專利名稱：一種垂直軸潮流發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種垂直軸潮流發(fā)電裝置，屬于液力機(jī)械和液力發(fā)電機(jī)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
潮流能是指海水流動(dòng)的動(dòng)能，主要是海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動(dòng)以及由于 潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律的海水流動(dòng)。潮流能作為可再生能源，儲(chǔ)量豐富，分布廣泛，具有極好的 開(kāi)發(fā)前景和價(jià)值。我國(guó)可開(kāi)發(fā)潮流能資源居世界之首，如何利用潮流能資源具有重要的現(xiàn)
眉、ο潮流能的利用方式主要是發(fā)電，其工作原理與風(fēng)力發(fā)電和常規(guī)水力發(fā)電類似，即 通過(guò)能量轉(zhuǎn)換裝置，將海水的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。潮流能轉(zhuǎn)換裝置大多采用水輪機(jī)形式，水平 流動(dòng)的海水沖擊葉輪將水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，水輪機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)帶 動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，最終轉(zhuǎn)換為電能。目前，潮流能發(fā)電裝置按葉輪結(jié)構(gòu)形式可分為水平軸式和垂直軸式。垂直軸式潮 流發(fā)電裝置葉輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于水流方向和海平面。與水平軸式潮流裝置相比，垂直軸潮 流發(fā)電裝置的葉輪啟動(dòng)方便，對(duì)水深要求不高，工作時(shí)不受來(lái)流方向改變的影響，控制機(jī)構(gòu) 相對(duì)簡(jiǎn)單，而且效率較高，因而得到廣泛的關(guān)注和研究。哈爾濱工程大學(xué)開(kāi)展潮流能發(fā)電研 究多年，總結(jié)得出傳統(tǒng)的垂直軸潮流發(fā)電裝置在發(fā)電時(shí)存在如下問(wèn)題(1)葉輪主軸單支 撐轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主軸彎矩載荷較大，對(duì)主軸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求較高。葉輪主軸雙支撐轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因裝置 變形，主軸摩阻增大，影響潮流發(fā)電裝置啟動(dòng)和發(fā)電性能；(2)固定葉片式垂直軸潮流發(fā)電 裝置葉輪自啟動(dòng)性能和發(fā)電性能相對(duì)較差；(3)大型垂直軸潮流發(fā)電裝置葉輪及主軸的垂 向自重載荷和水平?jīng)_擊載荷較大，對(duì)葉輪及主軸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求較高，裝置不適合向大型化 方向發(fā)展；(4)應(yīng)用平臺(tái)和使用環(huán)境單一，不利于規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。公開(kāi)號(hào)為CN 101705904 A的專利文件中公開(kāi)了一種大功率垂直軸潮流發(fā)電裝置。 重力式塔柱基座與塔柱之間通過(guò)萬(wàn)向球鉸連接，機(jī)艙安裝在塔柱頂端，機(jī)艙外緣分布有錨 鏈板眼用纜繩將浮桶與錨鏈接在錨上，水輪機(jī)主軸套在塔柱上，水輪機(jī)主軸的兩端設(shè)置有 軸承，水輪機(jī)葉片由輪輻均布固定在主軸的軸轂上，主軸上的傘形齒輪在機(jī)艙內(nèi)與發(fā)電機(jī) 軸上的小傘齒輪咬合，主軸的上端與機(jī)艙下壁及塔柱加裝密封軸套，機(jī)座與萬(wàn)向球鉸之間 由法蘭盤連接，本實(shí)用新型為沿海和眾多島嶼及偏遠(yuǎn)地區(qū)，尤其是國(guó)家電網(wǎng)覆蓋不到海島 居民提供生產(chǎn)生活需要的清潔的可再生能源，發(fā)揮積極社會(huì)效益。公開(kāi)號(hào)為CN 101705904 A實(shí)用新型專利的大功率垂直軸潮流發(fā)電裝置與本實(shí)用新型專利的一種高性能垂直軸潮流 發(fā)電裝置在結(jié)構(gòu)組成和形式、應(yīng)用平臺(tái)和環(huán)境以及具體工作方式和性能上存在明顯不同。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有較好啟動(dòng)和發(fā)電性能，具有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng) 度，可向大型化方向發(fā)展的垂直軸潮流發(fā)電裝置。[0007]本實(shí)用新型的垂直軸潮流發(fā)電裝置包括上層平臺(tái)部分、支撐框架部分、葉輪部分 三個(gè)模塊；上層平臺(tái)部分主要包括發(fā)電機(jī)、齒輪箱、水平連接軸、支撐平臺(tái)、支柱和垂直連接 軸，支撐平臺(tái)通過(guò)支柱固定于支撐框架部分的上框架板上，發(fā)電機(jī)和齒輪箱設(shè)置于支撐平 臺(tái)，齒輪箱和發(fā)電機(jī)之間通過(guò)水平連接軸連接，垂直連接軸設(shè)置于齒輪箱的下方，垂直連接 軸連接葉輪部分的主軸；支撐框架部分由上框架板、下框架板、左框架板和右框架板連接組 成；葉輪部分包括主軸、輪輻套、輪輻、輪輻軸、葉片、葉片軸、輪圈和自適應(yīng)控攻角裝置，主 軸的上、中、下三個(gè)位置分別設(shè)置輪輻套，每個(gè)輪輻套上對(duì)稱設(shè)有相同數(shù)目的輪輻，輪輻一 端通過(guò)輪輻軸固定于輪輻套上、另一端通過(guò)輪輻軸固定于輪圈內(nèi)側(cè)，葉片兩端通過(guò)葉片軸 限位于輪圈上，每個(gè)葉片軸上端設(shè)有自適應(yīng)控攻角裝置。本實(shí)用新型還可以包括1、所述的輪幅為流線型。2、所述自適應(yīng)控攻角裝置安裝于葉片軸上的回轉(zhuǎn)桿、固定于輪輻上的限位柱、位 于限位柱和回轉(zhuǎn)桿之間的彈簧。3、上、下框架板上設(shè)有柔性軸承。4、上、下框架板的兩端分別設(shè)有安裝接口。本實(shí)用新型提供了一種具有較好啟動(dòng)和發(fā)電性能，具有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可向大 型化方向發(fā)展，可 應(yīng)用于浮式平臺(tái)下、樁基礎(chǔ)和張力退上，方便生產(chǎn)、制造、安裝和調(diào)試，適 合工程應(yīng)用的高性能垂直軸潮流發(fā)電裝置。上層平臺(tái)部分包括發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)座、齒輪箱、齒輪箱座、水平連接軸、支撐平臺(tái)、 支柱、旋轉(zhuǎn)螺栓、垂直連接軸和垂直連接軸法蘭。支撐平臺(tái)由支柱支撐，通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺栓固定 于上框架板上。支撐平臺(tái)上設(shè)有發(fā)電機(jī)和齒輪箱，發(fā)電機(jī)用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，齒輪箱 用于改變機(jī)械傳動(dòng)的方向和速度，使發(fā)電機(jī)具有較高的發(fā)電性能。齒輪箱和發(fā)電機(jī)通過(guò)水 平連接軸連接。發(fā)電機(jī)上設(shè)有發(fā)電機(jī)座，齒輪箱上設(shè)有齒輪箱座，發(fā)電機(jī)通過(guò)發(fā)電機(jī)座與支 撐平臺(tái)連接，齒輪箱通過(guò)齒輪箱座與支撐平臺(tái)連接。齒輪箱的下方設(shè)有垂直連接軸，垂直連 接軸上設(shè)有垂直連接軸法蘭，垂直連接軸法蘭上設(shè)有垂直連接軸法蘭連接孔，用于連接葉 輪部分。支撐框架部分具有支撐上層平臺(tái)和葉輪部分的作用。支撐框架包括上框架板、下 框架板、左框架板、右框架板和柔性軸承。上、下框架板上設(shè)有柔性軸承，柔性軸承用來(lái)克服 支撐框架微小變形造成主軸轉(zhuǎn)動(dòng)摩阻增大的問(wèn)題，具有連接和支撐主軸的作用。上、下框架 板的兩端分別設(shè)有安裝接口，安裝接口用于與浮式平臺(tái)、樁基礎(chǔ)以及張力腿的安裝連接，使 應(yīng)用平臺(tái)和應(yīng)用環(huán)境多元化。上框架板上還設(shè)有上層平臺(tái)連接螺孔，用于連接上層平臺(tái)部 分。葉輪部分包括主軸、輪輻套、主軸連接法蘭、輪輻、輪輻軸、葉片、葉片軸、輪圈和自 適應(yīng)控攻角裝置。葉輪部分主軸的上、中、下三個(gè)位置分別設(shè)有輪輻套，輪輻套用來(lái)連接主 軸和輪輻軸，與主軸焊接連接。每個(gè)輪輻套上對(duì)稱設(shè)有相同數(shù)目的輪輻，輪幅為流線型，一 端通過(guò)輪輻軸焊接于輪輻套上，另一端通過(guò)輪輻軸焊接于輪圈內(nèi)側(cè)，輪輻及輪輻軸增強(qiáng)了 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)減小了擾流干擾。葉片兩端通過(guò)葉片軸限位于輪圈上，葉片軸能夠在輪圈 上自由轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)葉片軸上端設(shè)有自適應(yīng)控攻角裝置，它包括彈簧、限位柱和回轉(zhuǎn)桿。自適 應(yīng)控攻角裝置可借助彈簧力自主地將葉片的攻角調(diào)致最佳值，提高葉輪的水動(dòng)力性能，進(jìn)而提高裝置的發(fā)電性能。本實(shí)用新型具有如下特點(diǎn)(1)采用柔性軸承設(shè)計(jì)，雙支撐轉(zhuǎn)動(dòng)，降低了主軸彎矩載荷和摩阻，提高了葉輪的啟動(dòng)和發(fā)電性能；(2)采用了自適應(yīng)控攻角葉片設(shè)計(jì)，提高了葉 輪的啟動(dòng)性能和發(fā)電效率；(3)上、下輪圈及上、中、下流線型輪輻的設(shè)計(jì)，支撐框架部分雙 支撐轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)，提高了葉輪及整套裝置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增大裝置的水平最大載荷能力，提高了 裝置對(duì)自身重量的承載能力，使垂直軸潮流發(fā)電裝置適合向大型化方向發(fā)展；(4)采用了 安裝接口模式，可安裝于浮式平臺(tái)下、樁基礎(chǔ)上和各種張力退上，使應(yīng)用平臺(tái)和應(yīng)用環(huán)境多 遠(yuǎn)化；(5)采用了模塊化結(jié)構(gòu)，方便生產(chǎn)、制造、安裝和調(diào)試。

圖1高性能垂直軸潮流發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)總圖；圖2上層平臺(tái)部分結(jié)構(gòu)圖；圖3支撐框架部分結(jié)構(gòu)圖；圖4葉輪部分結(jié)構(gòu)圖；圖5自適應(yīng)控攻角裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖舉例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實(shí)用新型專利包括上層平臺(tái)部分、支撐框架部分 和葉輪部分三個(gè)模塊。上層平臺(tái)部分包括一臺(tái)發(fā)電機(jī)1、一根水平連接軸2、一個(gè)齒輪箱3、一個(gè)齒輪箱座 4、一個(gè)支撐平臺(tái)5、六根支柱6、一個(gè)發(fā)電機(jī)座7、六根旋轉(zhuǎn)螺栓8、一個(gè)垂直連接軸法蘭9、和 一個(gè)垂直連接軸11。支撐平臺(tái)5由六根支柱6支撐，通過(guò)六個(gè)旋轉(zhuǎn)螺栓8固定于上框架板 12上。支撐平臺(tái)5的左端設(shè)有發(fā)電機(jī)1，右端設(shè)有齒輪箱3。齒輪箱3和發(fā)電機(jī)1通過(guò)水平 連接軸2連接。發(fā)電機(jī)1上設(shè)有發(fā)電機(jī)座7，齒輪箱3上設(shè)有齒輪箱座4，發(fā)電機(jī)1通過(guò)發(fā) 電機(jī)座7與支撐平臺(tái)5連接，齒輪箱3通過(guò)齒輪箱座4與支撐平臺(tái)5連接。齒輪箱3的下 方設(shè)有垂直連接軸11，垂直連接軸11上設(shè)有垂直連接軸法蘭9，垂直連接軸法蘭9上設(shè)有 垂直連接軸法蘭連接孔10，用于連接葉輪部分。支撐框架部分包括一個(gè)上框架板12、一個(gè)下框架板13、一個(gè)左框架板14、一個(gè)右 框架板15和兩個(gè)柔性軸承16。上框架板12和下框架板13的中部分別設(shè)有柔性軸承16， 柔性軸承16用于連接和支撐主軸19，同時(shí)用來(lái)減小支撐框架微小變形增大的主軸19摩阻。 上框架板12和下框架板13的兩端分別設(shè)有安裝接口 18，安裝接口 18用于與浮式平臺(tái)、樁 基礎(chǔ)或張力退的連接。上框架板12還設(shè)有上層平臺(tái)連接螺孔17，上層平臺(tái)連接螺孔17用 于連接旋轉(zhuǎn)螺栓8。葉輪部分包括一根主軸19、三個(gè)輪輻套20、一個(gè)主軸連接法蘭21、九個(gè)輪輻23、九 個(gè)輪輻軸24、三個(gè)葉片25、三個(gè)葉片軸26、兩個(gè)輪圈27和三套自適應(yīng)控攻角裝置。主軸19 的上、中、下三個(gè)位置分別設(shè)有輪輻套20，輪輻套20與主軸19焊接連接，每個(gè)輪輻套20上 對(duì)稱設(shè)有相同數(shù)目的輪輻23，輪幅23 —端通過(guò)輪輻軸24焊接于輪輻套20上，另一端通過(guò) 輪輻軸24焊接于輪圈27的內(nèi)側(cè)。主軸19的上端設(shè)有主軸連接法蘭21，主軸連接法蘭21上設(shè)有主軸法蘭連接孔22，用于連接垂直連接軸法蘭9。葉片25兩端通過(guò)葉片軸26限位 于輪圈27上，葉片軸26能夠在輪圈27上自由轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)葉片軸26上端設(shè)有自適應(yīng)控攻 角裝置，它包括一個(gè)回轉(zhuǎn)桿28、兩個(gè)限位柱29、兩根彈簧30。自適應(yīng)控攻角裝置可借助彈簧 30力自主地將葉片25的攻角調(diào)致最佳值，提高葉輪的水動(dòng)力性能。
工作時(shí)，水平流動(dòng)的潮流沖擊葉輪葉片25，葉片25通過(guò)葉片軸26在水流外力和彈 簧30力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，當(dāng)葉片25偏轉(zhuǎn)一定角度后，葉輪自啟動(dòng)，葉片25經(jīng)輪輻軸24、 輪輻23、輪輻套20傳遞推動(dòng)主軸19旋轉(zhuǎn)，主軸19經(jīng)主軸連接法蘭21、垂直連接軸法蘭9、 垂直連接軸11，通過(guò)齒輪箱3垂直變向和變速作用后，由水平連接軸2帶動(dòng)支撐平臺(tái)5上的 發(fā)電機(jī)1發(fā)電，將水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。
權(quán)利要求1.一種垂直軸潮流發(fā)電裝置，包括上層平臺(tái)部分、支撐框架部分、葉輪部分三個(gè)模塊； 其特征是上層平臺(tái)部分主要包括發(fā)電機(jī)、齒輪箱、水平連接軸、支撐平臺(tái)、支柱和垂直連接 軸，支撐平臺(tái)通過(guò)支柱固定于支撐框架部分的上框架板上，發(fā)電機(jī)和齒輪箱設(shè)置于支撐平 臺(tái)，齒輪箱和發(fā)電機(jī)之間通過(guò)水平連接軸連接，垂直連接軸設(shè)置于齒輪箱的下方，垂直連接 軸連接葉輪部分的主軸；支撐框架部分由上框架板、下框架板、左框架板和右框架板連接組 成；葉輪部分包括主軸、輪輻套、輪輻、輪輻軸、葉片、葉片軸、輪圈和自適應(yīng)控攻角裝置，主 軸的上、中、下三個(gè)位置分別設(shè)置輪輻套，每個(gè)輪輻套上對(duì)稱設(shè)有相同數(shù)目的輪輻，輪輻一 端通過(guò)輪輻軸固定于輪輻套上、另一端通過(guò)輪輻軸固定于輪圈內(nèi)側(cè)，葉片兩端通過(guò)葉片軸 限位于輪圈上，每個(gè)葉片軸上端設(shè)有自適應(yīng)控攻角裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直軸潮流發(fā)電裝置，其特征是所述的輪幅為流線型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種垂直軸潮流發(fā)電裝置，其特征是所述自適應(yīng)控攻 角裝置安裝于葉片軸上的回轉(zhuǎn)桿、固定于輪輻上的限位柱、位于限位柱和回轉(zhuǎn)桿之間的彈ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種垂直軸潮流發(fā)電裝置，其特征是上、下框架板上設(shè) 有柔性軸承。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種垂直軸潮流發(fā)電裝置，其特征是上、下框架板上設(shè)有柔 性軸承。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種垂直軸潮流發(fā)電裝置，其特征是上、下框架板的兩 端分別設(shè)有安裝接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種垂直軸潮流發(fā)電裝置，其特征是上、下框架板的兩端分 別設(shè)有安裝接口。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種垂直軸潮流發(fā)電裝置，其特征是上、下框架板的兩端分 別設(shè)有安裝接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種垂直軸潮流發(fā)電裝置，其特征是上、下框架板的兩端分 別設(shè)有安裝接口。
專利摘要本實(shí)用新型提供的是一種垂直軸潮流發(fā)電裝置。包括上層平臺(tái)部分、支撐框架部分、葉輪部分三個(gè)模塊；上層平臺(tái)部分主要包括發(fā)電機(jī)、齒輪箱、水平連接軸、支撐平臺(tái)、支柱和垂直連接軸；支撐框架部分由上框架板、下框架板、左框架板和右框架板連接組成；葉輪部分包括主軸、輪輻套、輪輻、輪輻軸、葉片、葉片軸、輪圈和自適應(yīng)控攻角裝置。本實(shí)用新型提供了一種具有較好啟動(dòng)和發(fā)電性能，具有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可向大型化方向發(fā)展，可應(yīng)用于浮式平臺(tái)下、樁基礎(chǔ)和張力退上，方便生產(chǎn)、制造、安裝和調(diào)試，適合工程應(yīng)用的高性能垂直軸潮流發(fā)電裝置。
文檔編號(hào)F03B11/06GK201874731SQ20102062118
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者張亮, 張學(xué)偉, 張楠, 盛其虎, 馬勇 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)