双转子潮流发电机的制作方法
【专利摘要】双转子潮流发电机，包括能量捕获机构和底座，所述能量捕获机构由叶片盘、导向环轨、叶片和轮盘组成，所述叶片盘上设有导向环轨，叶片盘的下方设有轮盘，叶片盘与轮盘之间设有二十四个叶片；所述能量捕获机构共有两个，上下垂直设置，其中上部能量捕获机构的叶片盘和轮盘通过轴承套与第一主轴连接，下部的能量捕获机构的叶片盘和轮盘通过轴承套与第二主轴连接；所述底座由方形的密封箱体构成，齿轮增速箱、第一发电机和第二发电机均设于密封箱体内；本实用新型结构设计简单，不需要偏航机构，不受水流方向的影响，使用竖直叶片，相减小了对叶片机械加工制造的难度，可以有效的提升获能系数和潮流能的利用率，值得大力推广。
【专利说明】
双转子潮流发电机
技术领域
[0001]本实用新型涉及海洋可再生能源开发领域，尤其是一种双转子潮流发电机。
【背景技术】
[0002]潮流具有能流密度大、往复性、无污染、可再生等特点。潮流能发电的核心是吸收潮流的水轮机。水平轴水轮机单机功率大，被誉为“水下风车”，但其对于往复潮流的综合能量捕获效率低。相对水平轴来说，竖轴潮流水轮机有以下优势:首先由于水流来流方向对竖轴潮流水轮机基本上没有影响，这样不仅可以舍弃偏航机械系统的设计，而且还能够直接通过转轴将转矩输出，从而减少机械的传动损失;其次相比水平轴水轮机，竖轴水轮机需要较少的资金投入和经营费用；最后，竖轴潮流水轮机对水深要求不高，控制结构相对简单。竖轴潮流水轮机通常由一组伸向水中并绕垂直于海面的主轴做圆周运动的叶片组成，叶片在水流冲击下绕主轴转动，并通过主轴传动带动发电机发电，将潮流能转化为电能。按照水轮机叶片在转动过程中所具有的不同的运动方式，竖轴潮流水轮机分为两种类型:固定偏角式竖轴水轮机和变攻角式竖轴水轮机。固定偏角式竖轴水轮机的叶片和水轮机支臂完全固定在一起，自身无法转动，而变攻角式竖轴水轮机的叶片不仅能够绕主轴转动而且能够以一定的规律绕自身的转轴转动。变攻角潮流水轮机不仅在流速低的时候也有较好的自启动性能，而且能量利用率较高，但机械结构复杂、寿命短。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型旨在提供一种结构简单、稳定性高、使用寿命长的双转子潮流发电机。
[0004]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:双转子潮流发电机，包括能量捕获机构和底座，所述能量捕获机构由叶片盘、导向环轨、叶片和轮盘组成，所述叶片盘上设有导向环轨，叶片盘的下方设有轮盘，叶片盘与轮盘之间设有二十四个叶片，该叶片通过叶片座连接叶片盘，叶片座设于叶片盘的边缘部分，该叶片座内设有与叶片配合的叶片轴，叶片竖直设置，叶片以叶片轴为界分为上下两部分，上部分叶片的面积大于下部分叶片，叶片座的内周设有与叶片配合的挡块;所述能量捕获机构共有两个，上下垂直设置，其中上部能量捕获机构的叶片盘和轮盘通过轴承套与第一主轴连接，下部的能量捕获机构的叶片盘和轮盘通过轴承套与第二主轴连接，其中第一主轴设于第二主轴内部，二者同轴设置，第一主轴与第二主轴均通过联轴器连接齿轮增速箱，齿轮增速箱通过第一联轴器连接左侧的第一发电机，齿轮增速箱通过第二联轴器连接左侧的第二发电机，第一主轴与第二主轴上均设有扭矩转速传感器和转角传感器;所述底座由方形的密封箱体构成，齿轮增速箱、第一发电机和第二发电机均设于密封箱体内，该密封箱体与第二主轴之间设有密封圈，密封箱体的底部设有四个支脚，密封箱体的内部设有控制系统。
[0005]作为本实用新型的进一步方案:所述叶片盘和导向环轨的材料均为钢材。
[0006]作为本实用新型的进一步方案:所述第一主轴与第二主轴之间通过轴承连接，该轴承设有数个。
[0007]作为本实用新型的进一步方案:所述扭矩转速传感器和转角传感器连接控制系统。
[0008]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:该双转子潮流发电机具有以下优点:一、能量捕获机构的竖直叶片的结构使得在水轮机的工作侧面，受到水流冲击作用力最大，在非工作侧面受到的阻力最小，这样水轮机就能高效率的工作，不用浪费很多能量在克服水流的阻力上面，再加上装置本身就是有自重的，转动惯性也比较均匀，所以水轮机能稳定处于稳定工作状态；
[0009]二、两个能量捕获机构上下垂直设置，分别用两个同心轴，可独立运行，不仅可以实现大功率发电的目的，而且有效缓解了潮流能不够用的难题，大大提高了潮流能的利用率；
[0010]三、底座结构的稳定性高、使用寿命长。
[0011]本实用新型结构设计简单，不需要偏航机构，不受水流方向的影响，使用竖直叶片，相比水平轴式水轮机减小了对叶片机械加工制造的难度，有利于降低生产成本，可以有效的提升获能系数和潮流能的利用率，值得大力推广。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的结构示意图；
[0013]图2为叶片的工作原理示意图一；
[0014]图3为叶片的工作原理示意图二；
[0015]图4为第一主轴和第二主轴的变速原理简图；
[0016]图5为第一主轴与第二主轴的装配示意图；
[0017]图6为支脚的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0019]请参阅图1-6，本实用新型实施例中，双转子潮流发电机，包括能量捕获机构和底座，所述能量捕获机构由叶片盘1、导向环轨2、叶片3和轮盘5组成，所述叶片盘I上设有导向环轨2，叶片盘I和导向环轨2的材料均为钢材，叶片盘I的下方设有轮盘5，主要作用是支撑整个能量捕获机构，帮助叶片盘I在轴向上进行定位，叶片盘I与轮盘5之间设有二十四个叶片3，该叶片3通过叶片座31连接叶片盘I，叶片座31设于叶片盘I的边缘部分，该叶片座31内设有与叶片3配合的叶片轴32，叶片3竖直设置，叶片3以叶片轴32分为上下两部分，上部分叶片3的面积大于下部分叶片3，叶片座31的内周设有与叶片3配合的挡块33;
[0020]所述能量捕获机构共有两个，上下垂直设置，其中上部能量捕获机构的叶片盘I和轮盘5通过轴承套与第一主轴4连接，下部的能量捕获机构的叶片盘I和轮盘5通过轴承套与第二主轴4.1连接，其中第一主轴4设于第二主轴4.1内部，二者同轴设置，第一主轴4与第二主轴4.1之间通过轴承连接，第一主轴4与第二主轴4.1均通过联轴器连接齿轮增速箱15，齿轮增速箱15通过第一联轴器14.1连接左侧的第一发电机13.1，齿轮增速箱15通过第二联轴器14连接左侧的第二发电机13，转子转动切割发电机中定子磁场产生电流，定子上连接有负载，将电流输送出去，第一主轴4与第二主轴4.1上均设有扭矩转速传感器7和转角传感器8，分别能够测量出第一主轴4与轴的扭矩和转速，这些传感器将这些转速，转角数据传递给控制系统1，方便控制系统1做出调节。
[0021]所述底座由方形的密封箱体11构成，齿轮增速箱15、第一发电机13.1和第二发电机13均设于密封箱体11内，该密封箱体11与第二主轴4.1之间设有密封圈9，能够防止水进入密封箱体11内损坏电机，密封箱体11的底部设有四个支脚12，密封箱体11的内部设有控制系统10。
[0022]本实用新型的工作原理:一、能量捕获机构的工作原理:水流从左侧冲击叶片3时，叶片3受力，叶片3以叶片3转轴为中心分为两个部分，叶片轴32上面部分面积小于叶片轴32下面部分，叶片3下面部分受力大于上面部分，下面叶片3部分没有叶片座31结构限制，就会绕叶片轴32转动张开，叶片3对水流的阻力很小，叶片3在水流的作用其之间的夹角从O度连续转换到180度，水流对叶片3的推力也从O度连续增加，到90度的时候最大，而后逐渐到O;当水流从右侧流向叶片3的时候，叶片3以轴为中心分为的上下两部分都受到水流的作用，以轴为中心下面部分叶片3受到水流冲击的面积大于上面的叶片3，所以下面叶片3受到的作用力大于上面叶片3的作用里，叶片3下面部分会随着水流的方向转动，但由于叶片座31有挡块33的原因，叶片3不能转动，叶片3将受到的作用力传递给叶片座31，叶片座31受到叶片3的作用力并将作用力传递给水轮机，水轮机受力转动，这样叶片3与水流的夹角从O度到90度，再从90度到180度，在从180度到90度，随着角度的变化叶片3从不工作转到工作，再从工作转到不工作，周而复始的重复上述过程，水轮机就能不停捕获能量。这样设计达到了，在水轮机的工作侧面，受到水流冲击作用力最大，在非工作侧面受到的阻力最小，这样水轮机就能高效率的工作，不用浪费很多能量在克服水流的阻力上面。再加上装置本身就是有自重的，转动惯性也比较均匀，所以水轮机能稳定处于稳定工作状态。
[0023]二、装置上端的有两个能量捕获机构，位置垂直上下分布，上面能量捕获机构的轴为第一主轴4，下面能量捕获机构的轴为第二主轴4.1，轴剖视图可以看出第一主轴4套在第二主轴4.1内部，并且穿过第二主轴4.1，通过联轴器将机械能传递给齿轮增速箱15，齿轮增速箱15通过联轴器将机械能传递给左侧发电机转子，转子转动切割发电机中定子磁场产生电流，定子上连接有负载，将电流输送出去;第二主轴4.1的能量捕获机构将转化来的机械能通过联轴器将机械能传递给齿轮增速箱15，齿轮增速箱15通过联轴器，将机械能传递给发右侧电机转子，转子转动切割发电机中定子磁场产生电流，定子上连接有负载，将电流输送出去。第一主轴4与第二主轴4.1上分别有扭矩转速传感器7和转角传感器8，分别能够测量出第一主轴4与轴的扭矩和转速，这些传感器将这些转速，转角数据传递给控制系统10，方便控制系统10做出调节。第二主轴4.1直径大于第一主轴4直径，且第一主轴4与第二主轴4.1中心线同轴，所以设计将第一主轴4套在第二主轴4.1内部，第一主轴4与第二主轴4.1之间用多个轴承来连接，用轴承连接的目的是既能起到确定第一主轴4与第二主轴4.1的相对位置又能使第一主轴4与第二主轴4.1能够同时转动，能够带动左右两边发动机同时工作。这样做的设计的目的不仅可以实现大功率发电，而且有效缓解了潮流能不够用的难题，大大提高了潮流能的利用率。
[0024]其优点是结构设计简单，不需要偏航机构，不受水流方向的影响，使用竖直叶片，相比水平轴式水轮机减小了对叶片机械加工制造的难度，有利于降低研发成本，可以有效的提升获能系数和潮流能的利用率。
[0025]整个潮流发电装置固定在海底，日夜不停的经受潮流的冲击，因此对其底座的设计提出了较高的要求。现有技术领域的潮流发电装置底座多为圆盘型，圆盘型底座由铆钉固定在海底岩石上。这种结构的底座，底部面积小，稳定性差，使用寿命短，不能较好的完成底座的任务。而本实用新型的底座结构解决了底部稳定性差、使用寿命短、效率低等问题。
[0026]对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0027]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1.双转子潮流发电机，包括能量捕获机构和底座，其特征在于，所述能量捕获机构由叶片盘(I)、导向环轨(2)、叶片(3)和轮盘(5)组成，所述叶片盘(I)上设有导向环轨(2)，叶片盘(I)的下方设有轮盘(5)，叶片盘(I)与轮盘(5)之间设有二十四个叶片(3)，该叶片(3)通过叶片座(31)连接叶片盘(I)，叶片座(31)设于叶片盘(I)的边缘部分，该叶片座(31)内设有与叶片(3)配合的叶片轴(32)，叶片(3)竖直设置，叶片(3)以叶片轴(32)为界分为上下两部分，上部分叶片(3)的面积大于下部分叶片(3)，叶片座(31)的内周设有与叶片(3)配合的挡块(33);所述能量捕获机构共有两个，上下垂直设置，其中上部能量捕获机构的叶片盘(1)和轮盘(5)通过轴承套与第一主轴(4)连接，下部的能量捕获机构的叶片盘(I)和轮盘(5)通过轴承套与第二主轴(4.1)连接，其中第一主轴(4)设于第二主轴(4.1)内部，二者同轴设置，第一主轴(4)与第二主轴(4.1)均通过联轴器连接齿轮增速箱(15)，齿轮增速箱(15)通过第一联轴器(14.1)连接左侧的第一发电机(13.1)，齿轮增速箱(15)通过第二联轴器(14)连接左侧的第二发电机(13)，第一主轴(4)与第二主轴(4.1)上均设有扭矩转速传感器(7)和转角传感器(8);所述底座由方形的密封箱体(11)构成，齿轮增速箱(I 5 )、第一发电机(I3.1)和第二发电机(13)均设于密封箱体(II)内，该密封箱体(II)与第二主轴(4.1)之间设有密封圈(9)，密封箱体(11)的底部设有四个支脚(12)，密封箱体(11)的内部设有控制系统(10)。2.根据权利要求1所述的双转子潮流发电机，其特征在于，所述叶片盘(I)和导向环轨(2)的材料均为钢材。3.根据权利要求1所述的双转子潮流发电机，其特征在于，所述第一主轴(4)与第二主轴(4.1)之间通过轴承连接，该轴承设有数个。4.根据权利要求1所述的双转子潮流发电机，其特征在于，所述扭矩转速传感器(7)和转角传感器(8)连接控制系统(1)。
【文档编号】F03B13/26GK205445885SQ201521064607
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月16日
【发明人】李彬
【申请人】天津职业技术师范大学