专利名称：水平轴潮流能发电系统免旋转接头自动调向装置的制作方法
技术领域：
本发明属于可再生能源开发技术领域，涉及海洋水平轴潮流能发电系统中的一种调向装置。
背景技术：
所谓海流主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动，所谓潮流主要是指由于潮汐导致的有规律的海水流动，海流和潮流是混在一起的，潮流能量又占主要部分，两者可以统称潮流，潮流发电是利用海流的动能发电的技术。一般无需筑坝，用水轮机组发电。潮流能的能量与流速的平方和流量成正比。相对波浪而言，潮流能的变化要平稳且有规律得多。 潮流能随潮汐的涨落每天两次改变大小和方向。一般来说，最大流速在2m/s以上的水道， 其潮流能均有实际开发的价值。潮流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似，潮流发电是依靠海流的冲击力使水轮机旋转，然后再带动发电机发电。但由于海水的密度约为空气的835倍，且必须放置于水下，故潮流发电存在着一系列的关键技术问题，包括安装维护、电力输送、防腐、 海洋环境中的载荷与安全性能等。此外，潮流发电装置和风力发电装置的固定形式和透平设计也有很大的不同。潮流装置可以安装固定于海底，也可以安装于浮体的底部，而浮体通过锚链固定于海上。潮流能发电已成为当前研究热点，潮流能具有可预测性强、能量密度高等优点， 但局部范围也存在流速偏低、方向不稳定等缺点，同时恶劣的海洋环境也给潮流能发电机组的研制带来很大的困难。提高机组可靠性、提升整体效率已成为潮流能发电机组研制中的关键技术问题。潮流水轮发电主要的有两种形式，一种是水平轴式，一种是垂直轴式，垂直轴式效率不高，但可以接受各个方向的潮流。水平轴式效率高，但水轮叶扇需随着潮流自动转向， 永远对准潮流的来向，才能使得发电效率保持在最佳状态，这样会带来新的问题——输电电缆缠绕的问题。美国发明了旋转接头解决了这个问题，但旋转接头价格昂贵(10万美元)， 寿命有限，不是长久之计。为了提高效率，自由转向和电缆缠绕成了一对矛盾。
发明内容
本发明的目的不用旋转接头，解决水平轴潮流发电系统自由转向和电缆缠绕的矛盾，换句话说，不用花费昂贵的费用，就可以让水平轴潮流发电系统水轮叶扇会随着潮流自动转向，永远对准潮流的来向，使得发电效率保持在最佳状态，还不会带来电缆的缠绕问题。本发明是一种适合水平轴潮流发电系统使用的连接构造装置，使之能自动对向海流，同时免去旋转接头，解决输电电缆的缠绕问题。主要构造是一种可以弯曲90度的万向抗扭中空连接体。原理类似于汽车的万向节，但与万向节大大不同，它是由若干个单元构
3成，且中间是空的，可以让电缆通过。潮流发电过程中，潮流带动透平转动，主轴上会产生巨大的扭矩，功率越大，扭矩越大，只有万向节可以传递巨大的扭矩，还可以灵活的改变方向。 发电系统安装发电机及透平后，发电机和透平可以绕此垂直底座的轴线360度任意旋转， 以迎接最合适的潮流方向，达到最高的效率。发电机透平旋转时会产生一个极大地扭矩，系统本身需产生相反的扭矩来抵消它，万向抗扭联接单元可以承受极大地扭矩来胜任系统的需求。本装置为等速万向节原理，如果底座接口法兰端固定，发电机及透平接口法兰端就不会发生绕垂直自身法兰接口方向的旋转，因此发电机及透平可以任意360度对向潮流的方向，但不会发生电缆的缠绕问题。此装置可以非常容易的加装到水平轴潮流能发电系统中，结构简单，机械强度高， 性能可靠，抗海水腐蚀，抗拉，抗扭，重量轻，安装容易，使用时仅需要把本装置的一端发电系统相联接，另一端与底座联接。带有电缆水下密封接口。本发明主要由机械联接部分和电缆联接部分组成机械联接部分组成主要由若干个中空的万向抗扭连接体构成一个筒形长串，固定一端，另一端可以向各个方向弯曲成90 度。扭转一端，另一端也跟着扭转，可以传递巨大的扭矩。在筒形两端有适合机械联接的法兰盘和电缆水下密封接口和自由通道。使用时，用户可以使用本发明装置携带的电缆接口， 也可以不使用本装置上的电缆接口转而使用自由通道安装用户自己的电缆。
本发明主要优点可以适用于需要调向的水平轴潮流能发电系统中，无论潮流装置安装固定于海底，还是安装于浮体的底部，而浮体通过锚链固定于海上。适用面广，可以依据不同的功率需要制造不同的规格，成本低(约为旋转接头的1/20)，寿命长，体积小，不怕海水腐蚀，使用方便，可实现免维护。
附图1是水平轴潮流能发电系统免旋转接头自动调向装置结构示意图； 附图2是水平轴潮流能发电系统免旋转接头自动调向装置结构示意透视附图3是水平轴潮流能发电系统免旋转接头自动调向装置三种主要零部件结构示意图。其中A为法兰盘和固定连接法兰盘外环体的组合体结构示意图，Al为其侧视图，A2为其俯视图；B为单元内环体结构示意图，Bl为其侧视图，B2为其俯视图；C为单元外环体结构示意图，Cl为侧视图，C2为俯视图。1、铠装螺旋电缆及光纤，2、固定连接法兰盘外环体，3、电缆及光纤接
口，4、自由通道口， 5、法兰盘，6、法兰螺丝孔，7、联接轴销，8联接轴孔， 9、内环体，10、外环体。
具体实施例方式本装置整体外观如图1所示，透视外观如图2所示，可以看到内部螺旋放置的铠装螺旋电缆及光纤1，整个装置由两个法兰盘5和固定连接法兰盘外环体2的组合体、若干个内环体9 (例如5个)和若干个外环体10 (例如4个)连接构成。图3中A所示为法兰盘5，其上有法兰螺丝孔6、自由通道口 4和电缆及光线接口 3，固定连接法兰盘外环体2上有两个圆弧型缺口和一根联结轴销7，具体形状见侧视图Al和俯视图A2。B所示为内环体9，其上有四个联结轴孔8，两两相对，相对的联结轴孔8的连线呈十字型，四个联结轴孔8处于内环体9的中部位置，内环体上有四个圆弧型缺口，具体形状见侧视图Bl和俯视图B2。C所示为外环体10，其上有两根联结轴销7，它们相互垂直，处在外环体靠边缘的位置，外环体上有四个圆弧型缺口，具体形状见侧视图Cl俯视图C2。固定连接法兰盘外环体2中的联接轴销7穿过内环体9中的联接轴孔8后，使固定连接法兰盘外环体2和内环体9联接在一起，联接后，内环体9可以绕联接轴销7相对转动一定角度，外环体10中的联结轴销7穿过内环体9中的联接轴孔8后，内环体9和外环体 10联接在一起，联接后，内环体9可以绕联接轴销7相对转动一定角度，通过同样的方式，若干个(例如5个)9和若干个(例如4个)10联接在一起，联结完成后，穿过9的两个联接轴销7呈十字型排列，相距非常近，穿过10的两个联接轴销7也呈十字形排列，相距稍远。9 和10联成一长串，能够使整体构成90度的弯曲，最后一个内环体9与固定连接法兰盘外环体2联接，就构成图1所示的样子。水平轴潮流能发电系统的发电机和透平部分安装在法兰盘5这一端，发电机输出的导线及光纤接在电缆和光纤接口 3处，这是水密接口，抗压IMPa。铠装螺旋电缆及光纤1 在固定连接法兰盘外环体2、内环体9及外环体10的中心以螺旋的形式绕过联接轴销7，从一端法兰盘5通往另一端法兰盘5，保证水下密封抗压IMPa。以垂直于底座接口法兰盘5 的方向为轴线，发电机和透平所在的另一端法兰盘5可以360度任意旋转。通过自由通道口 4可以铺设的单独的电缆，也需采取螺旋状铺设，不会发生缠绕问题。
权利要求
1.水平轴潮流能发电系统免旋转接头自动调向装置，其特征是整个装置由两个法兰盘 (5)和固定连接法兰盘外环体(2)的组合体、若干个内环体(9)和若干个外环体(10)连接构成法兰盘(5 )上有法兰螺丝孔(6 )、自由通道口( 4 )和电缆及光线接口( 3 )，固定连接法兰盘外环体(2)上有两个圆弧型缺口和一根联结轴销(7)，内环体(9)上有四个联结轴孔(8)， 两两相对，相对的联结轴孔(8)的连线呈十字型，四个联结轴孔(8)处于内环体(9)的中部位置，内环体上有四个圆弧型缺口，外环体(10)上有两根联结轴销(7)，它们相互垂直，处在外环体靠边缘的位置，外环体(10)上有四个圆弧型缺口，固定连接法兰盘外环体(2)中的联接轴销(7)穿过内环体(9)中的联接轴孔(8)后，使固定连接法兰盘外环体(2)和内环体(9)联接在一起，内环体(9)能绕联接轴销(7)相对转动一定角度，外环体(10)中的联结轴销(7)穿过内环体(9)中的联接轴孔(8)后，内环体(9)和外环体(10)联接在一起，内环体(9)能绕联接轴销(7)相对转动一定角度，通过同样的方式，若干个内环体(9)和若干个外环体(10)联接在一起，联结完成后，穿过外环体(9)的两个联接轴销(7)呈十字型排列， 相距非常近，穿过外环体(10)的两个联接轴销(7)也呈十字形排列，相距稍远，内环体(9) 和外环体(10)联成一长串，能够使整体构成90度的弯曲，最后一个内环体(9)与固定连接法兰盘外环体(2 )联接，构成整个装置，水平轴潮流能发电系统的发电机和透平部分安装在一端法兰盘(5)上，发电机输出的导线及光纤接在电缆和光纤接口 3 ()处，为水密接口，抗压IMpa，电缆及光纤(1)在固定连接法兰盘外环体(2 )、内环体(9 )及外环体(10 )的中心以螺旋的形式绕过联接轴销(7)，从一端法兰盘(5)通往另一端法兰盘(5)，以垂直于底座接口法兰盘(5)的方向为轴线，发电机和透平所在的另一端法兰盘(5)能够360度任意旋转， 通过自由通道口(4)能铺设的单独的电缆，也采取螺旋状铺设。
2.按照权利要求1所述的水平轴潮流能发电系统免旋转接头自动调向装置，其特征是整个装置由两个法兰盘(5 )和固定连接法兰盘外环体(2 )的组合体、5个内环体(9 )和4个外环体(10)连接构成。
全文摘要
本发明属于可再生能源开发技术领域，涉及海洋水平轴潮流能发电系统中的一种调向装置，是一种适合水平轴潮流发电系统使用的连接装置，主要构造是一种可以弯曲90度的万向抗扭中空连接体。原理类似于万向节，是由若干个单元体构成，中间是空的，可以让电缆通过。本发明可以非常容易的加装到水平轴潮流能发电系统中，解决了电缆的缠绕问题，结构简单，机械强度高，性能可靠，抗海水腐蚀，抗拉，抗扭，重量轻，成本低，安装容易，带有电缆水下密封接口，使用时仅需要把本装置的一端发电系统相联接，另一端与底座联接。使发电机和透平可以绕此垂直底座的轴线360度任意旋转，以迎接最合适的潮流方向，达到最高的效率。
文档编号F03B11/00GK102536594SQ20121000450
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者张萧, 张雪明, 徐明奇 申请人:东北师范大学