一种低流速水力发电机制造技术

一种低流速水力发电机，属于电力设备技术领域。该水力发电机含有承重体，与所述承重体连接的水力转轮，经所述水力转轮直接或间接驱动的发电机；所述承重体与所述水力转轮之间构成轴向约束的水平转动副；所述承重体或所述水力转轮含有浮力装置，所述浮力装置能产生消减所述承重体或所述水力转轮自重的浮力，因而提高发电效率，省去现有潮汐能发电中建堤造库的成本。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种低流速水力发电机
本专利技术涉及一种发电机，尤其涉及一种低流速水力发电机，属于电力设备

技术介绍
潮汐发电是指修筑拦潮坝、坝内外涨落潮的水位差推动水轮机带动发电机、利用潮汐势能发电的方式，其装机容量和发电量通常用经验公式计算：装机容量P＝200h2a(kW)，单向潮汐电站年发电量E＝0.40X106h2a(kWh)、双向潮汐电站装机容量年发电量E＝0.55X106h2a(kWh)，式中h为平均潮差(m)、a为水库面积(m2)。由于一般h为2m左右，因此潮汐发电通常存在水头低、发电成本高的缺点，尤其是在低流速的情况下，水力发电机的起转阻力较大，进一步降低了发电效率。虽然潮汐流的流速比可利用风速的低得多，但因为水的密度比空气大得多，因此潮汐流的能量密度与可利用风能的差别不大，若日潮的平均流速能达到1.5m/s，预计潮汐流的发电成本将比海上风电低。潮汐能资源的可利用量比风能大得多，据估计中国潮汐能资源量比风能的大近70倍。因此，急需开发出低流速高效的水力发电机。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的低流速状态下发电效率低的缺陷，提出一种可以有效提高发电效率、并省去潮汐能发电建堤造库成本的低流速水力发电机。本专利技术通过以下技术方案解决技术问题：一种低流速水力发电机，含有承重体，与所述承重体连接的水力转轮，经所述水力转轮直接或间接驱动的发电机；所述承重体与所述水力转轮之间构成轴向约束的水平转动副；所述承重体或所述水力转轮含有用于消减所述承重体或所述水力转轮自重的浮力装置，该浮力装置产生的浮力能减轻所述承重体或所述水力转轮的重力。申请人在长期的风力机试验、分析、研究中认识到：1)风轮启动时的风能利用系数对其重量的敏感性超乎想象；2)虽然减轻风轮重量不能增加动力，但能减小重力所引起的转动阻力；3)低速流体的动能密度低，因而产生的动力也小；4)风轮启动时的惯性力和粘滞力小的可以忽略不计，而重力所致的转动摩擦力是削弱启动力的罪魁祸首。由于减轻风轮重量只能通过减少其质量而实现，而采用常规材料制造的风轮质量与风轮强度和刚度成正比，因此减轻风轮重量对提高风能利用系数的限制条件颇多、效果有限，采用轻质高强材料制造风轮势必会增加风力发电的成本。基于对风力机低风速性能的多年研究积累的认知，本专利技术的技术方案在不减少质量、甚至质量有所增加的前提下，实现既显著减轻水力机转轮(或水轮)的重量、又确保其强度和刚度达到甚至超过相关标准规定的要求。实现这一目的的具体技术方案如下：含有承重体，与所述承重体连接的水力转轮，经所述水力转轮直接或间接驱动的发电机；所述承重体与所述水力转轮之间构成轴向约束的水平转动副；所述承重体或所述水力转轮含有浮力装置，所述承重体或所述水力转轮含有用于消减所述承重体或所述水力转轮自重的浮力装置。所述浮力装置可以是内具密封空腔的部件或外置的气舱。所述水力转轮包括与所述承重体连接的轮架和均布在轮架周边的若干叶片，所述轮架包括主轴以及一端直接或间接连接主轴、另一端直接或间接连接叶片的悬臂。例如，当悬臂通过法兰连接主轴时，悬臂与主轴的连接为间接连接；当叶片通过遮板连接悬臂时，叶片与悬臂的连接为间接连接。但两所述间接连接不限于此。所述叶片内具密封空腔，所述叶片的空腔为整体或间隔状。当所述主轴内具密封空腔时，所述空腔的形状为圆柱形或圆锥形。当所述主轴的结构含有外置气舱时，悬臂的一端连接主轴或气舱；所述气舱分布在主轴的外围或下段或上段，所述气舱的外形为圆柱形，圆锥形，或球冠形。所述悬臂内具有密封空腔结构或所述悬臂外围连接密封气舱，所述悬臂的径向截面外形或所述外围气舱的径向截面外形为椭圆形或菱形或圆角菱形。所述承重体的安置方式包含置于水下，浮于水面，立于水底伸出水面。当所述承重体安置在水下时，所述承重体包括位于水底的基座和固连于基座的塔架，所述塔架的顶端连接所述轮架，所述轮架直接驱动发电机或通过齿轮箱驱动发电机；当所述承重体浮于水面时，所述承重体包括若干浮筒和固连在所述浮筒上的框架，所述框架的下表面连接所述轮架，所述框架的上表面安置发电机，所述轮架的主轴上穿所述框架直接驱动发电机或通过齿轮箱驱动发电机；当所述承重体立于水底伸出水面时，所述承重体包括立于水中的若干支柱和固连在所述支柱伸出水面以上部位的框架，所述支柱的高度大于水的深度，所述支柱的底端支撑于水底，所述框架的下表面连接所述轮架，所述框架的上面安置发电机，所述轮架的主轴上穿所述框架直接驱动发电机或通过齿轮箱驱动发电机。所述轮架周围均布二至五个叶片，分别构成二叶片转轮、三叶片转轮、四叶片转轮和五叶片转轮。所述叶片为低流速高效叶片。所述轮架为多层结构，所述轮架的悬臂分层布置，每个叶片均设分段，所述分段的段数与悬臂分层的层数对应，每段叶片安置在上下相邻的所述悬臂之间。当所述承重体浮于水面时，所述承重体之间经水平框架相互连接组成漂浮式发电机群。当所述承重体含有框架时，在所述框架上安置风力发电机，所述风力发电机经离合器与水力发电机共享一个发电机。所述承重体还包括既成的水上载荷物。既成的水上载荷物如桥梁、码头栈桥、水文站栈桥、浮岛、灯塔、水产养殖浮箱等。本专利技术在不减少质量、甚至增加质量的前提下，通过在转轮上增加外置气舱，提高转轮的质量，有效降低了在低流速状态下的起转阻力大的问题。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1)在水力机转轮的部件中设置空腔和/或添置气舱，能使转轮产生浮力，在保证转轮强度和刚度条件下，有效减轻了转轮重量，从而显著减小了转动阻力，为提高低流速的水能利用系数创造了行之有效的条件。2)采用申请人专利技术的低流速高效叶片，既无变桨系统、又能高效运行；增强了水力机的动力，显著提高了水力机的水能利用系数。1)与2)项结合能显著提高水力发电机的低流速发电量。3)采用垂直轴型式的水力机，无流向性要求而无偏航系统。2)与3)项结合去掉了两套工控设备，既降低了设备成本、又减少了水中需动态密封的部件。4)将轮架与承重体的转动连接部位置于水面之上的设计，能减小转动部的动态密封阻力(水中的动态密封要防水，其阻力大于空气中的)，有利于提高水能利用系数，并且可将发电机、变速箱、离合器等部件置于水面之上，也避免了它们的防水密封问题。2)、3)、4)三项结合的水力发电机，水面以下无动态密封的部件，既提高了性能、又降低了维护保养成本。5)将承重框架贴近水面的设计，能充分利用水面的水流，它的流速比水下深处的水流速度大、动能密度相对高，有利于提高发电量。6)采用浮筒承重的设计，无水下基础而降低了成本，用锚链可锚定、用船拖可移动，因水而至方便灵活。7)成对的双转轮水力机设计，能进一步增强水力机的动力、进一步提高水能利用系数、进一步提高发电量。8)将水力机与风力机结合的设计，能共享承重体、发电机，因而降低成本，很适合海上风力和潮汐流发电。9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低流速水力发电机，含有承重体，与所述承重体连接的水力转轮，经所述水力转轮直接或间接驱动的发电机；所述承重体与所述水力转轮之间构成轴向约束的水平转动副；其特征在于：所述承重体或所述水力转轮含有用于消减所述承重体或所述水力转轮自重的浮力装置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171124 CN 2017111865066一种低流速水力发电机，含有承重体，与所述承重体连接的水力转轮，经所述水力转轮直接或间接驱动的发电机；所述承重体与所述水力转轮之间构成轴向约束的水平转动副；其特征在于：所述承重体或所述水力转轮含有用于消减所述承重体或所述水力转轮自重的浮力装置。


根据权利要求2所述低流速水力发电机，其特征在于：所述浮力装置为内具密封空腔的部件或外置的气舱。


根据权利要求1所述低流速水力发电机，其特征在于：所述水力转轮包括与所述承重体连接的轮架和均布在轮架周边的若干叶片，所述轮架包括主轴以及一端直接或间接连接主轴、另一端直接或间接连接叶片的悬臂。


根据权利要求3所述低流速水力发电机，其特征在于：所述叶片内具密封空腔，所述叶片的空腔为整体或间隔状。


根据权利要求3所述低流速水力发电机，其特征在于：所述主轴的结构包括内具密封空腔，外置的气舱中的一种或组合。


根据权利要求5所述低流速水力发电机，其特征在于：当所述主轴内具密封空腔时，所述空腔的形状为圆柱形或圆锥形。


根据权利要求5所述低流速水力发电机，其特征在于：当所述主轴的结构含有外置气舱时，所述悬臂的一端与主轴或气舱固连；所述气舱分布在主轴的外围或下段或上段，所述气舱的外形为圆柱形，圆锥形，或球冠形。


根据权利要求3所述低流速水力发电机，其特征在于：所述悬臂内具有密封空腔结构或所述悬臂外围连接的气舱，所述悬臂的径向截面外形或所述外围气舱的径向截面外形为椭圆形或...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亦博，李宏春，李锋，
申请(专利权)人：李亦博，
类型：发明
国别省市：甘肃;62