一种海洋环境监测设备弱海流驱动超低转速发电机制造技术

本发明专利技术的目的是针对0.3m/s及以下超低流速微弱潮流能，实现高效利用，无论透平转的多么慢，只要转动就能高效发电，即使转速只有0.1rpm，也能高效发电。换句话说，解决透平转速非常低的驱动条件下，利用现有技术的发电机磁力线切割速度不够、发电机无法高效发电的问题。本发明专利技术利用单项组合轴承的特性以及在转子上加配重的方法解决了弱海流发电的问题。本发明专利技术结构简单，机械强度高，性能可靠，重量轻，安装容易，适用面广。适用面广。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋环境监测设备弱海流驱动超低转速发电机


[0001]本专利技术属于可再生能源中海洋能开发
，涉及利用海洋中超低速微弱海流能进行高效发电的装置。

技术介绍

[0002]所谓海流主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动，所谓潮流主要是指由于潮汐导致的有规律的海水流动，海流和潮流是混在一起的，潮流能量又占主要部分，两者可以统称潮流，潮流发电是利用海流的动能发电的技术。一般无需筑坝，用水轮机组发电。潮流能的能量与流速的平方和流量成正比。
[0003]潮流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似，潮流发电是依靠海流的冲击力使水轮机旋转，然后再带动发电机发电。但由于海水的密度约为空气的835倍，且必须放置于水下，因此利用海流发电存在一系列关键技术问题，包括透平设计、安装维护、电力输送、防腐、海洋环境中的载荷与安全性能等，此外，潮流发电装置和风力发电装置的固定形式和透平设计也有很大的不同。潮流装置可以安装固定于海底，也可以安装于浮体的底部，而浮体通过锚链固定于海上。
[0004]潮流水轮发电主要的有两种形式，一种是水平轴式，一种是垂直轴式，垂直轴式效率不高，但可以接受各个方向的潮流。水平轴式效率高，但水轮叶扇需随着潮流自动转向，永远对准潮流的来向，才能使得发电效率保持在最佳状态。
[0005]相对波浪而言，潮流能的变化要平稳且有规律得多。潮流能随潮汐的涨落每天两次改变大小和方向。潮流能发电已成为当前研究热点,潮流能具有可预测性强、能量密度高等优点,但局部范围也存在流速偏低、方向不稳定等缺点,同时恶劣的海洋环境也给潮流能发电机组的研制带来很大的困难。提高机组可靠性、提升整体效率已成为潮流能发电机组研制中的关键技术问题。
[0006]虽然国际上公认的只有流速大于2m/s的海流才有经济价值，但我们国家的陆架海流速大于0.6m/s的区域不超过10％，流速0.3m/s的区域却超过85％。若想在更广大海域实现利用海流发电，必须面对的问题是实现超低流速微弱潮流条件下能量转化。
[0007]潮流能发电机还分为直驱式和增速式两种形式，直驱式体积大，重量大，启动容易，但转速低，启动流速在0.4-0.5m/s左右；增速式体积小，重量轻，转速高，但启动困难，启动流速在0.6-0.7左右。目前的发电系统对于0.3m/s以下的超低流速微弱潮流无能为力，无法利用，无法发电。主要原因是超低流速潮流能量密度低，微弱潮流无法让透平转动，或能转动，但转速非常低，导致发电机磁力线切割速度不够，造成发电机发电效率急剧下降。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是针对0.3m/s及以下超低流速微弱潮流能，实现高效利用，无论透平转的多么慢，只要转动，就能高效发电，即使转速只有0.1rpm，也能高效发电。换句话说，解决透平转速非常低的驱动条件下，利用现有技术的发电机磁力线切割速度不够、发电机
无法高效发电的问题。
[0009]本专利技术是一种适合超低流速微弱潮流的海洋发电系统中使用的发电核心装置，它能够实现对超低转速的高效利用，在低转速的驱动条件下，也能让线圈产生足够的切割磁力线的相对速度，在机械能转化成电能过程中实现高效。主要构造是一种特殊的超低转速发电机，包括发电机透平、传动轴、单向组合轴承、发电机转子、配重、发电机定子。发电机透平与传动轴相连，传动轴与单向组合轴承内环同轴相连，单向组合轴承的外环与发电机转子同轴相连，发电机的转子与配重相连，单向组合轴承由两个单向轴承同轴同向镶嵌而成，一个单向轴承的外环镶嵌到另外一个单向轴承的内环形成的。单向组合轴承是一个轴承的外环与另外一个轴承的内环构成的轴承。
[0010]发电机基本原理是先把传动轴输出的机械能转化成发电机转子配重的重力势能，到达最高点后，发电机转子及配重以自由落体方式迅速旋转下落，配重达到最低点时发电机的转子速度达到最大，速度达到最快时转子中的磁铁和定子相对运动，可以产生足够的磁力线切割速度，此时发电，效率最高。此时，发电机转子的旋转速度会大大超过发电机透平转速，由于单向组合轴承的存在，使得发电机转子与透平主轴动力脱离，不会把动能反向传递给透平，发电机转子动能转化电能后，速度急剧降低，速度会低于透平旋转速度，此时透平又会通过单向传动机构带着发电机转子旋转，积累势能，周而复始。以这种方式实现弱海流驱动超低转速发电。
[0011]本专利技术主要优点：主要适用于0.3m/s以下的超低流速微弱潮流，发电效率高，发电时间长，适应范围广，适用于我国85％的海域。此脉冲发电机可以非常容易的加装到潮流能发电系统中，结构简单，机械强度高，性能可靠，重量轻，安装容易，适用面广，可以依据不同的功率需要制造不同的规格，成本低，寿命长,体积小，不怕海水腐蚀，可实现免维护。
附图说明
[0012]附图1是超低转速脉冲发电机结构示意图；
[0013]附图2是单向组合轴承结构示意图；
[0014]附图3是发电机透平把海流能转化成发电机转子势能的发电机截面图；
[0015]附图4是发电机转子势能最大状态的发电机截面图；
[0016]附图5是发电机转子动能最大状态的发电机截面图；
[0017]其中：1单向组合轴承、2发电机转子、3配重、4发电机定子、5传动轴、6发电机透平。11单向轴承1的内环、12单向轴承1的外环、13单向轴承2的内环、14、单向轴承2的外环、21发电机转子外圈、22发电机转子磁铁、41发电机定子线圈。
具体实施方式
[0018]一种海洋环境监测设备弱海流驱动超低转速发电机包括单向组合轴承1、发电机转子2、配重3、发电机定子4、传动轴5、发电机透平6。发电机透平6与传动轴5相连，传动轴5与单向组合轴承1的内环11同轴相连，单向组合轴承1的外环14与发电机转子2中的发电机转子外圈21同轴相连，发电机的转子外圈21与配重3相连，使发电机转子(2)的重心偏离中心，单向轴承一由内环11和外环12构成，单向轴承二由内环13和外环14构成，单向组合轴承1由单向轴承一的外环12镶嵌到单向轴承二的内环13形成的，镶嵌方式是同向同轴。
[0019]图3、图4、图5是发电过程中的三个状态。发电机转子2很轻，转子重心偏向配重3一侧，在图3中，外界动力通过发电机透平6、传动轴5、单向组合轴承1缓慢的带动发电机转子2旋转，此时，由于定子和转子相对速度很慢，几乎没有电发出来，但机械能先转换成转子2和配重3的动能，然后转化成配重3重力势能，配重3的势能被逐渐积累，当发电机转子2上的配重3转到发电机上方最高处如图4所示的位置时，势能达到最大值，此时，由于发电机转子2会继续带着配重3向前旋转，继续旋转过顶点后，发电机转子2和配重3会加速转动，配重3的重力势能会都转化成动能。此时，由于单向组合轴承1只能单向传递机械能，由发电机传动轴5传给发电机转子2，反之则不能。即使配重3处于下落状态时，发电机转子2旋转速度快，发电机转子2的机械能并不会反向传递给发电机传动轴5，发电机转子2和配重3下落旋转会遵循能量守恒定律，配重3到达发电机下方最低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋环境监测设备弱海流驱动超低转速发电机包括单向组合轴承(1)、发电机转子(2)、配重(3)、发电机定子(4)、传动轴(5)、发电机透平(6)。发电机透平(6)与传动轴(5)相连，传动轴(5)与单向组合轴承(1)的内环(11)同轴相连，单向组合轴承(1)的外环(14)与发电机转子(2)中的发电机转子外圈(21)同轴相连，发电机的转子外圈(21)与配重(3)相连。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：车志伟，徐明奇，徐睿英，
申请(专利权)人：海南蓝瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：