發(fā)電機輸出的導線及光纖接在電纜和光纖接口 3 ()處，為水密接口，抗壓IMpa，電纜及光纖(1)在固定連接法蘭盤外環(huán)體(2 )、內環(huán)體(9 )及外環(huán)體(10 )的中心以螺旋的形式繞過聯(lián)接軸銷(7)，從一端法蘭盤(5)通往另一端法蘭盤(5)，以垂直于底座接口法蘭盤(5)的方向為軸線，發(fā)電機和透平所在的另一端法蘭盤(5)能夠360度任意旋轉， 通過自由通道口(4)能鋪設的單獨的電纜，也采取螺旋狀鋪設。
2.按照權利要求1所述的水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)免旋轉接頭自動調向裝置，其特征是整個裝置由兩個法蘭盤(5 )和固定連接法蘭盤外環(huán)體(2 )的組合體、5個內環(huán)體(9 )和4個外環(huán)體(10)連接構成。
全文摘要
本發(fā)明屬于可再生能源開發(fā)技術領域，涉及海洋水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)中的一種調向裝置，是一種適合水平軸潮流發(fā)電系統(tǒng)使用的連接裝置，主要構造是一種可以彎曲90度的萬向抗扭中空連接體。原理類似于萬向節(jié)，是由若干個單元體構成，中間是空的，可以讓電纜通過。本發(fā)明可以非常容易的加裝到水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)中，解決了電纜的纏繞問題，結構簡單，機械強度高，性能可靠，抗海水腐蝕，抗拉，抗扭，重量輕，成本低，安裝容易，帶有電纜水下密封接口，使用時僅需要把本裝置的一端發(fā)電系統(tǒng)相聯(lián)接，另一端與底座聯(lián)接。使發(fā)電機和透平可以繞此垂直底座的軸線360度任意旋轉，以迎接最合適的潮流方向，達到最高的效率。
文檔編號F03B11/00GK102536594SQ20121000450
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權日2012年1月9日
發(fā)明者張蕭, 張雪明, 徐明奇 申請人:東北師范大學