一種漂浮式潮流能發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】一種漂浮式潮流能發(fā)電裝置，其浮子（1.1）漂浮于海面上，通過懸掛支架（1.1）連接正向輪緣發(fā)電機(jī)組（1.3）和反向輪緣發(fā)電機(jī)組（1.4）；錨鏈（1.5）一端連接在浮子（1.1）上，另一端錨于海底。所述的浮子（1.1）漂浮于海面之上，并通過懸掛支架（1.2）將輪緣發(fā)電機(jī)組（1.3、1.4）安裝固定。所述的輪緣發(fā)電機(jī)組（1.3、1.4）為帶有增速導(dǎo)流罩的輪緣驅(qū)動(dòng)型發(fā)電機(jī)機(jī)組，機(jī)組將導(dǎo)流罩（2.1）、發(fā)電機(jī)（2.2、2.5）及葉輪（2.6）集成為一個(gè)整體。正向輪緣發(fā)電機(jī)組（1.3）和反向輪緣發(fā)電機(jī)組（1.4）旋轉(zhuǎn)方向相反；所述的錨鏈（1.5）的一端連接浮子（1.1），另一端固定在海底。
【專利說明】一種漂浮式潮流能發(fā)電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種潮流能發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油資源的日益緊張，可再生能源的利用開發(fā)顯得尤為重要，海洋能資源作為一種依附于海水的可再生能源，其蘊(yùn)藏量是十分巨大的。潮流能作為海洋能資源的一種形式，其資源蘊(yùn)含量十分豐富，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球可開發(fā)利用的潮流能資源總量大概為3X108kW。我國(guó)的潮流能資源蘊(yùn)藏量比較豐富，理論平均功率為約1.4X107kW，具有廣闊的開發(fā)和利用前景。
[0003]盡管經(jīng)過各國(guó)研究人員多年的研究，潮流能發(fā)電技術(shù)取得較大了發(fā)展，但在大多數(shù)系統(tǒng)中也普遍存在下述幾個(gè)問題:(I)傳統(tǒng)潮流發(fā)電系統(tǒng)中葉輪與發(fā)電機(jī)通常采用分體設(shè)計(jì)，系統(tǒng)部件多、裝置龐大復(fù)雜，而且葉輪與發(fā)電機(jī)之間的傳動(dòng)裝置會(huì)產(chǎn)生能量損失，影響能量傳輸效率；(2)潮流發(fā)電系統(tǒng)通常采用變槳距葉片以實(shí)現(xiàn)全變速范圍內(nèi)系統(tǒng)發(fā)電功率最優(yōu)，但變槳執(zhí)行裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輔助裝置繁多，且工作于水下易出故障；(3)專門針對(duì)潮流能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)研究工作開展得較少，而普通發(fā)電機(jī)用于低速洋流發(fā)電時(shí)往往不能達(dá)到系統(tǒng)最佳匹配，置于水下發(fā)電機(jī)的密封問題復(fù)雜，容易失效。因此，研究開發(fā)結(jié)構(gòu)緊湊、系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠的潮流能發(fā)電新技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景。
[0004]英國(guó)openhydro公司在在世界范圍內(nèi)申請(qǐng)了一種輪緣安裝的水力渦輪機(jī)的相關(guān)專利。該公司在中國(guó)申請(qǐng)的專利CN101529086A，以及浙江省寧波市的胡彬等人申請(qǐng)的專利CN102230442A均提到一種輪緣安裝的渦輪發(fā)電機(jī)。該渦輪發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與渦輪機(jī)安裝為一體，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子無機(jī)械軸承支撐，而是選擇在定轉(zhuǎn)子之間安裝磁軸承。但磁軸承控制復(fù)雜，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性，導(dǎo)致可靠性下降；且上述專利提到的發(fā)電裝置均是采用海底基樁固定的安裝方式，系統(tǒng)施工維護(hù)等也較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)潮流能發(fā)電系統(tǒng)存在的上述缺點(diǎn)，提出一種漂浮式潮流能發(fā)電裝置，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)從潮流能到電能的高效、高可靠、低成本轉(zhuǎn)化。
[0006]本發(fā)明采用浮子支撐固定式方案，發(fā)電機(jī)組為帶有增速導(dǎo)流罩的輪緣驅(qū)動(dòng)型潮流能發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組通過支架懸掛于浮子下方。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，移動(dòng)方便等特點(diǎn)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明發(fā)電裝置由浮子、錨鏈、懸掛支架以及兩臺(tái)輪緣發(fā)電機(jī)機(jī)組構(gòu)成。當(dāng)海水流過輪緣發(fā)電機(jī)組時(shí)，機(jī)組外殼對(duì)海水進(jìn)行匯聚加速，水流沖擊機(jī)組使其旋轉(zhuǎn)并將海水動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能輸出；浮子漂浮于海面上，其作用為支撐發(fā)電機(jī)機(jī)組，浮子通過懸掛支架安裝輪緣發(fā)電機(jī)組，懸掛支架具備較強(qiáng)的承重能力，能夠承受輪緣發(fā)電機(jī)組自身重量以及系統(tǒng)發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩；發(fā)電時(shí)，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向相反向，使作用于浮子上的轉(zhuǎn)矩可以相互抵消，從而穩(wěn)定浮子。錨鏈一端連接在浮子上，并將系統(tǒng)錨系于海底，使整個(gè)發(fā)電裝置不隨海水漂動(dòng)。
[0009]所述的浮子下端安裝有兩個(gè)懸掛支架，懸掛支架所用材料具有較高機(jī)械強(qiáng)度，表面涂有耐海水腐蝕的材料，兩個(gè)懸掛支架下方分別懸掛有一臺(tái)輪緣發(fā)電機(jī)組。所述輪緣發(fā)電機(jī)組將導(dǎo)流罩、發(fā)電機(jī)、葉輪集成為一個(gè)整體，機(jī)組包括以下部件:導(dǎo)流罩、發(fā)電機(jī)定子、定子密封套筒，永磁轉(zhuǎn)子，葉輪，軸承，旋轉(zhuǎn)主軸，端蓋等部件。所述輪緣發(fā)電機(jī)組將發(fā)電機(jī)外殼與導(dǎo)流罩設(shè)計(jì)為一個(gè)整體，所述導(dǎo)流罩起到海水導(dǎo)流匯聚的作用，同時(shí)也是發(fā)電機(jī)的支撐外殼；所述發(fā)電機(jī)定子的外緣面安裝在導(dǎo)流罩內(nèi)側(cè)，內(nèi)側(cè)及兩個(gè)端面嵌套在定子密封套筒內(nèi)部；定子密封套筒穿過發(fā)電機(jī)定子內(nèi)側(cè)的氣隙，并完全包裹發(fā)電機(jī)定子的內(nèi)側(cè)面及兩個(gè)端面，定子密封套筒外沿安裝在導(dǎo)流罩內(nèi)側(cè)并對(duì)發(fā)電機(jī)定子整體進(jìn)行密封，可有效防止海水進(jìn)入定子線圈造成絕緣破壞及腐蝕；發(fā)電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子表面涂有防海水腐蝕材料，發(fā)電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子與葉輪設(shè)計(jì)為一個(gè)整體，電機(jī)轉(zhuǎn)子安裝在葉輪的葉尖處，葉輪除了捕獲海水動(dòng)能之外，同時(shí)還是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的支撐筋；葉輪中心安裝在旋轉(zhuǎn)主軸上；旋轉(zhuǎn)主軸兩端安裝有軸承并與端蓋連接。該輪緣發(fā)電機(jī)組具有低速大轉(zhuǎn)矩特性，較寬的功率捕獲區(qū)間可以使其在海水流速大范圍變化時(shí)也能正常發(fā)電，具有良好的密封性能和耐腐蝕性能，較小的體積，較輕的重量以及較高的運(yùn)行可靠性。浮子上安裝有錨鏈，錨鏈將整個(gè)發(fā)電裝置錨系于海底。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:輪緣發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，體積小，重量輕；采用浮子支撐，便于安裝檢修、可移動(dòng)；雙發(fā)電機(jī)組并排安裝，可有效穩(wěn)定裝置，使其在發(fā)電工作時(shí)裝置具有較高的穩(wěn)定性。相比目前大多數(shù)的潮流能發(fā)電裝備而言，本發(fā)明為一種可移動(dòng)式的發(fā)電裝置，體積小、重量輕且可靠性高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明漂浮式輪緣驅(qū)動(dòng)潮流能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖中:1.1浮子，1.2懸掛支架，1.3正向輪緣發(fā)電機(jī)組,1.4反向輪緣發(fā)電機(jī)組,1.5錨鏈；
[0012]圖2是輪緣發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖，圖2a是正視圖，圖2b是左視圖，圖中:2.1導(dǎo)流罩，2.2發(fā)電機(jī)定子，2.3定子密封套筒，2.4轉(zhuǎn)子密封，2.5發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，2.6葉輪，2.7主軸，2.8軸承，2.9支撐筋。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0014]圖1為本發(fā)明漂浮式輪緣驅(qū)動(dòng)潮流發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本發(fā)明發(fā)電裝置主要包括以下部分:浮子1.1，懸掛支架1.2，正向輪緣發(fā)電機(jī)組1.3，反向輪緣發(fā)電機(jī)組1.4，錨鏈1.5等。裝置發(fā)電工作時(shí)，浮子1.1漂浮于海面之上并支撐整個(gè)發(fā)電裝置在豎直方向的重量；兩個(gè)懸掛支架1.2的一端連接浮子1.1，另一端分別連接正向輪緣發(fā)電機(jī)組1.3和反向輪緣發(fā)電機(jī)組1.4，正向輪緣發(fā)電機(jī)組1.3和反向輪緣發(fā)電機(jī)組1.4分別懸掛在兩個(gè)懸掛支架1.2的下方。正向輪緣發(fā)電機(jī)組1.3和反向輪緣發(fā)電機(jī)組1.4結(jié)構(gòu)類似，但其內(nèi)部葉輪安裝方向相反，潮流沖擊發(fā)電機(jī)組時(shí)，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)呈反向旋轉(zhuǎn)。錨鏈1.5的一端連接于浮子之上，另一端錨系于海底。[0015]圖2是輪緣發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明輪緣發(fā)電機(jī)組包括:導(dǎo)流罩2.1，發(fā)電機(jī)定子2.2，定子密封套筒2.3，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子密封2.4，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2.5，葉輪2.6，主軸2.7，軸承2.8，以及支撐筋2.9。如圖2所示，導(dǎo)流罩2.1為雙向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)，可對(duì)雙向潮流進(jìn)行匯聚加速，導(dǎo)流罩同時(shí)還是發(fā)電機(jī)機(jī)殼，發(fā)電機(jī)定子2.2安裝在導(dǎo)流罩2.1內(nèi)部；發(fā)電機(jī)定子
2.2包括定子鐵芯、定子線圈等，所述發(fā)電機(jī)定子被定子密封套筒2.3完全密封，所述發(fā)電機(jī)定子2.2的外緣面安裝在導(dǎo)流罩2.1的內(nèi)側(cè)，發(fā)電機(jī)定子2.2的內(nèi)側(cè)及兩個(gè)端面嵌套在定子密封套筒2.3內(nèi)部；定子密封套筒2.3穿過發(fā)電機(jī)定子內(nèi)側(cè)的氣隙，并完全包裹發(fā)電機(jī)定子的內(nèi)側(cè)面及兩個(gè)端面，定子密封套筒2.3的外沿安裝在導(dǎo)流罩內(nèi)側(cè)并對(duì)發(fā)電機(jī)定子整體進(jìn)行密封，可有效防止海水進(jìn)入定子線圈造成絕緣破壞及腐蝕；轉(zhuǎn)子密封2.4使用環(huán)氧樹脂對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行整體密封，海水直接通過發(fā)電機(jī)氣隙。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2.5為永磁轉(zhuǎn)子，包括轉(zhuǎn)子鐵芯和永磁體，永磁體安裝在鐵芯外表面；葉輪2.6安裝在所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)偵牝葉輪由多個(gè)相同的水力葉片組成，葉輪一端安裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2.5內(nèi)表面上，另一端安裝于主軸2.7上。主軸2.7與支撐筋2.9之間通過軸承2.8連接，支撐筋2.9的另一端安裝在導(dǎo)流罩2.1上。
[0016]裝置發(fā)電過程如下:浮子1.1體積大而重量輕，放置于海水中后浮子會(huì)漂浮于海面之上，所述浮子通過懸掛支架1.2將輪緣發(fā)電機(jī)組懸掛于浮子下方，浮子在豎直方向上所受的浮力抵消懸掛支架、輪緣發(fā)電機(jī)組等部件的重力，使整個(gè)發(fā)電裝置在豎直方向上受力平衡；受潮流沖擊后，輪緣發(fā)電機(jī)組將海水動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能輸出，正向輪緣發(fā)電機(jī)組1.3和反向輪緣發(fā)電機(jī)組1.4內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同但旋轉(zhuǎn)方向相反，反向旋轉(zhuǎn)的兩臺(tái)輪緣發(fā)電機(jī)組可抵消相互產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，使所述浮子不會(huì)因?yàn)榘l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致的不平衡而發(fā)生側(cè)翻。錨鏈1.5將浮子固定于海底，使整個(gè)發(fā)電裝置不會(huì)因?yàn)樗鞫l(fā)生飄動(dòng)。
[0017]導(dǎo)流罩2.1對(duì)海水具有匯集加速作用，當(dāng)海水流過導(dǎo)流罩后會(huì)在導(dǎo)流罩內(nèi)部形成加速。定子密封套筒2.3和轉(zhuǎn)子密封2.4分別將發(fā)電機(jī)定子2.2和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2.5密封，以防止海水進(jìn)入定轉(zhuǎn)子內(nèi)部。經(jīng)導(dǎo)流罩2.1加速后的海水沖擊葉輪2.6并使其發(fā)生旋轉(zhuǎn)，葉輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子2.5旋轉(zhuǎn),發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部的永磁體切割發(fā)電機(jī)定子2.2的定子線圈并發(fā)出電能；至此，整個(gè)發(fā)電裝置完成機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。
【權(quán)利要求】
1.一種漂浮式潮流能發(fā)電裝置，其特征在于，所述的發(fā)電裝置包括浮子(1.1)、懸掛支架(1.2)、正向輪緣發(fā)電機(jī)組(1.3)、反向輪緣發(fā)電機(jī)組(1.4)和錨鏈(1.5);所述的浮子(1.1)漂浮于海面上；兩個(gè)懸掛支架(1.2)的一端連接浮子(1.1)，懸掛支架(1.2)的另一端分別連接正向輪緣發(fā)電機(jī)組(1.3)和反向輪緣發(fā)電機(jī)組(1.4);錨鏈(1.5) —端連接在浮子(1.1)上，另一端錨系于海底；正向輪緣發(fā)電機(jī)組(1.3)和反向輪緣發(fā)電機(jī)組(1.4)旋轉(zhuǎn)方向相反。
2.如權(quán)利要求1所述的漂浮式潮流能發(fā)電裝置，其特征在于所述的輪緣發(fā)電機(jī)組(1.3,1.4)包括以下部件:導(dǎo)流罩(2.1)，發(fā)電機(jī)定子(2.2)，定子密封套筒(2.3)，轉(zhuǎn)子密封(2.4)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(2.5)，葉輪(2.6)，主軸(2.7)，軸承(2.8)，以及支撐筋(2.9);所述的發(fā)電機(jī)外殼與導(dǎo)流罩(2.1)為一整體，所述導(dǎo)流罩(2.1)起到海水導(dǎo)流的作用，同時(shí)也是發(fā)電機(jī)的支撐外殼；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(2.5)與葉輪(2.6)為一整體，電機(jī)轉(zhuǎn)子(2.5)安裝在葉輪的葉尖處，葉輪(2.6)同時(shí)還是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(2.5)的支撐筋；發(fā)電機(jī)定子(2.2)及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(2.5)分別被定子密封套筒(2.3)和轉(zhuǎn)子密封(2.4)密封，海水直接通過發(fā)電機(jī)氣隙；主軸(2.7)的兩端安裝有軸承(2.8);主軸(2.7)與支撐筋(2.9)之間通過軸承(2.8)連接，支撐筋(2.9)另一端安裝在導(dǎo)流罩(1.1)上。
3.如權(quán)利要求2所述的漂浮式潮流能發(fā)電裝置，其特征在于所述的葉輪(2.6)由多個(gè)相同的水力葉片組成，安裝在所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(2.5)的內(nèi)側(cè)；葉輪(2.6)的一端安裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(2.5)的內(nèi)表面上，葉輪(2.6)的另一端安裝于主軸(2.7)上。
4.如權(quán)利要求1所述的漂浮式潮流能發(fā)電裝置，其特征在于:反向輪緣發(fā)電機(jī)組(1.4)的結(jié)構(gòu)和正向輪緣發(fā)電機(jī)組(1.3)的結(jié)構(gòu)相似，反向輪緣發(fā)電機(jī)組(1.4)的葉輪安裝方向和正向輪緣發(fā)電機(jī)組(1.3)的葉輪安裝方向相反，潮流沖擊發(fā)電機(jī)組時(shí)，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向相反。
【文檔編號(hào)】F03B13/26GK103644071SQ201310700085
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】徐松, 王海峰, 國(guó)建鴻, 黃元峰, 艾程柳, 李旺 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所