[發明專利]一種雙豎軸轉子潮流能水輪機發電系統

在審

• 申請號: 201910281503.3
• 申請日: 2019-04-09
• 公開（公告）號: CN109869268A
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 周波;孫殿凱;張桂勇;劉輝;宗智;施偉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F03B13/26
• 分類號: F03B13/26;H02K7/18
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 花向陽;楊翠翠

一種雙豎軸轉子潮流能水輪機發電系統，屬于可再生能源技術領域。此系統包括豎軸水輪機轉子發電裝置、齒輪傳動裝置和海底基座。兩個轉子并列豎向安裝，相對旋轉，葉片沿旋轉面等間距角布置，通過連接桿連接至旋轉軸。旋轉軸通過上下兩個軸承與支撐架構相連，底部支撐板與樁腿連接構件固定連接。這種潮流能轉化系統可通過齒輪裝置分別連接兩個發電機或連接一個發電機。雙發電機工作時，轉子旋轉軸通過齒輪裝置連接不同發電機獨立工作；單發電機工作時，轉子旋轉軸通過齒輪裝置連接到一個雙轉軸發電機。在來流作用下，兩個轉子相對轉動，相互之間產生有益影響，降低了系統的脈動特性，提高了轉子的旋轉速度，大大提升了發電裝置的能量轉化效率。

技術領域

本發明涉及一種雙豎軸轉子潮流能水輪機發電系統，屬于可再生能源技術領域。

背景技術

海洋能作為一種清潔可再生能源，具有儲量大、分布廣的特點。目前，人類對于海洋能的開發利用集中在海洋風力發電以及潮流能發電兩種形式。其中，潮流能發電技術較為成熟，應用廣泛。潮流能是海水在漲潮落潮運動過程中所攜帶的流體動能，具有能量集中、載荷穩定、波動性小和可預測性強等特點。我國海岸線綿長，沿海海域潮流能儲量巨大，因此受到廣泛關注。

潮流能的開發利用主要是利用水輪機裝置將流體動能轉化為機械能，再通過發電機將機械能轉化為電能。在能量轉化過程中，水輪機結構是獲能的主要部件，對水輪機的發電效率有直接的決定性作用，性能極為重要。現有潮流能水輪機主要有豎軸和水平軸兩種形式。豎軸水輪機的優勢在于，其旋轉軸與水流流向垂直，運轉時不受來流方向的影響，復雜環境中不需要偏航調節裝置。此外，發電機可以沿軸向布置在水輪機上方，對水輪機流場影響甚微。水輪機一般分為阻力型和升力型，豎軸水輪機以升力型水輪機較為常見，主要體現在水輪機采用的翼型截面葉片，基于升力原理帶動水輪機轉軸轉動。一般采用2-4片葉片形式，在來流作用下，葉片兩側受力不同產生的壓力差推動水輪機運轉。水輪機轉軸的旋轉速率對水輪機的能量轉化效率具有決定性作用，因此如何提高水輪機旋轉速率，進而提高能量轉化率一直是水輪機發展的重點問題。同時，單豎軸水輪機在旋轉過程中，葉片在旋轉平面內非連續均勻分布且旋轉軸受到單方向力矩作用，對水輪機的結構穩定性及電控系統的設計師非常不利的。

發明內容

為了提高豎軸升力型水輪機的能量轉化效率，增強水輪機系統的穩定性，同時降低系統尾部流場對水輪機水動力性能的影響，本發明提出一種雙豎軸轉子潮流能水輪機，該水輪機結構簡單，建造難度低，通過調整轉軸距離，加快兩轉子間水流速度，提高轉子旋轉速度；此外，可將雙轉子作為一個整體連接單電機進行發電，還可以分別連接兩個電機進行發電，提高了水輪機的環境適應能力。同時降低系統內部轉軸受力，提高系統穩定性，延長水輪機使用壽命，提升了豎軸水輪機的可靠性和經濟性。

本發明采用的技術方案是：一種雙豎軸轉子潮流能水輪機發電系統，發電系統包括豎軸水輪機轉子發電裝置、海底基座和樁腿，所述海底基座與固定在海床上的樁腿固定連接，海底基座包含頂端平臺、支撐架、基座連接桿和旋轉軸支撐板，交叉式支撐架上端固定連接頂端平臺，下端固定連接基座連接桿，在兩個基座連接桿的中間位置設有旋轉軸支撐板；所述頂端平臺上設有密閉艙，密閉艙的下部側面設有防浪排水止回閥，側面設有水密門；所述豎軸水輪機發電裝置包含兩臺豎軸水輪機及與豎軸水輪機配套的軸承、齒輪傳動裝置和發電機，所述豎軸水輪機包括水輪機的翼型葉片、旋轉軸以及連接桿，翼型葉片通過連接桿與旋轉軸固定連接，旋轉軸底部通過固定在旋轉軸支撐板上的下軸承支撐，旋轉軸頂端通過固定在頂端平臺下平面上的上軸承支撐，旋轉軸頂端還穿過固定在頂端平臺上平面上的水密封填料函與密閉艙內的轉向齒輪箱連接；所述下軸承在固定在旋轉軸支撐板上的推力軸承座中設置海水潤滑和冷卻的尼龍推力軸承，上軸承在固定在頂端平臺上的軸承座中設置海水潤滑和冷卻的尼龍軸承。

所述兩臺豎軸水輪機采用并列布置安裝于海底基座上。

所述兩臺豎軸水輪機分別經一臺轉向齒輪箱連接一臺發電機，或兩臺豎軸水輪機分別經一臺轉向齒輪箱和一根傳動軸連接同一臺發電機。