[实用新型]一种自调节水轮机装置

说明书

技术领域

本实用新型属于利用潮流能的发电设备，尤其涉及一种适合用于海流速度不高且来流方向频繁变化海域的自调节水轮机装置。

背景技术

潮流能是因潮汐涨落引起海水流动而产生的循环可再生的能量形式。潮流能的利用原理与风力发电相似，其发电装置被形象地比喻为“水下风车”。由于海水的密度为空气的800多倍，较为常见的2m/s的海流能流密度便相当于风速为18.8m/s的8级大风。而且潮流主要是由月球引力作用引起，比太阳辐射不均引起的风能更有规律性。另外与潮汐能相比，潮流能利用还具有投资小、无需建造堤坝、环境负面影响小等优点。开发潮流能，发展可再生能源不仅是未来能源技术储备的战略需要，也是解决海岛地区能源供应短缺的不二选择。

英国的SMD Hydrovision公司设计了一种水下锚泊式的轴流水轮机，命名为TidEL。该水轮机通过两条紧绷的锚系缆线固定于海底，翼形室和转子的浮力提供竖向缆线的张力，使系统在水下保持悬浮状态。特殊设计的变速恒频技术使TidEL在各流速段均能达到最佳水动力性能；其叶片定倾角设计可有效简化涡轮结构，使系统总体成本降低；空心、密封翼形室既可为悬浮装置提供浮力，又可为保持系统平衡提供自调节力矩；锚泊固定方式，使整套装置的柔性增强，易装易挪，且可以完全淹没于水中。然而该系统抵御海洋恶劣环境的能力相对较弱，主要体现为：一、涡轮叶片外围无防护设施，在高速潮流下，旋转叶片有碰触锚系缆线的危险；二、主要依靠翼形室和转子提供的浮力难以抵抗水流冲击造成的倾覆力矩，在海洋复杂环境中，其自调性能力较差。

为此，本申请人提出了一种改进的悬浮发电机，参考专利号为ZL201120112764.1(授权公告号为CN201963461U)的中国实用新型专利《多向适应悬浮型潮流能水轮机》。

本水轮机装置是通过锚系绳固定在水底进行使用，当水流较大时，水轮机装置可能会以锚系绳的固定点作为倾覆力矩的原点，那么在水流冲击力的作用下，将使得水轮机装置的倾覆力矩增大，而此时的抗倾覆力矩不变，使水轮机装置向水下运动，随着水深的增加，水流速度会成梯度递减，以至于发电效率降低，同时还可能伴随着产生倾覆的危险。另外水轮机的重心就是装置各部分及作用于装置的配重的重力的合力的作用点。水轮机的浮心，是水轮机浸入水中部分的体积中心，相当于浮力的作用点，浮漂上部分的体积越大则浮心位置越高。经研究得出，漂浮心在上重心在下，重浮心距离大，则水轮机的稳定性很好。和上述情况相反，自重大、体积小、负重小、浮力位置低的水轮机，浮心和重心位置相距很近，稳定性降低，灵敏度变高，不利于潮流发电。

为实现漂浮心在上重心在下，重浮心距离大这样目的，而对比文件由于整个装置为对称设置，因此浮心位置和重心位置基本接近，同时背景专利水轮机中的上平衡翼直接固定在导流罩上，故自调节性较差，故前述专利所涉及的水轮机还可作进一步改进。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种能使水轮机浮心上移至高于重心位置的自调节水轮机装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种自调节水轮机装置，包括上平衡翼、下平衡翼及设于前述上平衡翼和下平衡翼之间的导流罩，所述导流罩内设有发电机，发电机的定子固定在位于导流罩内的安装架上，而发电机的叶轮能在导流罩内转动，其特征在于：所述上平衡翼与导流罩的上部之间通过燕尾槽结构连接在一起，上平衡翼能相对导流罩轴向滑移，同时，上平衡翼和导流罩之间通过弹簧连接在一起。

上述燕尾槽结构为，所述上平衡翼的下端面固定有连接块，连接块上开有沿轴向设置的燕尾槽，燕尾槽的开口朝下且前后贯穿设置，导流罩上部固定有呈T形的滑块，滑块约束在所述燕尾槽内仅能沿轴向前后滑移，滑块的后部具有向上延伸的连接柱，所述弹簧连接在连接柱和连接块之间。当然连接块和滑块的位置可以互换。

所述上平衡翼的横截面积大于下平衡翼的横截面积。由于上平衡翼的横截面积大于下平衡翼的横截面积，这样上平衡翼受到的浮力大于下平衡翼受到的浮力，使水轮机装置浮心位置上移，高于重心，具有较强的自调节抗倾覆性，整个水轮机装置在潮流中能更为稳定的发电。

上述上平衡翼的长度和下平衡翼的长度相同，而上平衡翼的宽度大于下平衡翼的宽度。其为一种让上平衡翼的横截面积大于下平衡翼的横截面积的形成方式，该方式能是上平衡翼和下平衡翼位于导流罩所在的范围内。

上述导流罩有两个且并排间隔设置，两导流罩之间通过连接杆连接在一起。设置两个导流罩能加强装置的发电效率，而且经试验得知这种导流罩的布局方式更为合理。