[发明专利]一种垂直轴潮流能发电装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及海洋可再生能源综合利用技术领域，具体地说，是一种垂直轴潮流能发电装置及其应用。

背景技术

潮流能作为清洁无污染的绿色可再生新能源，具有储量大、分布广、可预测性强、环境污染小等特点，开发利用潮流能对缓解能源紧张、降低环境污染具有重要的现实意义。潮流能利用的主要形式是利用潮流能发电装置发电，其原理是:潮流能冲击水轮机，将潮流能流动的动能转换为水轮机的机械能，水轮机经机械传动装置，带动发电机发电，将机械能转换为电能。潮流能发电装置根据水轮机结构形式的不同，分为水平轴式、垂直轴式。

现有技术中，水平轴潮流能发电装置，与当前的风力发电机有很大的相似性，也常被称为“水下风车”。其原理是水平布置的叶轮在水流的作用下开始旋转，然后通过轮毂主轴、传动系统将能量传递给发电机，并带动发电机发电。水平轴潮流能发电装置缺点是需要不停地调整方向以保持与潮流能方向一致，叶片巨大形状复杂、制造难度大成本高、机舱轮毂构造安装不便等。

垂直轴潮流能发电装置大多数采用了固定偏角直叶片的结构，这种叶片的自启动性能比较差，而且叶片在旋转一周内，翼形攻角不断地发生变化，使得叶片无法一直工作在最佳的翼形攻角处，所以叶轮捕能效率低；叶片位置的周期性变化也使得转轴受力也周期性变化，机组振动较大，转轴及轴承工作条件恶劣。

中国专利文献CN201020621184.0，专利名称为“一种垂直轴潮流发电装置”，公开了一种垂直潮流发电装置，包括上层平台部分，支撑框部分，叶轮部分三个模块；上层平台部分包括发电机、齿轮箱、水平连接轴、支撑平台、支柱和垂直连接轴；支撑框架部分由上框架板、下框架板、左框架板和右框架板连接组成；叶轮部分包括主轴、轮辐套、轮辐、轮辐轴、叶片、叶片轴、轮圈和自适应控攻角装置。

该方案具有较好的结构强度，可向大型化方向发展，可应用于浮式平台下、桩基础和张力腿，方便生产、制造安装和调试。但整个结构比较复杂，并且整个装置从叶轮至发电机传递运动形式复杂，传递过程中有用功利用率逐渐减少，能量收集效率和能量转化率低。

中国专利文献CN200910073171.6，专利名称为“大功率垂直潮流轴装置”，公开了一种大功率垂直潮流轴装置，重力式塔柱机座与塔柱之间通过万向球铰连接，机舱安装在塔柱顶端，机舱外缘分布有锚链板眼用缆绳将浮桶与锚链接在锚上，水轮机主轴套在塔柱上，水轮机主轴两端设置有轴承，水轮机的叶片由轮辐均布在固定在主轴的轮毂上，主轴上的伞形齿轮在机舱内与发电机轴上的小伞齿轮咬合，主轴的上端与机舱下壁及塔柱加装密封轴套，机座与万向球铰之间由法兰盘连接。

该方案提供了一种能够解决大尺度水轮机的总体结构问题，实现单机大功率化的垂直轴潮流能发电装置。但是水轮机自启动性能差，制造难度大、成本高、机舱轮毂构造安装不便、使用寿命短。

综上所述，亟需一种提高能量收集效率和能量转化效率、提高发电效率、简化机械结构、延长使用寿命，自启动性能好的垂直轴潮流能发电装置，但是关于这种垂直轴潮流能发电装置目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供种提高能量收集效率和能量转化效率、提高发电效率、简化机械结构、延长使用寿命，自启动性能好的垂直轴潮流能发电装置。

本发明的再一的目的是，提供一种垂直轴潮流能发电装置及其应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种垂直轴潮流能发电装置，所述的发电装置包括第一基座、第二基座、发电机、上叶轮、下叶轮；所述的发电机包括转子和定子；所述的转子装配在第一转动轴上；所述的第一转动轴一端与发电机连接，另一端与上叶轮连接；所述上叶轮的另一端通过连接装置与第一基座连接；所述发电机的下端连接第二转动轴，所述的第二转动轴一端与定子连接，另一端与下叶轮连接；所述的下叶轮另一端通过连接装置与第二基座连接；所述的上叶轮和下叶轮结构形状相同，上叶轮和下叶轮同轴线安装，其中上叶轮和下叶轮安装方向相反；所述上叶轮和下叶轮均为SAVONIUS型叶片；所述叶片包括凹面叶片和凸面叶片，其中凹面叶片和凸面叶片的重叠比S/D固定为0.2。

所述的凹面叶片和凸面叶片是一次整体成型的。

所述的凹面叶片和凸面叶片表面光滑。

所述上叶轮的凹面叶片和下叶轮的凸面叶片相对应，上叶轮的凸面叶片和下叶轮的凹面叶片相对应。

所述的转子和定子同轴反向旋转。

所述的上叶轮和下叶轮的叶片数为2片。