CN110304206A - 水流动力发电船 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水流动力发电船，包括：水流动力发电机，其包括顺次安装的发电单元、旋转单元和分流单元，所述分流单元与所述旋转单元同心地固定连接在所述发电单元的功率输入轴上；船体，所述水流动力发电机被固定连接在所述船体内部；和锚链，所述锚链的一端与所述船体相连以牵引所述船体。

Description

水流动力发电船
技术领域
本发明涉及水流动力发电领域，特别是涉及一种置于水流中依靠锚链牵引，利用加载的自然水流动力发电机发电的浮船，即水流动力发电船。
背景技术
河流和洋流作为自然界最大的持续稳定清洁可再生的能源，历来受到世界各国的重视，在世界总发电量中，水力发电占有的比重仅次于火力发电。
迄今为止，人们比较普遍采用的水力发电机设备是通过筑坝方式，提高水位差，通过聚集的势能来带动水轮机发电。而对于不存在水位差、至少是河流动能数十万倍的洋流动能的利用则有待进一步开发。
目前，已知的自然水流动力发电机属于岸基型，对于大江大河的水流动能利用较为有限，对于利用洋流发电的利用率也会比较有限，且工程量也会非常浩大。
发明内容
本申请提供一种水流动力发电船，包括：水流动力发电机，其包括顺次安装的发电单元、旋转单元和分流单元，所述分流单元与所述旋转单元同心地固定连接在所述发电单元的功率输入轴上；船体，所述水流动力发电机被固定连接在所述船体内部；和锚链，所述锚链的一端与所述船体相连以牵引所述船体。
优选地，所述船体包括相对设置的两块主板和两块连接板，所述两块连接板分别位于所述两块主板的顶表面处并用于在所述船体的前后两端部处连接所述两块主板。
优选地，位于所述船体前端部处的所述连接板的宽度从所述连接板的后端向着所述连接板的前端减少，并在最前端处呈圆弧形构造。
优选地，所述发电单元的本体具有圆柱形外壳，其靠近旋转单元的一端壳体表面为平面，其远离旋转单元的另一端接合有穹顶形圆弧尾端。
优选地，在所述圆柱形外壳内部侧壁设有O型密封圈，在靠近所述功率输入转轴穿过所述圆柱形外壳的前盖部分的内部，设置有YX密封圈。
优选地，所述分流单元为半圆锥形，所述半圆锥形的顶部迎着水流方向，且所述分流单元与所述旋转单元同心的固定连接在所述发电单元的所述功率输入轴上。
优选地，所述旋转单元为包括内圈、外圈和多个叶片的螺旋盘式风叶结构，所述叶片围绕功率输入转轴中心呈辐射状地分别与所述内圈和外圈固定连接，从与所述旋转单元垂直的角度看去，任意一片叶片的前沿与相邻叶片的后沿处于同一平面，并且在与水流方向垂直的平面上所述叶片之间没有间隙。
优选地，进一步包括两块吊板，所述吊板的每一者的上沿固定连接至所述两块主板中的相应一者，所述吊板的每一者的下沿分别固定连接至所述发电单元。
优选地，所述两块吊板上沿之间的距离至少大于所述发电单元的宽度，所述吊板中的每一者的深度至少大于所述旋转单元的直径与所述主板厚度的一半之和。
优选地，进一步包括防护板，所述防护板位于所述发电单元水流方向的前部，整体呈U型槽形状，其左右上沿分别与所述两块主板的内侧固定连接，且所述防护板的宽度至少大于所述旋转装置和所述发电装置中宽度较大的一者的宽度。
附图说明
图1示意性示出本发明水流动力发电船的俯视图；
图2为图1所示水流动力发电船的侧视图；
图3示意性示出本发明水流动力发电机的侧面；
图4为图1所示的水流发动船的后视图；
图5为本发明旋转单元的结构示意图；
图6为本发明分流单元的结构示意图；
图7为本发明水流动力发电机的主机密封及螺旋盘分流帽安装示意图。
具体实施方式
现在参考如附图中所示的一些实施例来详细描述本发明。为了清楚起见，本文没有具体描述本领域技术人员所公知的部件或结构。另外，尽管结合特定实施例对本发明进行描述，但应理解的是，该描述并不旨在将本发明限制于所描述的实施例。相反，该描述旨在覆盖可包括在由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的替换、改进和等同方案。
如图1和2所示，本发明的水流动力发电船包括水流动力发电机1、船体2和锚链3。
如图3所示，本发明的水流动力发电机1包括发电单元10、旋转单元20和分流单元30。发电单元10包括圆柱形本体11、平面的本体前盖12和与本体前盖12相对的穹顶型尾端13，发电机主机置于圆柱形本体11内，其可以是通用的风力发电机主机或水力发电机主机，水力发电机主机的工作原理和内部结构与风力发电机主机相同，如果采用风力发电机主机，则需额外采取密封措施，例如YX密封圈和O型密封圈等。发电机的功率输入转轴14穿过前盖12固定连接在螺旋盘式旋转单元20的中心。
图4为本发明的发电机的后视图。如图4所示，发电单元10的本体11与旋转单元20的圆盘形主体同轴安装。
图5为本发明的旋转单元20的结构示意图。如图5所示，螺旋盘式旋转单元20包括内圈21、外圈22和连接在二者之间的多个叶片23。所述内圈21的中轴线、外圈22的中轴线以及发电单元10的功率输入转轴14相重合，且内圈21与发电单元10的功率输入转轴14固定连接。叶片23分别围绕发电单元10的功率输入转轴14在内圈21和外圈22之间呈辐射状等间隔地分布。每个叶片23的规格、形状、尺寸是相同的。当叶片23安装在内圈21和外圈22之间后，任意叶片23的前沿与相邻叶片的后沿在垂直角度上处于同一平面，所有叶片23在垂直平面上无间隙，使得叶片23整体覆盖了其所占空域，特别是因为螺旋盘外圈的存在阻止了通过螺旋盘叶片的水流动力使其不能像通过其他普通叶片一样从外缘滑漏，从而能够将所占领域流经的水流动力全部加以利用，并以一定比例将其转化为径向动力，传递给功率输入转轴14，进而转化为电力。
由于旋转单元20的内外圈将全体叶片整合在一起形成一个整体，内外圈以及任意一片叶片都是依靠整体的力量能够将自己的效能发挥到最大程度。只要叶片能够达到足够的抗拉强度，内外圈的机械强度能够保证螺旋盘直径不发生变化，完全能够抵御强大的水流冲击力。
图6示出分流单元30。如图6所示，其呈圆锥形的分流帽结构，包括圆锥形部分31和直部32。圆锥形部分31的圆锥形顶端设置于发电单元10的最前端，直部32的横截面为圆形，固定在旋转单元的内圈21上。由于圆锥形顶端迎着水流方向，其锥度适于将所承受的水流平缓地分流，从而引导水流动力作用于螺旋盘。
图7示出本发明的发电单元主机的密封结构、旋转单元和分流单元的安装图。如图7所示，发电单元10的圆柱形外壳15具有一定的厚度，紧固螺钉栓18穿过前盖12插入外壳15内将二者进行固定连接，在连接处附近的外壳15内部设有O型密封圈17，防止水流入密封结构。功率输入转轴14在旋转单元20带来的驱动力作用下，驱动置于发电机本体11内的发电机主机产生电力。因为功率输入转轴14被设置成穿过前盖12的中心，进入螺旋盘内圈部21，以便与其固定连接，在前盖12与轴承16之间设置有围绕功率输入转轴14的YX密封圈19，防止水通过功率输入转轴14与前盖12之间的缝隙进入发电机本体。在螺旋盘面的中心设有紧固螺母31，其尺寸适于容纳输入转轴14的具有螺纹的端部，这样通过螺纹旋拧的方式，将输入转轴14与旋转单元20连接起来。由于分流单元30的直部32的圆形截面直径与螺旋盘面内圈21的直径相同，在输入转轴14与旋转单元20彼此固定之后，将分流帽30底部中心的螺母通过旋拧的方式与输入轴14作固定连接。
为实现最佳的导流效率，将分流帽的底部截面直径、螺旋盘内圈直径和发电单元壳体直径设置成相同，且为螺旋盘外圈直径的1/4-1/2之间，最好为1/3。
另外，为了减缓旋转单元20的叶片转动时引起发电单元本体11的湍动，在发电单元本体10的尾部为穹顶形圆弧尾端13的形式。
返回图1和2，船体2包括相对设置的两块主板40,41(41未示出)和两块连接板50,51，这两块连接板50,51分别位于两块主板40,41的顶表面处并用于连接所述两块主板40,41的前端部和后端部。主板40,41的主要作用是保证该船体能够浮出水面，浮力的大小以船体能够浮出水面1/2为宜。自然水流动力发电机1被固定连接在船体2内部，即两块主板40,41围出的区域。这两块主板40,41可以为相互平行的直板。为了提高船体内中段的水流速度，从而提高旋转单元的转速，还可以将两块主板40,41还可构造成使其相对布置时使主板40,41的前端呈喇叭口状。位于船体2前端部处的连接板50的宽度从该连接板的后端向着其前端减少，并在最前端处呈圆弧形构造。该连接板50的前端中心处还设置有用于连接锚链3的孔或槽。可替换地，除了平板形式，主板还可以构造为当其被相对安置使船体内部的前一段呈喇叭口状，这样可以提高船体内中段的水流速度而提高旋转装置转速的结构在内等的其它结构。
继续参见图2-图4，该发电船还包括两块吊板60,61和一块顶板62。吊板60,61的上沿固定连接至两块主板40,41中的相应一者，其每一者的下沿分别固定连接至发电单元10，以呈V字形的方式将发电单元与船体2平行的吊装固定连接在船体2内部。由此，发电单元的中轴线与船身的中心线重合，且与顶板62底部的距离是旋转单元半径加1/2船体的厚度。顶板62设置在船体2的顶部的中部，左右两端分别与主板40,41作固定连接。两块吊板60,61上沿之间的距离至少大于发电单元10的宽度。
继续参看附图4，防护板70整体是一个U型槽，其左右上沿分别与左右主船体的内侧作固定连接，左右之间的距离略大于发电机旋转单元的直径。防护板的深度略大于螺旋盘的直径加1/2船体厚度，其主要作用是保证发电机螺旋盘不受河床表面和其它物体的碰撞，以保证其正常运转。其次在锚链3的牵引作用下与主船体共同发挥导流功能，以保证船体与水流方向平行。从而保证发电机的螺旋盘与水流方向垂直，达到最大的发电效率。
继续参看附图2，锚链3和普通船舶的锚链系统性能结构相同，二者的最大区别就在于本发明的锚链的大小比重远大于其它船舶的锚链系统，以保证船体在激流中的稳定性。
与现在通用的水力发电机即水轮机相比较，本发明的核心意义就在于一切“顺其自然”，在无需整理河道的情况下将该船置于预想的水流中放下锚链牵引稳定住该船即可利用包括河流、洋流在内的自然水流来发电。克服了现有水力发电设备需要拦河构建大坝的不足，保留了河流的本来面貌，不会影响鱼类等动物的洄游和迁徙，亦不会对附近的居民生活带来影响，保护了生态环境。因此，本发明极大程度的拓宽了水流动力利用的范围，自然环保节省建造成本。此外本发明还具有能量转换率高、结构简单、维修方便、持续稳定等特点。
本发明涵盖本领域技术人员应当理解的对本文示例性实施例所做的所有变更、替换、变化、更改和修改。同样，在合适的情况下，所附权利要求涵盖本领域技术人员可以理解的对本文示例性实施例所做的所有变更、替换、变化、更改和修改。

Claims (10)

1.一种水流动力发电船，其特征在于，包括：
水流动力发电机，其包括顺次安装的发电单元、旋转单元和分流单元，所述分流单元与所述旋转单元同心地固定连接在所述发电单元的功率输入轴上；
船体，所述水流动力发电机被固定连接在所述船体内部；和
锚链，所述锚链的一端与所述船体相连以牵引所述船体。
2.根据权利要求1所述的水流动力发电船，其特征在于，所述船体包括相对设置的两块主板和两块连接板，所述两块连接板分别位于所述两块主板的顶表面处并用于在所述船体的前后两端部处连接所述两块主板。
3.根据权利要求2所述的水流动力发电船，其特征在于，位于所述船体前端部处的所述连接板的宽度从所述连接板的后端向着所述连接板的前端减少，并在最前端处呈圆弧形构造。
4.根据权利要求1所述的水流动力发电船，其特征在于，所述发电单元的本体具有圆柱形外壳，其靠近旋转单元的一端壳体表面为平面，其远离旋转单元的另一端接合有穹顶形圆弧尾端。
5.根据权利要求4所述的水流动力发电船，其特征在于，在所述圆柱形外壳内部侧壁设有O型密封圈，在靠近所述功率输入转轴穿过所述圆柱形外壳的前盖部分的内部，设置有YX密封圈。
6.根据权利要求1所述的水流动力发电船，其特征在于，所述分流单元为半圆锥形，所述半圆锥形的顶部迎着水流方向，且所述分流单元与所述旋转单元同心的固定连接在所述发电单元的所述功率输入轴上。
7.根据权利要求1所述的水流动力发电船，其特征在于，所述旋转单元为包括内圈、外圈和多个叶片的螺旋盘式风叶结构，所述叶片围绕功率输入转轴中心呈辐射状地分别与所述内圈和外圈固定连接，从与所述旋转单元垂直的角度看去，任意一片叶片的前沿与相邻叶片的后沿处于同一平面，并且在与水流方向垂直的平面上所述叶片之间没有间隙。
8.根据权利要求2所述的水流动力发电机，其特征在于，进一步包括两块吊板，所述吊板的每一者的上沿固定连接至所述两块主板中的相应一者，所述吊板的每一者的下沿分别固定连接至所述发电单元。
9.根据权利要求8所述的水流动力发电机，其特征在于，所述两块吊板上沿之间的距离至少大于所述发电单元的宽度，所述吊板中的每一者的深度至少大于所述旋转单元的直径与所述主板厚度的一半之和。
10.根据权利要求1所述的水流动力发电机，其特征在于，进一步包括防护板，所述防护板位于所述发电单元水流方向的前部，整体呈U型槽形状，其左右上沿分别与所述两块主板的内侧固定连接，且所述防护板的宽度至少大于所述旋转装置和所述发电装置中宽度较大的一者的宽度。
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