CN105464880A - 对称型半遮蔽式潮流能发电装置 - Google Patents

Abstract

对称型半遮蔽式潮流能发电装置，包括半遮蔽装置、发电装置、可伸缩式桩腿组成。其中半遮蔽装置的导流部具有特殊的型线设计，整个装置下沉到合适深度后通过可伸缩式桩腿固定在海底。半遮蔽装置上方有长方体状电机保护罩，变速齿轮箱和发电机置于保护罩内部。发电装置包含襟翼型复合叶片的垂直轴水轮机、变速齿轮箱以及发电机组，其中的襟翼型垂直轴水轮机的轴心在一条直线上排列成一行，每两台襟翼型垂直轴水轮机之间安装有一部双边式半遮蔽装置。两个垂直叶轮及其遮蔽导流壳体的对称式分布加强聚流效果，提高潮流能量的利用率。这种发电装置便于模块化制造且便于横向扩展，因此可以在宽阔的水域阵列式安装应用，从而实现大规模潮流能发电。

Description

对称型半遮蔽式潮流能发电装置

技术领域

本发明涉及潮流能发电技术领域，尤其涉及一种半遮蔽装置及应用该半遮蔽装置的潮流能发电机组。

背景技术

潮流主要是指伴随潮汐现象而产生的有规律的海水流，潮流每天两次改变其大小和方向。潮流能与潮汐不同，潮汐是涨潮和退潮引起的海水升降，潮流是海水的水平运动，潮汐所携带的能量是势能，可以采用筑坝蓄水发电等方式加以利用，而而潮流能发电则是直接利用潮水水流冲击叶轮等机械装置带动发电机工作进行发电。

与常规能源相比较，潮流能具有以下优点：清洁可再生；能量总储量大；变化有规律可预测；不需要拦海建坝，且发电机组通常都浸没在海水中，对海洋生物影响较小，不会对环境产生三废污染，也不存在常规水电建设中常见的占用农田、移民安置等问题。

由于具备上述优点，潮流能的开发被日益重视。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。目前的潮流能发电机组的获能效率较低，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机组能有效提高潮流能发电机组的效率，提高潮流能的利用率，促进潮流能这种新能源的开发利用。

目前常规的潮流能发电机组的缺陷在于：采用普通的垂直轴水轮机，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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种半遮蔽装置和使用这种半遮蔽装置的潮流能发电机组，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。

上述技术问题可以通过如下的技术手段加以解决：一种半遮蔽装置，包括导流部和叶轮配合部，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，上下平面结构上分别开有孔，可注入压载水和空气来控制壳体在水中浮力；半遮蔽装置的侧面至少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。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。使用中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。

为实际需要，上述半遮蔽装置可以设计成两种形式，一种是单边式半遮蔽装置，一种是双边式半遮蔽装置。其中，单边式半遮蔽装置的结构的侧面与曲面壁相对的一个壁是在水平面投影为直线的平面壁，所述平面壁与曲面壁直接相连接。而双边式半遮蔽装置的侧面具有两个对称设置的曲面壁，两个曲面壁直接相互连接。

应用上述半遮蔽装置可以装配成潮流能发电机组，这种发电机组包括底座和发电机组件，上述的单边式半遮蔽装置和双边式半遮蔽装置，所述发电机组件包括襟翼型垂直轴水轮机、与襟翼型垂直轴水轮机的转轴相连接的发电装置和与发电装置通过电缆相连接的储能装置，发电装置和储能装置都连接有电线或电缆；所述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；襟翼型垂直轴水轮机的轴心在一条直线上排列成一行，每两台襟翼型垂直轴水轮机之间安装有一部双边式半遮蔽装置，行两端的襟翼型垂直轴水轮机的外侧各安装有一个单边式半遮蔽装置，两单边式半遮蔽装置相对排列，各半遮蔽装置上叶轮配合部的轴心与距离其最近的襟翼型垂直轴水轮机的轴心重合，各半遮蔽装置都固定在所述底座上。

为了使半遮蔽装置在海水中稳定工作，可以在半遮蔽装置上端前后位置通过多根防锈锚链从各角度拉住该装置，以免其被不同方向的水流冲倒，锚链的其中一端固定在半遮蔽装置上端，另外一端固定在海底，锚链与半遮蔽装置通过锁紧装置锁紧，在需要时可以解开，以便装置上浮到水面进行维护。

半遮蔽装置之间通过设于襟翼型垂直轴水轮机上方的连接板相连接，连接板上设有轴孔，轴孔内设有与襟翼型垂直轴水轮机的转轴相配合的轴承，襟翼型垂直轴水轮机的转轴穿过轴承并通过联轴器与发电装置相连接。连接板可以起到紧固和加强连接强度的作用。

襟翼型垂直轴水轮机的叶片上设有水平加强筋，用于加强叶片的强度。

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，桨叶的尖端设有襟翼，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。

桨叶的襟翼与桨叶主体夹角设有一个可调节的角度，所述襟翼的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。

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。

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；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，另一方面相邻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

图1是对称式半遮蔽潮流能发电装置的立体图；

图2是单边式半遮蔽装置的立体图；

图3是单边式半遮蔽装置的俯视图；

图4是双边式半遮蔽装置的俯视图；

图5是发电机组的俯视图(仅保留半遮蔽装置和叶轮)；

图6是襟翼型垂直轴水轮机的结构示意图(俯视)。

具体实施方式

图1为所述对称式半遮蔽潮流能发电装置的立体图，该装置包括半遮蔽装置1、发电装置以及可伸缩式桩腿组成。如图2及图3所示的半遮蔽装置1，是单边式的半遮蔽装置，其包括导流部111和叶轮配合部112，半遮蔽装置具有特色的型线设计，兼具遮蔽和导流作用。其内部为空腔式浮体结构，壳体上下表面分别开有孔15，可注入压载水和空气来控制壳体在水中的浮力，半遮蔽装置1包括上下两个表面和垂直于水平面设置的侧面，其上、下表面均为平行于水平面的平面结构且用于注入压载水的孔15分别位于上下表面上；半遮蔽装置1的侧面有四个壁，其中一个壁为包含导流部和叶轮配合部的曲面壁11，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。

双边式半遮蔽装置2的俯视图如图4所示，两个对称设置的曲面壁11。

应用上述半遮蔽装置可以装配的潮流能发电机组如图5所示，该潮流能发电机组包括上述的单边式半遮蔽装置1、双边式半遮蔽装置2、底座、安装在底座上的襟翼型垂直轴水轮机3，作为发电装置的变速箱和发电机，作为储能结构的蓄电池，发电机通过电缆与蓄电池相连接，同时发电机和蓄电池都连接有用于连接外部设备的电线或电缆。

襟翼型垂直轴水轮机3的外径小于半遮蔽装置上叶轮配合部的内径；襟翼型垂直轴水轮机3的轴心在一条直线上排列成一行，每两台襟翼型垂直轴水轮机3之间安装有一部双边式半遮蔽装置2，行两端的襟翼型垂直轴水轮机3的外侧各安装有一个单边式半遮蔽装置1，两单边式半遮蔽装置1相对排列，各半遮蔽装置上叶轮配合部的轴心与距离其最近的襟翼型垂直轴水轮机的轴心重合，各半遮蔽装置都固定在所述底座上。

半遮蔽装置之间通过设于襟翼型垂直轴水轮机上方的连接板相连接，连接板上设有轴孔，轴孔内设有与襟翼型垂直轴水轮机的转轴相配合的轴承，襟翼型垂直轴水轮机的转轴穿过轴承并通过联轴器与发电装置相连接。连接板可以起到紧固和加强连接强度的作用。为了使半遮蔽装置在海水中稳定工作，半遮蔽装置上端前后位置通过4根防锈锚链8从各角度拉住该装置，以免其被不同方向的水流冲倒，锚链的其中一端固定在半遮蔽装置上端，另外一端固定在海底，锚链与半遮蔽装置通过锁紧装置9锁紧，在需要时可以解开，以便装置上浮到水面进行维护

半遮蔽装置(包括单边式半遮蔽装置1和双边式半遮蔽装置2)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,即半遮蔽装置的下表面比襟翼型垂直轴水轮机的下表面低0.5m。

襟翼型垂直轴水轮机3的外径小于半遮蔽装置1上叶轮配合部112的内径，如图6所示，它由桨毂31和在桨毂外周等距排列的桨叶32构成，桨叶的尖端设有襟翼321，桨毂31的中心固定有襟翼型垂直轴水轮机3的转轴33，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，该襟翼采用齿轮式传动，该襟翼处长边的高度为其短边的6倍。

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。

Claims (10)

1.一种半遮蔽装置，包括导流部和叶轮配合部，其特征在于：所述半遮蔽装置内部为空腔式浮体结构，壳体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，上下平面结构上分别开有孔，可注入压载水和空气来控制壳体在水中浮力；半遮蔽装置的侧面至少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。

2.根据权利要求1所述的半遮蔽装置，其特征在于：所述半遮蔽装置为单边式导流型遮蔽装置，其侧面与曲面壁相对的一个壁是在水平面投影为直线的平面壁，平面壁与所述曲面壁直接连接。

3.根据权利要求1所述的半遮蔽装置，其特征在于：所述半遮蔽装置为双边式导流型遮蔽装置，其侧面具有两个对称设置的曲面壁，两个曲面壁直接相互连接。

4.一种潮流能发电机组，包括可伸缩式桩腿和发电机组件，其特征在于：所述潮流能发电机组还包括权利要求2所述的单边式半遮蔽装置和权利要求3所述的双边式半遮蔽装置，所述发电机组件包括襟翼型组合叶片的垂直轴水轮机、与襟翼型垂直轴水轮机的转轴相连接的发电装置和与发电装置通过电缆相连接的储能装置，发电装置和储能装置都连接有电线或电缆；所述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；襟翼型垂直轴水轮机的轴心在一条直线上排列成一行，每两台襟翼型垂直轴水轮机之间安装有一部双边式半遮蔽装置，行两端的襟翼型垂直轴水轮机的外侧各安装有一个单边式半遮蔽装置，两单边式半遮蔽装置相对排列，各半遮蔽装置上叶轮配合部的轴心与距离其最近的襟翼型垂直轴水轮机的轴心重合，各半遮蔽装置都固定在所述底座上。

5.根据权利要求4所述的潮流能发电机组，其特征在于：所述半遮蔽装置上端前后位置通过多根防锈锚链从各角度拉住该装置，锚链的其中一端固定在半遮蔽装置上端，另外一端固定在海底，锚链与半遮蔽装置通过锁紧装置锁紧。

6.根据权利要求4所述的潮流能发电机组，其特征在于：所述半遮蔽装置之间通过设于襟翼型垂直轴水轮机上方的连接板相连接，连接板上设有轴孔，轴孔内设有与襟翼型垂直轴水轮机的转轴相配合的轴承，襟翼型垂直轴水轮机的转轴穿过所述轴承并通过联轴器与所述发电装置相连接。

7.根据权利要求4所述的潮流能发电机组，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，桨叶的尖端设有襟翼，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。所述襟翼型水轮机叶片上布置有水平加强筋。

8.根据权利要求7所述的潮流能发电机组，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，所述襟翼采用齿轮传动，所述桨叶主体长边的高度为其短边的4-6倍。

9.根据权利要求4至8任一项所述的潮流能发电机组，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。

10.根据权利要求4所述的潮流能发电机组，其特征在于：所述半遮蔽装置的下表面到垂直水轮机的下表面的垂直距离为0.5m。