专利名称：反倾向双叶轮管道式潮流发电水轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种潮流发电水轮机，可以在往复流条件下无需人工操作或计算机控制的高效率运转。
背景技术：
潮汐现象是指海水在天体引潮力作用下所产生的周期性运动。潮汐的涨落中产生的海水流动称为潮流。在潮水周而复始的流动中蕴藏的能源称为潮流能，理论上只要有海岸存在的地方就存在可开发的潮流能，因此潮流能的储量是巨大的。如果能寻求合适的方法加以收集，将成为取之不尽用之不竭的能量来源。对潮流能的开发主要通过过水水轮发电机来实现。发展至今，世界各国潮流发电机的种类主要可概括为以下几类，优缺点概述如下(1)开放式水轮机开放式水轮机由传统的三叶片风力发电机改进而来，如图1所示，一般由三叶片的叶轮带动发电机组，旋转轴轴向与水流方向平行。优点结构简单，当水流方向与轴线平行时效率高。缺点当水流方向与轴线存在夹角时效率下降很快。克服缺点方法叶轮方向设计成可转动式。克服缺点方法所带来的问题增加系统复杂性，降低系统的适应能力。(2)管道式水轮机因为与风力发电机相比，潮流发电机的直径要小很多，故管道式单叶轮水轮机的制造成为可能。如图2所示，管道式水轮机为在开放式水轮机外加设束水管道的设计。优点管道束水增加流速，水流与轴线存在夹角时效率受影响较小，坚固耐用。缺点很难实现叶轮的转向。克服缺点方法为解决往复潮流问题，一般叶片设计为倾角可变型克服缺点方法所带来的问题与开放式水轮机的转动整个叶轮相比，每个叶片倾角的变化更加增加系统的复杂性，降低系统的适应能力，难以实现推广。(3)竖轴式水轮机为了简化结构(使无需旋转叶轮或叶片)，竖轴式水轮机被开发出来，如图3所示， 竖轴式水轮机流向与叶轮转轴垂直，但是效率偏低。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述已有的各种发电水轮机的缺点，提供一种结构简单的发电水轮机，能够在往复水流的条件下无需人工操作或计算机控制地高效率发电；进一步，该发电水轮机受水流方向与叶轮轴线夹角影响较小。为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是
一种潮流发电水轮机，包括发电机转子，该发电机转子的两端设置传动轴伸出， 两端传动轴分别通过单向传动装置连接第一叶轮与第二叶轮，第一叶轮与第二叶轮的叶片倾向相反。进一步，所述水轮机包括套管，第一叶轮与第二叶轮设置于套管中。所述套管上容纳第一叶轮的部分向外连接第一束水管，套管上容纳第二叶轮的部分向外连接第二束水管。所述第一束水管、第二束水管的直径由与套管连接处开始向外逐渐增大形成渐开形状以利于收束涌进的潮流。所述水轮机包括水轮机主体与水轮机外壳，所述水轮机主体与水轮机外壳之间使用辐向支撑连接。所述水轮机包括发电机，所述发电机通过固定支架安装在套管上部，发电机与传动轴之间采用平行传动装置传动。所述平行传动装置采用齿轮链条结构，传动齿轮与传动轴相连，通过传动链条将传动轴的转动传向传动齿轮，传动齿轮与发电机相连。所述传动装置采用单向传动装置，其转向与发电机的规定转向一致。所述单向传动装置采用采用棘轮单向传动装置。发电机转子两端都有传动轴伸出，两端传动轴连接两个叶片倾向相反的叶轮，这两个叶轮在涨、落潮产生的相反流向时分别提供发电机的动力；两个叶轮与传动轴之间采用单向传动装置(如棘轮)连接，保证涨、落潮时只有正对来流方向的叶轮传动而背对来流方向的叶轮空转；由于采用了上述技术方案，本发明具有以下优点设计为管道式是为了在转流时刻流向和转轴方向存在夹角时发电效率受影响小， 且不存在一般管道式水轮机叶片转动增加系统复杂性问题；通过上述发电机两端采用不同叶片倾向的叶轮来实现往复流的发电，避免了叶轮方向的转动和叶片倾向的转动，简化了系统，有利于潮流发电的产业化以及小型电站和海洋能独立电力系统的发展；无需人工或计算机判断叶轮或叶片转动的时机，完全自发的对潮流流向的变化进行响应，提高了系统效率；空转轮的结构设计可减弱水轮机尾流中的水流紊动，有利于提高发电效率。
图1为传统的开放式水轮机的结构示意图。图2为传统的管道式水轮机的结构示意图。图3为传统的竖轴式水轮机的结构示意图。图4为本发明实施例的结构示意图。图5为图4所示实施例中棘轮单向传动装置的结构示意图。图6为图7所示实施例中齿轮链条平行传动装置的结构示意图。图7为本发明实施例的另一种结构示意图。图8为本发明实施例的工作原理示意图(当来流方向为左侧)。
图9为本发明实施例的工作原理示意图(当来流方向为右侧)。图中1为第一束水管，2为第一叶轮，3为第一单向传动装置，4为第二单向传动装置，5为第二叶轮，6为第二束水管，7为传动轴，8为发电机，9为套管，10为棘轮爪(与叶轮铰接)，11为弹簧(与叶轮连接)，12为棘轮齿，13为棘轮齿受力侧，14为棘轮齿滑动侧，15 为棘轮(与传动轴连接)，16为平行传动装置的传动齿轮(与发电机相连)，17为平行传动装置的传动链条，18为平行传动装置的传动齿轮(与传动轴相连)，19为平行传动装置。
具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。请参阅图4-图9，反倾向双叶轮管道式潮流发电水轮机的结构示意图和工作原理。水轮机结构如图4所示，该水轮机主要由两大部分组成水轮机外壳和水轮机主体。水轮机外壳由水轮机两端的第一束水管1、第二束水管6和套管9固定连接组成。水轮机主体由两个叶片倾向相反的第一叶轮2和第二叶轮5、传动轴7、发电机8组成；第一叶轮2和第二叶轮5分别通过第一单向传动装置3和第二单向传动装置4在传动轴7的两端与之连接，传动轴7在中间与发电机8的转子连接，单向传动装置3和4设定为只可顺时针传动(从左往右看，下文中提到的所有转向均为从左往右看来判断，不再重复)；第一叶轮 2和第二叶轮5的叶片倾向设定为使左边来流时第一叶轮2顺时针转动而第二叶轮5逆时针转动，右边来流时第一叶轮2逆时针转动而第二叶轮4顺时针转动。(同理，也可以是 第一叶轮2和第二叶轮5的叶片倾向设定为使左边来流时第一叶轮2逆时针转动而第二叶轮5顺时针转动，右边来流时第一叶轮2顺时针转动而第二叶轮5逆时针转动。转动方向顺应发电机所要求的转子旋转方向。)第一束水管1、第二束水管6的直径由与套管9的连接处向外开始逐渐增大，形成渐开形状，更有利于收束涌进的潮流。水轮机主体与外壳之间可使用辐向支撑连接。发电机8亦可使用固定支架安装在套管上部，如图7所示，发电机8与传动轴7之间采用平行传动装置19传动。平行传动装置可采用齿轮链条结构，如图6所示。传动齿轮18与传动轴7相连，通过传动链条17将传动轴7的转动传向传动齿轮16，传动齿轮16与发电机8相连，带动发电机进行发电。图4-图9中所有单向传动装置设定为只可顺时针传动，与发电机的规定转向一致。当叶轮顺时针转动时，叶轮可带动传动轴一起转动；当叶轮逆时针转动时，则叶轮自由空转而不向传动轴传动。单向传动可通过各种单向传动装置实现，最简单可采用如自行车后轮轴采用的棘轮装置(图O 当叶轮顺时针转动时，带动与之铰接的棘轮爪10和弹簧11 一起转动，棘轮爪10顶住棘轮齿12的受力侧13运动，带动与棘轮15连接的传动轴顺时针转动；当叶轮逆时针转动时，带动与之铰接的棘轮爪10和弹簧11 一起转动，棘轮爪10沿每个棘轮齿的滑动侧14滑动而不向棘轮15传动，叶轮空转而传动轴不转。使用该水轮机进行发电时，将水轮机安置于有明显潮流现象的海域中，使水轮机完全被海水淹没，叶轮轴向与涨、落潮方向平行(涨落潮一般方向相差180° )，使涨、落潮时潮流分别由水轮机的两端流入。下面以图4所示的水轮机结构为例解释水轮机的工作过程
比如当涨潮流方向为左侧来流，如图8，水流先流过左边第一束水管1，流速得到加强，流向与叶轮轴向的偏差得到纠正；水流推动左侧的第一叶轮2顺时针转动，并通过第一单向传动装置3向传动轴进行传动，带动发电机8的转子转动进行发电，此时第一叶轮2 为动力轮；之后水流推动右侧第二叶轮5逆时针转动并流出水轮机，第二叶轮5因逆时针转动不能通过第二单向传动装置4向传动轴7传递转动，自身空转，因此此时第二叶轮5为空转轮。当经过转流时刻，潮流变为落潮流，由水轮机右侧流入，如图9，水流先流过右边束水管6，流速得到加强，流向与叶轮轴向的偏差得到纠正；水流推动左侧第二叶轮5顺时针转动，并通过第二单向传动装置4向传动轴进行传动，带动发电机8的转子转动进行发电， 此时第二叶轮5为动力轮；之后水流推动右侧第一叶轮2逆时针转动并流出水轮机，第一叶轮2因逆时针转动不能通过第一单向传动装置3向传动轴7传递转动，自身空转，因此此时第一叶轮2为空转轮。整个过程无需人工操作或计算机控制，水轮机可自发的根据来流条件调整运作方式，达到高效率发电的目的。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种潮流发电水轮机，包括发电机转子，其特征在于该发电机转子的两端设置传动轴伸出，两端传动轴分别通过单向传动装置连接第一叶轮与第二叶轮，第一叶轮与第二叶轮的叶片倾向相反。
2.根据权利要求1所述的潮流发电水轮机，其特征在于所述水轮机包括套管，第一叶轮与第二叶轮设置于套管中。
3.根据权利要求2所述的潮流发电水轮机，其特征在于所述套管上容纳第一叶轮的部分向外连接第一束水管，套管上容纳第二叶轮的部分向外连接第二束水管。
4.根据权利要求3所述的潮流发电水轮机，其特征在于所述第一束水管、第二束水管的直径由与套管连接处开始向外逐渐增大形成渐开形状以利于收束涌进的潮流。
5.根据权利要求1所述的潮流发电水轮机，其特征在于所述水轮机包括水轮机主体与水轮机外壳，所述水轮机主体与水轮机外壳之间使用辐向支撑连接。
6.根据权利要求2所述的潮流发电水轮机，其特征在于所述水轮机包括发电机，所述发电机通过固定支架安装在套管上部，发电机与传动轴之间采用平行传动装置传动。
7.根据权利要求6所述的潮流发电水轮机，其特征在于所述平行传动装置采用齿轮链条结构，传动齿轮与传动轴相连，通过传动链条将传动轴的转动传向传动齿轮，传动齿轮与发电机相连。
8.根据权利要求6或7所述的潮流发电水轮机，其特征在于所述传动装置采用单向传动装置，其转向与发电机的规定转向一致。
9.根据权利要求8所述的潮流发电水轮机，其特征在于所述单向传动装置采用棘轮单向传动装置。
全文摘要
一种潮流发电水轮机，包括发电机转子，该发电机转子的两端设置传动轴伸出，两端传动轴分别通过单向传动装置连接第一叶轮与第二叶轮，第一叶轮与第二叶轮的叶片倾向相反。所述水轮机包括套管，第一叶轮与第二叶轮设置于套管中。所述套管上容纳第一叶轮的部分向外连接第一束水管，套管上容纳第二叶轮的部分向外连接第二束水管。所述第一束水管、第二束水管的直径由与套管连接处开始向外逐渐增大形成渐开形状以利于收束涌进的潮流。本发明在往复水流的条件下能够实现无需人工操作或计算机控制的高效率发电，且使系统得到简化，有利于潮流发电的产业化以及小型电站和海洋能独立电力系统的发展。
文档编号F03B13/26GK102536616SQ20121000969
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者匡翠萍, 姚凯华, 潘毅, 胡颖, 蒋茗韬, 邓凌, 霍蕊, 黄永辉 申请人:同济大学