CN203146221U - 一种半潜式洋流发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种半潜式洋流发电系统。它的特点是包括箱体，箱体下方连接有悬浮舱。箱体侧面的悬浮舱上有依次相连的聚流管道、水轮机管道和尾流管道。水轮机管道上有水轮机，水轮机含有筒状外壳，其两端中心位置均有通孔，通孔内有转轴。筒状外壳内的那段转轴外周均布有径向的叶片。叶片均由多片瓦形板片连接而成，相邻两个瓦形板片的相应直边连接在一起。筒状外壳下侧加工有贯通其长度的开口，水轮机管道上壁上有开口，筒状外壳的开口四周与水轮机管道的开口四周间呈密封固定连接。转轴的一端伸入在箱体内，且其与发电机输入轴间通过变速箱相连。这种发电系统，发电量较高，能够达到大功率的要求，而且系统稳定系和灵活性都较好。

Description

一种半潜式洋流发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种发电装置。具体说，是利用水流（特别是洋流）进行发电的半潜式洋流发电系统。

背景技术

众所周知，地球表面70%的面积被海洋所覆盖，而在风力和其它动力的推动下，海水长年循着一定的路线周而复始的运动着，这就形成了洋流，洋流的规模要远远大于陆地上江河湖泊中的河流，它是一种取之不尽、用之不竭的绿色环保资源。

近些年来，为了减少地球能源的过渡开发和利用，世界各国都比较重视利用绿色环保资源来进行发电，这其中就包括洋流发电。中国201210075937.6号专利公开了“一种全密封紧凑型漂浮式洋流发电系统”，它包括垂直轴叶轮、行星齿轮增速箱、发电机及浮箱；所述垂直轴叶轮安装在行星齿轮增速箱的低速输入端上，所述发电机安装在行星齿轮增速箱的高速输出端上，且所述发电机尾部安装在浮箱上。虽然利用这种洋流发电装置可以发电，但由于洋流的流速较慢，通常在1米/秒以下，功率密度小，要想提高单机的发电量，就必须将直轴叶轮的叶片做得非常大，而由于受到海洋生态系统的影响和直轴叶轮强度的限制，叶片的尺寸不能无限制的增加，即便将其尺寸做的非常大，也只能将洋流通常流速下所携带的动能进行简单的转换，从而产生电能，这种发电量非常有限，无法实现大功率的要求。又由于该系统的浮箱位于直轴叶轮、行星齿轮增速箱、发电机的上方，而为了给系统提供足够的浮力，浮箱的体积都较大，其在海面受到风力和洋流冲击的受力面积较大，容易发生漂移和倾斜，系统稳定性较差，容易发生损坏。而且，无论如何调整该系统浮箱的吃水深度，其直轴叶轮都始终位于海面以下，当需要移动系统时，直轴叶轮与海水撞击而产生很大的阻力，灵活性较差。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是提供一种半潜式洋流发电系统。这种发电系统，发电量较高，能够达到大功率的要求，而且系统稳定系和灵活性都较好。

为解决上述问题，采取以下技术方案：

本实用新型的半潜式洋流发电系统的特点是包括箱体，箱体内设有输变电装置和发电机，发电机的输出端子借助电缆与输变电装置相连。所述箱体下方连接有悬浮舱，悬浮舱的平面投影面积大于箱体的平面投影面积。所述箱体侧面的悬浮舱上有水平布置的聚流管道、水轮机管道和尾流管道，聚流管道和尾流管道均为斗状，它们口径较小的一端分别与水轮机管道的两端相连接，聚流管道口径较大的一端为洋流入口，尾流管道口径较大的一端为尾流出口。所述水轮机管道上有水轮机，水轮机含有筒状外壳，筒状外壳呈封闭状，其两端中心位置均有通孔，通孔内有转轴，转轴与与水轮机管道的纵向相垂直。筒状外壳内的那段转轴外周均布有径向的叶片，叶片与转轴间均通过支架相连。所述叶片均由多片瓦形板片连接而成，相邻两个瓦形板片的相应直边连接在一起。所述筒状外壳下侧加工有贯通其长度的开口，水轮机管道上壁上有开口，筒状外壳的开口四周与水轮机管道的开口四周间呈密封固定连接，使得水轮机的叶片通过该开口伸入水轮机管道内。所述箱体的侧壁上有通孔，转轴的一端从该通孔伸入在箱体内，且转轴与发电机输入轴间通过变速箱相连。

本实用新型的进一步改进方案是所述聚流管道、水轮机管道和尾流管道有两套，它们呈对称状布置在箱体两侧的悬浮舱上。所述发电机的数量为两个，它们与水轮机管道上的水轮机转轴间通过变速箱呈一一对应连接。两套聚流管道、水轮机管道和尾流管道的对称设计，使得整个系统沿纵向中心线左右对称，系统重量分布较为均匀，不易发生倾斜或侧翻。

本实用新型的进一步改进方案是所述悬浮舱的外侧固定有绞盘，绞盘上绕有缆索，缆索一端连接在绞盘上，另一端连有锚。利用缆索将锚放入海底，使其勾住海床，可以使该发电系统呈相对固定的漂浮在既定位置，利用漂浮的缓冲作用减小海水和风力的冲击对系统造成的损坏，增加其使用寿命。

本实用新型的进一步改进方案是所述箱体外侧对应水轮机管道的上方有吊梁，吊梁的一端固定在箱体上，另一端通过梁柱与所述悬浮舱相连。利用吊梁和梁柱可增加系统的连接刚性，缓解洋流冲击系统时，箱体与悬浮舱连接处、水轮机转轴与箱体通孔间的应力集中，使得系统的结构稳定性更强。

本实用新型的进一步改进方案是所述箱体的顶板有开口，开口上有盖板。通过开口和盖板可以进入到箱体中，对箱体内的设备进行维修保养作业，从而减少水下作业的危险性。

本实用新型的进一步改进方案是所述聚流管道洋流入口的下边沿、尾流管道尾流出口的下边沿均不高于悬浮舱的底面。这样，可以减少系统迎面与洋流相遇时，被撞击的受力面积，使得洋流几乎完全流入聚流管道内，进一步提高了系统的稳定性，增加其使用寿命。

本实用新型的更进一步改进方案是所述聚流管道的洋流入口端有滤网。通过该滤网可拦截海洋生物或其它物质进入系统的管道内，从而避免水轮机管道的堵塞或损坏，在不影响海洋生态系统的同时，增加了系统的使用寿命。

采取上述方案，具有以下优点：

由于本实用新型的半潜式洋流发电系统采用斗状的聚流管道，且聚流管道洋流入口端的口径大于另一端，因此，当洋流进入聚流管道后，其流动截面不断缩小，即利用狭管效应将进入该管道的洋流自身巨大的静压强所具有的势能转换成洋流的动能，从而增加洋流的流速，极大的提升了洋流动能的功率密度。如果洋流入口处的横截面面积是聚流管道与水轮机管道连接端横截面面积的10倍的话，那么洋流在流动过程中，其流动速度将增加至原来的10倍，由于功率密度与速度的三次方成正比，即功率密度增加至原来的1000倍，在面积缩小到1/10之一的情况下，总功率增加至洋流入口处的100倍，从而大大提高了系统发电量，其可满足大功率的设计要求。另外，提供主要浮力的悬浮舱位于整个系统的最下方，在使用状态下，其可完全没入海水中，而海面上仅露出面积较小的箱体顶板，从而可降低风力和海面高流速的洋流对系统的冲击，不易发生漂移和倾斜，具有较好稳定性。而且，该系统是利用最下方的悬浮舱来调整吃水深度，需要时，可将管道、水轮机和箱体完全升高至海面以上，从而可减小系统移动时所承受的海水阻力，具有较好的灵活性。

附图说明

图1是本实用新型的半潜式洋流发电系统结构示意图；

图2是图1中圆圈部分的局部放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步详细说明：

如图1和图2所示，本实用新型的半潜式洋流发电系统包括箱体1，箱体1内设有输变电装置2、变速箱7和发电机6，本实施例中变速箱7和发电机6有两套，发电机6的输出端子均借助电缆与输变电装置2相连，发电机6的输入轴均与对应的变速箱7的输出轴相连接。所述箱体1的顶板上有开口，开口上有盖板3，作业人员可通过开口进入箱体1内作业。所述箱体1下方连接有悬浮舱8，悬浮舱8的平面投影面积大于箱体1的平面投影面积。所述箱体1侧面的悬浮舱8上有水平布置的聚流管道9、水轮机管道11和尾流管道15，聚流管道9和尾流管道15均为斗状，它们口径较小的一端分别与水轮机管道11的两端相连接，聚流管道9口径较大的一端为洋流入口，尾流管道15口径较大的一端为尾流出口。所述水轮机管道11上有水轮机，水轮机含有筒状外壳12，筒状外壳12呈封闭状，其两端中心位置均有通孔，通孔内有转轴18，转轴18与水轮机管道11的纵向相垂直。筒状外壳12内的那段转轴18外周均布有径向的叶片17，叶片17与转轴18间均通过支架16相连。所述叶片17均由多片瓦形板片连接而成，相邻两个瓦形板片的相应直边连接在一起。所述筒状外壳12下侧加工有贯通其长度的开口，水轮机管道11上壁上有开口，筒状外壳12的开口四周与水轮机管道11的开口四周间呈密封固定连接，使得水轮机的叶片17通过该开口伸入水轮机管道11内。本实施例中，在箱体1两侧分别布置有一组依次相连的聚流管道9、水轮机管道11和尾流管道15，两组管道呈并排对称状布置，且水轮机管道11上均连接有水轮机。所述箱体1两侧的侧壁上均有通孔，两个水轮机的转轴18与两个通孔的位置呈一一对应布置，且转轴18的一端分别从对应的通孔伸入在箱体1内，且两个转轴18的该端与箱体1内两个变速箱7的输入轴间呈一一对应连接。整个系统的结构以其纵向中心线对称，可降低系统倾斜和侧翻的概率，增加稳定性。

为了减小海水和风力的冲击对系统造成的损坏，增加其使用寿命，并使其始终处于设定区域，本实施例在所述悬浮舱8的上表面两侧边沿处均固定有绞盘14，绞盘14上绕有缆索，缆索一端连接在绞盘14上，另一端连有锚13，利用缆索将锚13放入海底勾住海床，可以使该发电系统漂浮在既定位置。

为了增加该系统的结构稳定性，减少洋流冲击时箱体1与悬浮舱8连接处、水轮机转轴18与箱体1通孔间的应力集中，本实施例在箱体1两侧对应水轮机管道11的上方均设有吊梁4，吊梁4的一端均固定在箱体1的外壁上，另一端均通过梁柱5与悬浮舱8相连。

由于洋流在流经发电系统时，会对系统产生很大的撞击力，为了减少系统迎流面的受力面积，本实施例中聚流管道9洋流入口的下边沿、尾流管道15尾流出口的下边沿均不高于悬浮舱8的底面，且将两组管道的洋流入口相邻的两个竖边连接在一起，使得迎面而来的洋流几乎完全流入到两个聚流管道9内。同时，为了不影响悬浮舱8的浮力，为系统提供足够的支撑，本实施例中将悬浮舱8竖向的纵截面设计成了梯形，并使得水轮机管道11的底部平面完全贴合在悬浮舱8的上表面，聚流管道9、尾流管道15的底部斜面与悬浮舱8的两个斜面分别贴合在一起，这样可减少系统连接处的间隙，提高悬浮舱8对整体管道的支撑性。

另外，在广阔的海洋中，存在着大量的海洋生物或其它物质，这些生物和物质维系着整个海洋生态系统，而如果将本实用新型的半潜式洋流发电系统置于海水中进行洋流发电时，这些生物和其它物质很容易随着洋流进入系统的管道中，在可能对海洋生态系统造成影响的同时，还容易造成水轮机管道11的堵塞或损坏。因此，本实施例在聚流管道9的洋流入口端还设置有滤网10，通过该滤网10可拦截大多数的海洋生物或其它物质，避免它们进入管道中。

使用时，利用拖船将本实用新型的半潜式洋流发电系统拉到适合发电的海域，利用锚13将其固定在海基上，洋流从聚流管道9的洋流入口处进入，经过滤网10过滤，将鱼类等海洋生物阻挡在管道之外。之后，洋流受口径不断缩小的聚流管道9影响，流速越来越快，即利用狭管效应将洋流的静压力势能转换为流动的动能。然后，高速的洋流在流经水轮机管道11时，直接冲击在水轮机叶片17上并对其做功，带动转轴18转动，再由转轴18通过变速箱7带动发电机6发电，所发电能经箱体1内的输变点装置2后通过海底电缆送入岸基国家电网。做功的尾流最终经尾流管道15排出，而口径逐渐扩大的尾流管道15，使得后续的尾流更加容易排出。应用时，可通过空气压缩机来调整悬浮舱8的吃水深度，既使系统能够完全没入水中进行洋流发电，又使系统能够完全浮于水面，方便拖动。

Claims (7)

1.一种半潜式洋流发电系统，其特征在于包括箱体（1），箱体（1）内设有输变电装置（2）和发电机（6），发电机（6）的输出端子借助电缆与输变电装置（2）相连；所述箱体（1）下方连接有悬浮舱（8），悬浮舱（8）的平面投影面积大于箱体（1）的平面投影面积；所述箱体（1）侧面的悬浮舱（8）上有水平布置的聚流管道（9）、水轮机管道（11）和尾流管道（15），聚流管道（9）和尾流管道（15）均为斗状，它们口径较小的一端分别与水轮机管道（11）的两端相连接，聚流管道（9）口径较大的一端为洋流入口，尾流管道（15）口径较大的一端为尾流出口；所述水轮机管道（11）上有水轮机，水轮机含有筒状外壳（12），筒状外壳（12）呈封闭状，其两端中心位置均有通孔，通孔内有转轴（18），转轴（18）与水轮机管道（11）的纵向相垂直；筒状外壳（12）内的那段转轴（18）外周均布有径向的叶片（17），叶片（17）与转轴（18）间均通过支架（16）相连；所述叶片（17）均由多片瓦形板片连接而成，相邻两个瓦形板片的相应直边连接在一起；所述筒状外壳（12）下侧加工有贯通其长度的开口，水轮机管道（11）上壁上有开口，筒状外壳（12）的开口四周与水轮机管道（11）的开口四周间呈密封固定连接，使得水轮机的叶片（17）通过该开口伸入水轮机管道（11）内；所述箱体（1）的侧壁上有通孔，转轴（18）的一端从该通孔伸入在箱体（1）内，且转轴（18）与发电机（6）输入轴间通过变速箱（7）相连。

2.如权利要求1所述的半潜式洋流发电系统，其特征在于所述聚流管道（9）、水轮机管道（11）和尾流管道（15）有两套，它们呈对称状布置在箱体（1）两侧的悬浮舱（8）上；所述发电机（6）的数量为两个，它们与水轮机管道（11）上的水轮机转轴（18）间通过变速箱（7）呈一一对应连接。

3.如权利要求1所述的半潜式洋流发电系统，其特征在于所述悬浮舱（8）的外侧固定有绞盘（14），绞盘（14）上绕有缆索，缆索一端连接在绞盘（14）上，另一端连有锚（13）。

4.如权利要求1所述的半潜式洋流发电系统，其特征在于所述箱体（1）外侧对应水轮机管道（11）的上方有吊梁（4），吊梁（4）的一端固定在箱体（1）上，另一端通过梁柱（5）与所述悬浮舱（8）相连。

5.如权利要求1所述的半潜式洋流发电系统，其特征在于所述箱体（1）的顶板有开口，开口上有盖板（3）。

6.如权利要求1所述的半潜式洋流发电系统，其特征在于所述聚流管道（9）洋流入口的下边沿、尾流管道（15）尾流出口的下边沿均不高于悬浮舱（8）的底面。

7.如权利要求1~6中任一项所述的半潜式洋流发电系统，其特征在于所述聚流管道（9）的洋流入口端有滤网（10）。

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