水平轴潮流能水轮机偏航调节装置

摘要

一种水平轴潮流能水轮机偏航调节装置,属于海洋可再生能源开发领域。这种偏航调节装置的上塔架通过偏航调节装置设置在固定于底座的下塔架上，两个调节叶片分别对称设置在上塔架的外侧，下塔架依次通过主轴、两个径向轴承、上轴承座与下轴承座与上塔架构成径向回转式连接，在上塔架与下塔架之间设有轴向推力轴承和密封机构。当存在偏航角时，调节叶片产生的扭矩之和非零，非零的扭矩使上塔架和水轮机本体向偏航角减小的方向旋转，直到旋转到偏航角为零的位置时，两个对称调节叶片产生的扭矩大小相等、方向相反，扭矩达到平衡，实现偏航的调节。该偏航调节装置使偏航调节简便、安全与节能,与非机械偏航调节装置相比更加稳定。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水平轴潮流能水轮机偏航调节装置,属于海洋可再生能源开发领域。

技术背景

当今世界各国都非常重视本国能源的储备，将能源作为一项战略物资，同时人们的日常生活也离不开能源，能源存在于人类的衣食住行各个方面。然而，目前化石燃料的严重开采，化石燃料已经出现匮乏的迹象；另一方面由于能源结构的主要组成部分为化石燃料，导致环境污染严重，甚至还是引起全球变暖等一系列问题的重要原因。因此各国将注意力转向了新能源的开发与利用，我国对于新能源的开发和利用尤为重视。我国海洋资源丰富，因此我国对海洋能的开发越来越重视，继太阳能和风能之后，海洋能必将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源。水平轴潮流能水轮机是一种捕获海洋能的重要装置，然而由于潮流方向随时间会发生改变，使水平轴水轮机出现偏航现象，降低水轮机捕获能量的效率。

发明内容

为了避免水平轴潮流能水轮机出现偏航现象，本发明提供了一套水平轴潮流能水轮机偏航调节装置，该调节装置在塔架上对称的安装两对阻力型叶片，有效的利用潮流变向时对阻力型叶片产生的影响，实现纯机械偏航调节。

本发明采用的技术方案如下：一种水平轴潮流能水轮机偏航调节装置，它包括水轮机、塔架和底座，水轮机由叶片、轮毂和机舱连接在一起构成，通过塔架设置在底座上，它还包括一个偏航调节装置，所述塔架分为上塔架和下塔架，上塔架通过偏航调节装置设置在固定于底座上下塔架上，所述偏航调节装置包括两个调节叶片、主轴、上轴承座、下轴承座、两个径向轴承和推力轴承，两个调节叶片分别以上塔架轴线与上塔架轴线垂直相交的水轮机本体轴线构成的平面对称设置在上塔架的外侧，上轴承座与下轴承座固定设置在上塔架的內侧，主轴与下塔架固定连接，下塔架依次通过主轴、两个径向轴承、上轴承座与下轴承座与上塔架构成径向回转式连接，在上塔架与下塔架之间设有轴向推力轴承和密封机构。

所述水轮机为单向旋转单叶轮水平轴潮流水轮机时，两个调节叶片具有相同弯曲弧度的结构。

所述水轮机为正反向旋转双叶轮水平轴潮流水轮机时，两个调节叶片采用直叶片。

所述密封机构采用一个与上塔架端部固定连接的挡圈，挡圈的环形部与轴向推力轴承的外圆及下塔架上端部的外圆相配合，在下塔架上端部的外圆与挡圈环形部的内圆之间设有密封件。

采用上述的技术方案，在潮流来流方向与水轮机本体轴线之间的偏航角为零度时，偏航调节装置此刻不工作。相对于单向旋转单叶轮水平轴潮流能水轮机偏航调节装置而言，当存在偏航角时，水轮机本体轴线与来流方向形成一定的角度，导致水轮机的捕获能量的效率降低，同时塔架上的调节叶片由于来流角度的改变，使对称位置的调节叶片产生的扭矩不同，同时扭矩方向相反，迎流的调节叶片所产生的扭矩大于非迎流调节叶片产生的扭矩，两个调节叶片产生的扭矩之和非零，非零的扭矩使上塔架和水轮机本体向偏航角减小的方向旋转，直到旋转到偏航角为零的位置时，两个对称调节叶片产生的扭矩大小相等、方向相反，扭矩达到平衡，实现偏航的调节。对于正反向旋转双叶轮水平轴潮流能水轮机偏航调节装置，正向旋转时，偏航调节装置和上述原理相同，只是反向旋转的叶轮不工作；当潮流来流逆转方向时，反向旋转叶轮工作，正向旋转叶轮不工作，偏航调节装置与单向旋转单叶轮水平轴潮流能水轮机偏航调节装置工作原理相同。

本发明的有益效果：这种水平轴潮流能水轮机偏航调节装置的塔架分为上塔架和下塔架，上塔架通过偏航调节装置设置在固定于底座的下塔架上，两个调节叶片分别以上塔架轴线与上塔架轴线垂直相交的水轮机本体轴线构成的平面对称设置在上塔架的外侧，下塔架依次通过主轴、两个径向轴承、上轴承座与下轴承座与上塔架构成径向回转式连接，在上塔架与下塔架之间设有轴向推力轴承和密封机构。当存在偏航角时，调节叶片产生的扭矩之和非零，非零的扭矩使上塔架和水轮机本体向偏航角减小的方向旋转，直到旋转到偏航角为零的位置时，两个对称调节叶片产生的扭矩大小相等、方向相反，扭矩达到平衡，实现偏航的调节。既可以对单向旋转单叶轮水平轴潮流能水轮机进行偏航调节，也可以对正反向旋转双叶轮水平轴潮流能水轮机进行偏航调节。该偏航调节装置实现了机械式偏航调节，使偏航调节更加简便、安全与节能。与非机械偏航调节装置相比，机械式偏航调节装置更加稳定。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为一种水平轴潮流水轮机偏航调节装置的主视图。

图2为单向旋转单叶轮水平轴潮流水轮机偏航调节装置的侧视图。

图3为图2中的I放大图。

图4为图2中的A-A视图。

图5为正反向旋转双叶轮水平轴潮流水轮机偏航调节装置的侧视图。

图6为图5中的B-B视图。

图中：1、叶片，2、轮毂，3、上塔架，4、调节叶片， 5、下塔架，6、基座，7、机舱，8、主轴，9、上轴承座，9a、下轴承座，10、径向轴承，11、轴承定位套，12、挡圈固定螺栓，13、挡圈，14、轴向推力轴承，15、密封件。

具体实施方式

图1示出了一种水平轴潮流能水轮机偏航调节装置的主视图，单向旋转单叶轮水轮机和正反向旋转双叶轮水轮机都可以表示为此图。叶片1连接在轮毂2上，轮毂2和机舱7连接，机舱7固定在上塔架3顶端，上塔架3的下端左右两侧安装有对称的两个调节叶片4，上塔架3与下塔架5相连接，下塔架5固定在基座6上。

图2、3和4示出了一种单向旋转单叶轮水平轴潮流能水轮机偏航调节装置的结构图。由叶片1和轮毂2组成水轮机的叶轮，叶轮与机舱7连接在一起，构成水轮机本体结构。水轮机本体通过机舱7固定在上塔架3上形成一个整体，上塔架3与下塔架5之间安装偏航调节装置，为了减小叶片1旋转扰乱的水流对调节叶片4的影响，在上塔架3下端安装一套对称设置的调节叶片4，在偏航调节时，水轮机本体及上塔架3与下塔架5发生相对旋转，因此上塔架3与下塔架5之间设置了一套轴承机构，主轴8固定在下塔架5上，上塔架3内部固定上轴承座9和下轴承座9a，在上轴承座9、下轴承座9a与主轴8之间设有径向轴承10，径向轴承10之间安装一个轴承定位套11，防止两径向轴承10沿轴向运动，在上塔架3底端用挡圈固定螺栓12固定一个挡圈13，挡圈13既可以作为轴承的限位部件，也可以作为保护外套，避免上塔架3与下塔架5之间安装的推力轴承14受到海水的腐蚀，推力轴承14避免了上塔架3与下塔架5形成强烈的端面摩擦。挡圈13与下塔架5之间固定一套密封件15，防止海水渗入。最后下塔架5固定在基座6上，形成整套海底水轮机，水轮机可以作为发电或海水淡化的原动机。

图5、6示出了一种正反向旋转双叶轮水平轴潮流能水轮机偏航调节装置的结构图。机舱7的两端各安装一个叶轮，在机舱7的中间位置处与上塔架3固定连接，两个调节叶片4分别以上塔架轴线与上塔架轴线垂直相交的水轮机本体轴线构成的平面对称固定安装在上塔架3的外侧，调节叶片4为直叶片，上塔架3通过塔架内部的轴承机构与下塔架5连接，轴承机构与单向旋转单叶轮水平轴潮流能水轮机中的轴承机构相同，下塔架5固定在基座6上。