[发明专利]水平轴潮流能发电系统免旋转接头自动调向装置

说明书

技术领域

    本发明属于可再生能源开发技术领域，涉及海洋水平轴潮流能发电系统中的一种调向装置。

背景技术

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。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。一般来说，最大流速在2m/s以上的水道，其潮流能均有实际开发的价值。

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，故潮流发电存在着一系列的关键技术问题，包括安装维护、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。

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。

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，这样会带来新的问题——输电电缆缠绕的问题。美国发明了旋转接头解决了这个问题，但旋转接头价格昂贵（10万美元），寿命有限，不是长久之计。为了提高效率，自由转向和电缆缠绕成了一对矛盾。

    

发明内容

本发明的目的：不用旋转接头，解决水平轴潮流发电系统自由转向和电缆缠绕的矛盾，换句话说，不用花费昂贵的费用，就可以让水平轴潮流发电系统水轮叶扇会随着潮流自动转向，永远对准潮流的来向，使得发电效率保持在最佳状态，还不会带来电缆的缠绕问题。

本发明是一种适合水平轴潮流发电系统使用的连接构造装置，使之能自动对向海流，同时免去旋转接头，解决输电电缆的缠绕问题。主要构造是一种可以弯曲90度的万向抗扭中空连接体。原理类似于汽车的万向节，但与万向节大大不同，它是由若干个单元构成，且中间是空的，可以让电缆通过。潮流发电过程中，潮流带动透平转动，主轴上会产生巨大的扭矩，功率越大，扭矩越大，只有万向节可以传递巨大的扭矩，还可以灵活的改变方向。发电系统安装发电机及透平后，发电机和透平可以绕此垂直底座的轴线360度任意旋转，以迎接最合适的潮流方向，达到最高的效率。发电机透平旋转时会产生一个极大地扭矩，系统本身需产生相反的扭矩来抵消它，万向抗扭联接单元可以承受极大地扭矩来胜任系统的需求。本装置为等速万向节原理，如果底座接口法兰端固定，发电机及透平接口法兰端就不会发生绕垂直自身法兰接口方向的旋转，因此发电机及透平可以任意360度对向潮流的方向，但不会发生电缆的缠绕问题。

此装置可以非常容易的加装到水平轴潮流能发电系统中，结构简单，机械强度高，性能可靠，抗海水腐蚀，抗拉，抗扭，重量轻，安装容易，使用时仅需要把本装置的一端发电系统相联接，另一端与底座联接。带有电缆水下密封接口。

本发明主要由机械联接部分和电缆联接部分组成：机械联接部分组成主要由若干个中空的万向抗扭连接体构成一个筒形长串，固定一端，另一端可以向各个方向弯曲成90度。扭转一端，另一端也跟着扭转，可以传递巨大的扭矩。在筒形两端有适合机械联接的法兰盘和电缆水下密封接口和自由通道。使用时，用户可以使用本发明装置携带的电缆接口，也可以不使用本装置上的电缆接口转而使用自由通道安装用户自己的电缆。  

本发明主要优点：可以适用于需要调向的水平轴潮流能发电系统中，无论潮流装置安装固定于海底，还是安装于浮体的底部，而浮体通过锚链固定于海上。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（约为旋转接头的1/20），寿命长,体积小，不怕海水腐蚀，使用方便，可实现免维护。

附图说明

附图1是水平轴潮流能发电系统免旋转接头自动调向装置结构示意图；

附图2是水平轴潮流能发电系统免旋转接头自动调向装置结构示意透视图；