海洋能发电装置的制作方法

本发明属于海洋能发电领域，尤其涉及一种海洋能发电装置。

背景技术：

海洋能(包含潮汐能、波浪能、海流能等)是一种清洁无污染的可再生能源，其储量丰富，分布广泛，具有极好的开发前景和价值。海洋能的利用方式主要是发电，其工作原理与风力发电类似，即通过能量转换装置，将海水的机械能转换成电能。具体而言，首先海水冲击水轮机，水轮机捕获海水的动能，然后将海水的动能转换为旋转的机械能，经过机械传动系统带动发电机发电，最终转换成电能。

近百年来，世界上很多大型企业，包括美国ge、英国劳斯莱斯、法国阿尔斯通、德国西门子、日本ihi株式会社等，投入大量的人力物力和资金在海洋能发电的研发上。此前，世界上最先进的潮流能机组由ge、劳斯莱斯、阿尔斯通三家国际巨头联合研发，最长连续发电并网时间仅113天。由于海洋中环境复杂，因此海洋能发电装置比一般其他领域的发电装置需要检修的次数会更多，导致检修成本居高不下。由于高昂的检修费用问题，最后这些企业纷纷撤资停止运营。因此，如何降低检修成本，使得海洋能发电装置实现商业运用的可能，是本领域的一个重大难题。

用于海洋能发电的主要有两种发电机，一种是水平轴水轮发电机，其轴线平行于水平面，另一种是垂直轴水轮发电机，其轴线垂直于水平面。相比于垂直轴水轮发电机，水平轴水轮发电机的装置结构更加简单，重量更轻，能量捕获效率高，渐渐成为海洋能发电机组的主流形式。水平轴水轮发电机由于其所有电气元件(包括叶轮转子、发电机、齿轮箱、增速箱等)均位于水面以下，因此对于整个机体的密封性要求非常高。

现有技术中，无论是检查水平轴水轮发电机内部的密封圈是否老化松弛导致漏水，还是定期更换密封圈、更换电机内的机油，更换轴承里的润滑油、检查或者更换齿轮箱中的高速轴等等一系列检修操作，都需要将整个发电机组提升至水面以上，完成检修。由于海洋环境复杂以及海洋能发电机组重量大，每次将整个发电机组提上水面检修完成后又降到水面以下重新安装固定，都需要耗费大量的人力、物力和财力，是导致检修成本居高不下的最主要原因。另外，现有技术中，即便是要进行个别元件(譬如密封圈)的更换，其它的一些元件也要进行相应的拆除和重新安装，这大大增加了检修难度，进一步提高了检修成本。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术中的至少一个不足，提供一种能够大幅度降低检修成本的海洋能发电装置。

根据本发明的一方面，本发明提供一种海洋能发电装置，包括水平轴水轮发电机、第一密封舱、第二密封舱、检修密封系统以及制动系统。水平轴水轮发电机包括轮毂和发电机。第一密封舱可转动，轮毂位于第一密封舱内。第二密封舱静止，发电机位于第一密封舱内或者第二密封舱内或者水面以上。第一密封舱具有第一检修门，第二密封舱具有第二检修门。检修密封系统设置于第一密封舱内或者第二密封舱内。制动系统设置于第一密封舱内或者第二密封舱内。当第一密封舱内的元件需要进行检修时，制动系统工作使得转动的第一密封舱静止，然后检修密封系统工作，在第一检修门和第二检修门之间形成第三密封舱，第一检修门和第二检修门分别打开，使得检修人员或者检修机器能经由第二密封舱进入到第一密封舱内进行检修。

根据本发明的第一实施例，海洋能发电装置还包括排水装置，当检修密封系统工作，在第一检修门和第二检修门之间形成第三密封舱后，排水装置工作，将第三密封舱内的水排出。

根据本发明的第一实施例，检修密封系统包括至少一道充气密封和至少一道金属密封，当启动充气密封和/或金属密封后，第三密封舱内的海水被排水装置排出。

根据本发明的第一实施例，水平轴水轮发电机还包括主轴，主轴的一端位于第一密封舱内，另一端位于第二密封舱内，检修密封系统设置于第二密封舱的特定位置，使得第二密封舱和第一密封舱之间的主轴也位于第三密封舱内。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种海洋能发电装置，包括水平轴水轮发电机、第一密封舱、第二密封舱、制动系统以及主轴。水平轴水轮发电机包括轮毂和发电机。第一密封舱可转动，轮毂位于第一密封舱内。第二密封舱静止，发电机位于第一密封舱内或者第二密封舱内或者水面以上。制动系统设置于第一密封舱内或者第二密封舱内。主轴的一端位于第一密封舱，另一端位于第二密封舱，主轴上设置有两道检修门或者两个检修口，两道检修门或者两个检修口分别位于第一密封舱和第二密封舱。当第一密封舱内的元件需要进行检修时，制动系统工作使得转动的第一密封舱静止，检修人员或者检修机器通过主轴从第二密封舱进入到第一密封舱内进行检修。

根据本发明的第一实施例或第二实施例，制动系统包括电动制动装置和手动制动装置，电动制动装置设置于第一密封舱内或者第二密封舱内，手动制动装置设置于第二密封舱内，当第一密封舱内的元件需要进行检修时，电动制动装置先工作使得转动的第一密封舱静止，检修人员或者检修机器进入第二密封舱启动手动制动装置，随后检修人员或者检修机器经由第二密封舱进入到第一密封舱内进行检修。

根据本发明的第一实施例或第二实施例，海洋能发电装置还包括安装轴，安装轴的一端连通第二密封舱，安装轴的另一端位于水面以上，检修人员或者检修机器通过安装轴进入到第二密封舱内。

根据本发明的第一实施例或第二实施例，海洋能发电装置还包括观察窗口，观察窗口设置于第二密封舱，用于让检修人员观察第一密封舱是否在制动系统的作用下静止。

综上所述，本发明的海洋能发电装置开创性地让检修人员或者机器，能够通过第二密封舱进入到第一密封舱内，对第一密封舱内的元器件进行检修，例如对第一密封舱内的密封元件进行更换、第一密封舱内的电机进行维修或者更换机油等等。克服了现有技术中本领域技术人员一直忽略的如何实现水下检修第一密封舱内的电子元器件的问题，也避免了现有技术中必须将整个海洋能发电装置吊出海面才能对第一密封舱内的电子元器件进行维修的弊端。直接在水下进行检修，大大降低了现有检修方法的检修成本，提高了检修效率，使得海洋能发电装置能够真正得到商业化运用。并且检修人员全部在装置内部进行检修，检修操作方便，安全性高。

为让本发明的上述和其它目的、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。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的海洋能发电装置的剖视图；

图2是本发明第一实施例提供的检修密封系统的局部剖视图；

图3是本发明第二实施例提供的海洋能发电装置的局部示意图；

图4是本发明第三实施例提供的海洋能发电装置的剖视图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的第一实施例提供一种海洋能发电装置100，包括第一密封舱1、第二密封舱2、水平轴水轮发电机3、检修密封系统4以及制动系统5。

第一密封舱1可转动，第二密封舱2静止。具体而言，当海洋能发电装置100在工作进行发电时，第一密封舱1一直是跟随轮毂31一起转动的状态，当海洋能发电装置100要进行检修时，第一密封舱1才停止转动，进入静止状态。而第二密封舱2无论海洋能发电装置100是否工作，一直处于相对静止的状态。本申请中的“静止”是个相对的状态，海水冲击引起的装置上下晃动在此被忽略。

水平轴水轮发电机3包括轮毂31和发电机32。于本实施例中，轮毂31位于第一密封舱1内，发电机32位于第二密封舱2内。于本实施例中，水平轴水轮发电机3还包括主轴33，即传动轴。主轴33的一端连接于轮毂31，另一端连接发电机32，主轴33将轮毂31产生的机械能传递给发电机32。

于本实施例中，海洋能发电装置100还包括安装轴6，安装轴6的一端连通

第二密封舱2，安装轴6的另一端位于水面p以上，检修人员或者检修机器通过安装轴6可以直接进入到第二密封舱2内。具体而言，安装轴6具有特定的内径宽度以具有足够的空间，从而让检修人员或检修机器能够通过安装轴6进入到第二密封舱2内，最终对第二密封舱2内的电气元件进行检验、保养(更换机油)或修理等。另外，安装轴6的内部可以排布线路和排水管。

本实施例将齿轮箱、增速箱、发电机均布置于第二密封舱2内而非第一密封舱1内，一个好处是尽可能减小密封舱1的体积，使得第一密封舱1旋转阻力更小，提高海水的动能捕获率；第二个好处是减小第一密封舱1的体积有助于提高第一密封舱1的水下抗压性能和密封性能；第三个好处，由于与发电机连接的齿轮箱的高速轴很容易磨损，需要定期检查和更换，并且齿轮箱、增速箱、发电机里用到的轴承也需要定期更换润滑油，对于这些定期需要进行检修的电气件，设置于第二密封舱2内，更加方便维修。具体而言，检修人员可以通过安装轴6从水面以上直接进入密封舱2进行维修，而不需要再进入到第一密封舱1内。特别地，现有技术从未揭露有能够让检修人员进入到第一密封舱1内的相关技术，所以现有技术也无法让检修人员能够进入去检修，只能将装置提出水平面进行检修。

然而，本发明对发电机32的位置不作限定。于其它实施例中，发电机32可以布置于第一密封舱1内。在这种情况下，可以省略一端位于第一密封舱内，另一端位于第二密封舱内的主轴33。于另一实施例中，发电机32可以设置于水面以上，通过变角传动系统(图未示)将水轮机的机械能90度改变方向的方式传递给位于水面以上的发电机32，这样更加方便检修，降低了检修难度和成本。

于本实施例中，水平轴水轮发电机3包括多根桨叶34。桨叶是水轮机捕获海洋能的核心部件。根据桨叶桨距角是否可调，分为定桨距和变桨距两大类。定桨距的优点是不用变桨，结构简单。但由于海洋能具有往复和流速变化的周期性特性，定桨距具有可控制性差、不能实现海洋能的高校转化利等缺点，最终导致海洋能资源的浪费和海洋能发电装置成本的攀升。

变桨距相比于定桨距，主要有两大优势：一是根据海洋能的往复特点，能够实时调节桨叶桨距角，使桨叶正对潮流的来向，以捕获最大动能，使水轮机更容易启动，降低启动流速，在涨潮和落潮时都能够高效运行；二是当潮流流速超过额定流速时，调节桨距角减小桨叶捕获的动能，以保证水轮机在额定功率下高效工作(不会超过负载)。综上所述，通过调桨距角可提高海洋能水轮机的启动特性和运行可靠性，在涨潮落潮均可发电，延长了在一个潮流周期中的工作时间，实现总获能效率和发电效率的提升。

于本实施例中，每个桨叶34都可变桨地连接于所述轮毂31上，即每个桨叶34都可以根据水流方向或速度的改变转动迎水面的角度，从而提高或者调节发电功率。然而，本发明对此不作限定。于其他实施例中，水轮机可为叶片不变桨的传统的水平轴水轮机。

因具有调节桨距角的需求，需要在轮毂31内设置变桨系统35(图1中该元件进行了简单示意)。变桨系统35是整个发电机组的核心部件。与之相配的控制系统、润滑系统等均需要定期的保养和维修。桨叶的密封同样需要定期的更换，以保证安全。现有技术中，一部分海洋能发电装置不考虑这个问题，就直接运行，最终可能会导致整个发电机组在很短的时间内就报废。有的注意到了这个问题，会定期把发电机组整体吊出海面进行保养和维修，这样做大幅度增加成本，减少发电时间，最终影响整个发电装置的商业化应用。于本实施例中，变桨系统35位于第一密封舱1内。

如图2所示，于本实施例中，检修密封系统4包括至少一道充气密封41和至少一道金属密封42。通过设置金属密封而不是橡胶密封，延长检修密封系统4中密封件的使用寿命。通过设置至少两道密封，来确保密封性，从而提高检修人员的安全性。优选地，充气密封41为多道。充气密封材料为高分子材料，各道充气密封之间是独立工作。当检修密封系统4工作时，先分别对多道充气密封进行充气，使之膨胀贴合密封面，从而在水下设备之间形成一个与外界海水隔绝的通道(即第三密封舱8)。之后运行附接在金属密封上的接力器421，使之带动金属密封达到设定的位置，进一步保证了第三密封舱的密封性。即便充气密封由于长期使用，密封性下降甚至密封彻底失效，但是由于还有金属密封圈的存在，可以保持后续通道与外界海水的隔绝。

于本实施例中，检修密封系统4设置于第二密封舱2内。由于第二密封舱2相较于第一密封舱1距离水面上的控制系统更近，并且更容易进行电路排布，所以检修密封系统4设置于第二密封舱2内为更优选择。然而，本发明对此不作限定。于其它实施例中，检修密封系统4可设置于第一密封舱1内。可将控制线路通过主轴33内部进行穿设，从而控制位于第一密封舱内1的检修密封系统4进行运作。

于本实施例中，第一密封舱1具有第一检修门11，第二密封舱2具有第二检修门21。第一检修门11和第二检修门21的大小能够让检修人员或者检修机器通过即可。检修门和对应的密封舱底部之间可设有供检修人员攀爬的扶梯或者台阶(图未示)。当不需要进行检修时，两个检修门是关闭的状态。检修门可以是手动或者自动控制打开或者关闭，本发明对此不作限定。于本实施例中，第一检修门11和第二检修门21的位置相对应，从而尽可能减小后续第三密封舱8形成后的密封空间，降低密封难度和要求。

于本实施例中，检修密封系统4设置于第二密封舱2的特定位置，使得第二密封舱2和第一密封舱1之间的主轴33也位于第三密封舱8内。具体而言，如图1所示，检修密封系统4是围绕整个第二密封舱2的直径去进行布置(剖视图可以看到检修密封系统4位于第二密封舱2的最上端和最下端)。通过这种设置，当检修密封系统4工作后，第二密封舱2和第一密封舱1之间的主轴33也处于密封的环境中，检修人员也可以对主轴33上的密封圈进行更换(如果主轴33不处于密封的环境下，直接更换密封圈将会使海水从主轴33处灌入)。

然而，本发明对检修密封系统4的设置位置不作限定。于第二实施例中，如图3所示，检修密封系统4可仅仅围绕检修门一圈进行布置。这样减少需要进行密封的空间，降低密封难度。

于本实施例中，海洋能发电装置100还包括排水装置7，当检修密封系统4工作，在第一检修门11和第二检修门21之间形成第三密封舱8后，排水装置7工作，将第三密封舱8内的水排出。然而，本发明对此不作限定，于其他实施例中，如果没有排水装置7，当第三密封舱8形成后，先打开第二检修门21，第三密封舱8内的海水会从第二检修门21流入到第二密封舱2内。由于第二密封舱2内的体积比较大，并且第三密封舱8内本身的海水量也不是很多，所以不会有较大影响。由于重力作用，流入到第二密封舱2内的海水会汇聚在底部(可以专门设置储水槽或者不设)。可以额外在第二密封舱2内设置水泵，将流入到第二密封舱2内的海水抽到水面以上排出(排水管通过安装轴6内部进行排布)。

于本实施例中，制动系统5包括电动制动装置51和手动制动装置52，均位于第二密封舱2内。由于第二密封舱2相较于第一密封舱1距离水面上的控制系统更近，并且更容易进行电路排布，所以制动系统5位于第二密封舱2内为更优选择。然而，本发明对此不作限定。于其它实施例中，手动制动装置52可仍然设置于第二密封舱2内，电动制动装置51可位于第一密封舱1内。可将控制线路通过主轴1内部进行穿设，从而控制位于第一密封舱内1的电动制动装置51进行运作。

于实务中，手动制动装置52可为机械插销制动装置。电动制动装置51是靠制动器工作，使传动系统(包括主轴33等)保持静止状态，从而使得轮毂31保持静止状态，最终使得第一密封舱1能保持静止状态。如果在水流非常湍急的海域，由于水流对叶轮的冲击力非常巨大，这时候相当于给电动制动装置51的制动器增加了压力，当压力超过制动力时，可能会使制动器失效，从而导致第一密封舱1继续转动。如果这时候人员进去了检修，可能会发生事故。为了保证检修人员的人身安全，额外设置手动制动装置52，通过传统机械的方式确保第一密封舱1在进行检修时能保持静止状态。

于本实施例中，海洋能发电装置100还包括观察窗口9，观察窗口9设置于第二密封舱2，用于让检修人员观察第一密封舱1是否在制动系统5的作用下静止。具体而言，观察窗口9可设置于第二密封舱2面向第一密封舱1的一面，从而使得检修人员能够直观地看到第一密封舱1是否还在转动，进一步提高检修人员的安全性，避免制动系统失效危害检修人员生命安全的事故发生。

以下具体介绍本实施例的海洋能发电装置的检修方式。

当第二密封舱2内的电气件需要进行检修时，检索人员或者检修机器可以通过安装轴6直接进入到第二密封舱2内进行检修。当第一密封舱1内的电气件，例如变桨系统的电机、密封圈等，需要进行检修时，检修人员或者检修机器可以先通过安装轴6进入到第二密封舱2内。启动电动制动装置51先开始工作，使得转动的第一密封舱1静止。为了保障检修人员的安全性，进行双重保险，检修人员随后启动手动制动装置52，进一步确保第一密封舱1不会在检修过程中突然转动。

之后，检修人员通过观察窗口9进行观察，核实第一密封舱1是否真的静止。确认静止无误后，启动检修密封系统4。当启动检修密封系统4的充气密封41和/或金属密封42后(两个都启动能确保密封性)，排水装置7进行工作，将第三密封舱8内的海水排出。特别地，排水装置7的排水管有部分可以设置为可视管71，通过可视管71观察排水管内是否有水流动，来检查海水是否排除干净。待排干净后，第一检修门11和第二检修门21分别打开，使得检修人员或者检修机器能经由第二密封舱2进入到第一密封舱1内进行检修。检修完成后，关闭检修门，也关闭制动系统和检修密封系统。

如图4所示，本发明的第三实施例提供一种海洋能发电装置300，包括第一密封舱1、第二密封舱2、水平轴水轮发电机3’、制动系统5以及主轴33’。第一密封舱1、第二密封舱2以及制动系统5如第一实施例所示，在此不再赘述。以下仅就不同之处予以说明。

于第三实施例中，主轴33’一端位于第一密封舱1内，另一端位于第二密封舱2内，主轴33’上设置有两道检修门或者两个检修口331，332，两道检修门或者两个检修口331，332分别位于第一密封舱1和第二密封舱2。当第一密封舱1内的元件需要进行检修时，制动系统5工作使得转动的第一密封舱1静止，检修人员或者检修机器通过主轴33’内部从第二密封舱2穿入到第一密封舱1内进行检修。通过设置可以由检修人员经过的主轴33’，可以免去设置检修密封系统。使得结构更加简单，安装难度更低，从而降低成本。另外，于本实施例中，水平轴水轮发电机3’的发电机部分可以位于第一密封舱1内而不是第二密封舱2内。

本发明申请各实施例中的相关特征可以根据实际需要进行自由排列组合，这些均在本发明要保护的范围内。譬如，第三实施例中的海洋能发电装置300也可具有第一实施例中的检修密封系统4，虽然在海洋能发电装置300中，检修人员不需要通过第一实施例中的检修门进入第一密封舱，但是通过设置检修密封系统4，两个密封舱之间的主轴在检修密封系统4工作后会处于密封的环境中，检修人员也可以对主轴上的密封圈进行更换。

对于海洋能发电装置能否长时间稳定有效发电来说，密封问题是一个至关重要的问题，但又是很容易让本领域技术人员忽略的一个问题。由于现有技术中不会考虑到检修人员进入到水下直接进行检修，从来没考虑过在水下更换密封元件的问题。现有技术中，当密封元件使用一段时间后，都需要定期(譬如6个月)将整个海洋能发电装置提到水面以上，从而全部更换掉密封圈。

本发明的海洋能发电装置开创性地让检修人员或者机器，能够通过第二密封舱进入到第一密封舱内，对第一密封舱内的元器件进行检修，例如对第一密封舱内的密封元件进行更换、第一密封舱内的电机进行维修或者更换机油等等。克服了现有技术中本领域技术人员一直忽略的如何实现水下检修第一密封舱内的电子元器件的问题，也避免了现有技术中必须将整个海洋能发电装置吊出海面才能对第一密封舱内的电子元器件进行维修的弊端。直接在水下进行检修，大大降低了现有检修方法的检修成本，提高了检修效率，使得海洋能发电装置能够真正得到商业化运用。并且检修人员全部在装置内部进行检修，检修操作方便，安全性高。

虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。