CN1766306A - 海峡自适应型海流发电装置 - Google Patents

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海峡自适应型海流发电装置，属于发电机技术领域，具体涉及一种利用海洋表层海流能量转化成电能的发电装置；是在主塔的上部安装有吊装支架，吊装支架的下面主塔的周围安装有调节浮力体，在主塔的中部通过PEEK球轴承安装有发电机支臂，在发电机支臂的两端对称地安装有两部直联式超低转速盘式发电机；在PEEK球轴承的下部安装有固定浮力柜，固定浮力柜和PEEK球轴承与发电机支臂安装为一体；在主塔中部安装有主调向电机，在调节浮力体上设置有中央控制***，地下电缆安装在主塔座上；主塔的下部安装有主塔座，主塔座固定在海底的水泥座上。本发明是利用海洋表层海流的能量转化成电能，开辟了获取电能的又一条途径，和核能等相比具有投资小，无污染环保的积极效果。

Description

海峡自适应型海流发电装置
技术领域
本发明属于发电机技术领域，具体涉及一种利用海洋表层海流能量转化成电能的发电装置，国际专利分类号：F03B 13/00。
背景技术
我国是一个电力资源紧缺的国家，电力供应是否充足制约着国民经济的发展，同时也与人们的生活息息相关。国家大力开发能源建设，除常规的水力发电和煤炭发电以为外，也在发展核能发电；但是上述这些能源建设投资都是比较巨大的。目前，我国在西部地区风力资源比较丰富的地方发展了风能发电，缓解了一些能源的紧缺。但是风力发电存在占地面积比较大，噪音比较大的不足，更重要的是风力发电受季节的影响，因而持续发电受到影响。我国有漫长的海岸线，海水受潮汐、温度的影响其表层海流的能量是巨大的，能否将海流的能量利用起来发电，这是一个亟待开发的课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用海洋表层海流能量转化成电能的海峡自适应型海流发电装置。
本发明的技术方案是：由主塔和发电机所组成，其特点是在所述的主塔的顶部安装有风速传感器，在主塔的上部安装有吊装支架，吊装支架的下面主塔的周围安装有调节浮力体，在调节浮力体上面安装有充气泵，在其下面安装有调节阀门，在调节浮力体上面的圆周上安装有一圈护栏，在护栏上安装有浪高水位传感器，在球轴承上安装有流速流向传感器；在主塔的中部通过PEEK球轴承安装有发电机支臂，在发电机支臂的两端对称地安装有两部直联式超低转速盘式发电机，该发电机的转子为涵道式叶轮转子；在PEEK球轴承的下部安装有固定浮力柜，固定浮力柜和PEEK球轴承与发电机支臂安装为一体，可围绕主塔转动；在固定浮力柜的上部安装有充气泵，在固定浮力柜的下部安装有浮力调节阀门；充气泵和浮力调节阀门与安装在中央控制室内的单片机连接；在发电机支臂的上面安装有连通两部发电机的护栏；在主塔中部安装有主调向电机，中央控制室设置在调节浮力体上；风速传感器、浪高水位传感器、流速流向传感器与中央控制室内的单片机连接；地下电缆安装在主塔座上；主塔的下部安装有主塔座，主塔座固定在海底的水泥座上。
本发明在海水中，海流冲击位于主塔中部的一对涵道式叶轮转子，圆形的涵道式叶轮转子在水流的冲击下旋转带动直联式超低转速盘式发电机发电；由于涵道式叶轮转子和发电机与固定浮力柜相连，因此这部分可以受中央控制室的控制沿主塔进行上下和以主塔为轴进行旋转运动，自动适应海流的变化；
本发明经过模拟试验，其电能输出功率由下式给出：P＝ρD2Av3η/2，
其中ρ为海水密度，D为叶轮转子直径，v为海水流速，η发电装置整体效率；
所述的涵道式叶轮转子采用圆形自浮式转子，涵道包围在转子外面，不但增加了大型转子结构的刚度，还可以提高海流能量利用率近10％；转子叶片采用自浮式高效水轮机叶片组；由于转子的总体浮力略大于转子的总重量，所以转子可自浮于海水中，便于运输、安装和维修，其浮力的大小取决于叶片内填充的聚氨酯泡沫并调整直到其浮力略大于总重量；
所述的发电机为324槽多级超低转速永磁发电机，采用当今国际上最有前景的转子——超低速发电机“直联”驱动方式，不但省去了体积重量庞大的增速器及其相应机构，还使得发电机在海水浸泡状态下工作的可靠性得以提高；
本发明对称安装的两个转子外端的距离不应小于一个转子的直径，在中央控制室获取前部流速流向传感器的信号经过单片机***处理产生控制信号的控制下可驱动调向电机自动调节转子旋转平面对向海流，以最大限度地捕捉海流能量；
海平面高度、海流方向及流速以12小时为周期做规律性变化，为了使转子总能处在能量最大的表层海流区域，发电机整体还通过浪高水位传感器送来的信号经过控制室单片机***的处理来控制调节浮力体，使其具有自动跟踪水位变化的能力；
本发明采用海水自润滑大负荷PEEK轴承，这种新型材料用海水做润滑剂，具有和油润滑一样的摩擦系数，并且有极强的抗海水腐蚀能力；大型磁推力轴承组使转子与支撑座之间只有力的作用而无接触摩擦，具有最小的摩擦损失；
为了便于吊装、维护和保养，整个发电装置的主塔上部安装有吊装架，这就使其具有自行完成除海底支架和主塔的安装以外的所有工作；
极限状态下的飓风、狂浪和海啸等对浮在海水表层的发电机整体可能产生破坏作用，本发明的风力风向及浪高水位传感器的信号经中央控制室处理会适时发出躲避灾难的控制信号，驱动调节阀门控制调节浮力体和固定浮力柜使整个发电机下沉10米；在海平面以下10-12米的深度海浪已被急剧地衰减，已不足以对发电机装置产生破坏，由于此时海平面仅有主塔部分，风浪不会对其造成破坏；
发电机下部的固定浮力柜类似潜水艇的浮力柜，通过控制浮力不但可以完成躲避风浪的下沉，还能使整个发电机转子中心线升到海面，以便于安检和维护发电机；发电机的电能通过主塔下的海底电缆传送到岸上。
本发明的工作原理：
海流能是目前可利用的海洋能源中最稳定、最易获取的能源。本发明就是利用海水流动的动能推动叶轮转子带动直联超低转速盘式发电机进行发电；加装涵道的叶轮转子可以有效地消除涡流，提高效率；海流能量最大的区域是表层海流的能量，调节浮力体和固定浮力柜，使整个叶轮转子和发电机部分处于表层海流区域，随着潮涨潮落自动调节，以获取最大的能量；在狂风卷巨浪的情况下，通过风速风向传感器、浪高传感器来发出警报，中央控制室的单片机***发出指令，浮力调节阀门打开使海水进入固定浮力柜，自动将叶轮转子和发电机部分降至海水深处躲避灾难；反之，固定浮力柜海水排出，升至工作高度，在安全工作时，还可以通过流速流向传感器测得海流方向与速度，并调节叶轮使之对正海流的方向以最大限度地获取海流能量；由于采用了新型的PEEK球轴承等，使整个***的维护更加简单，效率更高。
本发明是利用海洋表层海流的能量转化成电能，开辟了获取电能的又一条途径，和核能等相比具有投资小，无污染环保的积极效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明侧视图。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明是由主塔2和发电机10所组成，在所述的主塔2的顶部安装有风速传感器1，在主塔2的上部安装有吊装支架3，在主塔2的吊装支架3的下面主塔2的周围安装有调节浮力体6，在调节浮力体6上面安装有充气泵，在调节浮力体6下面安装有调节阀门，在调节浮力体6上面的圆周上安装有一圈护栏5，在护栏5上安装有浪高水位传感器4，在PEEK球轴承11上安装有流速流向传感器13；各传感器均与中央控制室的单片机***连接；在主塔2的中部通过PEEK球轴承11安装有发电机支臂12，在发电机支臂12的两端对称地安装有两部直联式超低转速盘式发电机9和10，该发电机9和10的转子为涵道式叶轮转子；在球轴承11的下部安装有固定浮力柜14，固定浮力柜14与PEEK球轴承11和发电机支臂12安装为一体，可围绕主塔2转动；在调节浮力体6上设置有中央控制室16，中央控制室16采集传感器信号，进行数据处理并发出控制信号来完成各种调节动作；在固定浮力柜14的上部安装有充气泵18，在固定浮力柜14的下部安装有浮力调节阀门19；充气泵18和浮力调节阀门19与安装在中央控制室16内的单片机连接；在发电机支臂12的上面安装有连通两部发电机的护栏8；在主塔2中部安装有主调向电机17，地下电缆15安装在主塔座上；主塔2的下部安装有主塔座，主塔座固定在海底的水泥座上；为了便于维护，在两部发电机之间的护栏8上设置有通向调节浮力体6上面的扶梯7；其中附图中A表示海平面、B表示海底、C表示海流方向。

Claims (5)

1、海峡自适应型海流发电装置，是由主塔(2)和发电机(10)所组成，其特征是：在主塔(2)的上部安装有吊装支架(3)，在主塔(2)的吊装支架(3)的下面主塔(2)的周围安装有调节浮力体(6)，在调节浮力体(6)上面安装有中央控制室(16)，在主塔(2)的中部通过球轴承(11)安装有发电机支臂(12)，在发电机支臂(12)的两端对称地安装有两部直联式超低转速盘式发电机(9)和(10)；在球轴承(11)的下部安装有固定浮力柜(14)，固定浮力柜(14)与球轴承(11)和发电机支臂(12)安装为一体，在主塔(2)中部安装有主调向电机(17)，地下电缆(15)安装在主塔座上；主塔(2)的下部安装有主塔座，主塔座固定在海底的水泥座上；
在所述的主塔(2)的顶部安装有风速风向传感器(1)，在调节浮力体(6)上面的圆周上安装有一圈护栏(5)，在护栏(5)上安装有浪高水位传感器(4)；在球轴承(11)上安装有流速流向传感器(13)；各传感器均与中央控制室(16)的单片机***连接。
2、根据权利要求1所述的海峡自适应型海流发电装置，其特征是：所述的发电机(9)和(10)的转子为涵道式叶轮转子。
3、根据权利要求1所述的海峡自适应型海流发电装置，其特征是：所述的球轴承(11)为PEEK球轴承。
4、根据权利要求1所述的海峡自适应型海流发电装置，其特征是：在所述的调节浮力体(6)上面安装有充气泵，在调节浮力体(6)下面安装有调节阀门；在固定浮力柜(14)的上部安装有充气泵(18)，在固定浮力柜(14)的下部安装有浮力调节阀门(19)；充气泵(18)和浮力调节阀门(19)、以及安装在调节浮力体(6)上的充气泵和调节阀门、主调向电机(17)均由单片机***控制。
5、根据权利要求1所述的海峡自适应型海流发电装置，其特征是：在发电机支臂(12)的上面安装有连通两部发电机的护栏(8)，在护栏(8)上设置有通向调节浮力体(6)上面的扶梯(7)。
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