CN220979739U - 一种光电水电发电船 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光电水电发电船，包括由高分子纤维增强复合材料制成的船体，所述船体包括依次固定的下浮体、中连接板和上围栏，下浮体的前端和后端分别设有相对称的外扩式进水导口和外扩式出水导口，下浮体的中部设有中空区，中空区内安装有分别与外扩式进水导口和外扩式出水导口相对应的水轮，下浮体的侧部安装有由水轮带动的发电机和与发电机连接的变压控制柜，上围栏的上方覆盖有与变压控制柜连接的光伏发电板。本发明通过合理的结构设计使水流能够有效冲击水轮并带动发电机进行发电，同时还将光伏发电与水流发电合理地集成为一体，解决了现有技术发电效果较差及扩展性差的技术问题。

Description

一种光电水电发电船

技术领域

本实用新型涉及清洁能源技术领域，具体涉及一种光电水电发电船。

背景技术

现阶段，水力发电的成熟技术主要基于大坝建立水电站，例如我国已建成规模较大的三峡水电站和白鹤滩水电站，其原理是利用大坝的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机而得到电力。该种发电技术具有生产成本低但发电效率高的优点，因而为我国的经济建设提供了重要的能源保障。

但随着社会的进步和科技的发展，仅仅依靠水电站发电仍然不足以满足日益增长的用电需求。为此，人们研发出了利用水流速度能的新型发电技术，如公开号为CN209943003U的专利文献就公开了一种利用水流的自流水发电装置，该装置具有浮体，浮体中间部位向下安装有至少一根转轴，转轴上自上而下设有若干个水流叶片组，每个水流叶片组中的叶片数量保持一致且均为3～6片，每个水流叶片组中的叶片均是呈环形均匀分布，所述叶片上的水流冲击面与转轴呈平行布置；每根转轴的上端自浮体穿出并与一齿轮增速器传动连接，所述齿轮增速器对应与一发电机传动连接。

虽然上述装置可利用水流发电，但一方面，由于若干个水流叶片组均设置在同一转轴上，其在实际应用时仅最上层水流叶片组的上部位于水面上方，而其余水流叶片组将位于水面下方，这些位于水下的水流叶片组在水中根本不能有效转动，且还会对最上层水流叶片组的转动造成阻碍，因而其实际发电效果较差，不太具备实用性。另一方面，由于其叶片为规格一致的弧形，因此还存在着受水面较小、水流在叶片上停留时间较短及转动阻力较大的问题。再一方面，该装置仅单独利用水流发电，而未能与光伏发电相结合，因而其扩展性差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供了一种光电水电发电船，本发明通过合理的结构设计使水流能够有效冲击水轮并带动发电机进行发电，使得水流的速度能得到了有效利用，同时还将光伏发电与水流发电合理地集成为一体，解决了现有技术发电效果较差及扩展性差的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种光电水电发电船，包括由高分子纤维增强复合材料制成的船体，所述船体包括依次固定的下浮体、中连接板和上围栏，下浮体的前端和后端分别设有相对称的外扩式进水导口和外扩式出水导口，下浮体的中部设有中空区，中空区内安装有分别与外扩式进水导口和外扩式出水导口相对应的水轮，下浮体的侧部安装有由水轮带动的发电机和与发电机连接的变压控制柜，上围栏的上方覆盖有与变压控制柜连接的光伏发电板。

所述水轮包括通过轴承安装在中空区内的转轴，沿径向方向转轴上均匀固定有若干支撑环，沿轴向方向转轴通过支撑环均匀固定有若干弧形叶片，转轴的一端依次固定有密封件、飞盘和用于带动发电机的皮带轮。

所述支撑环上开设有与弧形叶片形状相适配的卡槽，弧形叶片通过卡槽粘固在支撑环上，且任一弧形叶片位于相邻两支撑环之间。

所述弧形叶片包括靠近转轴的内弧形段和远离转轴的外弧形段，外弧形段上通过将内表面向外表面凹陷形成有内凹部和外凸部。

所述支撑环的数量为4-6个，相邻两支撑环之间弧形叶片的数量为6-10片。

所述外扩式进水导口由下浮体前端两侧向外张开的侧导流斜面和前端上部的上导流斜面围合形成，所述外扩式出水导口下浮体后端两侧向外张开的侧导流斜面和后端上部的上导流斜面围合形成。

所述船体中的下浮体、中连接板和上围栏依次粘固连接。

所述中连接板的前端分别固定有缆绳牵引桩。

采用本实用新型的优点在于：

1、本实用新型在船体的两端分别设置了相对称的外扩式进水导口和外扩式出水导口，其通过外扩式进水导口可引导水流规律进入船体并增大进水量，以此可更好的利用水流产生的动能来提高水流对水轮的冲击力度和频率，从而达到提高发电效果的目的。其通过外扩式出水导口则可使做功后的水流不受阻力顺利流出，以此达到不影响发电功率的目的。此外，本实用新型通过覆盖在上围栏上的光伏发电板使得发电船同时具有光伏发电和水流发电的功能，既提高了发电船的扩展性，又提高了发电能力。

进一步的，本实用新型采用了由高分子纤维增强复合材料制成的船体，其优点之一是可采用粘固的方式实现船体中各结构件的固定，这使得船体的制备工序更加简单方便。其优点之二是在保持船体具有较高强度的前提下降低了船体的重量，不仅便于运输，还使得船体具有更好的防火、防水和防腐性能，更有利于防止船体在恶劣环境下沉没。

2、本实用新型通过支撑环将弧形叶片均匀固定在转轴上，其有利于提高水轮的整体结构强度，进而可提高水流的抗冲击能力。

3、本实用新型通过卡槽将弧形叶片粘固在支撑环上，并使任一弧形叶片位于相邻两支撑环之间，其使得水轮的组装更加简单方便，同时更有利于后期维护。

4、本实用新型在外弧形段上设有内凹部和外凸部，其中内凹部可增大水流作用在弧形叶片上的受力面积，并使水流在弧形叶片上的停留时间相对增加；而与内凹部相对应的外凸部则可减少弧形叶片出水时的阻力；两者相结合就有利于得到更好的发电效果。

5、本实用新型将支撑环的数量限定为4-6个，将相邻两支撑环之间弧形叶片的数量限定为6-10片，其可根据实际需要选择合适数量的弧形叶片和支撑环，从而得到最佳的发电效果。

6、本实用新型通过牵引桩有利于发电船在实际应用时的有效固定。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型的装配结构示意图；

图3为本实用新型中水轮的整体立体结构示意图；

图4为本实用新型中水轮的整体剖视结构示意图；

图5为本实用新型中水轮的分解结构示意图；

图6为本实用新型中支撑环在转轴上的结构示意图。

图中标记为：1、船体，2、下浮体，3、中连接板，4、上围栏，5、外扩式进水导口，6、外扩式出水导口，7、中空区，8、水轮，9、发电机，10、变压控制柜，11、光伏发电板，12、转轴，13、弧形叶片，14、支撑环，15、密封件，16、飞盘，17、皮带轮，18、缆绳牵引桩。

具体实施方式

实施例1

如图1、2所示，一种光电水电发电船，其包括由高分子纤维增强复合材料制成的船体1，该船体1包括依次固定的下浮体2、中连接板3和上围栏4。其中，为提高连接强度及简化连接工序，下浮体2、中连接板3和上围栏4三者优选粘固连接，即中连接板3粘固在上浮体上，上围栏4粘固在中连接板3上。另外，下浮体2为发电船的承载基础，可漂浮在水面上；中连接板3为整个船体1的荷载连接板，其一方面可作为下浮体2的封闭盖板，另一方面作为上围栏4的安装基础；上围栏4固定在中连接板3上可提高人员在船体1上的安全性。

上述下浮体2的前端和后端分别设有相对称的外扩式进水导口5和外扩式出水导口6，外扩式进水导口5主要由下浮体2前端两侧向外张开的侧导流斜面和前端中部向上倾斜的上导流斜面围合形成，外扩式出水导口6主要由下浮体2后端两侧向外张开的侧导流斜面和后端中部向上倾斜的上导流斜面围合形成。外扩式进水导口5和外扩式出水导口6两者结构一致，仅仅只是朝向相反，通过外扩式进水导口5和外扩式出水导口6可起到扩大进水量和出水量的作用，从而使得发电船能够起到更稳定的发电效果。

上述下浮体2的中部设有分别与外扩式进水导口5和外扩式出水导口6相通的中空区7，中空区7内安装有分别与外扩式进水导口5和外扩式出水导口6相对应的水轮8，水轮8被安装到中空区7内后，经外扩式进水导口5进入的水流可冲击水轮8转动。

本实施例对水轮8的结构不作限定，只要其安装在下浮体2上，并能在水流的冲击下带动发电机9转动发电的结构均可。另外，变压控制柜10具有变压器和控制器的功能，变压器用于对发电机9产生的电能进行变压，控制器可控制发电组件的启停、变压器启停及电能的并网输出。

需要说明的是，水轮8的数量至少为一个，中空区7的数量既可与水轮8的数量一一对应，也可一个中空区7对应多个水轮8，但为了更好的利用水流并提高发电量，本实施例优选中空区7的数量为一个，水轮8的数量为两个，且该两个水轮8分别一前一后间隔设置在中空区7的两端。

进一步的，本实施例在实际应用时还可根据需要在中空区7内设置同样由高分子纤维增强复合材料制成的填充浮体。一方面，通过填充浮体可使水轮8更好的与水面深度相适配，另一方面则能够防止船体1在恶劣环境下沉没，提高了发电船的适应性。

上述下浮体2的侧部安装有由水轮8带动的发电机9和与发电机9连接的变压控制柜10，发电机9一方面通过皮带与水轮8连接，另一方面通过电源线与变压控制柜10连接。当将发电船放置在水中时，水流可冲击转轮转动，进而通过皮带带动发电机9发电，最后由变压控制柜10变压并输出电能。

需要说明的是，发电机9和变压控制柜10与水轮8为一一对应关系，当水轮8的数量为一个时，发电机9和变压控制柜10均为一套，该套发电机9和变压控制柜10均设置在船体1的一侧；当水轮8的数量为两个时，发电机9和变压控制柜10均为两套，该两套发电机9和变压控制柜10分别设置在船体1的两侧。

上述中连接板3的前端分别固定有两个缆绳牵引桩18，在实际使用时可通过缆绳牵引桩18将发电船固定在水面上进行发电。

上述上围栏4的上方通过隔板覆盖有与变压控制柜10连接的光伏发电板11，本实施例通过光伏发电板11一方面可使发电船同时具备光伏发电和水流发电的功能，因而可提高发电效果和发电效率，另一方面还可作为发电船的顶盖遮盖船体1。

需要说明的是，为保证水轮8能够在水流的冲击下有效转动而带动发电机9发电，本实施例优选将外扩式进水导口5的上导流斜面低端所在水平面设置在位于水轮8轴心线下方的0-15cm处，具体可将上导流斜面低端所在水平面设置在位于水轮8轴心线下方的10-15cm处。这样，当水流冲过对应的水轮8后，该水轮8的叶片将被水流冲击旋转到另一角度，此时该水轮8的叶片已在水面之上而不在水流中，因此就可持续转动进行发电，进而可提高发电效果和功率。

本实施例的工作原理为：先通过缆绳将发电船固定在具有水流速度能的江河中，然后水流通过外扩式进水导口5进入下浮体2，在水流的冲击作用下，水轮8转动并通过皮带带动发电机9发电，发电机9产生的电能通过变压控制柜10变压后再并入电网。

实施例2

在实施例1的基础上本实施例对水轮8的结构作了进一步的限定。如图3-6所示，本实施例水轮8包括通过轴承安装在中空区7内的转轴12，转轴12上沿径向方向均匀固定有若干支撑环14，转轴12上沿轴向方向通过支撑环14均匀固定有若干弧形叶片13，转轴12上与发电机9相对应的一端依次固定有密封件15、飞盘16和用于与发电机9连接的皮带轮17，水轮8受到冲击后可通过转轴12上的皮带轮17带动发电机9发电。

为进一步减轻重量，上述支撑环14和弧形叶片13均优选采用高分子纤维增强复合材料制成。其中，支撑环14可粘固在转轴12上，每个支撑环14上均开设有与弧形叶片13形状相适配的卡槽，然后各弧形叶片13通过卡槽粘固在支撑环14上，且任一弧形叶片13位于相邻两支撑环14之间。另外，本实施例将支撑环14的数量设置为4-6个，将相邻两支撑环14之间弧形叶片13的数量设置为6-10片，但为在保证水轮8整体结构强度较佳的前提下得到更好的发电效果和发电效率，优选支撑环14的数量为5个，相邻两支撑环14之间弧形叶片13的数量为8片。

本实施例中的弧形叶片13包括靠近转轴12的内弧形段和远离转轴12的外弧形段，通常外弧形段和内弧形段的弧度一致，其弧度大致为70-80度，但为提高发电效果，本实施例优选将外弧形段的内表面向外表面方向凹陷并形成内凹部和外凸部，该外凸部由内凹部向外凹陷对应形成，凹陷后的外弧形段的深度相较于内弧形段来说也更深。对应的，外弧形段上的内凹部可增大水流作用在弧形叶片13上的受力面积和停留时间，而外凸部则可减少弧形叶片13出水时的阻力，采用该结构的弧形叶片13相较于普通弧度一致的叶片就可得到更好的发电效果。

本实施例基于上述结构的水轮8，既增强了水轮8的整体结构强度，又可避免水轮8在使用过程中被冲击损坏而提高水轮8的使用寿命，还有利于提高发电效果，因而实用性更佳。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (8)

1.一种光电水电发电船，其特征在于：包括由高分子纤维增强复合材料制成的船体（1），所述船体（1）包括依次固定的下浮体（2）、中连接板（3）和上围栏（4），下浮体（2）的前端和后端分别设有相对称的外扩式进水导口（5）和外扩式出水导口（6），下浮体（2）的中部设有中空区（7），中空区（7）内安装有分别与外扩式进水导口（5）和外扩式出水导口（6）相对应的水轮（8），下浮体（2）的侧部安装有由水轮（8）带动的发电机（9）和与发电机（9）连接的变压控制柜（10），上围栏（4）的上方覆盖有与变压控制柜（10）连接的光伏发电板（11）。

2.根据权利要求1所述的一种光电水电发电船，其特征在于：所述水轮（8）包括通过轴承安装在中空区（7）内的转轴（12），沿径向方向转轴（12）上均匀固定有若干支撑环（14），沿轴向方向转轴（12）通过支撑环（14）均匀固定有若干弧形叶片（13），转轴（12）的一端依次固定有密封件（15）、飞盘（16）和用于带动发电机（9）的皮带轮（17）。

3.根据权利要求2所述的一种光电水电发电船，其特征在于：所述支撑环（14）上开设有与弧形叶片（13）形状相适配的卡槽，弧形叶片（13）通过卡槽粘固在支撑环（14）上，且任一弧形叶片（13）位于相邻两支撑环（14）之间。

4.根据权利要求2或3所述的一种光电水电发电船，其特征在于：所述弧形叶片（13）包括靠近转轴（12）的内弧形段和远离转轴（12）的外弧形段，外弧形段上通过将内表面向外表面凹陷形成有内凹部和外凸部。

5.根据权利要求3所述的一种光电水电发电船，其特征在于：所述支撑环（14）的数量为4-6个，相邻两支撑环（14）之间弧形叶片（13）的数量为6-10片。

6.根据权利要求1所述的一种光电水电发电船，其特征在于：所述外扩式进水导口（5）由下浮体（2）前端两侧向外张开的侧导流斜面和前端上部的上导流斜面围合形成，所述外扩式出水导口（6）下浮体（2）后端两侧向外张开的侧导流斜面和后端上部的上导流斜面围合形成。

7.根据权利要求1所述的一种光电水电发电船，其特征在于：所述船体（1）中的下浮体（2）、中连接板（3）和上围栏（4）依次粘固连接。

8.根据权利要求1所述的一种光电水电发电船，其特征在于：所述中连接板（3）的前端分别固定有缆绳牵引桩（18）。