專利名稱：水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)免旋轉(zhuǎn)接頭自動(dòng)調(diào)向裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于可再生能源開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，涉及海洋水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)中的一種調(diào)向裝置。
背景技術(shù)：
所謂海流主要是指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動(dòng)，所謂潮流主要是指由于潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律的海水流動(dòng)，海流和潮流是混在一起的，潮流能量又占主要部分，兩者可以統(tǒng)稱潮流，潮流發(fā)電是利用海流的動(dòng)能發(fā)電的技術(shù)。一般無(wú)需筑壩，用水輪機(jī)組發(fā)電。潮流能的能量與流速的平方和流量成正比。相對(duì)波浪而言，潮流能的變化要平穩(wěn)且有規(guī)律得多。 潮流能隨潮汐的漲落每天兩次改變大小和方向。一般來(lái)說(shuō)，最大流速在2m/s以上的水道， 其潮流能均有實(shí)際開發(fā)的價(jià)值。潮流能的利用方式主要是發(fā)電，其原理和風(fēng)力發(fā)電相似，潮流發(fā)電是依靠海流的沖擊力使水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，然后再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。但由于海水的密度約為空氣的835倍，且必須放置于水下，故潮流發(fā)電存在著一系列的關(guān)鍵技術(shù)問題，包括安裝維護(hù)、電力輸送、防腐、 海洋環(huán)境中的載荷與安全性能等。此外，潮流發(fā)電裝置和風(fēng)力發(fā)電裝置的固定形式和透平設(shè)計(jì)也有很大的不同。潮流裝置可以安裝固定于海底，也可以安裝于浮體的底部，而浮體通過(guò)錨鏈固定于海上。潮流能發(fā)電已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)，潮流能具有可預(yù)測(cè)性強(qiáng)、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)， 但局部范圍也存在流速偏低、方向不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，同時(shí)惡劣的海洋環(huán)境也給潮流能發(fā)電機(jī)組的研制帶來(lái)很大的困難。提高機(jī)組可靠性、提升整體效率已成為潮流能發(fā)電機(jī)組研制中的關(guān)鍵技術(shù)問題。潮流水輪發(fā)電主要的有兩種形式，一種是水平軸式，一種是垂直軸式，垂直軸式效率不高，但可以接受各個(gè)方向的潮流。水平軸式效率高，但水輪葉扇需隨著潮流自動(dòng)轉(zhuǎn)向， 永遠(yuǎn)對(duì)準(zhǔn)潮流的來(lái)向，才能使得發(fā)電效率保持在最佳狀態(tài)，這樣會(huì)帶來(lái)新的問題——輸電電纜纏繞的問題。美國(guó)發(fā)明了旋轉(zhuǎn)接頭解決了這個(gè)問題，但旋轉(zhuǎn)接頭價(jià)格昂貴(10萬(wàn)美元)， 壽命有限，不是長(zhǎng)久之計(jì)。為了提高效率，自由轉(zhuǎn)向和電纜纏繞成了一對(duì)矛盾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的不用旋轉(zhuǎn)接頭，解決水平軸潮流發(fā)電系統(tǒng)自由轉(zhuǎn)向和電纜纏繞的矛盾，換句話說(shuō)，不用花費(fèi)昂貴的費(fèi)用，就可以讓水平軸潮流發(fā)電系統(tǒng)水輪葉扇會(huì)隨著潮流自動(dòng)轉(zhuǎn)向，永遠(yuǎn)對(duì)準(zhǔn)潮流的來(lái)向，使得發(fā)電效率保持在最佳狀態(tài)，還不會(huì)帶來(lái)電纜的纏繞問題。本發(fā)明是一種適合水平軸潮流發(fā)電系統(tǒng)使用的連接構(gòu)造裝置，使之能自動(dòng)對(duì)向海流，同時(shí)免去旋轉(zhuǎn)接頭，解決輸電電纜的纏繞問題。主要構(gòu)造是一種可以彎曲90度的萬(wàn)向抗扭中空連接體。原理類似于汽車的萬(wàn)向節(jié)，但與萬(wàn)向節(jié)大大不同，它是由若干個(gè)單元構(gòu)
3成，且中間是空的，可以讓電纜通過(guò)。潮流發(fā)電過(guò)程中，潮流帶動(dòng)透平轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸上會(huì)產(chǎn)生巨大的扭矩，功率越大，扭矩越大，只有萬(wàn)向節(jié)可以傳遞巨大的扭矩，還可以靈活的改變方向。 發(fā)電系統(tǒng)安裝發(fā)電機(jī)及透平后，發(fā)電機(jī)和透平可以繞此垂直底座的軸線360度任意旋轉(zhuǎn)， 以迎接最合適的潮流方向，達(dá)到最高的效率。發(fā)電機(jī)透平旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)極大地扭矩，系統(tǒng)本身需產(chǎn)生相反的扭矩來(lái)抵消它，萬(wàn)向抗扭聯(lián)接單元可以承受極大地扭矩來(lái)勝任系統(tǒng)的需求。本裝置為等速萬(wàn)向節(jié)原理，如果底座接口法蘭端固定，發(fā)電機(jī)及透平接口法蘭端就不會(huì)發(fā)生繞垂直自身法蘭接口方向的旋轉(zhuǎn)，因此發(fā)電機(jī)及透平可以任意360度對(duì)向潮流的方向，但不會(huì)發(fā)生電纜的纏繞問題。此裝置可以非常容易的加裝到水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械強(qiáng)度高， 性能可靠，抗海水腐蝕，抗拉，抗扭，重量輕，安裝容易，使用時(shí)僅需要把本裝置的一端發(fā)電系統(tǒng)相聯(lián)接，另一端與底座聯(lián)接。帶有電纜水下密封接口。本發(fā)明主要由機(jī)械聯(lián)接部分和電纜聯(lián)接部分組成機(jī)械聯(lián)接部分組成主要由若干個(gè)中空的萬(wàn)向抗扭連接體構(gòu)成一個(gè)筒形長(zhǎng)串，固定一端，另一端可以向各個(gè)方向彎曲成90 度。扭轉(zhuǎn)一端，另一端也跟著扭轉(zhuǎn)，可以傳遞巨大的扭矩。在筒形兩端有適合機(jī)械聯(lián)接的法蘭盤和電纜水下密封接口和自由通道。使用時(shí)，用戶可以使用本發(fā)明裝置攜帶的電纜接口， 也可以不使用本裝置上的電纜接口轉(zhuǎn)而使用自由通道安裝用戶自己的電纜。
本發(fā)明主要優(yōu)點(diǎn)可以適用于需要調(diào)向的水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)中，無(wú)論潮流裝置安裝固定于海底，還是安裝于浮體的底部，而浮體通過(guò)錨鏈固定于海上。適用面廣，可以依據(jù)不同的功率需要制造不同的規(guī)格，成本低(約為旋轉(zhuǎn)接頭的1/20)，壽命長(zhǎng)，體積小，不怕海水腐蝕，使用方便，可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。


附圖1是水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)免旋轉(zhuǎn)接頭自動(dòng)調(diào)向裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2是水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)免旋轉(zhuǎn)接頭自動(dòng)調(diào)向裝置結(jié)構(gòu)示意透視附圖3是水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)免旋轉(zhuǎn)接頭自動(dòng)調(diào)向裝置三種主要零部件結(jié)構(gòu)示意圖。其中A為法蘭盤和固定連接法蘭盤外環(huán)體的組合體結(jié)構(gòu)示意圖，Al為其側(cè)視圖，A2為其俯視圖；B為單元內(nèi)環(huán)體結(jié)構(gòu)示意圖，Bl為其側(cè)視圖，B2為其俯視圖；C為單元外環(huán)體結(jié)構(gòu)示意圖，Cl為側(cè)視圖，C2為俯視圖。1、鎧裝螺旋電纜及光纖，2、固定連接法蘭盤外環(huán)體，3、電纜及光纖接
口，4、自由通道口， 5、法蘭盤，6、法蘭螺絲孔，7、聯(lián)接軸銷，8聯(lián)接軸孔， 9、內(nèi)環(huán)體，10、外環(huán)體。
具體實(shí)施例方式本裝置整體外觀如圖1所示，透視外觀如圖2所示，可以看到內(nèi)部螺旋放置的鎧裝螺旋電纜及光纖1，整個(gè)裝置由兩個(gè)法蘭盤5和固定連接法蘭盤外環(huán)體2的組合體、若干個(gè)內(nèi)環(huán)體9 (例如5個(gè))和若干個(gè)外環(huán)體10 (例如4個(gè))連接構(gòu)成。圖3中A所示為法蘭盤5，其上有法蘭螺絲孔6、自由通道口 4和電纜及光線接口 3，固定連接法蘭盤外環(huán)體2上有兩個(gè)圓弧型缺口和一根聯(lián)結(jié)軸銷7，具體形狀見側(cè)視圖Al和俯視圖A2。B所示為內(nèi)環(huán)體9，其上有四個(gè)聯(lián)結(jié)軸孔8，兩兩相對(duì)，相對(duì)的聯(lián)結(jié)軸孔8的連線呈十字型，四個(gè)聯(lián)結(jié)軸孔8處于內(nèi)環(huán)體9的中部位置，內(nèi)環(huán)體上有四個(gè)圓弧型缺口，具體形狀見側(cè)視圖Bl和俯視圖B2。C所示為外環(huán)體10，其上有兩根聯(lián)結(jié)軸銷7，它們相互垂直，處在外環(huán)體靠邊緣的位置，外環(huán)體上有四個(gè)圓弧型缺口，具體形狀見側(cè)視圖Cl俯視圖C2。固定連接法蘭盤外環(huán)體2中的聯(lián)接軸銷7穿過(guò)內(nèi)環(huán)體9中的聯(lián)接軸孔8后，使固定連接法蘭盤外環(huán)體2和內(nèi)環(huán)體9聯(lián)接在一起，聯(lián)接后，內(nèi)環(huán)體9可以繞聯(lián)接軸銷7相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，外環(huán)體10中的聯(lián)結(jié)軸銷7穿過(guò)內(nèi)環(huán)體9中的聯(lián)接軸孔8后，內(nèi)環(huán)體9和外環(huán)體 10聯(lián)接在一起，聯(lián)接后，內(nèi)環(huán)體9可以繞聯(lián)接軸銷7相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，通過(guò)同樣的方式，若干個(gè)(例如5個(gè))9和若干個(gè)(例如4個(gè))10聯(lián)接在一起，聯(lián)結(jié)完成后，穿過(guò)9的兩個(gè)聯(lián)接軸銷7呈十字型排列，相距非常近，穿過(guò)10的兩個(gè)聯(lián)接軸銷7也呈十字形排列，相距稍遠(yuǎn)。9 和10聯(lián)成一長(zhǎng)串，能夠使整體構(gòu)成90度的彎曲，最后一個(gè)內(nèi)環(huán)體9與固定連接法蘭盤外環(huán)體2聯(lián)接，就構(gòu)成圖1所示的樣子。水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)和透平部分安裝在法蘭盤5這一端，發(fā)電機(jī)輸出的導(dǎo)線及光纖接在電纜和光纖接口 3處，這是水密接口，抗壓IMPa。鎧裝螺旋電纜及光纖1 在固定連接法蘭盤外環(huán)體2、內(nèi)環(huán)體9及外環(huán)體10的中心以螺旋的形式繞過(guò)聯(lián)接軸銷7，從一端法蘭盤5通往另一端法蘭盤5，保證水下密封抗壓IMPa。以垂直于底座接口法蘭盤5 的方向?yàn)檩S線，發(fā)電機(jī)和透平所在的另一端法蘭盤5可以360度任意旋轉(zhuǎn)。通過(guò)自由通道口 4可以鋪設(shè)的單獨(dú)的電纜，也需采取螺旋狀鋪設(shè)，不會(huì)發(fā)生纏繞問題。
權(quán)利要求
1.水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)免旋轉(zhuǎn)接頭自動(dòng)調(diào)向裝置，其特征是整個(gè)裝置由兩個(gè)法蘭盤 (5)和固定連接法蘭盤外環(huán)體(2)的組合體、若干個(gè)內(nèi)環(huán)體(9)和若干個(gè)外環(huán)體(10)連接構(gòu)成法蘭盤(5 )上有法蘭螺絲孔(6 )、自由通道口( 4 )和電纜及光線接口( 3 )，固定連接法蘭盤外環(huán)體(2)上有兩個(gè)圓弧型缺口和一根聯(lián)結(jié)軸銷(7)，內(nèi)環(huán)體(9)上有四個(gè)聯(lián)結(jié)軸孔(8)， 兩兩相對(duì)，相對(duì)的聯(lián)結(jié)軸孔(8)的連線呈十字型，四個(gè)聯(lián)結(jié)軸孔(8)處于內(nèi)環(huán)體(9)的中部位置，內(nèi)環(huán)體上有四個(gè)圓弧型缺口，外環(huán)體(10)上有兩根聯(lián)結(jié)軸銷(7)，它們相互垂直，處在外環(huán)體靠邊緣的位置，外環(huán)體(10)上有四個(gè)圓弧型缺口，固定連接法蘭盤外環(huán)體(2)中的聯(lián)接軸銷(7)穿過(guò)內(nèi)環(huán)體(9)中的聯(lián)接軸孔(8)后，使固定連接法蘭盤外環(huán)體(2)和內(nèi)環(huán)體(9)聯(lián)接在一起，內(nèi)環(huán)體(9)能繞聯(lián)接軸銷(7)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，外環(huán)體(10)中的聯(lián)結(jié)軸銷(7)穿過(guò)內(nèi)環(huán)體(9)中的聯(lián)接軸孔(8)后，內(nèi)環(huán)體(9)和外環(huán)體(10)聯(lián)接在一起，內(nèi)環(huán)體(9)能繞聯(lián)接軸銷(7)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，通過(guò)同樣的方式，若干個(gè)內(nèi)環(huán)體(9)和若干個(gè)外環(huán)體(10)聯(lián)接在一起，聯(lián)結(jié)完成后，穿過(guò)外環(huán)體(9)的兩個(gè)聯(lián)接軸銷(7)呈十字型排列， 相距非常近，穿過(guò)外環(huán)體(10)的兩個(gè)聯(lián)接軸銷(7)也呈十字形排列，相距稍遠(yuǎn)，內(nèi)環(huán)體(9) 和外環(huán)體(10)聯(lián)成一長(zhǎng)串，能夠使整體構(gòu)成90度的彎曲，最后一個(gè)內(nèi)環(huán)體(9)與固定連接法蘭盤外環(huán)體(2 )聯(lián)接，構(gòu)成整個(gè)裝置，水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)和透平部分安裝在一端法蘭盤(5)上，發(fā)電機(jī)輸出的導(dǎo)線及光纖接在電纜和光纖接口 3 ()處，為水密接口，抗壓IMpa，電纜及光纖(1)在固定連接法蘭盤外環(huán)體(2 )、內(nèi)環(huán)體(9 )及外環(huán)體(10 )的中心以螺旋的形式繞過(guò)聯(lián)接軸銷(7)，從一端法蘭盤(5)通往另一端法蘭盤(5)，以垂直于底座接口法蘭盤(5)的方向?yàn)檩S線，發(fā)電機(jī)和透平所在的另一端法蘭盤(5)能夠360度任意旋轉(zhuǎn)， 通過(guò)自由通道口(4)能鋪設(shè)的單獨(dú)的電纜，也采取螺旋狀鋪設(shè)。
2.按照權(quán)利要求1所述的水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)免旋轉(zhuǎn)接頭自動(dòng)調(diào)向裝置，其特征是整個(gè)裝置由兩個(gè)法蘭盤(5 )和固定連接法蘭盤外環(huán)體(2 )的組合體、5個(gè)內(nèi)環(huán)體(9 )和4個(gè)外環(huán)體(10)連接構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明屬于可再生能源開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，涉及海洋水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)中的一種調(diào)向裝置，是一種適合水平軸潮流發(fā)電系統(tǒng)使用的連接裝置，主要構(gòu)造是一種可以彎曲90度的萬(wàn)向抗扭中空連接體。原理類似于萬(wàn)向節(jié)，是由若干個(gè)單元體構(gòu)成，中間是空的，可以讓電纜通過(guò)。本發(fā)明可以非常容易的加裝到水平軸潮流能發(fā)電系統(tǒng)中，解決了電纜的纏繞問題，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械強(qiáng)度高，性能可靠，抗海水腐蝕，抗拉，抗扭，重量輕，成本低，安裝容易，帶有電纜水下密封接口，使用時(shí)僅需要把本裝置的一端發(fā)電系統(tǒng)相聯(lián)接，另一端與底座聯(lián)接。使發(fā)電機(jī)和透平可以繞此垂直底座的軸線360度任意旋轉(zhuǎn)，以迎接最合適的潮流方向，達(dá)到最高的效率。
文檔編號(hào)F03B11/00GK102536594SQ20121000450
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者張蕭, 張雪明, 徐明奇 申請(qǐng)人:東北師范大學(xué)