一種自動適應來流方向的潮流能水輪機的制作方法
【專利說明】
[0001]技術領域:本發(fā)明涉及一種自動適應來流方向的潮流能水輪機
[0002]【背景技術】:目前世界各國都在大力開發(fā)海洋能，潮流能是海洋能中比較容易開發(fā)的一種能源，水平軸潮流能水輪機是開發(fā)利用潮流能的一種主要形式，其主要特點是主軸方向和水流方向平行。由于潮流具有周期性往復流動的特點，為了提高利用率，需要潮流能水輪機能夠雙向運行，目前主要通過輔助換向裝置、采用雙向葉片以及調(diào)節(jié)葉片角度等方法來解決這個問題，如果潮流能水輪機能夠依靠自身的受力，自動適應水流的方向，那么將可以簡化潮流能水輪機的設計，降低產(chǎn)品的成本，提高裝置的可靠性。本發(fā)明中的潮流能水輪機能夠在沒有其它裝置的輔助下，自動適應水流的方向，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
:本發(fā)明的目的是公開一種自動適應來流方向的潮流能水輪機。本發(fā)明的技術方案為:潮流能水輪機的葉輪(I)通過主軸(2)和發(fā)電系統(tǒng)(3)相連，葉輪(I)安裝于機艙⑷的后方，發(fā)電系統(tǒng)⑶和主軸⑵固定于機艙⑷內(nèi)部，機艙⑷通過支柱(5)連接在支撐平臺(6)上，支撐平臺(6)和支柱(5)之間使用柔性機構(gòu)連接。
[0004]工作原理:潮流能水輪機運行時需要正對水流的方向才能達到最優(yōu)的工作狀態(tài)。一旦來流偏離原來的方向，就會出現(xiàn)圖4所示的情況，如果水輪機組可以在圖4平面中自由旋轉(zhuǎn)，由于葉輪⑴受到一個如圖示方向的F的作用，此時水輪機會受到一個力矩作用，在該力矩的作用下，水輪機組以支柱(5)為中心旋轉(zhuǎn)，能夠迅速恢復到和水流方向一致的狀態(tài)。出現(xiàn)繞流時，水輪機組在繞流的作用下旋轉(zhuǎn)，偏離原來的方向，繞流經(jīng)過后，還是會呈現(xiàn)和圖4相同的狀況，水輪機組最終還能恢復到和水流方向一致的狀態(tài)。潮流是周期性往復流動的，當水流反向時，如圖5所示，葉輪(I)的受力F反向，理想狀態(tài)下此時力F的作用線通過支柱(5)的中心，但是這是一種極其不穩(wěn)定的狀態(tài)，一旦水輪機和水流的方向出現(xiàn)輕微偏離，便會產(chǎn)生力矩，推動水輪機旋轉(zhuǎn)，直到水輪機旋轉(zhuǎn)到和水流方向一致的狀態(tài)。本發(fā)明中的潮流能水輪機處于最穩(wěn)定的狀態(tài)，在水流方向發(fā)生變化時，能夠利用水流的作用力，自動對準水流的方向。
[0005]與常規(guī)潮流能水輪機相比，本發(fā)明中的潮流能水輪機具有以下優(yōu)點:
[0006]I)水平軸潮流能水輪機的主軸需要和水流方向一致，才能達到最優(yōu)工作狀態(tài)。常規(guī)潮流能水輪機和水流方向不一致時如圖3所示，由于水輪機主軸和水流方向存在偏差，會產(chǎn)生如圖示方向的力矩，使二者的偏差逐漸加大，這種水輪機結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不好。本發(fā)明中的潮流能水輪機和水流方向不一致時如圖4所示，水輪機所受力矩會使二者的偏差逐漸減小，因此這種結(jié)構(gòu)的水輪機具有自動適應來流方向的能力。
[0007]2)常規(guī)潮流能水輪機的主軸主要承受壓力，長時間工作后主軸容易產(chǎn)生撓度，降低主軸傳遞的效率，并可能導致失穩(wěn)。本發(fā)明中的潮流能水輪機的主軸主要承受拉力，不易出現(xiàn)上述問題，有利于水輪機長時間穩(wěn)定工作。
[0008]3)水流經(jīng)過水輪機后會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的尾流，尾流的速度有可能很大，而且不穩(wěn)定。常規(guī)潮流能水輪機如圖3所示，水流經(jīng)過葉輪產(chǎn)生的尾流會作用在水輪機的支柱上，這種載荷隨時間無規(guī)則變化，極端情況下會出現(xiàn)很大的載荷，容易對支柱產(chǎn)生破壞。本發(fā)明中的潮流能水輪機如圖4所示，支柱位于葉輪前方，不會受到尾流的影響，有利于支柱的穩(wěn)定。
[0009]4)如果支柱是自由旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，那么本發(fā)明中的潮流能水輪機在水流的作用下能夠?qū)崿F(xiàn)自動轉(zhuǎn)向的功能，達到潮流能水輪機雙向運行的目的。避免單獨設置水輪機的轉(zhuǎn)向機構(gòu)，也不需要以犧牲效率為代價采用能夠雙向運行的葉片形式。
【附圖說明】
:
[0010]圖1為常規(guī)水平軸潮流能水輪機結(jié)構(gòu)
[0011]圖2為本發(fā)明中水平軸潮流能水輪機結(jié)構(gòu)形式
[0012]圖3為常規(guī)水平軸潮流能水輪機方向出現(xiàn)偏差時受力分析
[0013]圖4為本發(fā)明的水平軸潮流能水輪機方向出現(xiàn)偏差時受力分析
[0014]圖5為本發(fā)明的水平軸潮流能水輪機在水流反向時的受力分析
【具體實施方式】
:
[0015]常規(guī)潮流能水輪機葉輪1，如圖3所示，安裝在機艙的前方，當主軸2方向和水流不平行時，葉輪的受力F也會使機組產(chǎn)生一個順時針方向的轉(zhuǎn)矩，促使機組旋轉(zhuǎn)到圖3中虛線的位置，此時水輪機和水流偏差的角度比原來更大，水輪機的效率降低，受到的力矩也變大，促使水輪機繼續(xù)向偏離水流的方向轉(zhuǎn)動，因此常規(guī)潮流能水輪機沒有自適應來流的能力。
[0016]本發(fā)明公開的潮流能水輪機如圖4所示，葉輪I安裝于機艙4的后方，前方水流經(jīng)過時，若主軸2方向和水流方向不平行，葉輪I受到一個沿水流方向的作用力F，F(xiàn)的作用線不經(jīng)過立柱5的中心，因此在F的作用下產(chǎn)生對立柱2的順時針方向的轉(zhuǎn)矩，推動水輪機組圍繞立柱向順時針方向轉(zhuǎn)動。當機組旋轉(zhuǎn)到虛線的位置時，葉輪受力為F '，此時主軸2和水流方向平行，F(xiàn) ’的作用線通過立柱5的中心，機組對立柱5的轉(zhuǎn)矩為零，機組處于和水流方向一致的狀態(tài)。本發(fā)明中的潮流能水輪機組，在水流方向發(fā)生改變時，機組會受到一個轉(zhuǎn)矩的作用，使機組隨著水流變化的方向轉(zhuǎn)動，最終達到和水流方向一致的狀態(tài)。
[0017]常規(guī)潮流能水輪機如圖1所示，葉輪I位于機艙4的前方，主軸2主要承受壓力。主軸2長期在壓力作用下會產(chǎn)生撓度，降低主軸傳遞的效率，并可能導致失穩(wěn)。本發(fā)明的潮流能水輪機如圖2所示，葉輪I位于機艙4的后方，主軸2主要承受拉力，不會出現(xiàn)上述問題。
[0018]圖1所示的常規(guī)潮流能水輪機在運行時，水流先經(jīng)過葉輪1，然后經(jīng)過機艙4和支柱5，經(jīng)過葉輪I的水流中會產(chǎn)生尾流，尾流作用在支柱5上，對其附加載荷。而本發(fā)明公開的潮流能水輪機葉輪I位于支柱5的后方，尾流不會影響到支柱5，對機組的穩(wěn)定性有利。
[0019]支柱5可以和水輪機的支撐平臺6用柔性機構(gòu)連接，水輪機組可以繞支柱5自由轉(zhuǎn)動，如圖5所示，當水流轉(zhuǎn)向后，水輪機葉輪I的受力反向，機組處于非常不穩(wěn)定的狀態(tài)，一旦水輪機的方向出現(xiàn)細微的偏差，便會產(chǎn)生力矩，促使水輪機產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，迅速旋轉(zhuǎn)到和水流一致的方向。
【主權(quán)項】
1.一種自動適應來流方向的潮流能水輪機，其特征是:葉輪(I)通過主軸(2)和發(fā)電系統(tǒng)(3)相連，葉輪(I)安裝于機艙(4)的后方，發(fā)電系統(tǒng)(3)和主軸(2)固定于機艙(4)內(nèi)部，機艙(4)通過支柱(5)連接在支撐平臺(6)上，支撐平臺(6)和支柱(5)之間使用柔性機構(gòu)連接。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自動適應來流方向的潮流能水輪機，其特征是：葉輪通過主軸和發(fā)電系統(tǒng)相連，葉輪安裝于機艙的后方，發(fā)電系統(tǒng)和主軸固定于機艙內(nèi)部，機艙通過支柱連接在支撐平臺上，支撐平臺和支柱之間使用柔性機構(gòu)連接。該潮流能水輪機能夠在沒有外力的幫助下，利用水流對它本身的作用力，在短時間內(nèi)自動對準來流方向，并且能夠在水流反向時，實現(xiàn)水輪機的自動轉(zhuǎn)向。
【IPC分類】F03B13-26, F03B15-00
【公開號】CN104747362
【申請?zhí)枴緾N201510095264
【發(fā)明人】覃大清, 趙越, 侯衛(wèi)松, 劉永新, 張銳, 劉云彰, 李正東
【申請人】哈爾濱電機廠有限責任公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月4日