CN106150844A - 一种水能利用系统及其水能转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水能利用系统及其水能转换装置，水能利用系统包括水能转换装置和用于将水能转换装置限位于水中的限位装置，水能转换装置包括水下水轮机，水下水轮机的外围设置有具有囊腔的环状囊，环状囊围成沿前后方向延伸的水流导流通道，水下水轮机通过水轮机支架与水流导流通道的通道壁相连。本发明解决了现有水能转换装置中的伞锚与水下水轮机需要各自独立的绳缆连接而导致水能转换装置结构复杂的问题。

Description

一种水能利用系统及其水能转换装置

技术领域

本发明涉及新能源利用领域中的水能利用系统及其水能转换装置。

背景技术

随着石油资源的日益紧张，可再生能源的利用开发显得尤为重要，海洋、河流的水能资源作为一种可再生能源，其蕴藏量是十分巨大的。目前大多数的海洋渔船、海上平台等海上作业单元的电力供应都是依靠柴油发电机来实现的，这种发电方式不仅经济成本高，而且还会对水域环境造成污染。

为了实现对水流能源的利用，中国专利CN102588192A公开了“一种海洋能发电装置”，该发电装置包括通过收放绳与海上作业单元相连的浮子和使用时置于水中的水能转换装置，水能转换装置包括通过悬挂缆绳悬挂于浮子上的发电单元，发电单元包括艇壳及设置于艇壳内的水下水轮机和与水下水轮机传动连接的发电机。水能转换装置还包括使用时位于水中的伞锚，伞锚通过伞锚绳与海上作业单元相连，伞锚的出水口通过出水管道与水下水轮机的进水口相连。当需要装置发电时，工作人员将该发电装置的发电单元和伞锚置于水中，浮子在竖直方向上抵消发电单元的重力，浮子的位置被收放绳控制。伞锚对海水具有汇集作用，当伞锚在海水中展开后，伞锚出水口会产生高速流动的海水，这股水流被导向水下水轮机，水下水轮机带动发电机做功发电，经水下水轮机后的水流经艇壳上出水口排走，发电机发出的电能输送至海上作业单元之上。

现有的这种海洋能发电装置存在的问题在于：伞锚由单层柔性材质制成，不具有刚性支撑能力，因此只能将水能转换装置通过一根独立的悬挂缆绳连接于浮子上，而伞锚则通过一根独立的伞锚绳与海上作业单元相连，整个装置的结构比较复杂，且占用空间较大，不利于发电装置的高密度布置；此外，当水流流速变大时，水下水轮机的转速也会随之提高，导致发电机的输出功率不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水能转换装置，以解决现有水能转换装置中的伞锚与水下水轮机需要各自独立的绳缆连接而导致水能转换装置结构复杂的问题；本发明的目的还在于提供一种使用该水能转换装置的水能利用系统。

为了解决上述问题，本发明中水能转换装置的技术方案为：

水能转换装置，包括水下水轮机，水下水轮机的外围设置有具有囊腔的环状囊，环状囊围成沿前后方向延伸的水流导流通道，水下水轮机通过水轮机支架与水流导流通道的通道壁相连。

所述囊腔中填充有水、发泡材料或者气体。

水流导流通道的前端具有由前至后口径逐渐变小的渐缩段，所述水下水轮机设置于所述渐缩段的喉部位置处。

环状囊上于所述水流导流通道的外围设置有多个沿环状囊周向顺序布置的沿前后方向延伸的冲压水室，各冲压水室均具有位于所述环状囊前端的水室进水口和位于所述涡轮机的涡轮叶片旁的水室出水口。

各冲压水室以环状囊的中心线同趋势扭转偏斜以使得水室出水口的朝向与涡轮叶片的转动方向一致。

环状囊的内部设置有刚性的支撑骨架。

环状囊上设置有沿左右方向延伸的平衡翼，在垂直于左右方向的截面上平衡翼的上、下表面均为外凸的弧形结构，上表面的截面周长小于下表面的截面周长。

供所述水轮机支架连接的所述水流导流通道壁处设置有筒形的刚性支撑结构。

本发明中水能利用系统的技术方案为：

水能利用系统，包括水能转换装置和用于将水能转换装置限位于水中的限位装置，水能转换装置包括水下水轮机，水下水轮机的外围设置有具有囊腔的环状囊，环状囊围成沿前后方向延伸的水流导流通道，水下水轮机通过水轮机支架与水流导流通道的通道壁相连。

水流导流通道的前端具有由前至后口径逐渐变小的渐缩段，所述水下水轮机设置于所述渐缩段的喉部位置处，环状囊上于所述水流导流通道的外围设置有多个沿环状囊周向顺序布置的沿前后方向延伸的冲压水室，各冲压水室均具有位于所述环状囊前端的水室进水口和位于所述涡轮机的涡轮叶片旁的水室出水口。

各冲压水室以环状囊的中心线同趋势扭转偏斜以使得水室出水口的朝向与涡轮叶片的转动方向一致。

限位装置包括用于设置于水面或者水面以上的工作台，工作台上设置有卷扬装置，水能转换装置的环状囊通过缆绳与卷扬装置相连，环状囊上设置有沿左右方向延伸的平衡翼，在垂直于左右方向的截面上平衡翼的上、下表面均为外凸的弧形结构，上表面的截面周长小于下表面的截面周长，缆绳上串设有弹簧，或者缆绳上串设有力传感器，限位装置还包括与所述力传感器采样连接并与所述卷扬装置控制连接的控制器。

限位装置包括用于漂浮于水面的漂流浮体和作业浮体，漂流浮体与水底锚相连，作业浮体与漂流浮体可拆连接，水能转换装置连接于作业浮体上。

限位装置包括漂浮于水面上的作业浮体，作业浮体通过锚缆绳与水底锚相连，水能转换装置通过漂浮缆绳与锚缆绳相连。

限位装置包括漂浮于水面上的作业浮体，作业浮体通过锚缆绳与水底锚相连，锚缆绳上串设有至少一个所述的水能转换装置。

限位装置包括用于漂浮于水面上的作业浮体，作业浮体通过锚缆绳与水底锚相连，作业浮体上还连接有漂浮缆绳，漂浮缆绳远离作业浮体的一端设置有用于浮于水面上的平衡浮体，漂浮缆绳上连接有至少一个所述水能转换装置。

各水能转换装置的高低均不同。

限位装置包括漂浮于水面上的作业浮体，作业浮体通过锚缆绳与水底锚相连，作业浮体上连接有至少一个沿左右方向延伸的横向刚性杆，在横向刚性杆上连接有至少两个沿左右方向间隔布置的漂浮缆绳，各漂浮缆绳上均顺次设置有至少两个所述的水能转换装置。

限位装置包括漂浮于水面上的作业浮体，作业浮体通过锚缆绳与水底锚相连，作业浮体或者所述锚缆绳上连接有多个所述的水能转换装置，各水能转换装置的水下水轮机上均同轴连接有水泵，作业浮体上设置有通过水管与各水泵的出水口相连的水上水轮机。

限位装置包括漂浮于水面上的作业浮体，作业浮体通过锚缆绳与水底锚相连，水能转换装置设置于所述作业浮体的底部。

本发明的有益效果为：使用时，可以向环状囊内填充水、发泡材料或气体等填充介质来对环状囊提供一定的支撑力，从而为水轮机提供可靠支撑，可以将水轮机连接于环状囊的内壁上，水流经环状囊围成的水流导流通道来向驱动水轮机动作，这样一方面可以减小产品的整体尺寸，同时仅需对环状囊限位就可以实现对水能转化装置的限位，有利于简化水能转换装置的结构，环状囊也有利于减小产品的重量，降低产品的成本。

附图说明

图1是本发明中水能利用系统的实施例1的结构示意图；

图2是图1中当水流速度较大时，卷扬装置放绳前、后的状态示意图；

图3是本发明中水能利用系统的实施例2的结构示意图；

图4是本发明中水能利用系统的实施例3的结构示意图；

图5是本发明中水能利用系统的实施例4的结构示意图；

图6是本发明中水能利用系统的实施例5的结构示意图；

图7是本发明中水能利用系统的实施例6的结构示意图；

图8是本发明中水能利用系统的实施例7中水能转换装置的结构示意图；

图9是图8中冲压水室的结构示意图；

图10是本发明中水能利用系统的实施例8中的冲压水室的结构示意图；

图11是本发明中水能利用系统的实施例9中的水能转换装置的结构示意图；

图12是本发明中水能利用系统的实施例10中的水能转换装置的结构示意图；

图13是本发明中水能利用系统的实施例11的结构示意图；

图14是本发明中水能利用系统的实施例12的结构示意图；

图15是实施例12中投切机构的结构示意图；

图16是实施例12中投切机构切断对应发电时的状态示意图；

图17是本发明中水能利用系统的实施例13的结构示意图；

图18是本发明中水能利用系统的实施例14的结构示意图；

图19是本发明中水能利用系统的实施例15的结构示意图；

图20是图19中各发电机间的电路连接图；

图21是本发明中水能利用系统的实施例16的结构示意图；

图22是本发明中水能利用系统的实施例17的结构示意图；

图23是本发明中水能利用系统的实施例18的结构示意图；

图24是图23的俯视图；

图25是本发明中水能利用系统的实施例19的结构示意图；

图26是图25的俯视图；

图27是本发明中水能利用系统的实施例20的结构示意图；

图28是图27的俯视图；

图29是本发明中水能利用系统的实施例21的结构示意图；

图30是本发明中水能利用系统的实施例22的结构示意图；

图31是图30的A-A向剖视图；

图32是图30中水轮机与环状囊的配合示意图。

具体实施方式

水能利用系统的实施例1如图1~2所示：包括水能转换装置22和用于将水能转换装置限位于水中的限位装置，限位装置包括用于漂浮于水面4上的作业浮体3，作业浮体3通过锚缆绳19与水底21的水底锚20相连，锚缆绳19连接于作业浮体3上设置的卷扬装置2上，锚缆绳19上串设有力传感器，水能转换装置还包括与力传感器采样连接并与卷扬装置控制连接的控制器1。锚缆绳上连接有漂浮缆绳10，定义水流的流向为由前至后方向，水能转换装置通过伞绳11连接于漂浮缆绳10的后端，伞绳的直径小于漂流缆绳的直径。水能转换装置包括环状囊15，环状囊具有用于充水的内腔，环状囊围成沿前后方向延伸的水流导流通道，图中项9表示水流导流通道的进口，项13表示水流导流通道的出口。水流导流通道的前端为由前至后口径逐渐变小的渐缩段，渐缩形式为曲线形渐缩，渐缩段的喉部的通道壁上设置有筒形的刚性支撑结构12，渐缩段的后端设置有由前至后口径逐渐变大的渐扩段。本实施例中渐缩段的入水口口径10米，喉部的口径8米，渐扩段的出水口口径12米。

本实施例中，刚性支撑结构优选的采用轻质高强度的碳纤维材料制成。水能转换装置还包括水下水轮机16，水下水轮机通过水轮机支架8与刚性支撑结构相连，水下水轮机的机轴上同轴固设有发电机17。图1中箭头表示水流方向；项14表示水下水轮机的叶片。

环状囊的前缘所要承受的水流压力较高，因此环状囊的前缘设置有前缘刚性支撑18，伞绳11连接于前缘刚性支撑上。环状囊的纵向剖面呈机翼状，各伞绳中，位于上侧的伞绳的长度短于位于下侧的三绳的长度。

环状囊的上侧靠后部经缆绳6连接一个平衡浮体5，平衡浮体5采用充填发泡材料的充水水囊结构，用于辅助保持环状囊的运行姿态。平衡浮体具有机翼形状的外形，在水流的作用下产生升力。环状囊上还设置有垂直尾翼7和用于沿左右方向延伸的平衡翼（图中未示出），在垂直于左右方向的截面上平衡翼的上、下表面均为外凸的弧形结构，上表面的截面周长小于下表面的截面周长，也就是说平衡翼与常规的机翼形状一致，只不过和常规的机翼的安装方向相反，在水流作用下可以产生向下的升力，从而使得本水能转换装置具有负攻角特性。

如图2所示：通过及平衡翼的设置，在水流流速增加时，水流对平衡翼产生向下方向的作用力，该力值反映到力传感器上，当该力值大于设定值时，控制器1控制卷扬装置2放绳，环状囊15的位置降低，低位置的水流流速相比高位置的水流流速要小，从而可以保证发电机的恒定功率输出；当力传感器上的力值过小时，说明该高度的水流速度过小，此时卷扬装置可以收绳，环状囊的位置升高来满足发电机的恒定功率输出。

在本发明的其它实施例中：力传感器和控制器还可以不设，此时可以在锚缆绳上串设弹簧，当水流流速过大时，水能转换装置克服弹簧作用力而拉伸弹簧，此时水能转换装置可以下降到较低的位置；当水流流速减小时，弹簧复位而将水能转换装置拉至位置较高区域；也可以向环状囊中填充发泡材料，发泡材料可以是颗粒装，和水进行混合填充。此时可以在环状囊的表面设置拉链等可打开结构，能够将成型的发泡材料装入或取出。用发泡材料做填充介质能够够增加环状囊的浮力，增加抵抗水压的能力，较好地保持环状囊的外形，此外采用发泡材料填充或者水作为介质填充时，环状囊的内外压强基本一致，环状囊的透水性要求可以低一点；当环状囊只是在浅水区域工作时，外部压强较小，也可以选择向环状囊中填充气体；平衡浮体也可以不设；渐缩段的渐缩形式还可以是抛物线形、直线形等；水底锚也可以是固定锚结构。当然也可以采用其它控制形式来实现控制卷扬装置2放绳，比如说根据发电机的输出功率进行控制，例如发电机的额定输出功率为200kw，当发电机输出功率超过200kw，控制器控制卷扬装置2放绳，水能转换装置下降到更深水域中，当发电机输出功率不足180kw，控制器控制卷扬装置2收绳，将水能转换装置拉至更浅水域中，发电机的额定输出功率可以为10kw~200kw。

水能利用系统的实施例2如图3所示：实施例2与实施例1不同的是，环状囊15内设置有刚性的支撑骨架25，支撑骨架支撑于环状囊15的前后端，环状囊上与支撑骨架配合的位置设置有加强结构，加强结构指的是设置于环状囊上的前刚性支撑26和后刚性支撑27，支撑骨架可以辅助保持环状囊在水压作用下的外形。此外与实施例不同的还有，水流导流通道属于渐扩式通道。

水能利用系统的实施例3如图4所示：实施例3与实施例1不同的是，环状囊15的外周面上均设置有用于抵抗水压的刚性支撑28。

水能利用系统的实施例4如图5所示：实施例4与实施例1不同的是，水能转换装置22有两个，两个水能转换装置22左右间隔设置，其二者通过翼形的刚性连接件30连接，刚性连接件30的尾端设置有用于充水的囊状翼身32，漂浮缆绳10通过分支缆绳29与刚性连接件30相连。在本发明的其它实施例中，水能转换装置的个数还可以是三个、四个或更多，各水能转换装置均通过刚性连接件连接。

水能利用系统的实施例5如图6所示：实施例5与实施例1不同的是，漂浮缆绳10并没有连接于锚缆绳19上，锚缆绳19与作业浮体上的锚缆卷扬装置2相连，漂浮缆绳10与作业浮体上的漂浮缆绳卷扬装置32相连。图中项22表示水能转换装置。

水能利用系统的实施例6如图7所示：实施例6与实施例1不同的是，本发明中除了作业浮体3之外，还设置有漂流浮体34，作业浮体3与漂流浮体34之间通过缆绳33可拆连接，漂流浮体34通过锚缆绳19与水底锚相连，水能转换装置22通过漂浮缆绳10与作业浮体3相连。图7中的A表示作业浮体与漂流浮体未分离时的状态图，在遇到大风、大雨天气时，拆掉作业浮体与漂流浮体之间的缆绳，如图7中的B所示，利用作业浮体将水能转换装置拖拽到避风场所，避免水能转换装置损坏，当然需要对水能转换装置维修时，也可以将水能转换装置拖拽至维修场所，还可以将备用的水能转换装置和作业浮体连接到漂浮浮体上，不影响系统发电。漂浮浮体的体积相对较小，和作业浮体解开后，能够被水底锚拖住漂浮在水面上。图7中项32表示与漂流缆绳对应的漂流缆绳卷扬装置；项1表示与锚缆绳对应的锚缆绳卷扬装置。

水能利用系统的实施例7如图8~9所示：实施例7与实施例1不同的是，环状囊内设置有多个沿前后方向延伸的冲压水室35，冲压水室的壁39由不透水的柔性材料制成，各冲压水室沿环状囊的周向顺序布置，冲压水室具有位于环状囊前端的水室进水口36和位于环状囊后端的水室出水口37，出水口设置于水轮机的叶片14旁并位于水轮机的叶片后侧，各冲压水室也呈由前至后口径逐渐变小的缩口结构。整个环状囊被连续分布的冲压水室分隔成两个空间，冲压水室外侧的环状囊15中填充发泡材料，冲压水室内侧的环状囊38中填充水。水在经过冲压水室时被加速，加速后的水流经叶片后侧排出，在叶片后侧形成一个负压区，增加叶片前后侧的压差，从而有利于进一步的提高叶片的转速。图中项10表示漂流缆绳；项11表示伞绳。

在本发明的其它实施例中，冲压水室内侧、外侧的环状囊中也可以填充同样的介质；冲压水室的出水口也可以位于叶片的前侧。

水能利用系统的实施例8如图10所示：实施例8与实施例7不同的是，冲压水室35并非是标准的沿前后方向直线延伸的水道结构，各冲压水室以环状囊的中心线同趋势扭转偏斜以使冲压水室的水室出水口37的朝向与涡轮叶片的转动方向一致。各冲压水室扭转方向与水轮机的叶片转动方向相同，这样设置的目的是通过冲压水室切向排水的作用，增加水轮机旋转方向上的水的扩散作用。图中项36表示冲压水室的水室进水口。

水能利用系统的实施例9如图11所示：实施例9与实施例7不同的是，冲压水室35布置于环状囊15的外侧。

水能利用系统的实施例10如图12所示：实施例10与实施例7不同的是，冲压水室35布置于环状囊15的内侧，同时水轮机包括前后间隔设置的前叶片41和后叶片42，前叶片处于水流导流通道中，冲压水室的出水口朝向后叶片，前、后叶片的共同配合来增加水轮机的转速。

水能利用系统的实施例11如图13所示：实施例11与实施例1不同的是，没有设置漂浮缆绳，水能转换装置22串设于锚缆缆绳19上，锚缆缆绳19包括位于水能转换装置上侧的上段锚缆缆绳和位于水能转换装置下侧的下段锚缆缆绳，上段锚缆缆绳通过伞绳45与环状囊的上端连接，环状囊的下端设置由柔性材料制成的伞形聚能器46（类似于背景技术中的伞锚），下段锚缆缆绳通过伞绳与伞形聚能器相连。图中项3表示作业浮体。

水能利用系统的实施例12如图14~16所示：实施例12与实施例1不同的是，水能转换装置22有多个，各水能转换装置分别通过各自对应的漂浮缆绳10连接于锚缆缆绳19上，各水能转换装置的发电机17通过电缆串联。为了保证单个发电机故障时，不会影响到整个电缆的使用，在发电机和传输电缆连接处设置发电机投切机构51，当单个发电机出现故障时，保持传输电缆的导通。投切机构在接到发电机故障切除或停运切除指令的情况下，传输电缆上的串接端口短接导通，发电机出口和传输电缆间的端口断开连接。优选地，发电机出口间的端口经电阻后接通，用于发电机的电气制动，避免发电机停运后水轮机超速。图15中项50表示开关；项54表示电阻；项53表示投切机构控制线；项52表示传输电缆的负极导线。

在本发明的其它实施例中，也可以在水轮机上设置机械刹车装置，来避免发电机断开后，水轮机超速运行。

水能利用系统的实施例13如图17所示：实施例13与实施例11不同的是，水能转换装置22有多个，各水能转换装置22依次串设在锚缆缆绳19上。

水能利用系统的实施例14如图18所示：实施例14与实施例1不同的是，漂浮缆绳10有两根，每根漂浮缆绳10上均连接有多个水能转换装置22。

水能利用系统的实施例15如图19~20所示：实施例15与实施例14不同的是，各水能转换装置22分别串设于对应的漂浮缆绳10上。图20中项17表示发电机；项51表示投切机构；项55表示传输电缆；项56表示船舶上的电力分配装置。

水能利用系统的实施例16如图21所示：实施例16与实施例1不同的是，漂浮缆绳10远离作业浮体的一端设置有用于浮于水面上的平衡浮体5，漂浮缆绳10上连接有多个水能转换装置22，各水能转换装置的高低均不同。在本发明的其它实施例中，水能转换装置的个数也可以是一个、两个或其它个数。

水能利用系统的实施例17如图22所示：实施例17与实施例5不同的是，水能转换装置22有多个，各水能转换装置22均串设于同一漂浮缆绳10上。

水能利用系统的实施例18如图23~24所示：实施例18与实施例17不同的是，在作业浮体3上通过缆绳61连接有沿左右方向延伸的一级刚性连接横杆55，在一级刚性连接横杆的后端通过缆绳连接有两个二级刚性连接横杆56，各二级刚性连接横杆上均连接有三根漂浮缆绳10，各漂浮缆绳上均连接有多个水能转换装置22。图中项62表示挽具缆绳；项60表示与缆绳61相连的卷扬装置。

水能利用系统的实施例19如图25~26所示，实施例19与实施例18不同的是，作业浮体3的左右两侧固设有多根沿前后方向间隔布置的刚性横杆65，各刚性横杆65上均通过漂浮缆绳连接有水能转换装置22，作业浮体3优选地选择船舶。刚性横杆通过铰链66与作业浮体铰接相连，作业浮体上设置有拉拽刚性横杆的拉绳68，拉绳连接在拉绳卷扬装置67上，在不使用时，刚性横杆65可收于船舶两侧，不同刚性横杆处于不同高度，这样收起时各刚性横杆之间可以互不干涉。

水能利用系统的实施例20如图27~28所示：实施例20与实施例19不同的是，刚性横杆65有两个，各刚性横杆65上均连接有三个漂浮缆绳10，各漂浮缆绳10上均连接有多个水能转换装置22。在本发明的其它实施例中，各漂浮缆绳的长度还可以不一致，这样不同刚性横杆上接的水能转换装置所处的水深不一样，从而可以充分利用不同深度的水能。图中项20表示固定锚，项19表示连接于固定锚与作业浮体之间的锚缆绳。

水能利用系统的实施例21如图29所示：实施例21与20不同的是，各水能转换装置22均不包括发电机，在各水能转换装置的水下水轮机上均连接有水泵70，水泵的进水口位于对应水下水轮机的叶片之后，作业浮体上设置有通过水管71与各水泵的出水口相连的水上水轮机74，水管上串设有介质集中器73。水泵70在水下水轮机的驱动下将介质送入到介质集中器，泵送至水上水轮机74，驱动发电机75（或其它机械做功装置）做功。多个水下水轮机的动力集成最终经一个水上水轮机输出，这样的优点在于：发电机75不必布置于水下的密闭容器中，不存在水中的密封问题，没有浸没在水中的电气接线的绝缘问题；可以用一个较大型的发电机取代每个水能转换装置上的小型发电机，可以提高发电机的效率；通过流量调节阀72，机械制动容易实现；主要做功部件在水面上，检修维护方便，对于一个水上作业平台，可以布置若干个作业浮体，每个作业浮体对应一个集中涡轮发电机，对应若干个水流发电装置。图29中为开式循环，水流对涡轮发电机做功后直接经排水口77排放到船体以外，排水口距离水面之上，提高排水的扩散速度。在本发明的其它实施例中，也可以采用闭式循环，即对涡轮发电机做功后的水重新流回至水管中；图中项78表示变速箱，项76表示传动连接于变速箱与发电机75之间的传动轴。

水能利用系统的实施例22如图30~32所示：实施例22与实施例1不同的是，水能转换装置22有两个，两个水能转换装置直接设置于作业浮体即船舶的船舱82处，水能转换装置在水面下运行。两个水能转换装置水平并列连接布置，两个水能转换装置的水轮机的叶片转动方向相反，这样两个水轮机动作产生的扭矩可以基本平衡。图中项81表示甲板；项80表示甲板护栏；项19表示锚缆绳；项83表示挽具缆绳；项84表示与挽具缆绳相连的挽具缆绳卷扬装置；项15表示环状囊；项16表示水下水轮机。可以在水底布置尾翼，尾翼可以是水平尾翼、向下的垂直尾翼，或者向下的V型尾翼，以保持水流发电装置的流向适应性。

本发明中，提出利用水面船舶作为作业浮体，同时船舶是一个海上利用电能的工厂（或另设船舶），直接利用水能利用系统发出的电供应船体上的用电装置，自成发电用电系统，自身发电用电可以平衡，无须外接电网。比如说可以就近取材，取海水进行淡化（如采用反渗透法生产淡水）取得淡水，浓盐水可以用于氯碱化工，消耗电能进行电解作业，或用于浓差发电；所产淡水可以作为产品，还可以用所产电能进行电解生产氢气氧气，氢气氧气得以压缩或液化存储。所产液氢、液氧供陆地上使用。整个使用过程是循环的、无污染物排放的。进行电解作业的话，发电机的输出优选地选用直流电方式。

通过调整装置的生产，调整对电能的需求，容易实现发电和用电之间的平衡。如，海水淡化、电解水均可以是部分或全部可中断的生产过程，电力负荷调节速度快，调节范围宽。还可以调节发电机功率，实现发用电之间的平衡、稳定运行。

所述海上工厂远离陆地，水、海风的扩散作用强，不会对环境、人类活动造成明显影响。为减少对海中生物的影响，可以在进水口处设置拦鱼网，避免大型鱼类误入。

还有其它用途，如，用电能或机械能压缩液化分离空气，用于制液氧制液氮等。如，为蓄电池充电，做航标灯电源灯，为过往船舶等交通工具提供充电电力、充氢气服务、充淡水服务等。

水能转换装置的实施例如图1~32所示，水能转换装置的具体结构与上述各水能利用系统实施例中所述的水能转换装置相同，在此不再详述。

Claims (20)

1.水能转换装置，包括水下水轮机，其特征在于：水下水轮机的外围设置有具有囊腔的环状囊，环状囊围成沿前后方向延伸的水流导流通道，水下水轮机通过水轮机支架与水流导流通道的通道壁相连。

2.根据权利要求1所述的水能转换装置，其特征在于：所述囊腔中填充有水、发泡材料或者气体。

3.根据权利要求1所述的水能转换装置，其特征在于：水流导流通道的前端具有由前至后口径逐渐变小的渐缩段，所述水下水轮机设置于所述渐缩段的喉部位置处。

4.根据权利要求3所述的水能转换装置，其特征在于：环状囊上于所述水流导流通道的外围设置有多个沿环状囊周向顺序布置的沿前后方向延伸的冲压水室，各冲压水室均具有位于所述环状囊前端的水室进水口和位于所述涡轮机的涡轮叶片旁的水室出水口。

5.根据权利要求4所述的水能转换装置，其特征在于：各冲压水室以环状囊的中心线同趋势扭转偏斜以使得水室出水口的朝向与涡轮叶片的转动方向一致。

6.根据权利要求1所述的水能转换装置，其特征在于：环状囊的内部设置有刚性的支撑骨架。

7.根据权利要求1所述的水能转换装置，其特征在于：环状囊上设置有沿左右方向延伸的平衡翼，在垂直于左右方向的截面上平衡翼的上、下表面均为外凸的弧形结构，上表面的截面周长小于下表面的截面周长。

8.根据权利要求1~7任意一项所述的水能转换装置，其特征在于：供所述水轮机支架连接的所述水流导流通道壁处设置有筒形的刚性支撑结构。

9.水能利用系统，包括水能转换装置和用于将水能转换装置限位于水中的限位装置，水能转换装置包括水下水轮机，其特征在于：水下水轮机的外围设置有具有囊腔的环状囊，环状囊围成沿前后方向延伸的水流导流通道，水下水轮机通过水轮机支架与水流导流通道的通道壁相连。

10.根据权利要求9所述的水能利用系统，其特征在于：水流导流通道的前端具有由前至后口径逐渐变小的渐缩段，所述水下水轮机设置于所述渐缩段的喉部位置处，环状囊上于所述水流导流通道的外围设置有多个沿环状囊周向顺序布置的沿前后方向延伸的冲压水室，各冲压水室均具有位于所述环状囊前端的水室进水口和位于所述涡轮机的涡轮叶片旁的水室出水口。

11.根据权利要求10所述的水能利用系统，其特征在于：各冲压水室以环状囊的中心线同趋势扭转偏斜以使得水室出水口的朝向与涡轮叶片的转动方向一致。

12.根据权利要求9所述的水能利用系统，其特征在于：限位装置包括用于设置于水面或者水面以上的工作台，工作台上设置有卷扬装置，水能转换装置的环状囊通过缆绳与卷扬装置相连，环状囊上设置有沿左右方向延伸的平衡翼，在垂直于左右方向的截面上平衡翼的上、下表面均为外凸的弧形结构，上表面的截面周长小于下表面的截面周长，缆绳上串设有弹簧，或者缆绳上串设有力传感器，限位装置还包括与所述力传感器采样连接并与所述卷扬装置控制连接的控制器。

13.根据权利要求9所述的水能利用系统，其特征在于：限位装置包括用于漂浮于水面的漂流浮体和作业浮体，漂流浮体与水底锚相连，作业浮体与漂流浮体可拆连接，水能转换装置连接于作业浮体上。

14.根据权利要求9所述的水能利用系统，其特征在于：限位装置包括漂浮于水面上的作业浮体，作业浮体通过锚缆绳与水底锚相连，水能转换装置通过漂浮缆绳与锚缆绳相连。

15.根据权利要求9所述的水能利用系统，其特征在于：限位装置包括漂浮于水面上的作业浮体，作业浮体通过锚缆绳与水底锚相连，锚缆绳上串设有至少一个所述的水能转换装置。

16.根据权利要求9所述的水能利用系统，其特征在于：限位装置包括用于漂浮于水面上的作业浮体，作业浮体通过锚缆绳与水底锚相连，作业浮体上还连接有漂浮缆绳，漂浮缆绳远离作业浮体的一端设置有用于浮于水面上的平衡浮体，漂浮缆绳上连接有至少一个所述水能转换装置。

17.根据权利要求16所述的水能利用系统，其特征在于：各水能转换装置的高低均不同。

18.根据权利要求9所述的水能利用系统，其特征在于：限位装置包括漂浮于水面上的作业浮体，作业浮体通过锚缆绳与水底锚相连，作业浮体上连接有至少一个沿左右方向延伸的横向刚性杆，在横向刚性杆上连接有至少两个沿左右方向间隔布置的漂浮缆绳，各漂浮缆绳上均顺次设置有至少两个所述的水能转换装置。

19.根据权利要求9所述的水能利用系统，其特征在于：限位装置包括漂浮于水面上的作业浮体，作业浮体通过锚缆绳与水底锚相连，作业浮体或者所述锚缆绳上连接有多个所述的水能转换装置，各水能转换装置的水下水轮机上均同轴连接有水泵，作业浮体上设置有通过水管与各水泵的出水口相连的水上水轮机。

20.根据权利要求9所述的水能利用系统，其特征在于：限位装置包括漂浮于水面上的作业浮体，作业浮体通过锚缆绳与水底锚相连，水能转换装置设置于所述作业浮体的底部。