一种桩基立轴集成半直驱式潮流发电装置

摘要

本发明的目的在于提供一种桩基立轴集成半直驱式潮流发电装置，内筒轴套装在桩基外部，外筒轴套装在内筒轴外部并与内筒轴之间通过轴承相配合，外筒轴外部固定有轮毂，叶片连接轮毂，外筒轴上端连接行星架，行星架上安装行星轮，中心轮位于所有行星轮中间并与所有行星轮相啮合，中心轮装套在转子轴外部并与转子轴相固定，箱体内壁上固定有外定子和内齿圈，转子轴外部套装有与外定子配合的内转子，所有行星轮均与内齿圈相啮合，箱体与内套筒相固定。本发明将增速机构与永磁直驱式发电机相集成一体，形成集成半直驱式发电机箱，满足机组基本调速需求的基础上减小了机组体积，使得机组的结构紧凑。

权利要求

1.一种桩基立轴集成半直驱式潮流发电装置，其特征是：包括桩基、外轴筒、内轴筒、箱体、行星架、中心轮、转子轴、叶片，内筒轴套装在桩基外部并与桩基之间相固定，外筒轴套装在内筒轴外部并与内筒轴之间通过轴承相配合，外筒轴外部固定有轮毂，叶片通过轮辐连接轮毂，外筒轴上端连接行星架，行星架上沿其圆周方向均匀安装行星轮，中心轮位于所有行星轮中间并与所有行星轮相啮合，中心轮装套在转子轴外部并与转子轴相固定，箱体内壁上固定有外定子和内齿圈，转子轴外部套装有与外定子配合的内转子，内转子位于外定子内部，所有行星轮均与内齿圈相啮合，箱体与内套筒相固定，桩基包括依次相连的上段、中段、下段，桩基的上段以及箱体位于海平面之上，桩基的中段以及叶片、轮毂位于海平面以下。

2.根据权利要求1所述的一种桩基立轴集成半直驱式潮流发电装置，其特征是：所述的桩基设置用来维修保养以及存放控制设备的中空结构。

说明书

一种桩基立轴集成半直驱式潮流发电装置

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种发电装置，具体地说是潮流发电装置。

背景技术

[0002] 海洋能作为一种清洁可再生能源，其开发不会产生废水、废气，也不会占用大片良田，更没有辐射污染。世界各国纷纷加快了对海洋能的开发利用研究。潮流能作为海洋能源的一种，关于它开发利用的研究在近年来发展迅速。关于潮流能发电装置的研究经验主要来源于风力发电装置，但由于海水的平均密度约是空气的800倍，所以两种机组在相同功率等级的条件下，潮流能发电水轮机组的整体尺寸要比风力发电机组的整体尺寸小很多，这也是要加大对潮流能发电装置研究的重要原因。

[0003] 潮流能发电装置根据水轮机旋转轴与来流方向和海平面的位置关系，可基本分为水平轴式和立轴式。与水平轴水轮机式潮流能发电装置相比，立轴水轮机式潮流能发电装置具有适应流向性强，适合大规模阵列布置等特点，应用优势明显。立轴水轮机式潮流能发电装置的载体形式多种多样。公开号为CN101705904A的专利文件中公开了一种大功率垂直(立)轴潮流发电装置，设计一种通过万向球铰连接重力式柱基座与塔柱的载体形式，其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。这种载体形式允许机组随海流摆动(运用万向球铰连接和锚链附加固定使得整个载体处于半活动状态，允许主轴一定程度上的随流摆动)，这样造成机组工作时长期处于摆动状态，对机组内部结构之间的装配造成一定损坏，并且不利于机组密封，且安装过程复杂，不适于海上作业。

[0004] 水轮机的一般组成形式为载体、叶轮、增速装置和发电机组，增速装置往往设计过于复杂造成水轮机轴向尺寸很大，使整个水轮机的体积和重量过大，给安装和维修造成诸多不便。因此，如何减小潮流能发电装置的轴向尺寸，减轻重量，降低水下密封难度，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。公开号为CN102889162A的专利提出一种永磁半直驱式潮流发电装置，采用简单变速装置和永磁直发电机的半直驱式组合适应低水速低转速，这样简化增速装置并结合直驱电机的设计使得水轮机的轴向尺寸有一定的缩减，但是增速装置与发电机箱之间分舱装配和设计与传统方式一样复杂，即并没有从根本上解决缩减机组轴向体积的技术问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供将增速机构与永磁直驱式发电机相集成一体的一种桩基立轴集成半直驱式潮流发电装置。

[0006] 本发明的目的是这样实现的：

[0007] 本发明一种桩基立轴集成半直驱式潮流发电装置，其特征是：包括桩基、外轴筒、内轴筒、箱体、行星架、中心轮、转子轴、叶片，内筒轴套装在桩基外部并与桩基之间相固定，外筒轴套装在内筒轴外部并与内筒轴之间通过轴承相配合，外筒轴外部固定有轮毂，叶片通过轮辐连接轮毂，外筒轴上端连接行星架，行星架上沿其圆周方向均匀安装行星轮，中心轮位于所有行星轮中间并与所有行星轮相啮合，中心轮装套在转子轴外部并与转子轴相固定，箱体内壁上固定有外定子和内齿圈，转子轴外部套装有与外定子配合的内转子，内转子位于外定子内部，所有行星轮均与内齿圈相啮合，箱体与内套筒相固定，桩基包括依次相连的上段、中段、下段，桩基的上段以及箱体位于海平面之上，桩基的中段以及叶片、轮毂位于海平面以下。

[0008] 本发明还可以包括：

[0009] 1、所述的桩基设置用来维修保养以及存放控制设备的中空结构。

[0010] 本发明的优势在于：本发明针对现有潮流能发电装置的技术缺陷，将潮流发电装置的载体设计为桩基式，固定打入海底，桩基上端安装发电机组并且露出水面；其次通过简化增速装置，并将其与直驱式发电机集成一体的设计，简化了潮流能发电装置中的舱体结构，从根本上缩小了水轮机整体体积和尺寸，提高整台机组的稳定性、可靠性和使用寿命。此类型潮流能发电装置易于安装、调试，降低机组制造和施工成本，能在潮流的低速海域工作，是今后潮流能发电装置的主要发展趋势。

附图说明

[0011] 图1为本发明的结构示意图；

[0012] 图2为本发明的A-A视图。

具体实施方式

[0013] 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

[0014] 结合图1～2，本发明集成半直驱式潮流能发电装置主要由桩基1、叶轮结构和集成半直驱发电机等部分组成，是一种能适应低流速大功率的潮流能发电装置。

[0015] 如图1所示，桩基1是整个潮流发电装置的载体，通过将桩基1的下端打入海底来固定整个发电装置的位置。结合图1和图2，叶轮结构安装于桩基的中部，置于水平面以下，主要由外轴筒2、轮毂3、叶片4、轴承5、轮辐6和内轴筒14等部件构成。其中外轴筒2、轮毂3、叶片4和轮辐6均固定连接，内轴筒14与桩基1固接，内轴筒14与外轴筒2之间通过轴承5实现相对转动。叶片4接受水流的冲刷，将水流动能转化为叶轮结构的转动，叶片4的数量一般选择3或4片。集成半直驱发电机由行星齿轮机构和直驱发电机两部分组成，行星齿轮机构包括内齿圈10、行星轮11、中心轮12和行星架15构成；直驱发电机主要包括外定子7、内转子8和箱体9等部件组成。叶轮结构的转动通过外轴筒2与行星架15固定连接传递到半直驱发电机部分，行星架15的转动带动行星轮11和中心轮12的转动，实现了叶轮转动的增速传递。发电机的内转子8与中心轮12转动轴固连，实现动能向电能的转换，外定子7和内齿圈均固定在发电机箱体9上。桩基1的轴穿过叶轮结构和半直驱发电机，顶端固定连接端盖外罩13。

[0016] 如图1、图2所示，除了上述内容外，一些必要的控制设备可以安装在桩基1内部，当维修潮流能发电装置时，维修人员可以打开桩基1顶上的端盖外罩13，然后进入桩基1内部进行控制设备的维护和保养。桩基立轴直驱式潮流能发电装置的外定子7和内转子8都远离海水平面，对于机械动密封的要求较低，不用担心海水进入发电机的箱体9内，影响潮流能发电装置的正常工作。

[0017] 选择有较低流速海域流道，将桩基立轴半直驱式潮流能发电装置安装在水道中，当潮流速度达到启动速度时，叶轮在潮流的冲击下转动，通过外轴筒2的转动带动行星架15转动，再通过行星架带动行星轮11与内齿圈10和中心轮12啮合传动，增大中心轮12的转速从而提高发电机的内转子8转速。同时该装置还能适应潮流能任意方向的流动，无需设计水轮机组的对流机构或者叶片的变桨机构。

[0018] 本发明集成半直驱式潮流能发电装置主要由桩基、叶轮、集成半直驱发电机等部分组成。是一种能适应低流速大功率的潮流能发电装置。其中桩基是整个发电装置的底座即载体，其下端打入海底，用以固定发电装置的位置；中部连接叶轮，上端连接半直驱发电机伸出海面，降低密封难度。叶轮安装于桩基中部，内轴套与桩基固定连接；叶轮叶片和转动中心均垂直于水平面放置，通过叶片接受水流的冲击产生转动，再通过外轴筒将转动传递给集成半直驱发电机结构。整个集成半直驱发电机箱体安装于桩基上端，集成半直驱发电机结构由行星齿轮机构和直驱电机构成，安装于同一箱体内。靠近叶轮一端安装行星齿轮系统，其内齿轮直接安装于箱体内壁，发电机外定子部分也安装于箱体内壁。叶轮的外轴筒的转动传递到行星架，行星架的转动带动行星轮产生绕中心轮的转动和绕自身中心的转动，这一转动带动中心轮的转动，增大中心轮的转速，中心轮与发电机转子轴设计为固定连接，即实现了叶轮转动的增速传递。一些必要的控制设备安装在桩基内部，方便维修人员检修。

[0019] 在上述的桩基竖直轴半直驱式潮流能发电装置中，利用桩基固定发电装置的设计相对于公开号为CN101705904A的专利中的万向球铰可摆动载体设计而言，有效的减少了风浪对于发电装置的干扰，利于机组维护和密封，安装过程也更加简单，适用于我国浅海海域；立轴叶轮的选用可以实现对任意方向水流的能量捕获；简化增速装置的同时将其与直驱发电机集成一体为半直驱发电机箱的设计相对于公开号CN102889162A的专利仅将增速装置简化为一级增速且简单的与直驱式发电机以联轴器相连的设计而言，从潮流发电装置的基本构成上实现了对潮流发电机组整体结构和体积的缩减。