CN212535918U - 可自动偏航的水流发电设施 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可自动偏航的水流发电设施，包括：基础结构；自偏航座环安装于基础结构的上端；导流柱包括由上到下依次连接的柱本体、柱底板和连接轴；连接轴插入于自偏航座环中；机组包括机舱和叶轮，机舱安装于导流柱的上端，机舱的内部设置有发电机，发电机的动能输入端与叶轮的中心部连接，叶轮的中轴线与机舱的中轴线共线，叶轮处于所述机舱的背水端；机舱的中轴线垂直自偏航座环的轴向。本实用新型的可自动偏航的水流发电设施。本实用新型的可自动偏航的水流发电设施对建设场址条件要求较低，可扩大水能资源的开发地域及利用率；水流发电设施的机组结构简单，可靠性高；水流发电设施的机组具有360度自动偏航功能，对水流动能利用率高。

Description

可自动偏航的水流发电设施

技术领域

本实用新型涉及水电发电技术领域，特别是涉及一种可自动偏航的水流发电设施。

背景技术

水能资源指水体的动能、势能和压能等能量资源，广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源，资源分布广，能量蕴藏量大。目前人类对水能的利用几乎仅有水力发电这一种成熟的利用方式，并且仅主要利用河流的势能一种能量型式，其他利用方式距离商业开发尚有非常长远的路要走。由此出现一种矛盾的局面是，一方面大量优质水能资源未得到开发利用，另一方面是人类社会巨大的用电量缺口。

目前人类对水能资源的利用，处于利用水体势能发电的技术阶段，其中主要是利用河流势能，并少量开发了潮汐能。传统水电站、抽水蓄能电站及潮汐电站等往往需修建挡水或蓄水建筑物，创造水头差，以达到发电目的。上述电站虽然可驱动大单机容量的发电机组，但这些电站对建设场址条件具有较高要求，在选址上具有较大局限性。为获得一定水头，往往挡水、引水、蓄水建筑物等土建工程量大，投资高，施工工期长，并且一些大型土建工程还存在非常大的技术难题。由于挡水建筑物的修建，这些电站对水系环境改变非常大，故对生态环境影响较大。此外，这些水电站对水资源的利用，具有排他性，与人类对水资源其他属性的利用存在时间、空间上的冲突。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型解决的技术问题在于提供一种可自动偏航的水流发电设施。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种可自动偏航的水流发电设施，包括：

基础结构；

自偏航座环，安装于所述基础结构的上端，所述自偏航座环的中轴线处于竖直方向上；

导流柱，所述导流柱包括由上到下依次连接的柱本体、柱底板和连接轴；所述连接轴插入于所述自偏航座环中，所述连接轴与所述自偏航座环同轴设置，所述连接轴可绕着所述自偏航座环的中轴线转动；所述柱底板与所述自偏航座环为同轴设置；

机组，所述机组包括机舱和叶轮，所述机舱安装于所述导流柱的上端，所述机舱的内部设置有发电机，所述发电机的动能输入端与所述叶轮的中心部连接，所述叶轮的中轴线与所述机舱的中轴线共线，所述叶轮处于所述机舱的背水端；所述机舱的中轴线垂直所述自偏航座环的中轴线。

优选地，所述柱本体的横截面为流线形。

优选地，所述自偏航座环上设有锁定装置，所述锁定装置包括安装于自偏航座环上的所述轴夹持器件，所述轴夹持器件与控制器连接，所述轴夹持器件可夹住连接轴。

优选地，所述基础结构固定于水下基床。

优选地，所述叶轮的尾部设有尾翼。

优选地，所述导流柱的柱本体的高度与所述柱底板的高度相加的和值大于所述叶轮的半径。

优选地，所述机舱的迎水端设有整流罩。

优选地，所述叶轮上设有刹车装置，所述刹车装置与控制器连接，所述刹车装置用于使叶轮制动。

优选地，所述自偏航座环上设有电缆保护管。

优选地，多个所述水流发电设施可阵列排布进行串联。

如上所述，本实用新型的可自动偏航的水流发电设施，具有以下有益效果：

本实用新型的可自动偏航的水流发电设施，水流发电设施安装在水下，当机舱的中轴线与水流方向平行时，叶轮的中轴线与水流方向平行，机组具有最小的水流势能；当水流方向发生变化，由于与机组连接的导流柱可绕着所述自偏航座环的中轴线转动，根据最小势能原理，机组将自动偏航，则叶轮的中轴线保持与变化后的水流方向平行；也就是说，叶轮的中轴线总是自动趋于与水流方向平行的方向并保持平衡，以达到对水流动能的最大转化率；本实用新型的可自动偏航的水流发电设施对建设场址条件要求较低，可扩大水能资源的开发地域及利用率；水流发电设施的机组结构简单，可靠性高；水流发电设施的机组具有360度自动偏航功能，对水流动能利用率高。

附图说明

图1显示为本实施例的可自动偏航的水流发电设施的外部结构示意图。

图2显示为本实施例的可自动偏航的水流发电设施的机舱的背水端的示意图。

图3显示为本实施例的可自动偏航的水流发电设施的内部结构示意图。

图4显示为本实施例的可自动偏航的水流发电设施的机组的结构示意图。

图5显示为本实施例的可自动偏航的水流发电设施的导流柱的侧视结构示意图。

图6显示为本实施例的可自动偏航的水流发电设施的导流柱的俯视结构示意图。

图7显示为本实施例的可自动偏航的水流发电设施的基础结构安装于水下基床上的结构示意图。

图8显示为本实施例的可自动偏航的水流发电设施在控制器控制下的原理图。

附图标号说明

100 基础结构

200 自偏航座环

210 锁定装置

220 电缆保护管

230 电缆端口

300 导流柱

310 柱本体

320 柱底板

330 连接轴

400 机组

410 机舱

411 整流罩

420 叶轮

421 尾翼

422 刹车装置

430 发电机

440 密封圈

500 控制器

600 水下基床

700 集电电缆

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1至图8所示，本实施例的可自动偏航的水流发电设施，包括：

基础结构100，固定安装于水下；

自偏航座环200，安装于基础结构100的上端，自偏航座环200上设有锁定装置210，自偏航座环200的中轴线处于竖直方向上；

导流柱300，导流柱300包括由上到下依次连接的柱本体310、柱底板320和连接轴330；连接轴330插入于自偏航座环200中，连接轴330与自偏航座环200同轴设置，连接轴330可绕着自偏航座环200的中轴线转动；柱底板320与自偏航座环200为同轴设置；

机组400，机组400包括机舱410和叶轮420，机舱410安装于导流柱300的上端，机舱410的内部设置有发电机430，发电机430的动能输入端与叶轮420的中心部连接，叶轮420的中轴线与机舱410的中轴线共线，叶轮420处于机舱410的背水端；机舱410的中轴线垂直自偏航座环200的中轴线。

本实用新型的可自动偏航的水流发电设施，水流发电设施安装在水下，当机舱410的中轴线与水流方向平行时，叶轮420的中轴线与水流方向平行，机组400具有最小的水流势能；当水流方向发生变化，由于与机组400连接的导流柱300可绕着自偏航座环200的中轴线转动，根据最小势能原理，机组400将自动偏航，则叶轮420的中轴线保持与变化后的水流方向平行；也就是说，叶轮420总是自动趋于与水流方向平行的方向并保持平衡，以达到对水流动能的最大转化率；叶轮420的中轴线保持与变化后的水流方向平行时，水流方向为图6的A向。本实用新型的可自动偏航的水流发电设施对建设场址条件要求较低，可扩大水能资源的开发地域及利用率；水流发电设施的机组400结构简单，可靠性高。

可自动偏航的水流发电设施的机组400对水能资源能量条件要求较低，具有一定流速的水域即可；该水流发电设施对场址工程地形地质条件要求较低，水流发电设施为单点式构筑物，无需修建大型土建设施，对地形适应能力强，相对于传统的水力发电站，对地基承载力要求较低；该水流发电设施的机组400对水深要求较低，满足一定的安全富裕水深即可；该水流发电设施的为单点式透水构筑物，不改变水系环境，对生态环境影响小，在生态环保方面限制条件较少；该水流发电设施结构简单，施工难度较小，场址选择在建设施工方面受到的限制因素较少。

可自动偏航的水流发电设施的机组400具有360度自动偏航功能，该水流发电设施结构简单，当水流方向变化时，机组400将自动偏航，叶轮420总是自动趋于与水流方向平行的方向并保持平衡，对水流动能利用率高。在水流方向经常变化的水域，尤其是往复流水域，如受涨落潮潮流影响的近海海底、感潮河段等优势尤其明显。水流发电设施的机组400的自动偏航功能使机组400能实时适应水流方向变化，无需停机偏航，利用小时数高。水流发电设施属单点式构筑物，结构简单，施工安装方便。

本实施例中，发电机430的动能输入端与叶轮420的中心部通过齿轮箱或者其它机械传动结构连接。

柱本体310的横截面为流线形。柱本体310的结构在保证强度的同时，能够减少柱本体310在水流中受到的水流扰流的影响。柱底板320的横截面为圆形，柱底板320提供稳定的支撑力。

锁定装置210包括安装于自偏航座环200上的轴夹持器件，轴夹持器件与控制器500连接，轴夹持器件可夹住连接轴330。控制器500控制轴夹持器件启动，轴夹持器件启动后夹住连接轴330。当水流流场较紊乱时，控制器500控制轴夹持器件，使得轴夹持器件夹住连接轴330，使机组400的位置固定，机舱410的中轴线与水流的主流向平行，机组400处于稳定的工作环境。

基础结构100固定于水下基床600，该结构使得水流发电设施的位置稳固。

叶轮420的尾部设有尾翼421。保持机组400的中轴线与水流方向平行设置，不产生摆动。

导流柱300的柱本体310的高度与柱底板320的高度相加的和值大于叶轮420的半径。该结构使得叶轮420的扫水面积远离基础结构100及自偏航座环200的尾流范围，基础结构100及自偏航座环200不影响机组400发电效率。

机舱410的迎水端设有整流罩411。水流发电设施位于水下并达到稳定工作状态后，水流由整流罩411方向流向叶轮420，整流罩411使水流平顺流动，水流动能损失小。

叶轮420上设有刹车装置422，刹车装置422与控制器500连接，刹车装置422用于使叶轮420制动。当需要检修叶轮420时，刹车装置422控制叶轮420停止转动。刹车装置422包括两个刹车片和驱动两个刹车片夹住叶轮420的中心部的气缸。刹车装置422只需要是能够满足使叶轮420制动的其它任何结构均可。

自偏航座环200内设置电缆端口230，机组400中的集电线路与通过电缆端口230与集电电缆700相连将所发电能向外输出。自偏航座环200上设有电缆保护管220，电缆保护管220用于保护集电线路。

多个水流发电设施可阵列排布串联。在一片水域的水下布置多台水流发电设施，通过一定的阵列排布，可形成水下分散式水流发电站。

机舱410的背水端与叶轮420之间设置密封圈440，密封圈440阻止水进入机舱410内。

本实用新型的可自动偏航的水流发电设施的施工方法，包括以下步骤：

1)安装基础结构100；

2)在水上将自偏航座环200、导流柱300和机组400组装成整体，形成发电设施主体；

3)将发电设施主体安装于基础结构100上，施工完成。

本实用新型的可自动偏航的水流发电设施中，叶轮420将水流动能转化为机械能，进而通过机舱410内的发电机430转化为电能。机舱410下设置导流柱300，通过自偏航座环200与基础结构100连接固定于水下，导流柱300与自偏航座环200采用连接轴330连接，从而机组400可绕自偏航座环200的轴线360度旋转偏航。在具有一定流速的水域水下安装多台本实用新型提供的水流发电设施，可形成水下发电场，如潮流能发电场、无挡水建筑物的河床发电场等。

综上，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种可自动偏航的水流发电设施，其特征在于，包括：

基础结构(100)；

自偏航座环(200)，安装于所述基础结构(100)的上端，所述自偏航座环(200)的中轴线处于竖直方向上；

导流柱(300)，所述导流柱(300)包括由上到下依次连接的柱本体(310)、柱底板(320)和连接轴(330)；所述连接轴(330)插入于所述自偏航座环(200)中，所述连接轴(330)与所述自偏航座环(200)同轴设置，所述连接轴(330)可绕着所述自偏航座环(200)的中轴线转动；所述柱底板(320)与所述自偏航座环(200)为同轴设置；

机组(400)，所述机组(400)包括机舱(410)和叶轮(420)，所述机舱(410)安装于所述导流柱(300)的上端，所述机舱(410)的内部设置有发电机(430)，所述发电机(430)的动能输入端与所述叶轮(420)的中心部连接，所述叶轮(420)的中轴线与所述机舱(410)的中轴线共线，所述叶轮(420)处于所述机舱(410)的背水端；所述机舱(410)的中轴线垂直所述自偏航座环(200)的中轴线。

2.根据权利要求1所述的可自动偏航的水流发电设施，其特征在于：所述柱本体(310)的横截面为流线形。

3.根据权利要求1所述的可自动偏航的水流发电设施，其特征在于：所述自偏航座环(200)上设有锁定装置(210)，所述锁定装置(210)包括安装于自偏航座环(200)上的轴夹持器件，所述轴夹持器件与控制器(500)连接，所述轴夹持器件可夹住连接轴(330)。

4.根据权利要求1所述的可自动偏航的水流发电设施，其特征在于：所述基础结构(100)固定于水下基床(600)。

5.根据权利要求1所述的可自动偏航的水流发电设施，其特征在于：所述叶轮(420)的尾部设有尾翼(421)。

6.根据权利要求1所述的可自动偏航的水流发电设施，其特征在于：所述导流柱(300)的柱本体(310)的高度与所述柱底板(320)的高度相加的和值大于所述叶轮(420)的半径。

7.根据权利要求1所述的可自动偏航的水流发电设施，其特征在于：所述机舱(410)的迎水端设有整流罩(411)。

8.根据权利要求1所述的可自动偏航的水流发电设施，其特征在于：所述叶轮(420)上设有刹车装置(422)，所述刹车装置(422)与控制器(500)连接，所述刹车装置(422)用于使叶轮(420)制动。

9.根据权利要求1所述的可自动偏航的水流发电设施，其特征在于：所述自偏航座环(200)上设有电缆保护管(220)。

10.根据权利要求1所述的可自动偏航的水流发电设施，其特征在于：多个所述水流发电设施，可阵列排布串联。

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