一种自适应稳定对流的水平轴潮流能水轮机的制作方法

1.本发明属于潮流发电技术领域，具体涉及一种自适应稳定对流的水平轴潮流能水轮机。


背景技术：

2.随着传统化石燃料的不断枯竭，能源供求关系日益紧张，地球上有大约71%的面积被海洋覆盖，宽阔的海洋中藏有丰富的矿产资源和巨大的海洋能。潮流能是海洋可再生能源的一种，具有稳定、规律、不受天气影响、易于获取且储量巨大等特点。水轮机作为潮流能发电装置捕获能量的核心部件，其获能效率以及可靠性是潮流能发电领域的研究热点。水平轴水轮机因具有能量转换效率高、自启动性能好等特点而成为世界上潮流能发电装置的主要形式之一。
3.在追求高获能效率的同时，如何有效利用双向潮流能是水平轴潮流能水轮机设计中的难题。常用水平轴水轮机为适应双向潮流流向的改变，多采用电动或液压式变桨机构或整体偏航机构，但其存在结构复杂、可靠性低、耗能大等问题。颇具特色的中国专利（cn101798983a）所公开的自变距双向流海流电站专用透平采用对称翼型叶片在水流作用下被动变桨距以适应双向潮流流向的改变，虽避免了上述问题，但其获能效率偏低。
4.为了兼顾获能效率和双向潮流自适应，中国专利（cn102374104a）公开了海洋潮流能水平轴自补偿双向整体调向发电装置，其通过对称翼型尾舵在水流作用下产生的力矩使水轮机跟随双向潮流流向的变化。但该装置中的水轮机无法稳定对流，其偏航将直接影响水轮机获能效率，而且水轮机和尾舵的上下摆动会导致整个装置的振动加剧。此外，该装置中的水轮机可绕旋转轴360
゜
旋转，存在电缆缠绕的隐患。
5.因此，为进一步提高水平轴潮流能水轮机的获能效率和基于尾舵自适应对流的结构稳定性，有必要对其结构设计进行优化和改进。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了解决上述问题，而提供了一种自适应稳定对流的水平轴潮流能水轮机；一种自适应稳定对流的水平轴潮流能水轮机，它包括：发电部分、自适应稳定对流结构部分、支撑结构部分；发电部分通过自适应稳定对流结构部分与支撑结构部分连接；所述的发电部分包括：水轮机1、发电机2；水轮机1与发电机2主轴直接连接。
7.所述的自适应稳定对流结构部分包括：转向轴3、对流限位装置4、发电机支架5、尾杆6、尾舵8；发电机2固定在发电机支架5上；对流限位装置4内嵌轴承17，转向轴3通过内嵌轴承17与对流限位装置4连接；转向轴3一端固定发电机支架5上，转向轴3另一端与尾杆6上端固定连接；尾舵8设在尾杆6的下端。
8.所述的对流限位装置4，它包括：轴承17、轴承座14、电磁吸附装置11、限位板18、触发磁铁16；轴承17的内圈套在转向轴3上，轴承17的外圈嵌套于轴承座14内；轴承座14上端
固定连接电磁吸附装置11；限位板18固定连接于转向轴3上；触发磁铁16固定于转向轴3的两侧。
9.所述的电磁吸附装置11包括：基板12、电磁铁15、控制器13；基板12下表面的一侧与轴承座14上端面固定连接，另一侧固定两个电磁铁15；控制器13位于两个电磁铁15中间，并且固定于基板12下表面；控制器13通过触发磁铁16的磁力和发电机2输出的电信号控制电磁铁15的通断，进而通过限位板18使所述水轮机1稳定对流。
10.所述的支撑结构部分包括：u型支架7、竖直支柱9、底座10；u型支架7固定在对流限位装置4的下端；竖直支柱9一端与u型支架7连接，另一端与底座10连接。
11.本发明提供了一种自适应稳定对流的水平轴潮流能水轮机，它包括：发电部分、自适应稳定对流结构部分、支撑结构部分；发电部分通过自适应稳定对流结构与支撑结构连接；自适应稳定对流结构部分包括发电机支架、转向轴、对流限位装置、尾杆和尾舵。发电机支架固定连接发电机；转向轴一端固定发电机支架，另一端沿轴线穿过对流限位装置内嵌轴承，与尾杆上端固定连接；尾杆的下端与尾舵固定连接；支撑结构部分包括u型支架、竖直支柱和底座；u型支架与对流限位装置的下端固定连接；竖直支柱一端与u型支架连接，另一端与底座连接；本发明能有效解决水轮机的整体换向问题，且具有结构原理简单、对流稳定、可靠性高等特点，可以高效地捕获双向潮流能。
附图说明
12.图1为本发明的结构示意图；图2为对流限位装置结构示意图；图3为本发明的对流过程示意图；（图中：1.水轮机，2.发电机，3.转向轴，4.对流限位装置，5.发电机支架，6.尾杆，7.u型支架，8.尾舵，9.竖直支柱，10.底座，11. 电磁吸附装置，12. 基板，13.控制器，14. 轴承座，15. 电磁铁，16. 触发磁铁，17. 轴承，18. 限位板）。
具体实施方式
13.下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
14.实施例1一种自适应稳定对流的水平轴潮流能水轮机参见图1至图3所示，一种自适应稳定对流的水平轴潮流能水轮机，它包括：发电部分、自适应稳定对流结构部分、支撑结构部分；发电部分通过自适应稳定对流结构部分与支撑结构部分连接；所述的发电部分包括：水轮机1、发电机2；水轮机1与发电机2主轴直接连接；水轮机1与发电机2的主轴连接，即发电机2通过水轮机1直驱；省去了增速结构，减少了维护工作，提高了发电机传动系统的可靠性；所述的自适应稳定对流结构部分包括：转向轴3、对流限位装置4、发电机支架5、尾杆6、尾舵8；所述的对流限位装置4，它包括：轴承17、轴承座14、电磁吸附装置11、限位板18、触发磁铁16；所述的轴承17的内圈套在转向轴3上，轴承17的外圈嵌套于轴承座14内；轴承座14
上端固定连接电磁吸附装置11；限位板18固定连接于转向轴3上；触发磁铁16固定于转向轴3的两侧；所述的电磁吸附装置11包括：基板12、电磁铁15、控制器13；基板12下表面的一侧与轴承座14上端面固定连接，另一侧固定两个电磁铁15；控制器13位于两个电磁铁15中间，且固定于基板12下表面；所述的控制器13通过触发磁铁16的磁力和发电机2输出的电信号控制电磁铁15的通断，进而通过限位板18使所述水轮机1稳定对流；所述的发电机2固定在发电机支架5上；流限位装置4内嵌轴承17，转向轴3通过内嵌轴承17与流限位装置4连接；转向轴3一端固定发电机支架5上，转向轴3另一端与尾杆6上端固定连接；尾舵8设在尾杆6的下端；所述的尾舵8在水流作用下相对于转向轴3的轴心线产生力矩，使所述水轮机1在水平180
゜
范围内绕转向轴3的轴心线往复转动对流；当一侧来流时，通过对流限位装置将发电部分保持稳定正向迎流，可以高效地捕获潮流能；所述的支撑结构部分包括：u型支架7、竖直支柱9、底座10；所述的u型支架7固定在对流限位装置4的下端；竖直支柱9一端与u型支架7连接，另一端与底座10连接；u型支架7的跨度略大于发电机2的直径；竖直支柱9为单立柱，竖直支柱9支撑u型支架7；采用单立柱支撑u型支架7后，不存在因底座10不平稳带来的轴承17同心度差和形变所导致的自适应对流阻尼显著增加的问题。
15.本发明的工作原理如下：参见图3所示，当正向来流时，随着流速的增加，水轮机1状态开始由图3（b）到图3（a）变化，该过程中尾舵8在水流的作用下产生升力，升力相对转向轴3的轴心线产生的力矩使得发电部分绕转向轴3的轴心线逆时针旋转，水轮机1旋转平面逐渐由顺流方向调整为迎流；此时，触发磁铁16触发控制器13中的磁控开关进而接通电磁铁15产生磁力吸附限位板18，使水轮机1旋转平面稳定对流；当流速高于水轮机1的启动流速时，水轮机1开始旋转发电，此时水轮机1处于正向稳定对流发电状态；当流速减小至低于水轮机1工作流速时，水轮机1停止转动，此时控制器13没有检测到发电机2输出电信号，将电磁铁15断电，限位板18与电磁铁15分开；随着流速的持续减小，尾舵8产生的升力矩逐渐减小，在其相对于转向轴3的轴心线产生的重力矩作用下，水轮机1状态开始由图3（a）到图3（b）变化，水轮机1旋转平面逐渐恢复至无流时的顺流状态；反向来流就是正向来流的逆过程，当流速增加时，水轮机1状态由图3（b）到图3（c）变化，当流速减小时，水轮机1状态由图3（c）到图3（b）变化，这样整个装置可以在往复流中随着潮流的方向改变而自适应调整水轮机迎流，从而高效地捕获双向潮流能。