CN105863928A - 垂直轴水流发电装置及测试*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂直轴水流发电装置及测试***，其中，垂直轴水流发电装置，包括叶轮、漂浮支撑平台、增速器和发电机，所述叶轮包括叶片、叶片架和叶轮主轴，所述叶片架与所述叶轮主轴焊接且沿所述叶轮主轴放射性等份均布，所述叶片与所述叶片架通过铰链铰接，所述发电机安装在漂浮支撑平台上，所述发电机的输入轴与增速器的输出轴相连，其特征在于：所述漂浮支撑平台上安装回转支承轴承，所述叶轮主轴的上端固定在回转支承轴承内，所述叶轮主轴的上端依次通过万向联轴器和齿式联轴器与增速器的输入轴相连。本发明重量轻、安装方便、具有较好的启动、制动特性，适应环境强，发电效率高。

Description

垂直轴水流发电装置及测试***
技术领域
本发明涉及一种发电装置领域，尤其涉及一种垂直轴水流发电装置及其测试***。
背景技术
世界对能源需求量快速增长且总量巨大，供应能力日趋紧张。发展绿色无污染的新能源产业，推动低碳经济，已在全球各国达成共识。目前，在可再生的能源中，风能、太阳能已被广泛开发，但其转换效率低；虽然江河水电站也算是有效利用了可再生的水能，但投资大、且对生态环境、地质等构成威胁。发展新的环境友好型的水流发电成为一直必然趋势，包括江河水流能、洋流能、潮汐能、波浪能等。因为水的密度约为空气的1000倍,尤其是海水流动产生巨大的能量,其能量与流速的平方和流量成正比，流速在1.5m/s以上的区域，其洋流能均有实际开发价值。据初步测算，世界仅仅洋流能理论平均功率约为1400万千瓦时，而我国洋流也是最为丰富的国家。
现有技术中，出现了一些水流能的设备，分为水平轴式和垂直轴式。
水平轴式绝大多数利用叶轮吸收水能带动发电机发电。同时，叶轮必须安装复杂的偏航变浆***，即叶轮必须对准水流方向才能有效吸收水能，同时该结构对能量捕获的效率也较低，同时***却复杂、成本高。最为重要的是，整个***全部放置水下，对密封、防腐、安装、维修均是严峻的考验。
现目前有少数人提出叶片为垂直轴式，克服了水平轴式流体方向不确定性问题。这种结构几乎为双端固定，但这种结构复杂，重量大，安装困难。申请号为200910073171的专利文件中公开的“大功率垂直轴潮流发电装置”，主要特点是水轮机主轴塔柱固定在海底，为了克服潮涨潮落，机舱还必须足够高。这种结构最大的缺陷在于必须建立在浅海。同样申请号为201110303917.5的专利文件中公开的“一直垂直轴水流发电***”，主要结构也是安装必须海底。这两种结构的安装方式均为柱桩式。申请号为201020621184的专利文件中公开的“一种垂直轴潮流发电装置”，主要特点也是采用叶片轴双端支撑结构，该种结构的最大缺陷在于要保证叶轮轴两端轴承的同轴度，并起到支撑作用，叶轮框架的刚性刚度就要足够大，这框架的重量势必占到近整个***重量的一半，安装同样困难。总之，以上典型的垂直轴发电装置水下密封、防腐、安装、维修均非常困难，且成本高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种垂直轴水流发电装置，结构简单，***稳定性好。本发明还公开了垂直轴水流发电装置的测试***。
为了实现上述第一目的，本发明的技术方案如下：一种垂直轴水流发电装置，包括叶轮、漂浮支撑平台、增速器和发电机，所述叶轮包括叶片、叶片架和叶轮主轴，所述叶片架与所述叶轮主轴焊接且沿所述叶轮主轴放射性等份均布，所述叶片与所述叶片架通过铰链铰接，所述发电机安装在漂浮支撑平台上，所述发电机的输入轴与增速器的输出轴相连，其特征在于：所述漂浮支撑平台上安装回转支承轴承，所述叶轮主轴的上端固定在回转支承轴承内，所述叶轮主轴的上端依次通过万向联轴器和齿式联轴器与增速器的输入轴相连。
在上述方案中：所述漂浮支撑平台的周围设置锚链。
采用上述方案，叶轮主轴采用悬臂支撑，且支撑端仅为一个轴承，大大减轻了***重量和安装难度。回转支承轴承能承受叶轮的倾翻力矩、轴向力；还能实现自润滑，并兼有密封、防腐等特点。
叶轮通过回转支承轴承、万向联轴器、齿式联轴器、增速器，将功率传给发电机。万向联轴器能够补偿叶轮的径向偏摆量，齿式联轴器能补偿叶轮的轴向偏摆量，也便于增速器的装配。本发明的增速器为一级行星传动和一级锥齿轮传动，发电机采用永磁发电机。整个***为半直驱形式，从而提高发电效率。
另外，该发电平台采用漂浮式，只需用锚链固定，锚链固定在海底或其它固定物上。发电***安装时，整个***借助升降装置实现整体下水和出水。该***大大提高了各种海域的实用性，并且不用海底安装，同样，防护及维修也变得简单。
在上述方案中：所述发电机的输入轴上安装制动器。用于紧急制动。
在上述方案中：所述漂浮支撑平台包括平台本体，在平台本体的中间设置方形通孔，主平台通过支撑梁安装在方形通孔中，所述回转支承轴承安装在主平台上，所述发电机也安装在主平台上。
本发明的第二目的是这样实现的：垂直轴水流发电装置测试***，包括水池以及上述的垂直轴水流发电装置，所述主平台两侧的水池边或漂浮支撑平台上分别设置水池导轨，所述支撑梁设置在主平台的相对两侧，并且所述支撑梁延伸至与两侧的水池导轨滚动连接或滑动连接，牵引机构牵引支撑梁沿着水池导轨来回移动，从而实现主平台在方形通孔中的来回移动。
所述牵引***包括牵引电机，在主平台两端的漂浮支撑平台上或水池旁分别安装所述牵引电机，两端的所述牵引电机的输出轴与减速机的输入轴相连，所述减速机的输出轴上套装滚筒，所述滚筒上缠绕牵引绳，两端的所述牵引绳分别与主平台的两端相连。
所述支撑梁两端的下方分别安装车轮，车轮槽限位在水池轨道中，所述车轮能在车轮槽中自由滚动。
在上述方案中：在所述增速器的输出轴上设置第一扭矩转速传感器。所述叶轮主轴为空心轴，在所述叶轮主轴中安装第二扭矩转速传感器。第二扭矩转速传感器巧妙的安装在了叶轮主轴内，从而节约了空间和成本，不需要对主平台重新设计。通过两个传感器能记录整个机械***扭矩、转速、功率，并计算出传递效率。
这样的装置作为测试***，测试是在水池中进行的，测试时，只需要启动牵引电机，就能控制主平台移动速度(0-3m/S范围内)，主平台移动速度就为相对水流速度，从而达到改变水流速度的目的，这样水流速度的大小就能轻易的控制了。测试时，需要测试增速器前后端的转矩、转速；通过电阻箱调节负载大小，从而测试发电量。将所有的数据进行采集，可以计算出***传递效率，叶片能量捕获效率等作用数据。该测试***对于完善整个发电***和产业化具有及其重要的作用。
有益效果：本发明重量轻、结构简单、安装方便、具有较好的启动、制动特性，适应环境强，发电效率高。同时提供了该装置的测试***。可向大功率方向发展和应用。
附图说明
图1垂直轴水流发电装置结构主视图。
图2垂直轴水流发电装置结构俯视图。
图3垂直轴水流发电装置叶轮结构图。
图4垂直轴水流发电装置传动***图。
图5垂直轴水流发电装置测试***俯视图。
图6为车轮的安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
实施例1，如图1-3所示：本发明的垂直轴水流发电装置由叶轮、锚链4、漂浮支撑平台5、主平台6、回转支承轴承7、连接法兰8、万向联轴器9、齿式联轴器、增速器11、制动器12、发电机13、第一扭矩转速传感器14、支撑梁15等部件组成。
本发明在201420550695.6基础上经过进一步优化改进而成，叶轮包括叶片1、叶片架2和叶轮主轴3，叶轮主轴3为空心轴，叶片架2为9个，叶片架2为L形架，叶片架2一端与叶轮主轴3焊接且沿叶轮主轴3放射性等份均布，所有叶片架2旋向相同，所有叶片架2的上端和下端分别通过圆形或正六边形的钢圈连接，加以固定。叶片1与叶片架2的另一端端部通过铰链(合页)铰接。
该叶轮在水流任意方向均能实现自启动，当叶片1在迎水面能实现自由闭合，贴在相邻叶片架2上(位于两个相邻叶片架2之间，使得相邻叶片架2中间封闭)，增大迎水面积，吸收水能。获得能量，并将能量传递给增速器11。
叶片1在逆水区时，叶片1绕与叶片架2铰接处旋转，叶片1能完全张开，使叶片阻水面积接近于零，当旋转到迎水区后，叶片在水流的作用下，逐步闭合，迎水做功。
漂浮支撑平台5包括平台本体，漂浮支撑平台5的周围设置锚链4，锚链4固定在海底或其它固定物上。在平台本体的中间设置方形通孔5a，整个平台本体为“回”形。主平台6通过支撑梁15安装在方形通孔5a中，具体的，主平台6的两侧分别设置两根支撑梁15，支撑梁15的端部固定在平台本体上。发电机13安装在主平台6上。回转支承轴承7安装在主平台6上，回转支承轴承7的外圆通过螺栓安装在主平台6上，内圆固定在连接法兰8上。叶轮主轴3的上端固定在回转支承轴承7内，叶轮主轴3的上端依次通过万向联轴器9和齿式联轴器10与增速器11的输入轴相连。发电机13的输入轴与增速器11的输出轴相连。发电机13的输入轴上安装制动器12。
实施例2，测试***
如图4-5，包括垂直轴水流发电装置，垂直轴水流发电装置放置在水池中，垂直轴水流发电装置与实施例1相同，不同的是，支撑梁15不是固定在漂浮支撑平台5上，在叶轮主轴3中安装第二扭矩转速传感器，在增速器11的输出轴上设置第一扭矩转速传感器14。
主平台6两侧的漂浮支撑平台5上分别设置水池导轨20，主平台6的两侧分别对称设置两根支撑梁15，并且支撑梁15延伸至与两侧的水池导轨20滚动连接或滑动连接，具体的，支撑梁15端部的下方安装车轮21，车轮槽限位在水池轨道20中，车轮21能在车轮槽中自由滚动。牵引机构牵引支撑梁15沿着水池导轨20来回移动，从而实现主平台6在方形通孔中的来回移动。具体的牵引***包括牵引电机18，在主平台6两端的漂浮支撑平台5上分别安装牵引电机18，两端的牵引电机18的输出轴与减速机19的输入轴相连，减速机19的输出轴上套装滚筒17，滚筒17上缠绕牵引绳16，两端的牵引绳16分别与主平台6的两端相连。
水池导轨20也可以设置在水池两侧。同样的牵引电机18也可以设置在水池旁。
本发明不局限于上述具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。总之，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种垂直轴水流发电装置，包括叶轮、漂浮支撑平台(5)、增速器(11)和发电机(13)，所述叶轮包括叶片(1)、叶片架(2)和叶轮主轴(3)，所述叶片架(2)与所述叶轮主轴(3)焊接且沿所述叶轮主轴(3)放射性等份均布，所述叶片(1)与所述叶片架(2)通过铰链铰接，所述发电机(13)安装在漂浮支撑平台(5)上，所述发电机(13)的输入轴与增速器(11)的输出轴相连，其特征在于：所述漂浮支撑平台(5)上安装回转支承轴承(7)，所述叶轮主轴(3)的上端套在回转支承轴承(7)内，所述叶轮主轴(3)的上端依次通过万向联轴器(9)和齿式联轴器(10)与所述增速器(11)的输入轴相连。
2.根据权利要求1所述垂直轴水流发电装置，其特征在于：所述漂浮支撑平台(5)的周围设置锚链(4)。
3.根据权利要求1或2所述垂直轴水流发电装置，其特征在于：所述发电机(13)的输入轴上安装制动器(12)。
4.根据权利要求3所述垂直轴水流发电装置，其特征在于：所述漂浮支撑平台(5)包括平台本体，在平台本体的中间设置方形通孔(5a)，主平台(6)通过支撑梁(15)安装在方形通孔(5a)中，所述回转支承轴承(7)安装在主平台(6)上，所述发电机(13)也安装在主平台(6)上。
5.一种垂直轴水流发电装置测试***，其特征在于：包括水池以及权利要求4所述的垂直轴水流发电装置，所述主平台(6)两侧的水池边或漂浮支撑平台(5)上分别设置水池导轨(20)，所述支撑梁(15)设置在主平台(6)的相对两侧，并且所述支撑梁(15)延伸至与两侧的水池导轨(20)滚动连接或滑动连接，牵引机构牵引支撑梁(15)沿着水池导轨(20)来回移动，从而实现主平台(6)在方形通孔中的来回移动。
6.根据权利要求5所述垂直轴水流发电装置测试***，其特征在于：所述牵引***包括牵引电机(18)，在主平台(6)两端的漂浮支撑平台(5)上或水池旁分别安装所述牵引电机(18)，两端的所述牵引电机(18)的输出轴与减速机(19)的输入轴相连，所述减速机(19)的输出轴上套装滚筒(17)，所述滚筒(17)上缠绕牵引绳(16)，两端的所述牵引绳(16)分别与主平台(6)的两端相连。
7.根据权利要求6所述垂直轴水流发电装置测试***，其特征在于：所述支撑梁(15)两端的下方分别安装车轮(21)，车轮槽限位在水池轨道(20)中，所述车轮(21)能在车轮槽中自由滚动。
8.根据权利要求7所述垂直轴水流发电装置测试***，，其特征在于：在所述增速器(11)的输出轴上设置第一扭矩转速传感器(14)。
9.根据权利要求5-8所述垂直轴水流发电装置测试***，其特征在于：所述叶轮主轴(3)为空心轴，在所述叶轮主轴(3)中安装第二扭矩转速传感器。
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