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：
本發(fā)明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級大風(fēng)。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(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、無需建造提壩、環(huán)境負(fù)面影響小等優(yōu)點(diǎn)。開發(fā)潮流能，發(fā) 展可再生能源不僅是未來能源技術(shù)儲備的戰(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) 到最佳水動力性能；其葉片定傾角設(shè)計(jì)可有效簡化渦輪結(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，且可以完全淹沒于水中，然而該系統(tǒng)抵御海洋惡劣 環(huán)境的能力相對較弱，主要體現(xiàn)為一、渦輪葉片外圍無防護(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
本發(fā)明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)。本發(fā)明要解決的問題是現(xiàn)有軸流水輪發(fā)電機(jī)低流速下發(fā)電效率低及復(fù)雜來流方 向下穩(wěn)定性、自調(diào)性差的不足。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明多向自適應(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)。每個導(dǎo)流罩內(nèi)的連接固定桿有3-5根；渦輪葉片有3-6個葉片；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；錨系纜線需足夠長，其長度上限應(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。本發(fā)明的優(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 叭狀開口，開口直徑相等，前喇叭開口結(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性，后喇叭開口結(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)流速和流場的穩(wěn)定性，罩內(nèi) 流場優(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高或過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是本發(fā)明多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)的立體圖； 圖2是本發(fā)明多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)的主視圖3是本發(fā)明多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)的后視圖； 圖4是本發(fā)明多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)A-A面的剖視圖； 圖5是本發(fā)明多向自適應(yīng)懸浮型潮流能水輪機(jī)的右視圖中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)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖所示，本發(fā)明多向自適應(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 有左右對稱的一對錨系環(huán)6。每個導(dǎo)流罩2內(nèi)有三根連接固定桿5，用來固定發(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° ； 每個渦輪由三個渦輪葉片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)均喇叭狀開口，開口直徑相等，導(dǎo)流罩2以兩側(cè)開口為基準(zhǔn)，覆蓋一等直徑的同材質(zhì)圓 筒，構(gòu)成兩個密封氣室，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 右兩個空氣室、水密型發(fā)電機(jī)的排水體積為整個設(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(yīng)足夠長，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。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，帶動發(fā)電機(jī)4發(fā)電。本裝置由于是通過水下錨系纜線來實(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，因此當(dāng)水流方向發(fā)生變化時(shí)，整個裝置就會自 動地隨著水流方向在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，使渦輪葉片3的轉(zhuǎn)動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。
全文摘要
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F03B3/18GK102146867SQ20111009586
公開日2011年8月10日 申請日期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 申請人:浙江海洋學(xué)院