一种新型半遮蔽装置及潮流能发电装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种新型半遮蔽式潮流能发电装置，包括可调节重量的单边半遮蔽装置和可利用双向潮流速度的多个自适应平直型襟翼式组合叶片的垂直轴水轮机。单边半遮蔽装置包括导流部和叶轮配合部，半遮蔽装置为内部是空腔的空腔式浮体结构，其上下各有两个可开闭的密封孔，可注入压载水或通过注入压缩空气排出压载水来使整个发电装置下潜到水底或上浮到水面检修。叶轮配合部在水平面上的投影为向内凹进的半圆弧，导流部在水平面上的投影为向内凹进的曲线，导流部对称设置在叶轮配合部的两侧并与叶轮配合部相连接。可根据水域深度来确定，因此这种潮流能发电装置可有效利用较大水深范围的潮流能量，对潮流能利用率较高。
【专利说明】
一种新型半遮蔽装置及潮流能发电装置
技术领域
[0001]本发明涉及潮流能发电装置技术领域，尤其涉及一种单边半遮蔽装置及应用该半遮蔽装置的潮流能发电装置。
【背景技术】
[0002]海洋被认为是地球上最后的资源宝库，也被称作为能量之海。21世纪，海洋在为人类提供生存空间、食品、矿物、能源及水资源等方面将发挥重要作用。海洋能作为一种清洁、可再生的能源，对环境的影响甚微，海洋能利用不占用土地资源，全球的海洋可再生能源丰富，有非常可观的开发前景。
[0003]潮流能资源是未来能源的重要补充，特别是在解决海岛的能源供应上意义重大。目前的潮流能发电装置的获能效率较低，而垂直轴发电装置的优点在于可以在潮流方向相反时均能进行发电，具有一定的优势。本项目中的半遮蔽垂直轴潮流能发电装置能有效提高潮流能发电装置的效率，提高潮流能的利用率，促进潮流能这种新能源的开发利用。
[0004]中国专利文献(【公开日】:2014年I月29日，专利号ZL201120342709.0)公开了一种潮流能发电装置，属于可再生资源发电装置领域，包括底座、调节螺栓、导流罩、发电机基座、转轴、增速器、发电机、导叶和桨叶，导流罩为四周封闭中间贯通的钢结构，导流罩设计成两头大中间小的扩口结构，导流罩两端底部焊有带调节螺栓的底座，导流罩正中间垂直方向上装有转轴，转轴上端依次装有增速器和发电机，发电机安装在发电机基座上，转轴圆周方向上装有桨叶，导流罩进口和出口处均设有导叶，导叶夹装在导流罩上板和下板之间，转轴通过增速器后将动能传递给发电机，发电机将动能转化为电能。
[0005]上述技术方案缺点是:其装置没有提供浮力的结构，不可在深水航道作业，并且没有储能结构，无法提供稳定连续的电能。该装置仅仅只采用了普通的襟翼型垂直轴水轮机，对水流动能的利用率较低。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种单边半遮蔽装置和使用这种半遮蔽装置的潮流能发电装置，这种发电装置可以在深水航道作业，提供稳定连续的电能，对潮流能利用率较高。
[0007]上述技术问题可以通过如下的技术手段加以解决:一种单边半遮蔽装置，包括导流部和叶轮配合部，单边半遮蔽装置为内部是空腔的空腔式浮体结构，其包括上下两个表面和垂直于水平面设置的侧面，所述半遮蔽装置的上、下表面均为平行于水平面的平面结构;半遮蔽装置的侧面有两个壁，其中一个壁为包含导流部和叶轮配合部的曲面壁，所述叶轮配合部在水平面上的投影为向内凹进的半圆弧，所述导流部在水平面上的投影为向内凹进的曲线，导流部对称设置在叶轮配合部的两侧并与叶轮配合部相连接，与曲面壁相对的一个壁是在水平面投影为直线的平面壁。曲面壁与平面壁直接连接。采用空腔式浮体结构，可以实现深水航道作业，充分利用深水区的潮流能。安装时平面壁平行于潮流流向安装，潮流流经导流部时在导流部的引导作用下转向集中冲击叶轮，使叶轮旋转，可以提高潮流能的利用效率。为了可以自由调节半遮蔽装置的浮力，以便在任何水深中都可以稳定安装，以及在需要检修时浮出水面，在单边半遮蔽装置装置的上下各有两处可开闭的水密孔，可注入压载水和压缩空气调节装置在水中浮力。
[0008]应用上述单边半遮蔽装置可以装配成如下的潮流能发电装置，该潮流能发电装置包括上述的单边半遮蔽装置、底座、安装在底座上的襟翼型垂直轴水轮机、发电装置，其中襟翼型垂直轴水轮机的外径小于单边半遮蔽装置上叶轮配合部的内径，单边半遮蔽装置安装在底座上，单边半遮蔽装置的叶轮配合部与襟翼型垂直轴水轮机同轴安装，襟翼型垂直轴水轮机的转轴与发电装置相连接，发电装置与储能装置相连接，发电装置和储能装置都连接有电线或电缆。储能装置可以在潮流能量密度充足的时候储存电能，在潮流能量不足的时候补充供电，保证供电的稳定和连续。普通的垂直轴水轮机因为潮流流动方向垂直于水轮机轴向的时候，水轮机的叶片转动方向将有一半的时间与来流方向相反，来流反而阻碍水轮机的转动。若水轮机设计工况为顺时针转动，当水轮机叶片转到左侧时，旋转方向将于潮流流动方向相反，阻碍水轮机的转动，降低其获能效率。其中底座优选设计为中空的箱体结构，底座上设有注水孔和用于将底座锁紧在海底基座上的锁紧装置。工作人员可以通过注水孔注入压载水以调节底座在水中所受到的浮力，底座可以通过锁紧装置与海底基座进行连接，在需要维修的时候可以打开锁紧装置，解除该连接，同时注入压缩空气排出压载水，以便装置上浮。
[0009]本装置使用中，潮流经过半遮蔽装置的引导作用，其流动方向将发生改变，水流将更多的垂直冲击水轮机叶片，并且不会有水流方向与水轮机叶片旋转方向相反。
[0010]襟翼型垂直轴水轮机固定在底座上，单边半遮蔽装置水轮机的一侧。这种设置可以使潮流被导向水轮机叶片，使得潮流能量利用率更高，取得更好的发电效果。而襟翼型的组合叶片通过调整襟翼叶片与主叶片的夹角可有效提高获能效率，并且通过将襟翼叶片转到与原来对称的位置可以充分利用与原来流向相反的潮流能量。相应地，发电装置与襟翼型垂直轴水轮机的转轴相连接，储能装置与发电装置相连接。
[0011]单边半遮蔽装置上装有一对用于起吊的挂钩。挂钩方便需要移动发电装置使使用起吊设备吊走发电装置。
[0012]襟翼型垂直轴水轮机由桨毂和在桨毂外周等距排列的桨叶构成，桨叶的尖端安装有襟翼，桨毂的中心固定有襟翼型垂直轴水轮机的转轴，桨叶的数量优选为3至6个，适当数量的水轮机叶片能保证获能效率最高。
[0013]桨叶襟翼与桨叶主体有一个可调节的夹角，所述襟翼采用齿轮式襟翼舵的传动方法，所述桨叶主体长边的高度为其短边的4-6倍。这样能有效提高水流对水轮机的冲击，提高潮流利用率。
[0014]发电装置包括变速箱和发电机，变速箱的输入轴通过联轴器与襟翼型垂直轴水轮机的转轴相连接，变速箱的输出轴与发电机的转轴相连接;储能装置为蓄电池。变速箱可以采用齿轮变速箱，也可以采用液压变速箱。
[0015]此外，半遮蔽装置的上端设有数根防锈锚链，防锈锚链的其中一端通过锁紧装置与半遮蔽装置相连接，另一端固定在海底，以免整体装置被不同方向的水流冲倒。连接锚链和导流罩的锁紧装置在需要的时候可以解开，以便装置上浮到水面进行维护。所述防锈锚链的数量优选为4根。
[0016]本发明的有益之处在于:与现有技术相比，半遮蔽装置采用了空腔式结构，具有浮力，可以在深水航道进行设置和作业，且其浮力可以自由调节;此外，本装置使用中，潮流经过半遮蔽装置的作用，其流动方向将发生改变，水流将更多的垂直冲击水轮机叶片，并且不会有水流方向与水轮机叶片旋转方向相反;襟翼型水轮机叶片，可以随着来留的方向和流速改变与主叶片的夹角，从而提高获能效率;本装置型线简单，一方面便于制造，另一方面相对的两个半遮蔽装置会产生互相有利的作用，进一步增强水轮机的获能效率;储能装置可以在发电能力强时储存电能，发电能力弱的时候补充输出电能，保证整体发电机的电能输出稳定。
【附图说明】
[0017]图1是单边半遮蔽装置的立体图；
[0018]图2是单边半遮蔽装置的俯视图；
[0019]图3是单边半遮蔽装置的潮流能发电装置的结构示意图；
[0020]图4是图3的俯视图(仅保留半遮蔽装置和叶轮)；
[0021 ]图5是襟翼型垂直轴水轮机的结构示意图(俯视)。
【具体实施方式】
[0022]如图1及图2所示的单边半遮蔽装置I，包括导流部111和叶轮配合部112，单边半遮蔽装置为内部是空腔的空腔式浮体结构，其上下各有两处开孔15，可通过开孔15注入压载水调节装置在水中浮力，单边半遮蔽装置I包括上下两个表面和垂直于水平面设置的侧面，半遮蔽装置I的上、下表面均为平行于水平面的平面结构，上下开孔15分别位于半遮蔽装置I的上下表面上;半遮蔽装置I的侧面有两个壁，其中一个壁为包含导流部和叶轮配合部的曲面壁，叶轮配合部112在水平面上的投影为向内凹进的半圆弧，导流部111在水平面上的投影为向内凹进的曲线，导流部对称设置在叶轮配合部的两侧并与叶轮配合部相连接，与曲面壁11相对的一个壁是在水平面投影为直线的平面壁12。上述设计已经可以取得理想的导流效果，试验证明，任何曲率的导流部11都可以达到发明目的，但是，如果想要取得更加的导流效果，还可以对导流部111的具体曲率根据需要安置的工作场地的潮流密度和强度以及流向进行计算，本领域内的工作人员可以根据现场采集的数据进行计算，实施例繁多，此处不再赘述。
[0023]应用上述单边半遮蔽装置可以装配成图3及图4所示的潮流能发电装置，该潮流能发电装置包括上述的单边半遮蔽装置1、底座2、安装在底座2上的襟翼型垂直轴水轮机3，作为发电装置的变速箱4和发电机5，作为储能结构的蓄电池6。襟翼型垂直轴水轮机3的外径小于单边半遮蔽装置I上叶轮配合部112的内径，如图5所示，它由桨毂31和在桨毂外周等距排列的桨叶32构成，桨毂31的中心固定有襟翼型垂直轴水轮机3的转轴，桨叶32的数量为5个，桨叶32为平板结构，桨叶上布置有加强筋，桨叶32叶梢处设有与桨叶主体成一个可调节角度的襟翼321，该襟翼采用类似齿轮式襟翼舵的原理传动，该襟翼处长边的高度为其短边的6倍。半遮蔽装置的上端设四根防锈锚链7，防锈锚链的其中一端通过锁紧装置8与半遮蔽装置相连接，另一端固定在海底。
[0024]单边半遮蔽装置I的叶轮配合部112的轴心与襟翼型垂直轴水轮机3的轴心重合。单边半遮蔽装置I的下表面到襟翼型垂直轴水轮机3的下表面的高度差为0.5m，即单边半遮蔽装置I的下表面比襟翼型垂直轴水轮机的下表面低0.5m。
[0025]发电机5通过电缆与蓄电池6相连接，同时发电机5和蓄电池6都连接有用于连接外部设备的电线或电缆。
[0026]以上实施例是供理解本发明之用，并非是对本发明的限制，有关领域的普通技术人员，在权利要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变型，例如本发明所述的桨叶，还可以是3片、4或6片;桨叶叶梢的襟翼部分长度也可以是宽度的5倍或者4倍;变速箱可以采用齿轮变速箱，也可以采用液压变速箱。等等，这些变化或变型应当理解为仍属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种新型半遮蔽装置，包括导流部和叶轮配合部，其特征在于: 所述半遮蔽装置为内部是空腔的空腔式浮体结构，包括上下两个表面和垂直于水平面设置的侧面，所述半遮蔽装置的上、下表面均为平行于水平面的平面结构;半遮蔽装置的侧面有两个壁，其中一个壁为包含导流部和叶轮配合部的曲面壁，所述叶轮配合部在水平面上的投影为向内凹进的半圆弧，所述导流部在水平面上的投影为向内凹进的曲线，导流部对称设置在叶轮配合部的两侧并与叶轮配合部相连接，与曲面壁相对的一个壁是在水平面投影为直线的平面壁，曲面壁与平面壁直接连接。2.根据权利要求1所述的新型半遮蔽装置，其特征在于:所述半遮蔽罩上下各开有2个可开闭的密封孔，可注入压载水和压缩空气以调节装置的浮力。3.—种潮流能发电装置，包括底座、安装在底座上的襟翼型垂直轴水轮机、发电装置，襟翼型垂直轴水轮机的转轴与发电装置相连接，其特征在于:所述潮流能发电装置还包括权利要求1或2任一项所述的半遮蔽装置装置和储能装置，襟翼型垂直轴水轮机的外径小于半遮蔽装置上叶轮配合部的内径，所述半遮蔽装置安装在底座上，半遮蔽装置的叶轮配合部与襟翼型垂直轴水轮机同轴安装，发电装置与所述储能装置相连接，发电装置和储能装置都连接有电线或电缆。4.根据权利要求3所述的潮流能发电装置，其特征在于:所述底座为中空的箱体结构，底座上设有注水孔和用于将底座锁紧在海底基座上的锁紧装置。5.根据权利要求4所述的潮流能发电装置，其特征在于:所述发电装置和储能装置与所述襟翼型垂直轴水轮机的转轴相连接，储能装置与发电装置相连接。6.根据权利要求3所述的潮流能发电装置，其特征在于:所述襟翼型垂直轴水轮机由桨毂和在桨毂外周等距排列的桨叶构成，桨叶的尖端安装有襟翼，桨毂的中心固定有襟翼型垂直轴水轮机的转轴，桨叶的数量为3至6个。7.根据权利要求6所述的潮流能发电装置，其特征在于:所述桨叶襟翼与桨叶主体有一个可调节的夹角，所述襟翼采用齿轮式襟翼舵的传动方法，所述桨叶主体长边的高度为其短边的4-6倍。8.根据权利要求3至7任一项所述的潮流能发电装置，其特征在于: 所述发电装置包括变速箱和发电机，变速箱的输入轴通过联轴器与襟翼型垂直轴水轮机的转轴相连接，变速箱的输出轴与发电机的转轴相连接;所述储能装置为蓄电池。
【文档编号】F03B3/18GK205423033SQ201521076556
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年12月21日
【发明人】周家豪, 王化明, 叶金晖, 黄天宇
【申请人】浙江海洋学院