CN106812655A - 磁耦合潮流发电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于海洋可再生能源开发领域，涉及一种潮流发电机，具体为一种磁耦合潮流发电机。磁耦合潮流发电机由水轮机、传动装置、控制装置、电能控制转换装置和底座组成。水轮机由金属叶片盘、叶片、主轴、轮盘等组成。叶片盘、轮盘都是以主轴为中心，围绕主轴转动；叶片与支臂之间用轴承连接，叶片则以叶轮上的支臂为中心，围绕支臂旋转。叶片盘与主轴之间用轴承座连接，通过螺栓固定在轴承座上。叶片盘下的轮盘，其作用是支撑整个能量捕获装置，帮助叶片盘在轴上进行向上定位。本发明设计合理，密封成本低，可靠性高，便于市场推广。

Description

磁耦合潮流发电机

技术领域

本发明属于海洋可再生能源开发领域，涉及一种潮流发电机，具体为一种磁耦合潮流发电机。

背景技术

随着煤炭、石油、天然气等化石燃料的大规模开发和利用，经济发展的同时，也造成了大量资源浪费及污染物、温室气体的排放。自确认化石燃料的储量有限且日益减少以来，开发新能源、研究新的节能技术，走可持续发展道路己成为社会各界的共识。潮流能作为一种绿色可再生能源，进入了大众的视线。由于其具有可预测性、输出稳定、对周边环境及其周边生物影响较小等优点，且与获能原理相似的风能发电相比，海水密度约为空气密度的1000倍，相同面积内潮流能蕴含能量比风能高的多。这些优点说明开发利用潮流能能源是一项非常有发展前景的项目。

潮流能利用的主要形式是潮流能发电装置发电，其原理：潮水冲击水轮机，将潮水中流动的动能转换成水轮机的机械能，水轮机经机械传动装置带动发电机发电，将机械能转换成电能。潮流发电装置可以按水轮机的结构形式来区分，水平轴式和竖轴式。现有技术对发电机部分的密封要求高，成本昂贵。

发明内容

为了克服现有技术领域存在的上述问题，本发明的目的在于，提供一种磁耦合潮流发电机，解决结构复杂、成本高、稳定性差、使用寿命短等问题。

磁耦合潮流发电机由水轮机、传动装置、控制装置、电能控制转换装置和底座组成。

磁耦合 潮流发电机包括叶片盘、叶片、主轴、导流罩、轮盘、磁力耦合联轴器、万向轮、有机玻璃盖、金属纵梁、控制***、支脚、增速齿轮箱、联轴器、发电机、密封的箱体。所述导流罩包括上半部分导流罩和下半部分导流罩，分别安装在叶片盘和轮盘上。所述磁力耦合联轴器[6]包括主动盘和被动盘，所述主轴与磁力耦合联轴器主动盘连接后设置在密封的箱体的上方，所述磁力耦合联轴器被动盘位于密封的箱体内部上方，与磁力耦合联轴器的主动盘对应设置，被动盘的输出端与所述增速齿轮箱的输入端连接。为了避免不锈钢的材料影响磁力耦合器的性能，主动盘与被动盘之间的箱体中用有机玻璃盖来保证密封。

水轮机由金属叶片盘、叶片、主轴、轮盘等组成。叶片盘、轮盘都是以主轴为中心，围绕主轴转动；叶片与支臂之间用轴承连接，叶片则以叶轮上的支臂为中心，围绕支臂旋转。叶片盘与主轴之间用轴承座连接，通过螺栓固定在轴承座上。叶片盘下的轮盘，其作用是支撑整个能量捕获装置，帮助叶片盘在轴上进行向上定位。

叶轮以主轴为中心，均匀分布了四个扇叶，每个扇叶绕叶轮上一根支臂旋转。支臂分布在叶片盘的边缘部分。叶片焊接在支臂上，用轴承连接，能绕支臂旋转。主要考虑到潮流方向的不确定性，叶片在潮流能从一个方向冲击叶片的时候，由于轮盘上设置有机构挡块，能阻挡叶片旋转，使得叶片收到冲击力，推动水轮机选装；当潮流从相反方向冲击叶片时，叶片不会受到挡块的作用，会被吹开。由此达到了水轮机在工作侧面谁的阻力最大，非工作侧面阻力最小。

水流从固定方向冲击叶片时，由于受到分布在叶片盘上的挡块作用，阻挡了叶片随水流转动张开，从而水流冲击力带动了叶片盘整体转动。当叶片盘转动时，扇叶与水流流向之间的夹角也会一直变化。当扇叶和水流流向之间的夹角从0°到180°变化，即变化区间是在0°到180°之间时，推力也是从0°到180°之间变化。水流对叶片的推力从0°向90°之间以三角函数的关系增加，在90°到180°之间以三角函数的关系减少，所以水流与扇叶之间夹角为90°时推力最大。当叶轮转过半圈也就是180°后，由于水流冲击叶片，使其远离挡块，所以这侧扇叶不工作。叶轮转动，扇叶从0°到180°之间进入工作状态，又从180°到0°不工作，然后再一次从不工作转为工作，这样周而复始的重复上述过程，水轮机就能不停捕获潮流能。这样设计达到了使水流冲击在工作侧面的阻力大，而非工作侧面阻力小的目的。水轮机也因此能高效率的捕获能量。

底座由不锈钢制成的密封箱体、有机玻璃盖和4个支脚组成。在密封箱体内部有发电装置、控制装置和增速装置等，为了能让其全部正常工作，隔绝外部海水的侵蚀，密封箱体需要做到完全密封，且抗腐蚀。

联轴器作用是传递扭矩，在带动轴与轴之间的传动的同时，还有缓冲作用，避免轴与轴之间的刚性连接，起到保护轴的作用。磁力耦合器的作用在于无接触式连接传递转矩，其结构简单，适应于这种深海恶劣环境，能保证整个***的稳定工作。与轴相连的其它区域分布有磁铁磁极。

传动机构由主轴、磁力耦合器、增速齿轮箱、发电机组成。能量捕获装置即叶轮机构捕获能量后，将潮流能转换为水轮机旋转的机械能，叶轮的转动驱动主轴旋转，主轴通过磁力耦合器将机械能传递给增速齿轮箱。齿轮箱有一对啮合的锥齿轮传递运动，其作用是将竖直方向的机械能转换为水平方向的机械能，这样的结构能够节省并合理的分布密封箱的空间。齿轮箱内有一些啮合的齿轮组成轮系，能够通过不同的齿轮啮合达到改变输入输出的转速，以满足发电机对转速的要求。

本发明设计合理，密封成本低，可靠性高，便于市场推广。

附图说明

图1是本发明实施例的结构图。

图2是本发明实施例的水轮机剖视图。

图3是本发明实施例的叶片俯视图。

图4是本发明实施例的水轮机结构图

图5是本发明实施例的磁力耦合联轴器结构图。

图中标注：1-叶片盘，2-叶片，3-主轴，4-导流罩，5-轮盘，6-磁力耦合联轴器，7-万向轮，8-有机玻璃盖，9-金属纵梁，10-控制***，11-支脚，12-增速齿轮箱，13-联轴器，14-发电机，15-密封的箱体。

具体实施方式

磁耦合潮流发电机由水轮机、传动装置、控制装置、电能控制转换装置和底座组成。

磁耦合潮流发电机包括叶片盘[1]、叶片[2]、主轴[3]、导流罩[4]、轮盘[5]、磁力耦合联轴器[6]、万向轮[7]、有机玻璃盖[8]、金属纵梁[9]、控制***[10]、支脚[11]、增速齿轮箱[12]、联轴器[13]、发电机[14]、密封的箱体[15]。所述导流罩[4]包括上半部分导流罩[41]和下半部分导流罩[42]，分别安装在叶片盘[1]和轮盘[5]上。所述磁力耦合联轴器[6]包括主动盘[61]和被动盘[62]，所述主轴[3]与磁力耦合联轴器主动盘[61]连接后设置在密封的箱体[15]的上方，所述磁力耦合联轴器被动盘[62]位于密封的箱体[12]内部上方，与磁力耦合联轴器的主动盘对应设置，被动盘[62]的输出端与所述增速齿轮箱[12]的输入端连接。为了避免不锈钢的材料影响磁力耦合器的性能，主动盘与被动盘之间的箱体中用有机玻璃盖来保证密封。

水轮机由金属叶片盘[1]、叶片[2]、主轴[3]、轮盘[5]等组成。叶片盘、轮盘都是以主轴为中心，围绕主轴转动；叶片与支臂之间用轴承连接，叶片则以叶轮上的支臂为中心，围绕支臂旋转。叶片盘与主轴之间用轴承座连接，由图2可知，通过螺栓固定在轴承座上。叶片盘下的轮盘，其作用是支撑整个能量捕获装置，帮助叶片盘在轴上进行向上定位。

叶轮以主轴为中心，均匀分布了四个扇叶，每个扇叶绕叶轮上一根支臂旋转。支臂分布在叶片盘的边缘部分，叶片结构如图3所示，叶轮底座分布如图4。叶片焊接在支臂上，用轴承连接，能绕支臂旋转。主要考虑到潮流方向的不确定性，叶片在潮流能从一个方向冲击叶片的时候，由于轮盘上设置有机构挡块，能阻挡叶片旋转，使得叶片收到冲击力，推动水轮机选装；当潮流从相反方向冲击叶片时，叶片不会受到挡块的作用，会被吹开。由此达到了水轮机在工作侧面谁的阻力最大，非工作侧面阻力最小。

水流从固定方向冲击叶片时，由于受到分布在叶片盘上的挡块作用，阻挡了叶片随水流转动张开，从而水流冲击力带动了叶片盘整体转动。当叶片盘转动时，扇叶与水流流向之间的夹角也会一直变化。当扇叶和水流流向之间的夹角从0°到180°变化，即变化区间是在0°到180°之间时，推力也是从0°到180°之间变化。水流对叶片的推力从0°向90°之间以三角函数的关系增加，在90°到180°之间以三角函数的关系减少，所以水流与扇叶之间夹角为90°时推力最大。当叶轮转过半圈也就是180°后，由于水流冲击叶片，使其远离挡块，所以这侧扇叶不工作。叶轮转动，扇叶从0°到180°之间进入工作状态，又从180°到0°不工作，然后再一次从不工作转为工作，这样周而复始的重复上述过程，水轮机就能不停捕获潮流能。这样设计达到了使水流冲击在工作侧面的阻力大，而非工作侧面阻力小的目的。水轮机也因此能高效率的捕获能量。

底座由316型号不锈钢制成的密封箱体[15]、有机玻璃盖[8]和4个支脚[11]组成。在密封箱体内部有发电装置、控制装置和增速装置等，为了能让其全部正常工作，隔绝外部海水的侵蚀，密封箱体需要做到完全密封，且抗腐蚀。

联轴器[13]主要作用是传递扭矩，在带动轴与轴之间的传动的同时，还有缓冲作用，避免轴与轴之间的刚性连接，起到保护轴的作用。磁力耦合器[6]的作用在于无接触式连接传递转矩，其结构简单，适应于这种深海恶劣环境，能保证整个***的稳定工作。其剖视图如图5所示，与轴相连的其它区域分布有磁铁磁极。

传动机构由主轴[3]、磁力耦合器[6]、增速齿轮箱[12]、发电机[14]组成。能量捕获装置即叶轮机构捕获能量后，将潮流能转换为水轮机旋转的机械能，叶轮的转动驱动主轴旋转，主轴通过磁力耦合器将机械能传递给增速齿轮箱。齿轮箱有一对啮合的锥齿轮传递运动，其作用是将竖直方向的机械能转换为水平方向的机械能，这样的结构能够节省并合理的分布密封箱的空间。齿轮箱内有一些啮合的齿轮组成轮系，能够通过不同的齿轮啮合达到改变输入输出的转速，以满足发电机对转速的要求。

Claims (1)

1.磁耦合潮流发电机，其特征在于包括水轮机、传动装置、控制装置、电能控制转换装置和底座。