[實用新型]新型螺旋型永磁軸承容錯結(jié)構(gòu)洋流發(fā)電機組

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420203183.2
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN203796479U
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 茅靖峰;程瑩;吳國慶;張旭東;吳愛華;吳樹謙;朱維南;顧梁
• 申請（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號: F03B13/12
• 分類號: F03B13/12;F03B11/06
• 代理公司: 南通市永通專利事務(wù)所 32100
• 代理人: 葛雷

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種螺旋型永磁軸承容錯結(jié)構(gòu)洋流發(fā)電機組。

背景技術(shù)

洋流能是指流動的海水所具有的動能，其與流速的平方和流量成正比，具有能量密度大、可預(yù)測性強、載荷（流向）穩(wěn)定和儲量豐富等優(yōu)點。全世界洋流能的理論估算值約為10⁸kW量級，而中國沿海洋流能的年均功率理論值約為1.4×10⁷kW，屬于世界上功率密度最大的地區(qū)之一，具有良好的開發(fā)價值。

已有多位學(xué)者就洋流發(fā)電提出一些新的方法，如何玉林等人在專利CN201010286167.0中提出的“海上風(fēng)力及洋流發(fā)電系統(tǒng)”，李勇強等人在專利CN201310083144.3中提出的“集聚風(fēng)發(fā)電和洋流發(fā)電于一體的發(fā)電系統(tǒng)”，葉凡在專利CN201210075937.6中提出的“一種全密封緊湊型漂浮式洋流發(fā)電系統(tǒng)”，以及楊科等人在專利CN201210564751.7中提出的“一種深海能源綜合利用系統(tǒng)”等，這些方法均對洋流發(fā)電系統(tǒng)提出了新的結(jié)構(gòu)或新的裝置，以使洋流利用率達(dá)到更高、更好的效果。

洋流的流速較低，因此，洋流發(fā)電機組渦輪機的額定啟動流速需要設(shè)計得較低。此外，較小的傳動主軸機械磨損損耗、較強的發(fā)電機電氣可靠性、較高的整機機組模塊化程度、較簡單牢固的機械結(jié)構(gòu)等，均是洋流發(fā)電機組設(shè)計中需要考慮達(dá)到的性能指標(biāo)。

戈爾洛夫螺旋型垂直軸渦輪機最早由波士頓東北大學(xué)的亞歷山大.M.戈爾洛夫教授于1995年提出，其螺旋式結(jié)構(gòu)可使葉片曲線在軸向上的幾何分布和載荷分布聯(lián)系均勻，每個葉片的升力和阻力的力量之和不隨旋轉(zhuǎn)角度而突然改變，所以葉片結(jié)構(gòu)和材料的峰值壓力小，額定啟動速度低、自啟動能力強，運行振動和噪聲小。目前該渦輪機主要應(yīng)用于垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，但從工作原理上，將其應(yīng)用于低流速的洋流流體發(fā)電中也具有一致的良好特性。

全永磁懸浮軸承具有無機械摩擦、無接觸磨損、無需潤滑等優(yōu)點，較電磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)更簡單，穩(wěn)定性更好，可以有效降低旋轉(zhuǎn)主軸的粘滯阻力、消除機械磨損損耗、提高傳動機械效率。而對于流速低、流向穩(wěn)定、流量變化平緩、載荷較為穩(wěn)定的洋流發(fā)電應(yīng)用環(huán)境，全永磁懸浮軸承部件可以通過較為簡化的電磁參數(shù)設(shè)計即達(dá)到較好的支撐效果。

低速永磁直驅(qū)多相容錯發(fā)電機，各相發(fā)電相繞組獨立控制，較傳統(tǒng)的三相發(fā)電機，其相繞組的短/斷路故障抑制能力強，通過在線切除故障相繞組，可實現(xiàn)不對稱情況下的缺相連續(xù)運行，并有著高功率密度、強電氣可靠性、高模塊化特點和良好的轉(zhuǎn)矩平滑特性。為此，將其應(yīng)用于洋流發(fā)電領(lǐng)域可以提高整機電氣帶故障運行能力，降低發(fā)電設(shè)備整機失效的幾率。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)合理，傳動效率高、帶故障運行能力強的新型螺旋型永磁軸承容錯結(jié)構(gòu)洋流發(fā)電機組。

本實用新型的技術(shù)解決方案是：

一種新型螺旋型永磁軸承容錯結(jié)構(gòu)洋流發(fā)電機組，其特征是：包括戈爾洛夫螺旋型垂直軸渦輪機、低速永磁直驅(qū)多相容錯發(fā)電機、全永磁懸浮軸承、密封軸承、聯(lián)軸器、剎車副、功能部件艙和樁基；所述戈爾洛夫螺旋型垂直軸渦輪機的主軸依次通過聯(lián)軸器、密封軸承、全永磁懸浮軸承與低速永磁直驅(qū)多相容錯發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸相連；低速永磁直驅(qū)多相容錯發(fā)電機、全永磁懸浮軸承和剎車副安裝于功能部件艙內(nèi)，密封軸承安裝于功能部件艙的轉(zhuǎn)軸出口處；樁基與功能部件艙相連；所述戈爾洛夫螺旋型垂直軸渦輪機、低速永磁直驅(qū)多相容錯發(fā)電機、全永磁懸浮軸承和樁基的數(shù)量比為k:(k+1):2(k+1):(k+1)；所述(k+1)個低速永磁直驅(qū)多相容錯發(fā)電機之間安裝“錯相”。所述戈爾洛夫螺旋型垂直軸渦輪機水平安裝，其主軸兩端各拖動一臺低速永磁直驅(qū)多相容錯發(fā)電機。所述樁基固定在海床上。

所述全永磁懸浮軸承采用被動型斥力懸浮結(jié)構(gòu)，包括外固定套筒、內(nèi)旋轉(zhuǎn)套筒，在外固定套筒內(nèi)側(cè)設(shè)置外固定隔磁環(huán)，在內(nèi)旋轉(zhuǎn)套筒外周設(shè)置內(nèi)旋轉(zhuǎn)隔磁環(huán)，在外固定隔磁環(huán)、內(nèi)旋轉(zhuǎn)隔磁環(huán)之間設(shè)置外固定永磁環(huán)、內(nèi)旋轉(zhuǎn)永磁環(huán)，在外固定永磁環(huán)、內(nèi)旋轉(zhuǎn)永磁環(huán)之間設(shè)置徑向懸浮氣隙，內(nèi)旋轉(zhuǎn)套筒內(nèi)設(shè)置內(nèi)轉(zhuǎn)軸，在外固定套筒上設(shè)置輔助機械支承；所述外固定永磁環(huán)的永磁磁場強度根據(jù)洋流流向、戈爾洛夫螺旋型垂直軸渦輪機浮力和整機軸重而非均勻充磁。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型的優(yōu)點在于：

（1）在水輪機特性方面，采用戈爾洛夫螺旋型垂直軸渦輪機部件，具有額定啟動流速低、葉片轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)、無需洋流迎向裝置、無水流渦穴現(xiàn)象等特點，而且中空的渦輪結(jié)構(gòu)和低速的葉片旋轉(zhuǎn)特點不會對附近水生物造成較大的威脅。