專利名稱：嵌套式導(dǎo)流罩變槳水平軸潮流發(fā)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋可再生能源開發(fā)領(lǐng)域，涉及嵌套式導(dǎo)流罩變槳水平軸潮流發(fā)電機(jī)組。
背景技術(shù)：
能源和環(huán)境是人類可持續(xù)發(fā)展面臨的重大問題，發(fā)展清潔的可再生能源為世界各國所共識(shí)。世界范圍內(nèi)海洋能資源藏量十分豐富，其中潮流能規(guī)律性強(qiáng)，潮流方向穩(wěn)定、并具有典型的往復(fù)性特點(diǎn)，開發(fā)應(yīng)用前景十分廣闊。發(fā)電是潮流能利用的主要形式，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，適合各種潮流流速，被譽(yù)為“水下風(fēng)車”。提高水平軸水輪機(jī)對(duì)于往復(fù)潮流的能量捕獲效率是其核心技術(shù)。針對(duì)潮流的往復(fù)性特點(diǎn)，采用雙葉輪水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組是解決該問題的方法之一，但雙葉輪無疑增加了水輪機(jī)的成本，且若通過變槳適應(yīng)各種來流，成本會(huì)更高。對(duì)于能量捕獲效率，采用聚能導(dǎo)流罩提高流過水輪機(jī)的潮流流速是提高水輪機(jī)能量捕獲效率的有效途徑之一。綜上，提高水平軸水輪機(jī)對(duì)于往復(fù)潮流的能量捕獲效率是降低潮流能開發(fā)成本的核心，也是海洋可再生能源利用的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前海洋可再生能源開發(fā)中水平軸水輪機(jī)對(duì)于往復(fù)潮流的綜合能量捕獲效率低的問題，提出嵌套式導(dǎo)流罩變槳水平軸潮流發(fā)電機(jī)組。嵌套式導(dǎo)流罩變槳水平軸潮流發(fā)電機(jī)組，包括外導(dǎo)流罩、導(dǎo)流罩支撐、內(nèi)導(dǎo)流罩、主軸、主軸軸承、輪轂、葉片、變槳軸承、變槳齒輪、變槳齒條、變槳電機(jī)、蓄電池、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、密封圈。所述的嵌套式導(dǎo)流罩變槳水平軸潮流發(fā)電機(jī)組，葉片根部通過變槳軸承固定在輪轂上，輪轂套裝在主軸上，主軸通過主軸軸承支承在內(nèi)導(dǎo)流罩上，內(nèi)導(dǎo)流罩通過導(dǎo)流罩支撐固定在外導(dǎo)流罩上；變槳齒條與葉片根部的變槳齒輪嚙合，通過變槳電機(jī)驅(qū)動(dòng)；主軸的一端連接齒輪箱的輸入軸，齒輪箱輸出軸連接發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)和蓄電池之間、蓄電池和變槳電機(jī)之間通過電纜連接；密封圈安裝在輪轂與內(nèi)導(dǎo)流罩之間。所述的外導(dǎo)流罩為兩個(gè)喇叭口通過過渡段連接，喇叭口的形線為雙紐線形、圓弧形、流線形中的一種或多種；內(nèi)導(dǎo)流罩為兩個(gè)對(duì)稱的半球體，背對(duì)背安裝；導(dǎo)流罩支撐個(gè)數(shù)比葉片個(gè)數(shù)多一個(gè)，沿周向均布，導(dǎo)流罩支撐的截面為圓形、橢圓形、菱行、NACA翼型或流線型。所述的葉片，個(gè)數(shù)為3-6個(gè)，為扭葉片，葉片尖部安裝葉尖小翼，葉片的尖部和中部截面形狀為NACA翼型或流線型，葉片根部為圓柱形。所述的蓄電池采用鋅溴儲(chǔ)能電池或全釩液流儲(chǔ)能電池。工作時(shí)，潮流在內(nèi)導(dǎo)流罩和外導(dǎo)流罩的聚流效應(yīng)下，在流經(jīng)葉片附近時(shí)提高流速；潮流流動(dòng)的動(dòng)能驅(qū)動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，根據(jù)潮流的流速，變槳電機(jī)帶動(dòng)變槳齒條平動(dòng)，變槳齒條驅(qū)動(dòng)變槳齒輪使葉片變槳，從而使水輪機(jī)達(dá)到最大能量捕獲效率；葉片帶動(dòng)輪轂和主軸一起旋轉(zhuǎn)，主軸通過齒輪箱帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能通過蓄電池存儲(chǔ)，蓄電池的小部分電能供給變槳電機(jī)，其余電能通過電纜輸送到電網(wǎng)。當(dāng)潮流方向改變時(shí)，同樣采用變槳電機(jī)使葉片變槳，實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)對(duì)往復(fù)潮流的能量捕獲。本發(fā)明的有益效果是1、采用外導(dǎo)流罩和內(nèi)導(dǎo)流罩組合的嵌套式導(dǎo)流罩結(jié)構(gòu)大大提高了導(dǎo)流罩的聚能效果，提高流經(jīng)葉片的潮流流速，因此水輪機(jī)整體能量捕獲效率顯著提高；2、變槳機(jī)構(gòu)可以在低速潮流時(shí)改變?nèi)~片攻角，增加水平軸水輪機(jī)對(duì)低速潮流的自啟動(dòng)能力，并通過不同方向、各種流速下的變槳實(shí)現(xiàn)水平軸水輪機(jī)對(duì)往復(fù)潮流的最佳能量捕獲效率；3由于葉片根部對(duì)于水平軸水輪機(jī)能量捕獲效率和功率影響較小，因此內(nèi)導(dǎo)流罩不會(huì)降低水平軸水輪機(jī)的能量捕獲效率和功率。4內(nèi)導(dǎo)流罩為葉片變槳機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、發(fā)電和儲(chǔ)能提供了足夠的密閉空間。5由于潮流流速隨潮汐變化并受自然環(huán)境影響，潮流能發(fā)電不穩(wěn)定，且在并網(wǎng)之前需要轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，通過鋅溴儲(chǔ)能電池或全釩液流儲(chǔ)能電池進(jìn)行蓄電儲(chǔ)能，可以使電能穩(wěn)定，方便并網(wǎng)。本發(fā)明適合往復(fù)潮流，單機(jī)功率大、效率高，且具有各種流速下的自啟動(dòng)能力，外觀簡(jiǎn)潔，工作穩(wěn)定，電能輸出穩(wěn)定、清潔無污染。


圖1是本發(fā)明的嵌套式導(dǎo)流罩變槳水平軸潮流發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的截面圖。圖中1外導(dǎo)流罩；2導(dǎo)流罩支撐；3內(nèi)導(dǎo)流罩；4主軸；5主軸軸承；6輪轂；7葉片；8變槳軸承；9變槳齒輪；10變槳齒條；11變槳電機(jī)；12蓄電池；13發(fā)電機(jī)；14齒輪箱；15密封圈。
具體實(shí)施例方式如圖所示，本發(fā)明的嵌套式導(dǎo)流罩變槳水平軸潮流發(fā)電機(jī)組由外導(dǎo)流罩1、導(dǎo)流罩支撐2、內(nèi)導(dǎo)流罩3、主軸4、主軸軸承5、輪轂6、葉片7、變槳軸承8、變槳齒輪9、變槳齒條10、變槳電機(jī)11、蓄電池12、發(fā)電機(jī)13、齒輪箱14、密封圈15組成。(1)根據(jù)海域往復(fù)流流速，葉尖速比、翼型水力性能參數(shù)等計(jì)算水平軸水輪機(jī)能量捕獲效率隨尖速比變化規(guī)律，并確定葉片7最佳安裝角度。(2)根據(jù)潮流流速變化范圍和往復(fù)規(guī)律確定變槳電機(jī)的工作特性；(3)根據(jù)嵌套式導(dǎo)流罩變槳水平軸潮流發(fā)電機(jī)組功率要求，確定各個(gè)零部件的參數(shù)，布置方式。
權(quán)利要求
1.一種嵌套式導(dǎo)流罩變槳水平軸潮流發(fā)電機(jī)組，包括外導(dǎo)流罩、導(dǎo)流罩支撐、內(nèi)導(dǎo)流罩、主軸、主軸軸承、輪轂、葉片、變槳軸承、變槳齒輪、變槳齒條、變槳電機(jī)、蓄電池、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、密封圈；葉片根部通過變槳軸承固定在輪轂上，輪轂套裝在主軸上，主軸通過主軸軸承支承在內(nèi)導(dǎo)流罩上，內(nèi)導(dǎo)流罩通過導(dǎo)流罩支撐固定在外導(dǎo)流罩上；變槳齒條與葉片根部的變槳齒輪嚙合，通過變槳電機(jī)驅(qū)動(dòng)；主軸的一端連接齒輪箱的輸入軸，齒輪箱輸出軸連接發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)和蓄電池之間、蓄電池和變槳電機(jī)之間通過電纜連接；密封圈安裝在輪轂與內(nèi)導(dǎo)流罩之間；所述的外導(dǎo)流罩為兩個(gè)喇叭口通過過渡段連接；內(nèi)導(dǎo)流罩為兩個(gè)對(duì)稱的半球體，背對(duì)背安裝，導(dǎo)流罩支撐個(gè)數(shù)比葉片個(gè)數(shù)多一個(gè)，沿周向均布；所述的葉片，個(gè)數(shù)為3-6個(gè)，為扭葉片，葉片尖部安裝葉尖小翼，葉片的尖部和中部截面形狀為NACA翼型或流線型，葉片根部為圓柱形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌套式導(dǎo)流罩變槳水平軸潮流發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述的外導(dǎo)流罩喇叭口的形線為雙紐線形、圓弧形、流線形中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌套式導(dǎo)流罩變槳水平軸潮流發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述的導(dǎo)流罩支撐的截面為圓形、橢圓形、菱行、NACA翼型或流線型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的嵌套式導(dǎo)流罩變槳水平軸潮流發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述的蓄電池采用鋅溴儲(chǔ)能電池或全釩液流儲(chǔ)能電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種嵌套式導(dǎo)流罩變槳水平軸潮流發(fā)電機(jī)組，屬于海洋可再生能源開發(fā)領(lǐng)域。由外導(dǎo)流罩、導(dǎo)流罩支撐、內(nèi)導(dǎo)流罩、主軸、主軸軸承、輪轂、葉片、變槳軸承、變槳齒輪、變槳齒條、變槳電機(jī)、蓄電池、發(fā)電機(jī)、齒輪箱和密封組成。外導(dǎo)流罩和內(nèi)導(dǎo)流罩一起構(gòu)成嵌套式導(dǎo)流罩，葉片根部通過變槳電機(jī)實(shí)現(xiàn)葉片變槳。本發(fā)明的嵌套式導(dǎo)流罩變槳水平軸潮流發(fā)電機(jī)組，通過嵌套式導(dǎo)流罩大大提高了葉片附近的潮流流速，變槳機(jī)構(gòu)使水平軸水輪機(jī)適合往復(fù)潮流，效率顯著高，且具有各種流速下的自啟動(dòng)能力；整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，電能輸出穩(wěn)定、清潔無污染。
文檔編號(hào)F03B3/14GK102384019SQ20111030684
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者劉艷, 孫濤, 宿曉輝, 張凱琳, 李明強(qiáng), 楊冉升, 趙廣, 郭嘉楠 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)