潮流能发电装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种发电装置，尤其涉及一种潮流能发电装置。
【背景技术】
[0002]海洋能(包含潮汐能、潮流能、波浪能、海流能)是指海水流动的能量，作为可再生能源，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，水轮机将水流的能量转换为旋转的机械能，然后水轮机经过机械传动系统带动发电机发电，最终转换成电能。
[0003]现今能源日益短缺，温室效应日益严重，能源需要低碳化，所以风能，海洋能等清洁能源是未来能源的发展方向。但现在这些清洁能源的发电设备，除了风能利用比较成熟夕卜，海洋能的利用还都是在起步阶段，没有通用和成熟的设备。现有的少数设备也存在效率低下，设备不能大规模化的问题。
[0004]由于海洋环境复杂，水中阻力大，传统的海洋能发电装置的安装都必须在海里进行，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，海洋能发电装置使用一段时间后就要定期进行维修或更换。然而传统的海洋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，导致整个海洋能发电装置的报废，这是海洋能发电装置高成本的重要原因之一，也是造成现有的海洋能发电装置无法大规模化、商业化运营的直接原因。
[0005]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安装和维修方式的改进。
[0006]另外，由于潮流能是利用海洋的潮流进行发电。伴随着涨潮和落潮，潮流的方向会发生改变。更重要的是潮流的速度并不恒定。在安装发电装置时，一旦发电机选定，它的负载量就确定下来。然而，潮流的速度并不恒定，因此造成发电量并不恒定。现有的海洋能发电装置为了节省成本以及受到技术上的局限，无论是水平轴水轮发电机还是垂直轴水轮发电机只能承载在一定水流速度以下的发电负荷。一旦水流速度增加，发电量超过负荷，发电机会超负荷工作很容易损毁。因此，为了延长发电机的工作寿命，传统的海洋能发电装置一旦潮流超过一定速度就彻底切断水流，使得发电机停止工作。
[0007]还有一种采用水平轴水轮发电机的海洋能发电装置借鉴风能发电机的设计，通过变桨的方式调节发电装置的负荷。当水流速度较大时，通过调节装置使桨叶迎角减小；当水流速度较小时，通过调节装置使桨叶迎角增大。然而，这种设计存在很大的弊端。不同于风能发电机的使用环境，水平轴水轮机是在水中使用，受到的阻力远远大于风能发电机受到的阻力。并且，由于调节的是水平轴水轮机的叶片角度，旋转机构是整个都位于水里，要实现叶片角度的旋转就需要精准地设计叶片各部件之间的安装紧密程度。若连接很紧密，摩擦力太大，则很难调整叶片的迎水面角度，导致调节装置无法发挥调节的功效。这种情况下的发电装置在水流太小时无法提高效率，在水流太大时也无法真正保护发电机。若连接太松，摩擦力太小，虽然可以轻松地调节，但是会存在丧失密封性这一严重问题。这样水流将会灌入叶轮内部造成整个叶轮损坏，维修率大大提高，成本巨增。
[0008]另一方面，利用海洋能，尤其是潮流能进行发电的发电装置，其使用的转轴会受到水流沿径向的巨大冲击力。使用一段时间后，转轴和传统轴承之间的密封圈容易发生变形，轴承的密封性将无法保证。由于无法解决密封需求高的问题，现有的海洋能发电装置只能舍弃采用油作为润滑剂的滚动轴承，选择可以用水作为润滑剂的滑动轴承。但是，现有技术人员都忽略了一个问题。能作为润滑剂的水必须是清水。换言之，由于水流中常含有大量泥沙，若密封圈因为弹性变形导致外部的水携带泥沙等杂质涌入轴承内，不但无法实现对轴承的润滑作用，还会影响转轴的正常工作，最终影响发电装置的发电效率。
[0009]现有的海洋能发电装置都无法解决如何提升水底下轴承密封性问题。因此设计的控制叶片或者发电机的旋转装置都非常复杂，无法单独使用一根转轴进行调节。
【发明内容】
[0010]本发明为了克服现有技术中的至少一个不足，提供一种潮流能发电装置。
[0011]为了实现上述目的，本发明提供一种潮流能发电装置，包括外框架、至少两个内框架、至少两根安装轴、驱动单元、至少四个水平轴水轮发电机和至少六个轴承。至少两个内框架可分离地设置于外框架内。至少两根安装轴分别可转动地设置于每个内框架，至少两根安装轴的轴线方向垂直于水平面。驱动单元连接至少两根安装轴以驱动安装轴转动。每两个水平轴水轮发电机固定于一根安装轴上且位于同一个内框架内。至少四个水平轴水轮发电机随安装轴的转动改变朝向。每三个轴承套设一根安装轴，设于一根安装轴上的三个轴承分别位于两个水平轴水轮发电机的两侧和中间。
[0012]于本发明的一实施例中，潮流能发电装置还包括至少四个导流罩，每个导流罩对应于每个水平轴水轮发电机设置，至少四个导流罩固定于外框架或内框架，每个导流罩具有两个导水部分和一个中间部分，中间部分位于两个导水部分之间，每个导水部分远离中间部分的一端的横截面为矩形，每个导水部分连接中间部分的一端的横截面为圆形，中间部分的横截面为圆形，横截面垂直于水平面且垂直于水流方向，圆形横截面的面积小于矩形横截面的面积。
[0013]于本发明的一实施例中，潮流能发电装置还包括水下轴系转动保护装置，每个水下轴系转动保护装置包括润滑剂存储箱、至少六个密封圈和导管。润滑剂存储箱存储有润滑剂，润滑剂存储箱位于水面上。每两个密封圈对应于一个轴承且套设于安装轴上，每两个密封圈与对应的轴承和安装轴之间形成润滑剂腔。导管的一端连通润滑剂存储箱，另一端连通润滑剂腔。
[0014]于本发明的一实施例中，水下轴系转动保护装置还包括检测模组，设置于润滑剂存储箱以检测润滑剂是否减少。
[0015]于本发明的一实施例中，轴承为滑动轴承，每个润滑剂腔由两个密封圈与轴承和安装轴形成。
[0016]于本发明的一实施例中，轴承为滚动轴承，水下轴系转动保护装置还包括至少三个轴承座，每个润滑剂腔由两个密封圈、轴承、轴承座和安装轴形成。
[0017]于本发明的一实施例中，外框架具有多个固定粧，外框架通过打粧的方式固定于海底。
[0018]于本发明的一实施例中，外框架具有多个减小水流阻力结构。
[0019]综上所述，本发明提供的潮流能发电装置通过设置可分离的内框架和外框架，使得发电装置可以在水面上进行模块化组装和替换，大幅度降低维修和安装费用，克服了传统海洋能发电装置无法商业化、大规模化的难题。并且，通过在安装轴上同轴设置至少两个水平轴水轮发电机和设置至少两个轴承，对安装轴实现“多点约束”，使得潮流能发电装置的规模不光可以横向(垂直于水流的水平方向)扩张也可以纵向(垂直于水平面的水深方向)扩张，大幅度提高了发电功率，克服了现有海洋能发电装置无法“做大”、“做深”的难题。通过设置安装轴，创新地通过改变整个水平轴发电机的朝向而非单独改变叶片迎水角的方式对发电机的负荷进行调节，使得无论水流速度多大发电机一直可以保证能够在安全负荷内正常发电，极大地提高了发电效率。更重要的是，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可以始终朝向水流，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。
[0020]通过设置导流罩，将水流都集中导向水平轴水轮发电机，使得水平轴水轮发电机的叶轮受力更大、转速更快，从而提高发电效率。本发明实施例中提供的导流罩，两端为矩形，中间为圆形，无论涨潮还是落潮始终可以起到导流作用，并且具有该特定结构的导流罩导流效果更好。
[0021]另外，本发明提供的水下轴系转动保护装置能有效保护外界杂质，尤其是水中的泥沙进入轴承，从而有效保护轴承的正常工作。本发明提供的潮流能发电装置，通过采用水下轴系转动保护装置，在延长轴承使用寿命的同时，大幅度降低了维修次数和维修成本，同时有效地保证了发电效率不受影响。另外，本发明提供的潮流能发电装置中的轴承可采用滚动轴承，克服了现有技术中水下轴系只能使用水润滑的滑动轴承