專利名稱：一種組合導(dǎo)葉式的海水發(fā)電單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型一種組合導(dǎo)葉式的海水發(fā)電單元是一種可適用于各種海況的海洋發(fā)電技術(shù)。例如深海海浪波能發(fā)電；入海口潮汐海流發(fā)電；海岸線海浪發(fā)電；遠(yuǎn)海海流發(fā)電等。
技術(shù)背景深海海浪波能雖然蘊(yùn)藏的波能總量巨大，但是分散在每個(gè)波浪上的能量不多，單位面積上的動能或勢能相對不大，且能量補(bǔ)充較慢。鑒于海浪上任何相鄰兩點(diǎn)的波能大小都不相同并時(shí)刻變化的特點(diǎn)，葉輪機(jī)每一個(gè)導(dǎo)葉某些時(shí)刻都可能會同時(shí)受到不同的推力， 甚至是互為反向的海浪推力，那么就要互相抵消一部分能量，而且表面積越大被抵消的波能就越多，同時(shí)海浪的波長和波向也決定被抵消的波能的多少，這就是海浪波能利用的難點(diǎn)，是海浪波能發(fā)電功率小難以推廣、經(jīng)濟(jì)效益低下的主要原因，故適用范圍受限。本技術(shù)實(shí)現(xiàn)了單機(jī)較大的發(fā)電功率，較好的解決了這個(gè)問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種組合導(dǎo)葉式的海水發(fā)電單元主要由葉輪機(jī)和發(fā)電機(jī)組成；葉輪機(jī)由葉片總成、浮體和葉輪機(jī)軸構(gòu)成；葉片總成主要由若干圈導(dǎo)葉總成構(gòu)成。這個(gè)主要由葉片總成、浮體和主軸構(gòu)成的葉輪機(jī)還可以作為一個(gè)獨(dú)立的動力輸出單元應(yīng)用。本實(shí)用新型的有益效果是由于若干圈導(dǎo)葉總成是由導(dǎo)葉軸上若干各自獨(dú)立的 “短”導(dǎo)葉串聯(lián)而成，這樣就形成了眾多葉片覆蓋在較大范圍的海浪下，同時(shí)高效率吸收海浪波能，產(chǎn)生了同向推力——形成轉(zhuǎn)矩，這就使發(fā)電機(jī)發(fā)出較大功率的電能。


(共三個(gè)圖)圖1是本實(shí)用新型在軸向剖面上的示意圖，圖中由三圈導(dǎo)葉總成和環(huán)狀導(dǎo)葉架組成葉片總成圓平面，虛線代表海浪，雙點(diǎn)劃線代表發(fā)電機(jī)。其中1是浮體；2是發(fā)電機(jī)(有三種安裝位置)；3是導(dǎo)葉總成(圖上是三圈)；4是環(huán)狀導(dǎo)葉架(圖上是三圈)；5是向上的海浪；6是向下的海浪。圖2表示本實(shí)用新型葉輪機(jī)的導(dǎo)葉在軸截面(用4個(gè)相位表示)上的工作示意圖， 用上下兩個(gè)圖來表示兩個(gè)“工位”，圖中“箭頭”代表旋轉(zhuǎn)方向，也就是葉輪機(jī)旋轉(zhuǎn)的“切線” 方向，確切地講就是海浪產(chǎn)生的推力方向。其中上圖表示導(dǎo)葉總成在向上海浪作用下的工作示意圖，其中5是向上的海浪；7是導(dǎo)葉(若干)；8是導(dǎo)葉軸；9是迎水夾角Φ1。下圖表示導(dǎo)葉總成在向下海浪作用下的工作示意圖，其中6是向下的海浪；7是導(dǎo)葉(如干)；8是導(dǎo)葉軸；10是迎水夾角Φ2。圖3是以“四個(gè)葉輪機(jī)”組成較大發(fā)電功率的組合式發(fā)電單元為例，介紹結(jié)構(gòu)示意圖，用上下兩個(gè)圖來表示。其中[0012]上圖是組合式發(fā)電單元中一個(gè)葉輪機(jī)在垂直軸面上的工作示意圖，虛線代表海浪，雙點(diǎn)劃線代表整機(jī)中心。其中1是浮體；2是發(fā)電機(jī)；3是導(dǎo)葉總成(三圈)；4是環(huán)狀導(dǎo)葉架(3圈)；11是水平傳動軸。下圖是組合式發(fā)電單元四個(gè)葉輪機(jī)和一個(gè)發(fā)電機(jī)的水平布置圖，圖中點(diǎn)劃線代表三圈環(huán)狀導(dǎo)葉架，三圈均布的導(dǎo)葉總成。其中1是浮體；2是發(fā)電機(jī)(處于整機(jī)中心的安裝位置)；11是水平傳動軸。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型是一種組合導(dǎo)葉式的發(fā)電單元。主要用于深海海浪波能發(fā)電，以及凡具有往復(fù)海水流動的地方進(jìn)行發(fā)電。譬如河流入海口的潮汐海流發(fā)電；海岸線的海浪發(fā)電；遠(yuǎn)海海流發(fā)電等。如果不配置發(fā)電機(jī)，那么葉輪機(jī)就是一個(gè)海上獨(dú)立的動力輸出單元帶動各種設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。下面結(jié)合1、2、3圖以四個(gè)葉輪機(jī)和一個(gè)發(fā)電機(jī)組成的“深海海浪波能發(fā)電機(jī)組” 為例介紹如下(實(shí)際葉輪機(jī)個(gè)數(shù)由設(shè)計(jì)需要決定)1、發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)1. 1主要由四個(gè)葉輪機(jī)和中間的一個(gè)發(fā)電機(jī)(2)構(gòu)成(見圖3下圖)；葉輪機(jī)主要由葉片總成、浮體(1)和葉輪機(jī)主軸構(gòu)成(見圖3上圖)。1.2葉輪機(jī)可以直接連接發(fā)電機(jī)( 發(fā)電(見圖1)，也可以幾個(gè)葉輪機(jī)通過水平傳動軸(11)共同帶動一個(gè)發(fā)電機(jī)⑵發(fā)電(見圖1和圖3下圖)。發(fā)電機(jī)⑵可以是直流發(fā)電機(jī)，也可以是交流發(fā)電機(jī)，可以置于浮體⑴內(nèi)，也可以置于浮體⑴之外(見圖1)。1.3(見圖1、3)葉輪機(jī)葉片總成漂浮在水面下，是由三圈導(dǎo)葉總成(3)和三圈環(huán)狀導(dǎo)葉架(4)構(gòu)成一近似圓平面(圈數(shù)由需要而定)，其垂直于葉輪機(jī)浮體(1)內(nèi)的主軸線或以小于10°的角度近似垂直于浮體(1)內(nèi)的葉輪機(jī)主軸線。在這個(gè)圓平面里導(dǎo)葉總成(3)呈射線狀分布。葉輪機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩變速時(shí)軸線和發(fā)電機(jī)軸線可能重合，也可能平行或成一定角度。葉片總成實(shí)際替代了傳統(tǒng)葉輪機(jī)的葉片。葉輪機(jī)主軸外包覆著“大直徑”的浮體(1)，當(dāng)內(nèi)置發(fā)電機(jī)O)時(shí)應(yīng)做成上下分體。1. 4導(dǎo)葉軸(8)上串聯(lián)多個(gè)相互獨(dú)立且角度可調(diào)的導(dǎo)葉(7)組成導(dǎo)葉總成(3)。 (見圖2)導(dǎo)葉(7)在向上的海浪(5)或向下的海浪(6)作用下可以偏轉(zhuǎn)到設(shè)定的角度小于 50°的Φ1(第1相位)或Φ2(第2相位)的位置，Φ1或Φ2角度的大小由需要而定。2、下面說明工作原理2. 1葉輪機(jī)在海浪中以接近靜止?fàn)顟B(tài)漂浮因?yàn)樵诤Ｃ娓浇钠∥飼艿缴舷虏ɡ说幕榉聪虻淖饔昧Χ樱舯緳C(jī)的半徑大于海浪波長較多，則受到上下海浪的推力就絕大部分會被相互抵消，因此整機(jī)相對海面就近似靜止而漂浮，而且半徑越大穩(wěn)定性越好。2. 2葉輪機(jī)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生(見圖幻由于在海面上整機(jī)為近似靜止?fàn)顟B(tài)，向上的海浪 (5)推動導(dǎo)葉(7)向上運(yùn)動，但受到相對靜止導(dǎo)葉軸⑶的限位約束，只能偏轉(zhuǎn)小于50°角度的Φ1角，同時(shí)在導(dǎo)葉⑵表面產(chǎn)生了一個(gè)“旋轉(zhuǎn)方向”的水平分力。而當(dāng)向下的海浪(6) 推動導(dǎo)葉⑵向下運(yùn)動時(shí)，則產(chǎn)生了 Φ2角，也會產(chǎn)生一個(gè)相同“旋轉(zhuǎn)方向”的分力。這兩個(gè)“同向的推力”共同作用在葉輪機(jī)主軸上就形成了力矩。這樣大面積眾多的導(dǎo)葉⑵就都會吸收海浪上下運(yùn)動的波能推動葉輪機(jī)旋轉(zhuǎn)做功，海浪不停發(fā)電不止。導(dǎo)葉(7)在不受力時(shí)高彈力橡膠墊使導(dǎo)葉(7)始終處于Φ1和Φ2之間0°角度的位置。2. 3組合式發(fā)電單元的工作原理(見圖1)當(dāng)浮體⑴內(nèi)置發(fā)電機(jī)(2)時(shí)應(yīng)做成分體，一部分浮體與葉輪機(jī)共同旋轉(zhuǎn)，帶動靜止的另一部分浮體內(nèi)置的發(fā)電機(jī)( 發(fā)電。當(dāng)浮體(1)就做成一體時(shí)，發(fā)電機(jī)( 則在海面上發(fā)電。(見圖幻幾個(gè)葉輪機(jī)浮體(1)的浮力不但能夠承擔(dān)全部發(fā)電單元的重量，使其漂浮在海浪中平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)還要有較大的盈余來克服海浪的沖力和海浪波長較長時(shí)整機(jī)的(搖擺)不平衡。如果多臺葉輪機(jī)作為獨(dú)立的動力單元，則通過水平傳動軸(11)共同驅(qū)動一個(gè)發(fā)電機(jī)(2)發(fā)電，這種結(jié)構(gòu)覆蓋的海面就更大，就更平穩(wěn)、能發(fā)出更多的電。如果用兩層葉片總成平行安裝或用兩層葉片總成形成與葉輪機(jī)軸線有一個(gè)小于20°的夾角安裝，這樣就使葉輪機(jī)具有很大的抗風(fēng)浪剛性，解決大直徑葉輪機(jī)平面強(qiáng)度的問題(沒有圖示)。2. 4本實(shí)例產(chǎn)生較大功率的原理由于葉輪機(jī)的葉片總成是由一圈或幾圈呈射線狀排列著的很多導(dǎo)葉總成C3)構(gòu)成圓平面，而導(dǎo)葉總成C3)上又串聯(lián)著若干個(gè)互相獨(dú)立較短的導(dǎo)葉(7)，這就形成眾多的導(dǎo)葉(7)在較大范圍的海浪中，這么多的導(dǎo)葉(7)隨之波動的同時(shí)共同產(chǎn)生的同一個(gè)方向的推力形成很大的合力矩，這個(gè)合力矩就使葉輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)( 發(fā)出較大的功率了。這里應(yīng)注意葉輪機(jī)覆蓋海水的半徑要盡量大于所處海區(qū)海浪的最大波長。3、本實(shí)用新型的技術(shù)優(yōu)勢說明如下3. 1由于實(shí)現(xiàn)了發(fā)電功率單機(jī)的較大型化、單元化，如果將若干臺較大型化的發(fā)電單元用海纜并聯(lián)，則在海面形成一個(gè)大“矩陣”發(fā)電群，那么就可以覆蓋更大的海域，實(shí)現(xiàn)在海上建立大型或超大型的發(fā)電場，生產(chǎn)出低碳、純綠色、可再生的直流或交流電。3. 2由于是單元化的機(jī)型，故適合工廠大規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化的生產(chǎn)和組裝，在建立海上發(fā)電場時(shí)，可以將整機(jī)“拖到”海區(qū)安放即可。故本實(shí)用新型具有無基礎(chǔ)建設(shè)投資， 安裝簡單投產(chǎn)快的特點(diǎn)，是真正的可以邊建設(shè)、邊投產(chǎn)、邊收益、邊擴(kuò)大的集約化建設(shè)生產(chǎn)模式。3.3由于是每一個(gè)“短小”導(dǎo)葉都是獨(dú)立吸收海浪能產(chǎn)生推力的，在運(yùn)轉(zhuǎn)中無論接觸的深海海浪的大小、波長、波向和波高多么復(fù)雜和多變；無論是往復(fù)的海流，還是海岸線海浪流多么紊亂；本實(shí)用新型都可以帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，而且波動越大、流量越大發(fā)電就越多，所以這就降低了對海浪能的要求，故可適用各于種海區(qū)和海況的發(fā)電要求。3. 4又由于本實(shí)用新型可以做到在海面下的部位無軸承、無機(jī)械傳動、無潤滑要求，且全部都可以選用非金屬材料或包覆材料，所以是一種水面下維修幾率極少，在一個(gè)發(fā)電周期內(nèi)“免維修”的安全可靠的發(fā)電設(shè)備。4、本實(shí)用新型的用途4. 1投放小功率發(fā)電單元可以為燈塔、孤島、深海養(yǎng)殖體等供電。4. 2較大發(fā)電功率的發(fā)電單元可通過接插式集群建設(shè)成大型海上海浪發(fā)電站，為海島、大陸和海上石油平臺等設(shè)施供電。4. 3還可以附著在“海風(fēng)電”的立柱上進(jìn)行聯(lián)合發(fā)電，降低海風(fēng)電的發(fā)電成本，使較深的海域建立“海風(fēng)電”成為可能，擴(kuò)大了“海風(fēng)電”的應(yīng)用范圍。4. 3如果選用交流發(fā)電則可以直接并入大陸電網(wǎng)供電。[0036] 4. 4若增加浮力，海上部分則形成大型海上平臺，這樣就形成了海洋立體發(fā)電綜合體在海面下導(dǎo)葉轉(zhuǎn)化波能推動葉輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，海面平臺上葉輪機(jī)主軸輸出轉(zhuǎn)矩或發(fā)電， 直接或間接帶動各種機(jī)械運(yùn)行。如海水淡化機(jī)組生產(chǎn)淡水；水電解機(jī)組制氫和氧；制冷機(jī)組致冰；海上水產(chǎn)品初加工等等。在海面平臺上可以建光伏發(fā)電群，在空中則進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電。
權(quán)利要求1.一種組合導(dǎo)葉式的海水發(fā)電單元，主要由葉輪機(jī)和發(fā)電機(jī)組成，但葉輪機(jī)也可以單獨(dú)作為一個(gè)獨(dú)立的動力輸出單元，其特征是葉輪機(jī)主要由葉片總成、浮體和葉輪機(jī)軸構(gòu)成，葉片總成主要由若干導(dǎo)葉總成構(gòu)成，導(dǎo)葉總成主要由導(dǎo)葉軸和導(dǎo)葉構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合導(dǎo)葉式的海水發(fā)電單元，其特征是葉輪機(jī)軸線和發(fā)電機(jī)軸線可以重合，也可以平行或成一定角度，葉輪機(jī)軸線與葉片總成垂直，或有一個(gè)小于10°角度夾角的近似垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合導(dǎo)葉式的海水發(fā)電單元，其特征是葉輪機(jī)葉片總成中的導(dǎo)葉總成由導(dǎo)葉軸和軸上一個(gè)或一個(gè)以上相互獨(dú)立的導(dǎo)葉串聯(lián)構(gòu)成，以一圈或幾圈呈射線狀的同心圓分布，葉輪機(jī)葉片總成所處平面始終面向往復(fù)流動的水流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合導(dǎo)葉式的海水發(fā)電單元，其特征是導(dǎo)葉總成中的導(dǎo)葉可以圍繞導(dǎo)葉軸或?qū)~軸線向上偏轉(zhuǎn)一個(gè)Φ 1角，向下偏轉(zhuǎn)一個(gè)Φ2角，Φ1或Φ2角大小應(yīng)在0-50°范圍之間，不受力時(shí)則處于Φ1和Φ2之間0°角度的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合導(dǎo)葉式的海水發(fā)電單元，其特征是葉輪機(jī)的浮體可以做成一體，也可以做成上下分體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合導(dǎo)葉式的海水發(fā)電單元，其特征是一個(gè)葉輪機(jī)與發(fā)電機(jī)組成一個(gè)發(fā)電單元，也可以幾個(gè)葉輪機(jī)通過傳動軸共同與一個(gè)發(fā)電機(jī)組成一個(gè)發(fā)電單元。
專利摘要本實(shí)用新型一種組合導(dǎo)葉式的海水發(fā)電單元適用于海浪發(fā)電，海浪波能發(fā)電，潮汐發(fā)電和海流發(fā)電等。主要由葉輪機(jī)和發(fā)電機(jī)組成，是可以產(chǎn)生較大功率直流或交流電的發(fā)電單元。由于葉輪機(jī)上眾多獨(dú)立的導(dǎo)葉可以覆蓋很大的海面或海流截面，每個(gè)導(dǎo)葉都可以同時(shí)吸收復(fù)雜變化著的海浪能，產(chǎn)生很大的同向推力，共同推動葉輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)出較大功率電能。若多臺發(fā)電單元用電纜并聯(lián)在海面，就可以建成海上大型的發(fā)電場。發(fā)電單元適合工廠大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和組裝。由于浮于海面運(yùn)行，故拖放容易且無基礎(chǔ)建設(shè)，可以采用邊投產(chǎn)發(fā)電、邊擴(kuò)大并網(wǎng)規(guī)模的集約化建設(shè)生產(chǎn)模式，故投產(chǎn)快經(jīng)濟(jì)周期短。葉輪機(jī)還可作為漂浮的海上動力輸出單元為設(shè)施提供動力。
文檔編號F03B13/14GK201943874SQ20112003815
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月31日
發(fā)明者宋文復(fù) 申請人:宋文復(fù)