垂直軸水流發(fā)電裝置及測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種垂直軸水流發(fā)電裝置及測試系統(tǒng)，其中，垂直軸水流發(fā)電裝置，包括葉輪、漂浮支撐平臺、增速器和發(fā)電機，所述葉輪包括葉片、葉片架和葉輪主軸，所述葉片架與所述葉輪主軸焊接且沿所述葉輪主軸放射性等份均布，所述葉片與所述葉片架通過鉸鏈鉸接，所述發(fā)電機安裝在漂浮支撐平臺上，所述發(fā)電機的輸入軸與增速器的輸出軸相連，其特征在于：所述漂浮支撐平臺上安裝回轉支承軸承，所述葉輪主軸的上端固定在回轉支承軸承內，所述葉輪主軸的上端依次通過萬向聯(lián)軸器和齒式聯(lián)軸器與增速器的輸入軸相連。本發(fā)明重量輕、安裝方便、具有較好的啟動、制動特性，適應環(huán)境強，發(fā)電效率高。
【專利說明】
垂直軸水流發(fā)電裝置及測試系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)電裝置領域，尤其涉及一種垂直軸水流發(fā)電裝置及其測試系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]世界對能源需求量快速增長且總量巨大，供應能力日趨緊張。發(fā)展綠色無污染的新能源產業(yè)，推動低碳經(jīng)濟，已在全球各國達成共識。目前，在可再生的能源中，風能、太陽能已被廣泛開發(fā)，但其轉換效率低;雖然江河水電站也算是有效利用了可再生的水能，但投資大、且對生態(tài)環(huán)境、地質等構成威脅。發(fā)展新的環(huán)境友好型的水流發(fā)電成為一直必然趨勢，包括江河水流能、洋流能、潮汐能、波浪能等。因為水的密度約為空氣的1000倍，尤其是海水流動產生巨大的能量，其能量與流速的平方和流量成正比，流速在1.5m/s以上的區(qū)域，其洋流能均有實際開發(fā)價值。據(jù)初步測算，世界僅僅洋流能理論平均功率約為1400萬千瓦時，而我國洋流也是最為豐富的國家。
[0003]現(xiàn)有技術中，出現(xiàn)了一些水流能的設備，分為水平軸式和垂直軸式。
[0004]水平軸式絕大多數(shù)利用葉輪吸收水能帶動發(fā)電機發(fā)電。同時，葉輪必須安裝復雜的偏航變漿系統(tǒng)，即葉輪必須對準水流方向才能有效吸收水能，同時該結構對能量捕獲的效率也較低，同時系統(tǒng)卻復雜、成本高。最為重要的是，整個系統(tǒng)全部放置水下，對密封、防腐、安裝、維修均是嚴峻的考驗。
[0005]現(xiàn)目前有少數(shù)人提出葉片為垂直軸式，克服了水平軸式流體方向不確定性問題。這種結構幾乎為雙端固定，但這種結構復雜，重量大，安裝困難。申請?zhí)枮?00910073171的專利文件中公開的“大功率垂直軸潮流發(fā)電裝置”，主要特點是水輪機主軸塔柱固定在海底，為了克服潮漲潮落，機艙還必須足夠高。這種結構最大的缺陷在于必須建立在淺海。同樣申請?zhí)枮?01110303917.5的專利文件中公開的“一直垂直軸水流發(fā)電系統(tǒng)”，主要結構也是安裝必須海底。這兩種結構的安裝方式均為柱粧式。申請?zhí)枮?01020621184的專利文件中公開的“一種垂直軸潮流發(fā)電裝置”，主要特點也是采用葉片軸雙端支撐結構，該種結構的最大缺陷在于要保證葉輪軸兩端軸承的同軸度，并起到支撐作用，葉輪框架的剛性剛度就要足夠大，這框架的重量勢必占到近整個系統(tǒng)重量的一半，安裝同樣困難?？傊陨系湫偷拇怪陛S發(fā)電裝置水下密封、防腐、安裝、維修均非常困難，且成本高。

【發(fā)明內容】

[0006]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種垂直軸水流發(fā)電裝置，結構簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。本發(fā)明還公開了垂直軸水流發(fā)電裝置的測試系統(tǒng)。
[0007]為了實現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明的技術方案如下:一種垂直軸水流發(fā)電裝置，包括葉輪、漂浮支撐平臺、增速器和發(fā)電機，所述葉輪包括葉片、葉片架和葉輪主軸，所述葉片架與所述葉輪主軸焊接且沿所述葉輪主軸放射性等份均布，所述葉片與所述葉片架通過鉸鏈鉸接，所述發(fā)電機安裝在漂浮支撐平臺上，所述發(fā)電機的輸入軸與增速器的輸出軸相連，其特征在于:所述漂浮支撐平臺上安裝回轉支承軸承，所述葉輪主軸的上端固定在回轉支承軸承內，所述葉輪主軸的上端依次通過萬向聯(lián)軸器和齒式聯(lián)軸器與增速器的輸入軸相連。
[0008]在上述方案中:所述漂浮支撐平臺的周圍設置錨鏈。
[0009]采用上述方案，葉輪主軸采用懸臂支撐，且支撐端僅為一個軸承，大大減輕了系統(tǒng)重量和安裝難度。回轉支承軸承能承受葉輪的傾翻力矩、軸向力;還能實現(xiàn)自潤滑，并兼有密封、防腐等特點。
[0010]葉輪通過回轉支承軸承、萬向聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器、增速器，將功率傳給發(fā)電機。萬向聯(lián)軸器能夠補償葉輪的徑向偏擺量，齒式聯(lián)軸器能補償葉輪的軸向偏擺量，也便于增速器的裝配。本發(fā)明的增速器為一級行星傳動和一級錐齒輪傳動，發(fā)電機采用永磁發(fā)電機。整個系統(tǒng)為半直驅形式，從而提高發(fā)電效率。
[0011]另外，該發(fā)電平臺采用漂浮式，只需用錨鏈固定，錨鏈固定在海底或其它固定物上。發(fā)電系統(tǒng)安裝時，整個系統(tǒng)借助升降裝置實現(xiàn)整體下水和出水。該系統(tǒng)大大提高了各種海域的實用性，并且不用海底安裝，同樣，防護及維修也變得簡單。
[0012]在上述方案中:所述發(fā)電機的輸入軸上安裝制動器。用于緊急制動。
[0013]在上述方案中:所述漂浮支撐平臺包括平臺本體，在平臺本體的中間設置方形通孔，主平臺通過支撐梁安裝在方形通孔中，所述回轉支承軸承安裝在主平臺上，所述發(fā)電機也安裝在主平臺上。
[0014]本發(fā)明的第二目的是這樣實現(xiàn)的:垂直軸水流發(fā)電裝置測試系統(tǒng)，包括水池以及上述的垂直軸水流發(fā)電裝置，所述主平臺兩側的水池邊或漂浮支撐平臺上分別設置水池導軌，所述支撐梁設置在主平臺的相對兩側，并且所述支撐梁延伸至與兩側的水池導軌滾動連接或滑動連接，牽引機構牽引支撐梁沿著水池導軌來回移動，從而實現(xiàn)主平臺在方形通孔中的來回移動。
[0015]所述牽引系統(tǒng)包括牽引電機，在主平臺兩端的漂浮支撐平臺上或水池旁分別安裝所述牽引電機，兩端的所述牽引電機的輸出軸與減速機的輸入軸相連，所述減速機的輸出軸上套裝滾筒，所述滾筒上纏繞牽引繩，兩端的所述牽引繩分別與主平臺的兩端相連。
[0016]所述支撐梁兩端的下方分別安裝車輪，車輪槽限位在水池軌道中，所述車輪能在車輪槽中自由滾動。
[0017]在上述方案中:在所述增速器的輸出軸上設置第一扭矩轉速傳感器。所述葉輪主軸為空心軸，在所述葉輪主軸中安裝第二扭矩轉速傳感器。第二扭矩轉速傳感器巧妙的安裝在了葉輪主軸內，從而節(jié)約了空間和成本，不需要對主平臺重新設計。通過兩個傳感器能記錄整個機械系統(tǒng)扭矩、轉速、功率，并計算出傳遞效率。
[0018]這樣的裝置作為測試系統(tǒng)，測試是在水池中進行的，測試時，只需要啟動牽引電機，就能控制主平臺移動速度(0_3m/S范圍內)，主平臺移動速度就為相對水流速度，從而達到改變水流速度的目的，這樣水流速度的大小就能輕易的控制了。測試時，需要測試增速器前后端的轉矩、轉速;通過電阻箱調節(jié)負載大小，從而測試發(fā)電量。將所有的數(shù)據(jù)進行采集，可以計算出系統(tǒng)傳遞效率，葉片能量捕獲效率等作用數(shù)據(jù)。該測試系統(tǒng)對于完善整個發(fā)電系統(tǒng)和產業(yè)化具有及其重要的作用。
[0019]有益效果:本發(fā)明重量輕、結構簡單、安裝方便、具有較好的啟動、制動特性，適應環(huán)境強，發(fā)電效率高。同時提供了該裝置的測試系統(tǒng)?？上虼蠊β史较虬l(fā)展和應用。
【附圖說明】
[0020]圖1垂直軸水流發(fā)電裝置結構主視圖。
[0021 ]圖2垂直軸水流發(fā)電裝置結構俯視圖。
[0022]圖3垂直軸水流發(fā)電裝置葉輪結構圖。
[0023]圖4垂直軸水流發(fā)電裝置傳動系統(tǒng)圖。
[0024]圖5垂直軸水流發(fā)電裝置測試系統(tǒng)俯視圖。
[0025]圖6為車輪的安裝示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明:
[0027]實施例1，如圖1-3所示:本發(fā)明的垂直軸水流發(fā)電裝置由葉輪、錨鏈4、漂浮支撐平臺5、主平臺6、回轉支承軸承7、連接法蘭8、萬向聯(lián)軸器9、齒式聯(lián)軸器、增速器11、制動器12、發(fā)電機13、第一扭矩轉速傳感器14、支撐梁15等部件組成。
[0028]本發(fā)明在201420550695.6基礎上經(jīng)過進一步優(yōu)化改進而成，葉輪包括葉片1、葉片架2和葉輪主軸3，葉輪主軸3為空心軸，葉片架2為9個，葉片架2為L形架，葉片架2—端與葉輪主軸3焊接且沿葉輪主軸3放射性等份均布，所有葉片架2旋向相同，所有葉片架2的上端和下端分別通過圓形或正六邊形的鋼圈連接，加以固定。葉片I與葉片架2的另一端端部通過鉸鏈(合頁)鉸接。
[0029]該葉輪在水流任意方向均能實現(xiàn)自啟動，當葉片I在迎水面能實現(xiàn)自由閉合，貼在相鄰葉片架2上(位于兩個相鄰葉片架2之間，使得相鄰葉片架2中間封閉)，增大迎水面積，吸收水能。獲得能量，并將能量傳遞給增速器11。
[0030]葉片I在逆水區(qū)時，葉片I繞與葉片架2鉸接處旋轉，葉片I能完全張開，使葉片阻水面積接近于零，當旋轉到迎水區(qū)后，葉片在水流的作用下，逐步閉合，迎水做功。
[0031]漂浮支撐平臺5包括平臺本體，漂浮支撐平臺5的周圍設置錨鏈4，錨鏈4固定在海底或其它固定物上。在平臺本體的中間設置方形通孔5a，整個平臺本體為“回”形。主平臺6通過支撐梁15安裝在方形通孔5a中，具體的，主平臺6的兩側分別設置兩根支撐梁15，支撐梁15的端部固定在平臺本體上。發(fā)電機13安裝在主平臺6上?；剞D支承軸承7安裝在主平臺6上，回轉支承軸承7的外圓通過螺栓安裝在主平臺6上，內圓固定在連接法蘭8上。葉輪主軸3的上端固定在回轉支承軸承7內，葉輪主軸3的上端依次通過萬向聯(lián)軸器9和齒式聯(lián)軸器10與增速器11的輸入軸相連。發(fā)電機13的輸入軸與增速器11的輸出軸相連。發(fā)電機13的輸入軸上安裝制動器12。
[0032]實施例2，測試系統(tǒng)
[0033]如圖4-5，包括垂直軸水流發(fā)電裝置，垂直軸水流發(fā)電裝置放置在水池中，垂直軸水流發(fā)電裝置與實施例1相同，不同的是，支撐梁15不是固定在漂浮支撐平臺5上，在葉輪主軸3中安裝第二扭矩轉速傳感器，在增速器11的輸出軸上設置第一扭矩轉速傳感器14。
[0034]主平臺6兩側的漂浮支撐平臺5上分別設置水池導軌20，主平臺6的兩側分別對稱設置兩根支撐梁15，并且支撐梁15延伸至與兩側的水池導軌20滾動連接或滑動連接，具體的，支撐梁15端部的下方安裝車輪21，車輪槽限位在水池軌道20中，車輪21能在車輪槽中自由滾動。牽引機構牽引支撐梁15沿著水池導軌20來回移動，從而實現(xiàn)主平臺6在方形通孔中的來回移動。具體的牽引系統(tǒng)包括牽引電機18，在主平臺6兩端的漂浮支撐平臺5上分別安裝牽引電機18，兩端的牽引電機18的輸出軸與減速機19的輸入軸相連，減速機19的輸出軸上套裝滾筒17，滾筒17上纏繞牽引繩16，兩端的牽引繩16分別與主平臺6的兩端相連。
[0035]水池導軌20也可以設置在水池兩側。同樣的牽引電機18也可以設置在水池旁。
[0036]本發(fā)明不局限于上述具體實施例，應當理解，本領域的普通技術人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構思做出諸多修改和變化?？傊脖炯夹g領域中技術人員依本發(fā)明的構思在現(xiàn)有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【主權項】
1.一種垂直軸水流發(fā)電裝置，包括葉輪、漂浮支撐平臺(5)、增速器(11)和發(fā)電機(13)，所述葉輪包括葉片(I)、葉片架(2)和葉輪主軸(3)，所述葉片架(2)與所述葉輪主軸(3)焊接且沿所述葉輪主軸(3)放射性等份均布，所述葉片(I)與所述葉片架(2)通過鉸鏈鉸接，所述發(fā)電機(I 3)安裝在漂浮支撐平臺(5)上，所述發(fā)電機(I 3)的輸入軸與增速器(11)的輸出軸相連，其特征在于:所述漂浮支撐平臺(5)上安裝回轉支承軸承(7)，所述葉輪主軸(3)的上端套在回轉支承軸承(7)內，所述葉輪主軸(3)的上端依次通過萬向聯(lián)軸器(9)和齒式聯(lián)軸器(10)與所述增速器(11)的輸入軸相連。2.根據(jù)權利要求1所述垂直軸水流發(fā)電裝置，其特征在于:所述漂浮支撐平臺(5)的周圍設置錨鏈(4)。3.根據(jù)權利要求1或2所述垂直軸水流發(fā)電裝置，其特征在于:所述發(fā)電機(13)的輸入軸上安裝制動器(12)。4.根據(jù)權利要求3所述垂直軸水流發(fā)電裝置，其特征在于:所述漂浮支撐平臺(5)包括平臺本體，在平臺本體的中間設置方形通孔(5a)，主平臺(6)通過支撐梁(15)安裝在方形通孔(5a)中，所述回轉支承軸承(7)安裝在主平臺(6)上，所述發(fā)電機(13)也安裝在主平臺(6)上。5.—種垂直軸水流發(fā)電裝置測試系統(tǒng)，其特征在于:包括水池以及權利要求4所述的垂直軸水流發(fā)電裝置，所述主平臺(6)兩側的水池邊或漂浮支撐平臺(5)上分別設置水池導軌(20)，所述支撐梁(15)設置在主平臺(6)的相對兩側，并且所述支撐梁(15)延伸至與兩側的水池導軌(20)滾動連接或滑動連接，牽引機構牽引支撐梁(15)沿著水池導軌(20)來回移動，從而實現(xiàn)主平臺(6)在方形通孔中的來回移動。6.根據(jù)權利要求5所述垂直軸水流發(fā)電裝置測試系統(tǒng)，其特征在于:所述牽引系統(tǒng)包括牽引電機(18)，在主平臺(6)兩端的漂浮支撐平臺(5)上或水池旁分別安裝所述牽引電機(18)，兩端的所述牽引電機(18)的輸出軸與減速機(19)的輸入軸相連，所述減速機(19)的輸出軸上套裝滾筒(17)，所述滾筒(17)上纏繞牽引繩(16)，兩端的所述牽引繩(16)分別與主平臺(6)的兩端相連。7.根據(jù)權利要求6所述垂直軸水流發(fā)電裝置測試系統(tǒng)，其特征在于:所述支撐梁(15)兩端的下方分別安裝車輪(21)，車輪槽限位在水池軌道(20)中，所述車輪(21)能在車輪槽中自由滾動。8.根據(jù)權利要求7所述垂直軸水流發(fā)電裝置測試系統(tǒng)，，其特征在于:在所述增速器(11)的輸出軸上設置第一扭矩轉速傳感器(14)。9.根據(jù)權利要求5-8所述垂直軸水流發(fā)電裝置測試系統(tǒng)，其特征在于:所述葉輪主軸(3)為空心軸，在所述葉輪主軸(3)中安裝第二扭矩轉速傳感器。
【文檔編號】F03B3/14GK105863928SQ201610250548
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】楊超, 闕洪軍, 呂和生, 高德芳, 周飛鴻, 王輝全
【申請人】重慶齒輪箱有限責任公司