固定于水底的潮流能发电装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种固定于水底的潮流能发电装置，包括外框架、至少三个内框架、至少三个水平轴水轮发电机、至少三根转轴、多根外套管和多根内套管。至少三个内框架可分离地设置于外框架内。至少三个水平轴水轮发电机分别设置于至少三个内框架内。至少一个水平轴水轮发电机对应安装于每根转轴，至少一根转轴对应安装于每个内框架。至少三个驱动单元分别连接转轴以驱动转轴转动。多根外套管固定于外框架。每根内套管的一部分连接对应的外套管的底端和水底。
【专利说明】固定于水底的潮流能发电装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于海洋能发电领域，尤其涉及一种固定于水底的潮流能发电装置。
【背景技术】
[0002]潮流能发电装置共有两种固定方式，一种是通过钢缆、浮筒等结构固定悬浮在水中，另一种是通过打桩方式固定于水底。这两种固定方式由于是将发电装置固定于水中的不同的位置，因此其施工方法完全不同，相应的潮流能发电装置的结构也大相径庭。
[0003]现有的将潮流能发电装置固定于水底的施工方法主要是通过施工人员在水底进行爆破、夯击预制混凝土桩进行固定。然而，为了保证潮流能发电装置的发电效率，通常需要将发电装置设置在水流很急的地方。由于水流速度非常快，水下施工不但可靠性低，施工人员也会非常危险。
[0004]不同于其他领域中桩是施工和使用在较平静的水域，并且这些桩只起到轴向支撑和固定作用，在潮流能发电领域中，由于水流会产生非常大的径向冲击力，为了保证桩的牢靠度，每根桩的横截面积必须要得到保证。换言之，横截面积非常大的桩才能保证潮流能发电装置不被湍急的水流干扰，使其完全固定在水底。然而，增加了桩的横截面积，使得桩的迎水面积也大幅度增加，即增加了每个桩承受水流冲击力的受力面积。由于迎力面积增大，反而降低甚至抵消了加粗桩带来的牢固度，并且施工难度也大大增加。因此，现有的固定于水底的潮流能发电装置都存在固定不牢靠，施工复杂、危险、成本太高的问题。现有的潮流能发电装置由于受到施工方法的制约，无法大型化，成本居高不下，造成了人类无法突破的潮流能发电装置商业化运营的技术壁垒。
[0005]由于海洋环境复杂，水中阻力大，传统的潮流能发电装置的安装都要在海里进行，困难度高，费用庞大。另外，由于发电装置长期接触海水，在海水的长期侵蚀和巨大冲击力下，潮流能发电装置使用一段时间后就要定期进行维修或更换。然而传统的潮流能发电装置的维修和更换也均在海里进行，困难度高，成本巨大。甚至，因为部分组件的损坏，导致整个潮流能发电装置的报废，这是潮流能发电装置高成本的重要原因之一，也是造成现有的潮流能发电装置无法大规模化、商业化运营的直接原因。
[0006]尤其是水平轴水轮发电机，由于其所有设备(包括叶轮和发电机)均在水下，因此水平轴水轮发电机的维修更加困难，成本更高。因此，即便水平轴水轮发电机的发电效率高于垂直轴水轮发电机，但水平轴水轮发电机仍然无法商业化。然而，目前海洋能发电领域的技术人员都忽略了对维修方式的改进。
[0007]另外，传统的潮流能发电装置一般只采用一个至多两个水轮发电机。然而只采用一个或两个水轮发电机，为了提高发电功率，通常叶轮的直径需要制造得很大，这样会大大降低叶轮的转速，同时增大扭矩，导致中心轴和齿轮箱之间的摩擦加大，中心轴和齿轮箱的成本攀高。另外，整个发电装置的规模也会受到限制，发电装置的成本会居高不下，制约了潮流能发电装置的发展。
[0008]但是，目前海洋能发电领域的技术人员都存在着技术偏见，只着重于研发如何将水轮发电机的叶轮部分做大或者对叶轮叶片的结构进行改进以提高单个水轮发电机的发电功率。目前本领域没有任何人研究如何在不改变叶轮的前提下，提高发电功率且降低成本以适合商业运用。
实用新型内容
[0009]本实用新型为了克服现有技术的不足，提供一种固定于水底的潮流能发电装置。
[0010]为了实现本实用新型的一目的，本实用新型提供一种固定于水底的潮流能发电装置，包括外框架、至少三个内框架、至少三个水平轴水轮发电机、至少三根转轴、多根外套管和多根内套管。至少三个内框架可分离地设置于外框架内。至少三个水平轴水轮发电机分别设置于至少三个内框架内。至少一个水平轴水轮发电机对应安装于每根转轴，至少一根转轴对应安装于每个内框架。至少三个驱动单元分别连接转轴以驱动转轴转动。多根外套管固定于外框架。每根内套管的一部分连接对应的外套管的底端和水底。
[0011]于本实用新型的一实施例中，固定于水底的潮流能发电装置还包括至少三个导流罩，固定于内框架或外框架，导流罩对应地位于水平轴水轮发电机沿水流方向的上游。
[0012]于本实用新型的一实施例中，导流罩为直径逐渐减小的圆筒状。
[0013]于本实用新型的一实施例中，潮流能发电装置还包括呈轴对称设置的至少六个导流罩，固定于内框架或外框架，导流罩分别位于水平轴水轮发电机沿水流方向的上游和下游。
[0014]于本实用新型的一实施例中，固定于水底的潮流能发电装置还包括可调节浮力的浮体，固定于外框架。
[0015]于本实用新型的一实施例中，外框架还具有多个减小水流阻力结构，多个减小水流阻力结构位于多根外套管的迎水侧。
[0016]于本实用新型的一实施例中，每根内套管的外壁标识有刻度。
[0017]于本实用新型的一实施例中，每根内套管的侧壁具有多个卸浆孔。
[0018]于本实用新型的一实施例中，每根外套管具有止挡件，止挡件位于外套管的内壁上。
[0019]于本实用新型的一实施例中，内套管包括相互分离的第一内套管和第二内套管。
[0020]于本实用新型的一实施例中，固定于水底的潮流能发电装置还包括至少两个栅栏，设置于内框架或外框架，至少两个栅栏分别位于水平轴水轮发电机沿水流方向的上游和下游。
[0021]于本实用新型的一实施例中，固定于水底的潮流能发电装置还包括固定钢缆，固定钢缆的一端固定于外框架。
[0022]综上所述，本实用新型提供的固定于水底的潮流能发电装置，所有的人力施工作业都在水上进行，杜绝了现有的水下作业，降低了施工难度，提高了施工人员的安全性，也大幅度减少了施工成本，有效地推广了潮流能发电装置的商业应用。本实用新型的外框架和外套管，形成了 “天然的打桩平台”，无需额外设置桩的固定结构，即可有效且牢靠地将潮流能发电装置固定于水底。本实用新型的内套管既起到调节水平的作用又能辅助打桩。本实用新型的发电装置具有至少三个内置模块，水平轴水轮发电机可形成阵列化排布。相比传统的潮流能发电装置，本实用新型在保障甚至提高发电功率的同时，解决了传统潮流能发电装置中单个水轮发电机需要大型化从而产生的高成本的问题。通过设置可分离的内框架和外框架，从而实现发电装置的模块化组装和替换，大幅度降低维修和安装费用，克服了传统潮流能发电装置无法商业化、大规模化的难题。通过设置可转动的安装轴，使得无论水流朝哪个方向流入，水平轴水轮发电机的叶轮始终朝向水流，从而确保最大的发电功率。尤其适用于利用潮汐能进行发电。
[0023]另外，通过在外框架设置浮体，克服了现有技术中必须起吊发电装置导致发电装置无法大型化的弊端，创新地在水中移动发电装置至安装点，大幅度降低施工成本。本实用新型实施例提供的固定于水底的潮流能发电装置通过在上下游设置至少两个栅栏，保护设置其内的水平轴水轮发电机不受海里垃圾的损害，延长水平轴水轮发电机的使用寿命。
[0024]为让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1所示为根据本实用新型第一实施例提供的固定于水底的潮流能发电装置的俯视图。
[0026]图2所示为根据本实用新型第一实施例提供的固定于水底的潮流能发电装置未打桩时的正视图。
[0027]图3所示为根据本实用新型第一实施例提供的固定于水底的潮流能发电装置中栅栏的示意图。
[0028]图4所示为根据本实用新型第一实施例提供的部分外框架和外套管的示意图。
[0029]图5所示为根据本实用新型第一实施例提供的将潮流能发电装置固定于水底的打桩流程示意图。
[0030]图6所示为根据本实用新型第二实施例提供的将潮流能发电装置固定于水底的施工方法的打桩流程示意图。
【具体实施方式】
[0031]图1所示为根据本实用新型第一实施例提供的固定于水底的潮流能发电装置的俯视图。图2所示为根据本实用新型第一实施例提供的固定于水底的潮流能发电装置未打桩时的正视图。图3所示为根据本实用新型第一实施例提供的固定于水底的潮流能发电装置中栅栏的示意图。图4所示为根据本实用新型第一实施例提供的部分外框架和外套管的示意图。图5所示为根据本实用新型第一实施例提供的将潮流能发电装置固定于水底的打桩流程示意图。请一并参考图1至图5。
[0032]于第一实施例中，固定于水底的潮流能发电装置100包括外框架11、至少三个内框架12、至少三个水平轴水轮发电机2、至少三根转轴3、至少三个驱动单元4、多根外套管5和多根内套管6。
[0033]多根外套管5固定于外框架11。于实际应用中，外框架11由钢材焊接而成，外套管5为圆钢管，通过焊接方式固定在外框架11上。每根内套管6的一部分连接对应的外套管5的底端和水底F。如图4所示,于实际应用中,有些外套管5的轴向A垂直于水平面P,另一些外套管5的轴向A与水平面P不垂直，即为倾斜的外套管5。当整个外框架11固定于水底F时，倾斜的外套管5将位于外框架11的上游和下游，从而加大外框架11位于水底的稳定度。
[0034]于本实施例中，外框架11还包括至少一个平台111，平台111的长度方向平行于水流方向D，外套管5的数量为至少四个，至少四根外套管5分别设置于平台111的四个顶角。通过设置平台111，增加了整个外框架11的固定面积，提高了外框架11固定于水底F的牢固度。于本实施例中，外框架11包括两个平台111。平台111沿水平轴水轮发电机2排列组成的直线对称设置。
[0035]于本实施例中，外框架11还具有多个减小水流阻力结构112，多个减小水流阻力结构112位于多根外套管5的迎水侧。通过设置减小水流阻力结构112于外套管5的迎水侦牝大大减小了外套管5 (之后在此处就形成桩)承受水力冲击的受力面积，同时大幅度提高了后续形成的桩的稳定度。于本实施例中，减小水流阻力结构112与外框架11的本体为一体成型。
[0036]减小水流阻力结构112只需要设置在位于最外侧的外套管5的迎水侧即可。由于潮流方向有涨潮和落潮，因此，如图1所示，减小水流阻力结构112位于外框架11的最上边和最下边。位于中间的外套管5，由于有两侧外套管5的阻挡，无需设置减小水流阻力结构112。于本实施例中，外套管5的数量为二十个，减小水流阻力结构112为十六个，减小水流阻力结构112的数量小于外套管5的数量。然而，本实用新型对外套管5和减小水流阻力结构112的数量不作任何限定。于其他实施例中，外套管5可仅有四个，分别位于外框架11的四个顶角，减小水流阻力结构112的数量也相应地为四个。
[0037]以图1中从左数第二列四根外套管5为例，由于外套管5排成了平行于水流方向D的一列，因此位于下游的外套管5承受的水流冲击力会在位于上游的外套管5的阻挡后大大减小。经过实验后发现，若不具有减小水流阻力结构112，在水流速度不变的情况下，四根外套管5承受的水流冲击力之和为一根裸露于水中的外套管5承受的水流冲击力的2.6倍左右。然而，在外框架11上设置有减小水流阻力结构112后，四根外套管5承受的水流冲击力之和仅为一根裸露于水中的外套管5承受的水流冲击力的30%。
[0038]于本实施例中，减小水流阻力结构112的截面为三角形。然而，本实用新型对减小水流阻力结构112的具体形状和结构不作任何限定。于其他实施例中，该减小水流阻力结构可制造为流线型。
[0039]于本实施例中，固定于水底的潮流能发电装置100还包括可调节浮力的浮体7，固定于外框架11。于本实施例中，浮体7的设置方向平行于水流方向D，部分外套管5优选地位于两个浮体7之间。通过这种设置，浮体7将外套管5 “包裹”其中，进一步减小外套管5承受的水流冲击力。
[0040]至少三个内框架12可分离地设置于外框架11内。至少三个水平轴水轮发电机2分别设置于至少三个内框架12内。于本实施例中，内框架12上可设有卡勾，外框架11上可设有卡槽，内框架12通过卡勾和卡槽的相互卡合嵌入到外框架11内。然而，本实用新型对内框架12与外框架11之间的固定方式不作任何限定。
[0041]本实用新型通过内框架12的阵列设置使得水平轴水轮发电机2呈阵列式分布。通过提高水平轴水轮发电机2的数量，使得每个水平轴水轮发电机2的叶轮都无需做大。在提高整个发电装置的发电功率的前提下，大幅度降低了水平轴水轮发电机2的制造成本且延长水平轴水轮发电机2的使用寿命，克服了传统技术中只把研发重点放在做大单个水轮发电机规模的技术偏见。
[0042]一个内框架12和一个水平轴水轮发电机2共同形成内置模块。换言之，每个内置模块具有一个内框架12和至少一个水平轴水轮发电机2。于实际应用中，可先将水平轴水轮发电机2固定在内框架12内，然后将至少四个内框架12分别固定在外框架11内，从而实现水平轴水轮发电机2的模块化安装以及阵列式分布。如此大大简化安装程序，减少安装时间，降低海洋中安装难度。
[0043]水平轴水轮发电机2的轴线方向平行于水平面P。水平轴水轮发电机包括叶轮21和发电机22，水平轴水轮发电机2的轴线方向为水平轴水轮发电机的叶轮21的轴线方向。于本实施例中，水平轴水轮发电机2为二片叶轮发电机、三片叶轮发电机或四片叶轮发电机中的任一种或其任意组合。然而，本实用新型对水平轴水轮发电机的叶轮21的叶片数量不作任何限定。
[0044]由于水平轴水轮发电机2的叶轮21和发电机22全部在水下，因此，若水平轴水轮发电机2发生故障，传统的潮流能发电装置将需要在海里进行维修。这样维修非常困难且费用庞大。然而，本实用新型的固定于水底的潮流能发电装置100可直接将内置模块从海中取出进行维修或更换，实现固定于水底的潮流能发电装置100的快速更换和维修，大大降低了维修成本，使得固定于水底的潮流能发电装置100的商业化得以实现。
[0045]至少一个水平轴水轮发电机2对应安装于每根转轴3，至少一根转轴3对应安装于每个内框架12。至少三个驱动单元4分别连接转轴3以驱动转轴3转动。本实施例中，转轴3的轴线方向垂直于水平面P。然而，本实用新型对此不作任何限定。于其它实施例中，转轴3的轴线方向可平行于水平面P。一个内框架12与对应的转轴3和水平轴水轮发电机2共同形成内置模块。于本实施例中，两个水平轴水轮发电机2对应安装于一根转轴3，一根转轴3对应于一个内框架12。然而，本实用新型对此不作任何限定。于其它实施例中，一个内置模块可具有多根转轴3和多个水平轴水轮发电机2。
[0046]通过设置可转动的转轴3，使得无论水流朝哪个方向流入，水平轴水轮发电机2的叶轮21始终朝向水流,从而确保最大的发电功率。由于涨潮和落潮的水流方向相反，因此具有可转动转轴2的固定于水底的潮流能发电装置100尤其适用于利用潮汐能进行发电。于本实施例中，如图1所示，内框架12的俯视横截面为中间具有横梁的矩形。转轴3的两端可转动地设置于中间的横梁上。
[0047]于实际应用中，当水流沿图1中所示的水流方向D流向固定于水底的潮流能发电装置100，驱动单元4不运作。此时，水平轴水轮发电机2的叶轮21面向水流。当水流沿水流方向D相反的方向(从图1中看去为由上往下)流向固定于水底的潮流能发电装置100，驱动单元4驱动转轴3转动，从而带动水平轴水轮发电机2旋转180度，使得叶轮21从朝下改为朝上，以保证水平轴水轮发电机2的叶轮21始终朝向水流。此种情况尤其适用于利用潮汐能发电，确保了最大的发电功率。
[0048]于本实施例中，固定于水底的潮流能发电装置100还包括至少三个导流罩8，固定于内框架12或外框架11，导流罩8对应地位于水平轴水轮发电机2沿水流方向D的上游。优选地，固定于水底的潮流能发电装置100还包括呈轴对称设置的至少六个导流罩8，固定于内框架12或外框架11，导流罩8分别位于水平轴水轮发电机2沿水流方向D的上游和下游。
[0049]于本实施例中，导流罩8为直径逐渐减小的圆筒状。具体而言,每两个导流罩8沿内框架12中间的横梁呈轴对称。如图1所示，位于图中上方的导流罩8，其直径由上而下递减，位于下方的导流罩8，其直径由下而上递减。通过设置导流罩8，将水流都集中导向水平轴水轮发电机2，使得水平轴水轮发电机2的叶轮21受力更大、转速更快,从而提高发电效率。然而，本实用新型对导流罩8的数量和形状不作任何限定。于其它实施例中，导流罩8可先为方形然后直径减小过渡为圆筒状。
[0050]于本实施例中，固定于水底的潮流能发电装置100还包括至少两个栅栏92，两个栅栏92设置于内框架12或外框架11 (图1中未绘出)，至少两个栅栏92分别位于水平轴水轮发电机2沿水流方向D的上游和下游。栅栏92垂直于水流方向D且垂直于水平面P。通过设置栅栏92，可有效地避免海底垃圾卷入水平轴水轮发电机2，从而实现对水平轴水轮发电机2的保护，延长水平轴水轮发电机2的使用寿命。如图3所示，栅栏92具有格子型纹路。然而，本实用新型对此不作任何限定。
[0051]以下结合将本实施例提供的潮流能发电装置100固定于水底的施工方法来具体说明本实用新型的潮流能发电装置如何使得施工更加安全、方便、牢靠。
[0052]首先，制作外框架11，将多根外套管5固定于外框架11，分别在多根外套管5的迎水侧位置一体成型多个减小水流阻力结构112，将多根内套管6对应地插入多根外套管5内，将浮体7固定于外框架11，这些都是在岸上进行。于本实施例中，每根内套管6包括相互分离的第一内套管61和第二内套管62。将第一内套管61插入外套管5内，第二内套管62暂不插入。外套管5的内径仅略大于第一内套管61的外径。
[0053]然后，将外框架11置入水中，在水中拉动外框架11至安装地点。于实际应用中，由于潮流能发电装置100要保证高效的发电，因此潮流能发电装置100的安装地点需要选在水流速度较大的水域，安装地点距离岸边会有不短的距离。
[0054]于现有技术中，是先用船将整个发电装置装载运输到安装地点，然后再通过浮吊船将发电装置吊入水中，沉入水底。由于发电装置需要长期浸泡在水中并且要承受水流的冲击，为了增加发电装置在水底的稳固度，其框架大部分采用钢筋和混凝土制成，通常整个装置会建造的非常重。然而，世界上浮吊船能起吊的最大重量仅有3000吨。换言之，由于期间运载工具和起吊工具承受的是整个发电装置的重力，因此发电装置的规模将受到浮吊船等工具能够承受的最大负荷的制约。受到浮吊船的限制，潮流能发电装置的整个重量都必须控制在3000吨以内。为确保浮吊船安全稳定的起吊和放下，潮流能发电装置的重量最好远低于3000吨，这极大地制约了现有潮流能发电装置的大型化发展。
[0055]另外，将潮流能发电装置固定在水底，顾名思义，发电装置要沉下去，因此，现有技术中根本没有任何人想到在外框架中增加任何会产生浮力的东西。然而，本实用新型虽然提供的是固定于水底的潮流能发电装置100，但创新地在外框架11中设置浮体7，使整个潮流能发电装置100能先悬浮于水中，然后可在水中水平移动外框架11，轮船等工具很容易地就能将整个装置拖到安装地点。
[0056]于本实施例中，固定于水底的潮流能发电装置100还包括固定钢缆91，固定钢缆91的一端固定于外框架11。当到达安装地点后，将固定钢缆91的另一端固定，拉紧固定钢缆91以固定外框架11平行于水平面的横向位置。具体而言，在岸上和水中设置有多个固定塔，固定钢缆91的两端分别固定于固定塔和外框架11。
[0057]接着，通过浮体7调节外框架11的水平。当通过固定钢缆91初步固定了外框架11的水平位置后，接下来利用水平仪，检测外框架11的水平状态。若外框架11不水平，可直接通过灌入水来调节调节两侧浮体7的浮力进行水平调节。
[0058]调完外框架11的水平之后，将每根第一内套管61的一端沿外套管5的轴向A沉入水底F，另一端伸出于水面。此时，第一内套管61的一部分连接对应的外套管5的底端和水底F。接着放松固定钢缆91，朝浮体7中灌入水以卸掉浮体7的浮力，使外框架11沉入水底F。
[0059]于本实施例中，第一内套管61的外壁标识有刻度(图未不)。因此,通过读取第一内套管61外面的刻度变化数值，即可知各处水深并判断下沉后外框架11的水平状态。由于外框架11在下沉之前已经调整为水平状态，因此，若每根第一内套管61沉入水底后显示的刻度数值不一致，证明水底相应处是不平整的。数值改变越大，证明此处水底越深。若外框架11下沉，则必然外框架11会位于一个不水平的状态。
[0060]当发现外框架11不水平后，调整外框架11的水平。具体而言，于本实施例中，第一内套管61的一端通过卷扬机和外框架11相固定。当一侧的外框架11偏低时，此时可驱动卷扬机，使其抬起这一侧的外框架11，当在水面上读取到达第一内套管61的特定数值后，即表示外框架11水平，此时停止卷扬机9的继续调节。然而，本实用新型对调整外框架11的水平的方式不作任何限定。于其它实施例中，可通过设置千斤顶实现外框架11的水平调节。通过在第一内套管61的外壁标识刻度，施工人员可以直观且迅速地判断整个外框架11包括平台11是否水平，从而指导进一步的施工。然而，本实用新型对此不作任何限定。当第一内套管61外没有刻度时，仍可通过实际测量第一内套管61沉入水中的深度判断外框架11的水平状态。
[0061]调整完外框架11的水平后，开始进行打桩作业。由于水底F不平，第一内套管61在沉入水中后，第一内套管61的底部并不能够和水底F全部接触。首先用桩捶伸入第一内套管61内向水底F进行锤击,捶出坑后,将第一内套管61往下压,使第一内套管61的底部稍微嵌入到水底F下。此时，除了顶部开口外，第一内套管61内形成了一个基本密闭的空间，如此完成开钻前准备。
[0062]然后将钻孔机伸入第一内套管61内，沿轴向朝水底F的基岩层进行钻孔，一直钻到符合施工要求的深度，形成桩孔52。于实际应用中，桩孔52的深度在6m左右，这样才能使桩基嵌入到基岩层，使得形成的桩更加稳固。随后取出第一内套管61，将第二内套管62从外套管5内置入,第二内套管62连接外套管5的底端和水底钻孔的地面上端,再一次形成密闭的空间。然后在外套管5内放入钢筋笼54或者钢管型材，朝外套管5内灌注混凝土，形成钢筋混凝土灌注桩。
[0063]由于水底不平，外框架11沉入水底F后，外套管5的底端也肯定不会全部碰触到水底F。因此，如果没有第一内套管61，将无法连接外套管5的底端和水底F形成密闭空间，阻挡外面的水流和石块，也就无法实现钻孔。同时，钻出的泥土和石块通过第一内套管61内被吸走，从第一内套管61上端开口排出。第一内套管61拔出后，在打桩时设置第二内套管62，仍然保证在水下形成密闭空间，防止混凝土外泄，使得混凝土灌注桩得以形成。在形成桩时如果不拔走第一内套管61，直接在第一内套管61内灌注混凝土，由于第一内套管61和外套管5之间存在间隙，则会造成外套管5和混凝土桩之间存在间隙，使二者不能有效地结合固定在一起，最终造成外框架11会相对混凝土桩向下滑动。本实施例内套管6包括的第一内套管61和第二内套管62相互独立且长短不同。
[0064]于本实施例中，潮流能发电装置还包括固定板53，固定板53与外套管3相焊接。于实际应用中，固定板53为圆形钢板，将其焊接在外套管3的内壁上，置于混凝土桩的顶端。由于外框架11的重量非常重(高达3000多吨)，但是外套管5为圆钢筒，与混凝土桩之间的摩擦力较小，长期使用后，外套管5会相对混凝土桩发生滑动，造成外框架11不断下沉，甚至产生倾斜，影响发电效率。通过设置固定板53，进一步将外框架11和混凝土桩固定在一起，若外框架11要下沉，则会被桩所阻挡，从而保持整个外框架11的固定位置。
[0065]最后，将在岸上组装好的水平轴水轮发电机2、内框架12、转轴3和驱动单元4吊入外框架11内，实现模块化安装，也极大地方便了水平轴水轮发电机2和转轴3日后的快速更换和维修，大大降低了维修成本。
[0066]图6所示为根据本实用新型第二实施例提供的将潮流能发电装置固定于水底的施工方法的打桩流程示意图。第二实施例中的外框架、水平轴水轮发电机、转轴和驱动单元皆如第一实施例所述，在此不再赘述。以下仅就不同之处予以说明。
[0067]于第二实施例中，内套管6’为单独的一根圆钢管，侧壁具有多个卸浆孔61’。因此，只需在内套管6’中灌注混凝土，混凝土会从卸浆孔61’中流出，流入到外套管5’和内套管6’的间隙中，从而将外套管5’和内套管6’融为一体，整体形成一个固定桩。设置卸浆孔61’的步骤可在内套管6’插入到外套管5’之前完成。然而，本实用新型对此不作限定。于其它实施例中，内套管6’可不具有卸浆孔61’，在灌注完内套管6’内的混凝土之后，可再专门将混凝土填充于外套管5’和内套管6’之间。
[0068]于第二实施例中，由于外套管5’的内径大于内套管6’的内径，每根外套管5’还具有止挡件51’，止挡件51’位于外套管5’的内壁上以限制内套管6’沿径向的移动。于本实施例中，外套管5’的顶部和底部都设有止挡件51’。底部的止挡件51’既起到限位作用，又能实现外套管5’底部的密封，防止后续混凝土灌入后从外套管5’与内套管6’的间隙流出。
[0069]综上所述，本实用新型提供的固定于水底的潮流能发电装置，所有的人力施工作业都在水上进行，杜绝了现有的水下作业，降低了施工难度，提高了施工人员的安全性，也大幅度减少了施工成本，有效地推广了潮流能发电装置的商业应用。本实用新型的外框架和外套管，形成了 “天然的打桩平台”，无需额外设置桩的固定结构，即可有效且牢靠地将潮流能发电装置固定于水底。本实用新型的内套管既起到调节水平的作用又能辅助打桩。本实用新型的发电装置具有至少三个内置模块，水平轴水轮发电机可形成阵列化排布。相比传统的潮流能发电装置，本实用新型在保障甚至提高发电功率的同时，解决了传统潮流能发电装置中单个水轮发电机需要大型化从而产生的高成本的问题。通过设置可分离的内框架和外框架，从而实现发电装置的模块化组装和替换，大幅度降低维修和安装费用，克服了传统潮流能发电装置无法商业化、大规模化的难题。通过设置可转动的安装轴，使得无论水流朝哪个方向流入，水平轴水轮发电机的叶轮始终朝向水流，从而确保最大的发电功率。尤其适用于利用潮汐能进行发电。
[0070]另外，通过在外框架设置浮体，克服了现有技术中必须起吊发电装置导致发电装置无法大型化的弊端，创新地在水中移动发电装置至安装点，大幅度降低施工成本。本实用新型实施例提供的固定于水底的潮流能发电装置通过在上下游设置至少两个栅栏，保护设置其内的水平轴水轮发电机不受海里垃圾的损害，延长水平轴水轮发电机的使用寿命。
[0071]虽然本实用新型已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟知此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。
【权利要求】
1.一种固定于水底的潮流能发电装置，其特征在于，包括: 外框架； 至少三个内框架，可分离地设置于外框架内； 至少三个水平轴水轮发电机，分别设置于所述至少三个内框架内； 至少三根转轴，至少一个水平轴水轮发电机对应安装于每根转轴，至少一根转轴对应安装于每个内框架； 至少三个驱动单元，分别连接转轴以驱动所述转轴转动； 多根外套管，固定于所述外框架，每根外套管的轴向垂直于水平面； 多根内套管，每根内套管的一部分连接对应的外套管的底端和水底。
2.根据权利要求1所述的固定于水底的潮流能发电装置，其特征在于，所述固定于水底的潮流能发电装置还包括至少三个导流罩，固定于所述内框架或外框架，导流罩对应地位于所述水平轴水轮发电机沿水流方向的上游。
3.根据权利要求2所述的固定于水底的潮流能发电装置，其特征在于，所述导流罩为直径逐渐减小的圆筒状。
4.根据权利要求1所述的固定于水底的潮流能发电装置，其特征在于，所述潮流能发电装置还包括呈轴对称设置的至少六个导流罩，固定于所述内框架或外框架，导流罩分别位于所述水平轴水轮发电机沿水流方向的上游和下游。
5.根据权利要求1所述的固定于水底的潮流能发电装置，其特征在于，所述固定于水底的潮流能发电装置还包括可调节浮力的浮体，固定于所述外框架。
6.根据权利要求1所述的固定于水底的潮流能发电装置，其特征在于，所述外框架还具有多个减小水流阻力结构，多个减小水流阻力结构位于多根外套管的迎水侧。
7.根据权利要求1所述的固定于水底的潮流能发电装置，其特征在于，每根内套管的外壁标识有刻度。
8.根据权利要求1所述的固定于水底的潮流能发电装置，其特征在于，每根内套管的侧壁具有多个卸浆孔。
9.根据权利要求8所述的固定于水底的潮流能发电装置，其特征在于，每根外套管具有止挡件，所述止挡件位于外套管的内壁上。
10.根据权利要求1所述的固定于水底的潮流能发电装置，其特征在于，所述内套管包括相互分离的第一内套管和第二内套管。
11.根据权利要求1所述的固定于水底的潮流能发电装置，其特征在于，所述固定于水底的潮流能发电装置还包括至少两个栅栏，设置于所述内框架或外框架，所述至少两个栅栏分别位于所述水平轴水轮发电机沿水流方向的上游和下游。
12.根据权利要求1所述的固定于水底的潮流能发电装置，其特征在于，所述固定于水底的潮流能发电装置还包括固定钢缆，所述固定钢缆的一端固定于外框架。
【文档编号】F03B13/26GK204226097SQ201420462427
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】林东, 陈历, 姜芳 申请人:杭州林东新能源科技股份有限公司