雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)的制作方法
【專利摘要】雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)，包括能量捕獲機(jī)構(gòu)和底座，所述能量捕獲機(jī)構(gòu)由葉片盤、導(dǎo)向環(huán)軌、葉片和輪盤組成，所述葉片盤上設(shè)有導(dǎo)向環(huán)軌，葉片盤的下方設(shè)有輪盤，葉片盤與輪盤之間設(shè)有二十四個(gè)葉片；所述能量捕獲機(jī)構(gòu)共有兩個(gè)，上下垂直設(shè)置，其中上部能量捕獲機(jī)構(gòu)的葉片盤和輪盤通過軸承套與第一主軸連接，下部的能量捕獲機(jī)構(gòu)的葉片盤和輪盤通過軸承套與第二主軸連接；所述底座由方形的密封箱體構(gòu)成，齒輪增速箱、第一發(fā)電機(jī)和第二發(fā)電機(jī)均設(shè)于密封箱體內(nèi)；本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，不需要偏航機(jī)構(gòu)，不受水流方向的影響，使用豎直葉片，相減小了對葉片機(jī)械加工制造的難度，可以有效的提升獲能系數(shù)和潮流能的利用率，值得大力推廣。
【專利說明】
雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及海洋可再生能源開發(fā)領(lǐng)域，尤其是一種雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]潮流具有能流密度大、往復(fù)性、無污染、可再生等特點(diǎn)。潮流能發(fā)電的核心是吸收潮流的水輪機(jī)。水平軸水輪機(jī)單機(jī)功率大，被譽(yù)為“水下風(fēng)車”，但其對于往復(fù)潮流的綜合能量捕獲效率低。相對水平軸來說，豎軸潮流水輪機(jī)有以下優(yōu)勢:首先由于水流來流方向?qū)ωQ軸潮流水輪機(jī)基本上沒有影響，這樣不僅可以舍棄偏航機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而且還能夠直接通過轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)矩輸出，從而減少機(jī)械的傳動(dòng)損失;其次相比水平軸水輪機(jī)，豎軸水輪機(jī)需要較少的資金投入和經(jīng)營費(fèi)用；最后，豎軸潮流水輪機(jī)對水深要求不高，控制結(jié)構(gòu)相對簡單。豎軸潮流水輪機(jī)通常由一組伸向水中并繞垂直于海面的主軸做圓周運(yùn)動(dòng)的葉片組成，葉片在水流沖擊下繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過主軸傳動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，將潮流能轉(zhuǎn)化為電能。按照水輪機(jī)葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中所具有的不同的運(yùn)動(dòng)方式，豎軸潮流水輪機(jī)分為兩種類型:固定偏角式豎軸水輪機(jī)和變攻角式豎軸水輪機(jī)。固定偏角式豎軸水輪機(jī)的葉片和水輪機(jī)支臂完全固定在一起，自身無法轉(zhuǎn)動(dòng)，而變攻角式豎軸水輪機(jī)的葉片不僅能夠繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)而且能夠以一定的規(guī)律繞自身的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。變攻角潮流水輪機(jī)不僅在流速低的時(shí)候也有較好的自啟動(dòng)性能，而且能量利用率較高，但機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壽命短。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高、使用壽命長的雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)，包括能量捕獲機(jī)構(gòu)和底座，所述能量捕獲機(jī)構(gòu)由葉片盤、導(dǎo)向環(huán)軌、葉片和輪盤組成，所述葉片盤上設(shè)有導(dǎo)向環(huán)軌，葉片盤的下方設(shè)有輪盤，葉片盤與輪盤之間設(shè)有二十四個(gè)葉片，該葉片通過葉片座連接葉片盤，葉片座設(shè)于葉片盤的邊緣部分，該葉片座內(nèi)設(shè)有與葉片配合的葉片軸，葉片豎直設(shè)置，葉片以葉片軸為界分為上下兩部分，上部分葉片的面積大于下部分葉片，葉片座的內(nèi)周設(shè)有與葉片配合的擋塊;所述能量捕獲機(jī)構(gòu)共有兩個(gè)，上下垂直設(shè)置，其中上部能量捕獲機(jī)構(gòu)的葉片盤和輪盤通過軸承套與第一主軸連接，下部的能量捕獲機(jī)構(gòu)的葉片盤和輪盤通過軸承套與第二主軸連接，其中第一主軸設(shè)于第二主軸內(nèi)部，二者同軸設(shè)置，第一主軸與第二主軸均通過聯(lián)軸器連接齒輪增速箱，齒輪增速箱通過第一聯(lián)軸器連接左側(cè)的第一發(fā)電機(jī)，齒輪增速箱通過第二聯(lián)軸器連接左側(cè)的第二發(fā)電機(jī)，第一主軸與第二主軸上均設(shè)有扭矩轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器;所述底座由方形的密封箱體構(gòu)成，齒輪增速箱、第一發(fā)電機(jī)和第二發(fā)電機(jī)均設(shè)于密封箱體內(nèi)，該密封箱體與第二主軸之間設(shè)有密封圈，密封箱體的底部設(shè)有四個(gè)支腳，密封箱體的內(nèi)部設(shè)有控制系統(tǒng)。
[0005]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步方案:所述葉片盤和導(dǎo)向環(huán)軌的材料均為鋼材。
[0006]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步方案:所述第一主軸與第二主軸之間通過軸承連接，該軸承設(shè)有數(shù)個(gè)。
[0007]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步方案:所述扭矩轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器連接控制系統(tǒng)。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:該雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn):一、能量捕獲機(jī)構(gòu)的豎直葉片的結(jié)構(gòu)使得在水輪機(jī)的工作側(cè)面，受到水流沖擊作用力最大，在非工作側(cè)面受到的阻力最小，這樣水輪機(jī)就能高效率的工作，不用浪費(fèi)很多能量在克服水流的阻力上面，再加上裝置本身就是有自重的，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性也比較均勻，所以水輪機(jī)能穩(wěn)定處于穩(wěn)定工作狀態(tài)；
[0009]二、兩個(gè)能量捕獲機(jī)構(gòu)上下垂直設(shè)置，分別用兩個(gè)同心軸，可獨(dú)立運(yùn)行，不僅可以實(shí)現(xiàn)大功率發(fā)電的目的，而且有效緩解了潮流能不夠用的難題，大大提高了潮流能的利用率；
[0010]三、底座結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性高、使用壽命長。
[0011]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，不需要偏航機(jī)構(gòu)，不受水流方向的影響，使用豎直葉片，相比水平軸式水輪機(jī)減小了對葉片機(jī)械加工制造的難度，有利于降低生產(chǎn)成本，可以有效的提升獲能系數(shù)和潮流能的利用率，值得大力推廣。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為葉片的工作原理示意圖一；
[0014]圖3為葉片的工作原理示意圖二；
[0015]圖4為第一主軸和第二主軸的變速原理簡圖；
[0016]圖5為第一主軸與第二主軸的裝配示意圖；
[0017]圖6為支腳的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0019]請參閱圖1-6，本實(shí)用新型實(shí)施例中，雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)，包括能量捕獲機(jī)構(gòu)和底座，所述能量捕獲機(jī)構(gòu)由葉片盤1、導(dǎo)向環(huán)軌2、葉片3和輪盤5組成，所述葉片盤I上設(shè)有導(dǎo)向環(huán)軌2，葉片盤I和導(dǎo)向環(huán)軌2的材料均為鋼材，葉片盤I的下方設(shè)有輪盤5，主要作用是支撐整個(gè)能量捕獲機(jī)構(gòu)，幫助葉片盤I在軸向上進(jìn)行定位，葉片盤I與輪盤5之間設(shè)有二十四個(gè)葉片3，該葉片3通過葉片座31連接葉片盤I，葉片座31設(shè)于葉片盤I的邊緣部分，該葉片座31內(nèi)設(shè)有與葉片3配合的葉片軸32，葉片3豎直設(shè)置，葉片3以葉片軸32分為上下兩部分，上部分葉片3的面積大于下部分葉片3，葉片座31的內(nèi)周設(shè)有與葉片3配合的擋塊33;
[0020]所述能量捕獲機(jī)構(gòu)共有兩個(gè)，上下垂直設(shè)置，其中上部能量捕獲機(jī)構(gòu)的葉片盤I和輪盤5通過軸承套與第一主軸4連接，下部的能量捕獲機(jī)構(gòu)的葉片盤I和輪盤5通過軸承套與第二主軸4.1連接，其中第一主軸4設(shè)于第二主軸4.1內(nèi)部，二者同軸設(shè)置，第一主軸4與第二主軸4.1之間通過軸承連接，第一主軸4與第二主軸4.1均通過聯(lián)軸器連接齒輪增速箱15，齒輪增速箱15通過第一聯(lián)軸器14.1連接左側(cè)的第一發(fā)電機(jī)13.1，齒輪增速箱15通過第二聯(lián)軸器14連接左側(cè)的第二發(fā)電機(jī)13，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)切割發(fā)電機(jī)中定子磁場產(chǎn)生電流，定子上連接有負(fù)載，將電流輸送出去，第一主軸4與第二主軸4.1上均設(shè)有扭矩轉(zhuǎn)速傳感器7和轉(zhuǎn)角傳感器8，分別能夠測量出第一主軸4與軸的扭矩和轉(zhuǎn)速，這些傳感器將這些轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)傳遞給控制系統(tǒng)1，方便控制系統(tǒng)1做出調(diào)節(jié)。
[0021]所述底座由方形的密封箱體11構(gòu)成，齒輪增速箱15、第一發(fā)電機(jī)13.1和第二發(fā)電機(jī)13均設(shè)于密封箱體11內(nèi)，該密封箱體11與第二主軸4.1之間設(shè)有密封圈9，能夠防止水進(jìn)入密封箱體11內(nèi)損壞電機(jī)，密封箱體11的底部設(shè)有四個(gè)支腳12，密封箱體11的內(nèi)部設(shè)有控制系統(tǒng)10。
[0022]本實(shí)用新型的工作原理:一、能量捕獲機(jī)構(gòu)的工作原理:水流從左側(cè)沖擊葉片3時(shí)，葉片3受力，葉片3以葉片3轉(zhuǎn)軸為中心分為兩個(gè)部分，葉片軸32上面部分面積小于葉片軸32下面部分，葉片3下面部分受力大于上面部分，下面葉片3部分沒有葉片座31結(jié)構(gòu)限制，就會(huì)繞葉片軸32轉(zhuǎn)動(dòng)張開，葉片3對水流的阻力很小，葉片3在水流的作用其之間的夾角從O度連續(xù)轉(zhuǎn)換到180度，水流對葉片3的推力也從O度連續(xù)增加，到90度的時(shí)候最大，而后逐漸到O;當(dāng)水流從右側(cè)流向葉片3的時(shí)候，葉片3以軸為中心分為的上下兩部分都受到水流的作用，以軸為中心下面部分葉片3受到水流沖擊的面積大于上面的葉片3，所以下面葉片3受到的作用力大于上面葉片3的作用里，葉片3下面部分會(huì)隨著水流的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，但由于葉片座31有擋塊33的原因，葉片3不能轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片3將受到的作用力傳遞給葉片座31，葉片座31受到葉片3的作用力并將作用力傳遞給水輪機(jī)，水輪機(jī)受力轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣葉片3與水流的夾角從O度到90度，再從90度到180度，在從180度到90度，隨著角度的變化葉片3從不工作轉(zhuǎn)到工作，再從工作轉(zhuǎn)到不工作，周而復(fù)始的重復(fù)上述過程，水輪機(jī)就能不停捕獲能量。這樣設(shè)計(jì)達(dá)到了，在水輪機(jī)的工作側(cè)面，受到水流沖擊作用力最大，在非工作側(cè)面受到的阻力最小，這樣水輪機(jī)就能高效率的工作，不用浪費(fèi)很多能量在克服水流的阻力上面。再加上裝置本身就是有自重的，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性也比較均勻，所以水輪機(jī)能穩(wěn)定處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。
[0023]二、裝置上端的有兩個(gè)能量捕獲機(jī)構(gòu)，位置垂直上下分布，上面能量捕獲機(jī)構(gòu)的軸為第一主軸4，下面能量捕獲機(jī)構(gòu)的軸為第二主軸4.1，軸剖視圖可以看出第一主軸4套在第二主軸4.1內(nèi)部，并且穿過第二主軸4.1，通過聯(lián)軸器將機(jī)械能傳遞給齒輪增速箱15，齒輪增速箱15通過聯(lián)軸器將機(jī)械能傳遞給左側(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)切割發(fā)電機(jī)中定子磁場產(chǎn)生電流，定子上連接有負(fù)載，將電流輸送出去;第二主軸4.1的能量捕獲機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)化來的機(jī)械能通過聯(lián)軸器將機(jī)械能傳遞給齒輪增速箱15，齒輪增速箱15通過聯(lián)軸器，將機(jī)械能傳遞給發(fā)右側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)切割發(fā)電機(jī)中定子磁場產(chǎn)生電流，定子上連接有負(fù)載，將電流輸送出去。第一主軸4與第二主軸4.1上分別有扭矩轉(zhuǎn)速傳感器7和轉(zhuǎn)角傳感器8，分別能夠測量出第一主軸4與軸的扭矩和轉(zhuǎn)速，這些傳感器將這些轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)傳遞給控制系統(tǒng)10，方便控制系統(tǒng)10做出調(diào)節(jié)。第二主軸4.1直徑大于第一主軸4直徑，且第一主軸4與第二主軸4.1中心線同軸，所以設(shè)計(jì)將第一主軸4套在第二主軸4.1內(nèi)部，第一主軸4與第二主軸4.1之間用多個(gè)軸承來連接，用軸承連接的目的是既能起到確定第一主軸4與第二主軸4.1的相對位置又能使第一主軸4與第二主軸4.1能夠同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠帶動(dòng)左右兩邊發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)工作。這樣做的設(shè)計(jì)的目的不僅可以實(shí)現(xiàn)大功率發(fā)電，而且有效緩解了潮流能不夠用的難題，大大提高了潮流能的利用率。
[0024]其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，不需要偏航機(jī)構(gòu)，不受水流方向的影響，使用豎直葉片，相比水平軸式水輪機(jī)減小了對葉片機(jī)械加工制造的難度，有利于降低研發(fā)成本，可以有效的提升獲能系數(shù)和潮流能的利用率。
[0025]整個(gè)潮流發(fā)電裝置固定在海底，日夜不停的經(jīng)受潮流的沖擊，因此對其底座的設(shè)計(jì)提出了較高的要求?，F(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域的潮流發(fā)電裝置底座多為圓盤型，圓盤型底座由鉚釘固定在海底巖石上。這種結(jié)構(gòu)的底座，底部面積小，穩(wěn)定性差，使用壽命短，不能較好的完成底座的任務(wù)。而本實(shí)用新型的底座結(jié)構(gòu)解決了底部穩(wěn)定性差、使用壽命短、效率低等問題。
[0026]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0027]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)，包括能量捕獲機(jī)構(gòu)和底座，其特征在于，所述能量捕獲機(jī)構(gòu)由葉片盤(I)、導(dǎo)向環(huán)軌(2)、葉片(3)和輪盤(5)組成，所述葉片盤(I)上設(shè)有導(dǎo)向環(huán)軌(2)，葉片盤(I)的下方設(shè)有輪盤(5)，葉片盤(I)與輪盤(5)之間設(shè)有二十四個(gè)葉片(3)，該葉片(3)通過葉片座(31)連接葉片盤(I)，葉片座(31)設(shè)于葉片盤(I)的邊緣部分，該葉片座(31)內(nèi)設(shè)有與葉片(3)配合的葉片軸(32)，葉片(3)豎直設(shè)置，葉片(3)以葉片軸(32)為界分為上下兩部分，上部分葉片(3)的面積大于下部分葉片(3)，葉片座(31)的內(nèi)周設(shè)有與葉片(3)配合的擋塊(33);所述能量捕獲機(jī)構(gòu)共有兩個(gè)，上下垂直設(shè)置，其中上部能量捕獲機(jī)構(gòu)的葉片盤(1)和輪盤(5)通過軸承套與第一主軸(4)連接，下部的能量捕獲機(jī)構(gòu)的葉片盤(I)和輪盤(5)通過軸承套與第二主軸(4.1)連接，其中第一主軸(4)設(shè)于第二主軸(4.1)內(nèi)部，二者同軸設(shè)置，第一主軸(4)與第二主軸(4.1)均通過聯(lián)軸器連接齒輪增速箱(15)，齒輪增速箱(15)通過第一聯(lián)軸器(14.1)連接左側(cè)的第一發(fā)電機(jī)(13.1)，齒輪增速箱(15)通過第二聯(lián)軸器(14)連接左側(cè)的第二發(fā)電機(jī)(13)，第一主軸(4)與第二主軸(4.1)上均設(shè)有扭矩轉(zhuǎn)速傳感器(7)和轉(zhuǎn)角傳感器(8);所述底座由方形的密封箱體(11)構(gòu)成，齒輪增速箱(I 5 )、第一發(fā)電機(jī)(I3.1)和第二發(fā)電機(jī)(13)均設(shè)于密封箱體(II)內(nèi)，該密封箱體(II)與第二主軸(4.1)之間設(shè)有密封圈(9)，密封箱體(11)的底部設(shè)有四個(gè)支腳(12)，密封箱體(11)的內(nèi)部設(shè)有控制系統(tǒng)(10)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述葉片盤(I)和導(dǎo)向環(huán)軌(2)的材料均為鋼材。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述第一主軸(4)與第二主軸(4.1)之間通過軸承連接，該軸承設(shè)有數(shù)個(gè)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙轉(zhuǎn)子潮流發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述扭矩轉(zhuǎn)速傳感器(7)和轉(zhuǎn)角傳感器(8)連接控制系統(tǒng)(1)。
【文檔編號】F03B13/26GK205445885SQ201521064607
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月16日
【發(fā)明人】李彬
【申請人】天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)