專利名稱：反傾向雙葉輪管道式潮流發(fā)電水輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種潮流發(fā)電水輪機(jī)，可以在往復(fù)流條件下無需人工操作或計(jì)算機(jī)控制的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。
背景技術(shù)：
潮汐現(xiàn)象是指海水在天體引潮力作用下所產(chǎn)生的周期性運(yùn)動(dòng)。潮汐的漲落中產(chǎn)生的海水流動(dòng)稱為潮流。在潮水周而復(fù)始的流動(dòng)中蘊(yùn)藏的能源稱為潮流能，理論上只要有海岸存在的地方就存在可開發(fā)的潮流能，因此潮流能的儲(chǔ)量是巨大的。如果能尋求合適的方法加以收集，將成為取之不盡用之不竭的能量來源。對潮流能的開發(fā)主要通過過水水輪發(fā)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。發(fā)展至今，世界各國潮流發(fā)電機(jī)的種類主要可概括為以下幾類，優(yōu)缺點(diǎn)概述如下(1)開放式水輪機(jī)開放式水輪機(jī)由傳統(tǒng)的三葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)改進(jìn)而來，如圖1所示，一般由三葉片的葉輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組，旋轉(zhuǎn)軸軸向與水流方向平行。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，當(dāng)水流方向與軸線平行時(shí)效率高。缺點(diǎn)當(dāng)水流方向與軸線存在夾角時(shí)效率下降很快。克服缺點(diǎn)方法葉輪方向設(shè)計(jì)成可轉(zhuǎn)動(dòng)式。克服缺點(diǎn)方法所帶來的問題增加系統(tǒng)復(fù)雜性，降低系統(tǒng)的適應(yīng)能力。(2)管道式水輪機(jī)因?yàn)榕c風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，潮流發(fā)電機(jī)的直徑要小很多，故管道式單葉輪水輪機(jī)的制造成為可能。如圖2所示，管道式水輪機(jī)為在開放式水輪機(jī)外加設(shè)束水管道的設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn)管道束水增加流速，水流與軸線存在夾角時(shí)效率受影響較小，堅(jiān)固耐用。缺點(diǎn)很難實(shí)現(xiàn)葉輪的轉(zhuǎn)向?？朔秉c(diǎn)方法為解決往復(fù)潮流問題，一般葉片設(shè)計(jì)為傾角可變型克服缺點(diǎn)方法所帶來的問題與開放式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)整個(gè)葉輪相比，每個(gè)葉片傾角的變化更加增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低系統(tǒng)的適應(yīng)能力，難以實(shí)現(xiàn)推廣。(3)豎軸式水輪機(jī)為了簡化結(jié)構(gòu)(使無需旋轉(zhuǎn)葉輪或葉片)，豎軸式水輪機(jī)被開發(fā)出來，如圖3所示， 豎軸式水輪機(jī)流向與葉輪轉(zhuǎn)軸垂直，但是效率偏低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述已有的各種發(fā)電水輪機(jī)的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡單的發(fā)電水輪機(jī)，能夠在往復(fù)水流的條件下無需人工操作或計(jì)算機(jī)控制地高效率發(fā)電；進(jìn)一步，該發(fā)電水輪機(jī)受水流方向與葉輪軸線夾角影響較小。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是
一種潮流發(fā)電水輪機(jī)，包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的兩端設(shè)置傳動(dòng)軸伸出， 兩端傳動(dòng)軸分別通過單向傳動(dòng)裝置連接第一葉輪與第二葉輪，第一葉輪與第二葉輪的葉片傾向相反。進(jìn)一步，所述水輪機(jī)包括套管，第一葉輪與第二葉輪設(shè)置于套管中。所述套管上容納第一葉輪的部分向外連接第一束水管，套管上容納第二葉輪的部分向外連接第二束水管。所述第一束水管、第二束水管的直徑由與套管連接處開始向外逐漸增大形成漸開形狀以利于收束涌進(jìn)的潮流。所述水輪機(jī)包括水輪機(jī)主體與水輪機(jī)外殼，所述水輪機(jī)主體與水輪機(jī)外殼之間使用輻向支撐連接。所述水輪機(jī)包括發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)通過固定支架安裝在套管上部，發(fā)電機(jī)與傳動(dòng)軸之間采用平行傳動(dòng)裝置傳動(dòng)。所述平行傳動(dòng)裝置采用齒輪鏈條結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)齒輪與傳動(dòng)軸相連，通過傳動(dòng)鏈條將傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)傳向傳動(dòng)齒輪，傳動(dòng)齒輪與發(fā)電機(jī)相連。所述傳動(dòng)裝置采用單向傳動(dòng)裝置，其轉(zhuǎn)向與發(fā)電機(jī)的規(guī)定轉(zhuǎn)向一致。所述單向傳動(dòng)裝置采用采用棘輪單向傳動(dòng)裝置。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端都有傳動(dòng)軸伸出，兩端傳動(dòng)軸連接兩個(gè)葉片傾向相反的葉輪，這兩個(gè)葉輪在漲、落潮產(chǎn)生的相反流向時(shí)分別提供發(fā)電機(jī)的動(dòng)力；兩個(gè)葉輪與傳動(dòng)軸之間采用單向傳動(dòng)裝置(如棘輪)連接，保證漲、落潮時(shí)只有正對來流方向的葉輪傳動(dòng)而背對來流方向的葉輪空轉(zhuǎn)；由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)為管道式是為了在轉(zhuǎn)流時(shí)刻流向和轉(zhuǎn)軸方向存在夾角時(shí)發(fā)電效率受影響小， 且不存在一般管道式水輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)增加系統(tǒng)復(fù)雜性問題；通過上述發(fā)電機(jī)兩端采用不同葉片傾向的葉輪來實(shí)現(xiàn)往復(fù)流的發(fā)電，避免了葉輪方向的轉(zhuǎn)動(dòng)和葉片傾向的轉(zhuǎn)動(dòng)，簡化了系統(tǒng)，有利于潮流發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化以及小型電站和海洋能獨(dú)立電力系統(tǒng)的發(fā)展；無需人工或計(jì)算機(jī)判斷葉輪或葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)機(jī)，完全自發(fā)的對潮流流向的變化進(jìn)行響應(yīng)，提高了系統(tǒng)效率；空轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可減弱水輪機(jī)尾流中的水流紊動(dòng)，有利于提高發(fā)電效率。


圖1為傳統(tǒng)的開放式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為傳統(tǒng)的管道式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為傳統(tǒng)的豎軸式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖4所示實(shí)施例中棘輪單向傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖7所示實(shí)施例中齒輪鏈條平行傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明實(shí)施例的工作原理示意圖(當(dāng)來流方向?yàn)樽髠?cè))。
圖9為本發(fā)明實(shí)施例的工作原理示意圖(當(dāng)來流方向?yàn)橛覀?cè))。圖中1為第一束水管，2為第一葉輪，3為第一單向傳動(dòng)裝置，4為第二單向傳動(dòng)裝置，5為第二葉輪，6為第二束水管，7為傳動(dòng)軸，8為發(fā)電機(jī)，9為套管，10為棘輪爪(與葉輪鉸接)，11為彈簧(與葉輪連接)，12為棘輪齒，13為棘輪齒受力側(cè)，14為棘輪齒滑動(dòng)側(cè)，15 為棘輪(與傳動(dòng)軸連接)，16為平行傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)齒輪(與發(fā)電機(jī)相連)，17為平行傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)鏈條，18為平行傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)齒輪(與傳動(dòng)軸相連)，19為平行傳動(dòng)裝置。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。請參閱圖4-圖9，反傾向雙葉輪管道式潮流發(fā)電水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖和工作原理。水輪機(jī)結(jié)構(gòu)如圖4所示，該水輪機(jī)主要由兩大部分組成水輪機(jī)外殼和水輪機(jī)主體。水輪機(jī)外殼由水輪機(jī)兩端的第一束水管1、第二束水管6和套管9固定連接組成。水輪機(jī)主體由兩個(gè)葉片傾向相反的第一葉輪2和第二葉輪5、傳動(dòng)軸7、發(fā)電機(jī)8組成；第一葉輪2和第二葉輪5分別通過第一單向傳動(dòng)裝置3和第二單向傳動(dòng)裝置4在傳動(dòng)軸7的兩端與之連接，傳動(dòng)軸7在中間與發(fā)電機(jī)8的轉(zhuǎn)子連接，單向傳動(dòng)裝置3和4設(shè)定為只可順時(shí)針傳動(dòng)(從左往右看，下文中提到的所有轉(zhuǎn)向均為從左往右看來判斷，不再重復(fù))；第一葉輪 2和第二葉輪5的葉片傾向設(shè)定為使左邊來流時(shí)第一葉輪2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)而第二葉輪5逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，右邊來流時(shí)第一葉輪2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)而第二葉輪4順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。(同理，也可以是 第一葉輪2和第二葉輪5的葉片傾向設(shè)定為使左邊來流時(shí)第一葉輪2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)而第二葉輪5順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，右邊來流時(shí)第一葉輪2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)而第二葉輪5逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)方向順應(yīng)發(fā)電機(jī)所要求的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向。)第一束水管1、第二束水管6的直徑由與套管9的連接處向外開始逐漸增大，形成漸開形狀，更有利于收束涌進(jìn)的潮流。水輪機(jī)主體與外殼之間可使用輻向支撐連接。發(fā)電機(jī)8亦可使用固定支架安裝在套管上部，如圖7所示，發(fā)電機(jī)8與傳動(dòng)軸7之間采用平行傳動(dòng)裝置19傳動(dòng)。平行傳動(dòng)裝置可采用齒輪鏈條結(jié)構(gòu)，如圖6所示。傳動(dòng)齒輪18與傳動(dòng)軸7相連，通過傳動(dòng)鏈條17將傳動(dòng)軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)傳向傳動(dòng)齒輪16，傳動(dòng)齒輪16與發(fā)電機(jī)8相連，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。圖4-圖9中所有單向傳動(dòng)裝置設(shè)定為只可順時(shí)針傳動(dòng)，與發(fā)電機(jī)的規(guī)定轉(zhuǎn)向一致。當(dāng)葉輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉輪可帶動(dòng)傳動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)葉輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則葉輪自由空轉(zhuǎn)而不向傳動(dòng)軸傳動(dòng)。單向傳動(dòng)可通過各種單向傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)，最簡單可采用如自行車后輪軸采用的棘輪裝置(圖O 當(dāng)葉輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)與之鉸接的棘輪爪10和彈簧11 一起轉(zhuǎn)動(dòng)，棘輪爪10頂住棘輪齒12的受力側(cè)13運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)與棘輪15連接的傳動(dòng)軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)葉輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)與之鉸接的棘輪爪10和彈簧11 一起轉(zhuǎn)動(dòng)，棘輪爪10沿每個(gè)棘輪齒的滑動(dòng)側(cè)14滑動(dòng)而不向棘輪15傳動(dòng)，葉輪空轉(zhuǎn)而傳動(dòng)軸不轉(zhuǎn)。使用該水輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電時(shí)，將水輪機(jī)安置于有明顯潮流現(xiàn)象的海域中，使水輪機(jī)完全被海水淹沒，葉輪軸向與漲、落潮方向平行(漲落潮一般方向相差180° )，使?jié)q、落潮時(shí)潮流分別由水輪機(jī)的兩端流入。下面以圖4所示的水輪機(jī)結(jié)構(gòu)為例解釋水輪機(jī)的工作過程
比如當(dāng)漲潮流方向?yàn)樽髠?cè)來流，如圖8，水流先流過左邊第一束水管1，流速得到加強(qiáng)，流向與葉輪軸向的偏差得到糾正；水流推動(dòng)左側(cè)的第一葉輪2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過第一單向傳動(dòng)裝置3向傳動(dòng)軸進(jìn)行傳動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)8的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行發(fā)電，此時(shí)第一葉輪2 為動(dòng)力輪；之后水流推動(dòng)右側(cè)第二葉輪5逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并流出水輪機(jī)，第二葉輪5因逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)不能通過第二單向傳動(dòng)裝置4向傳動(dòng)軸7傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)，自身空轉(zhuǎn)，因此此時(shí)第二葉輪5為空轉(zhuǎn)輪。當(dāng)經(jīng)過轉(zhuǎn)流時(shí)刻，潮流變?yōu)槁涑绷鳎伤啓C(jī)右側(cè)流入，如圖9，水流先流過右邊束水管6，流速得到加強(qiáng)，流向與葉輪軸向的偏差得到糾正；水流推動(dòng)左側(cè)第二葉輪5順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過第二單向傳動(dòng)裝置4向傳動(dòng)軸進(jìn)行傳動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)8的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行發(fā)電， 此時(shí)第二葉輪5為動(dòng)力輪；之后水流推動(dòng)右側(cè)第一葉輪2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并流出水輪機(jī)，第一葉輪2因逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)不能通過第一單向傳動(dòng)裝置3向傳動(dòng)軸7傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)，自身空轉(zhuǎn)，因此此時(shí)第一葉輪2為空轉(zhuǎn)輪。整個(gè)過程無需人工操作或計(jì)算機(jī)控制，水輪機(jī)可自發(fā)的根據(jù)來流條件調(diào)整運(yùn)作方式，達(dá)到高效率發(fā)電的目的。上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種潮流發(fā)電水輪機(jī)，包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的兩端設(shè)置傳動(dòng)軸伸出，兩端傳動(dòng)軸分別通過單向傳動(dòng)裝置連接第一葉輪與第二葉輪，第一葉輪與第二葉輪的葉片傾向相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潮流發(fā)電水輪機(jī)，其特征在于所述水輪機(jī)包括套管，第一葉輪與第二葉輪設(shè)置于套管中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的潮流發(fā)電水輪機(jī)，其特征在于所述套管上容納第一葉輪的部分向外連接第一束水管，套管上容納第二葉輪的部分向外連接第二束水管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的潮流發(fā)電水輪機(jī)，其特征在于所述第一束水管、第二束水管的直徑由與套管連接處開始向外逐漸增大形成漸開形狀以利于收束涌進(jìn)的潮流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潮流發(fā)電水輪機(jī)，其特征在于所述水輪機(jī)包括水輪機(jī)主體與水輪機(jī)外殼，所述水輪機(jī)主體與水輪機(jī)外殼之間使用輻向支撐連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的潮流發(fā)電水輪機(jī)，其特征在于所述水輪機(jī)包括發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)通過固定支架安裝在套管上部，發(fā)電機(jī)與傳動(dòng)軸之間采用平行傳動(dòng)裝置傳動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的潮流發(fā)電水輪機(jī)，其特征在于所述平行傳動(dòng)裝置采用齒輪鏈條結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)齒輪與傳動(dòng)軸相連，通過傳動(dòng)鏈條將傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)傳向傳動(dòng)齒輪，傳動(dòng)齒輪與發(fā)電機(jī)相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的潮流發(fā)電水輪機(jī)，其特征在于所述傳動(dòng)裝置采用單向傳動(dòng)裝置，其轉(zhuǎn)向與發(fā)電機(jī)的規(guī)定轉(zhuǎn)向一致。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的潮流發(fā)電水輪機(jī)，其特征在于所述單向傳動(dòng)裝置采用棘輪單向傳動(dòng)裝置。
全文摘要
一種潮流發(fā)電水輪機(jī)，包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的兩端設(shè)置傳動(dòng)軸伸出，兩端傳動(dòng)軸分別通過單向傳動(dòng)裝置連接第一葉輪與第二葉輪，第一葉輪與第二葉輪的葉片傾向相反。所述水輪機(jī)包括套管，第一葉輪與第二葉輪設(shè)置于套管中。所述套管上容納第一葉輪的部分向外連接第一束水管，套管上容納第二葉輪的部分向外連接第二束水管。所述第一束水管、第二束水管的直徑由與套管連接處開始向外逐漸增大形成漸開形狀以利于收束涌進(jìn)的潮流。本發(fā)明在往復(fù)水流的條件下能夠?qū)崿F(xiàn)無需人工操作或計(jì)算機(jī)控制的高效率發(fā)電，且使系統(tǒng)得到簡化，有利于潮流發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化以及小型電站和海洋能獨(dú)立電力系統(tǒng)的發(fā)展。
文檔編號(hào)F03B13/26GK102536616SQ20121000969
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者匡翠萍, 姚凱華, 潘毅, 胡穎, 蔣茗韜, 鄧凌, 霍蕊, 黃永輝 申請人:同濟(jì)大學(xué)