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模塊化雙向潮流能發電裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610049177.X

申請日:

2016.01.22

公開號:

CN105484935A

公開日:

2016.04.13

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||著錄事項變更IPC(主分類):F03B 13/26變更事項:申請人變更前:杭州林東新能源科技股份有限公司變更后:杭州林東新能源科技股份有限公司變更事項:地址變更前:310011 浙江省杭州市莫干山路1418-21號3幢201室(上城科技工業基地)變更后:310053 浙江省杭州市濱江區六和路368號一幢(北)三層D3018|||實質審查的生效IPC(主分類):F03B 13/26申請日:20160122|||公開
IPC分類號: F03B13/26; F03B11/00; F03B3/18; F03B11/06 主分類號: F03B13/26
申請人: 杭州林東新能源科技股份有限公司
發明人: 林東
地址: 310011浙江省杭州市莫干山路1418-21號3幢201室(上城科技工業基地)
優先權: 2015103782359 2015.06.29 CN
專利代理機構: 杭州裕陽專利事務所(普通合伙)33221 代理人: 黃夏
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610049177.X

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2019.02.19|||2016.11.23|||2016.05.11|||2016.04.13

法律狀態類型:

授權|||著錄事項變更|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種模塊化雙向潮流能發電裝置,包括外框架、至少兩個內框架、至少兩根安裝軸、驅動單元、至少四個水平軸水輪發電機和至少四個導流罩。至少兩個內框架可分離地設置于外框架內。至少兩根安裝軸分別可轉動地設置于每個內框架,至少兩根安裝軸的軸線方向垂直于水平面且相互平行。驅動單元連接至少兩根安裝軸以驅動安裝軸轉動。每兩個水平軸水輪發電機固定于一根安裝軸上且于同一個內框架內沿垂直于水平面的方向排列。至少四個導流罩固定于外框架或內框架,每個導流罩對應于每個水平軸水輪發電機設置,水平軸水輪發電機隨安裝軸的轉動在導流罩內改變朝向。

權利要求書

1.一種模塊化雙向潮流能發電裝置,其特征在于,包括:
外框架;
至少兩個內框架,可分離地設置于外框架內;
至少兩根安裝軸,分別可轉動地設置于每個內框架,所述至少兩根安裝軸
的軸線方向垂直于水平面且相互平行;
驅動單元,連接所述至少兩根安裝軸以驅動安裝軸轉動;
至少四個水平軸水輪發電機,每兩個水平軸水輪發電機固定于一根安裝軸
上且于同一個內框架內沿垂直于水平面的方向排列;
至少四個導流罩,固定于外框架或內框架,每個導流罩對應于每個水平軸
水輪發電機設置,所述水平軸水輪發電機隨安裝軸的轉動在導流罩內改變朝向。
2.根據權利要求1所述的模塊化雙向潮流能發電裝置,其特征在于,每個
導流罩具有兩個導水部分和一個中間部分,所述中間部分位于兩個導水部分之
間,每個導水部分遠離中間部分的一端的橫截面為矩形,每個導水部分連接中
間部分的一端的橫截面為圓形,所述中間部分的橫截面為圓形,所述橫截面垂
直于水平面且垂直于水流方向,所述圓形橫截面的面積小于矩形橫截面的面積。
3.根據權利要求2所述的模塊化雙向潮流能發電裝置,其特征在于,其中
一個導水部分具有第一中心軸線,另一個導水部分具有第二中心軸線,第二中
心軸線和第一中心軸線形成不為零的夾角。
4.根據權利要求1或2所述的模塊化雙向潮流能發電裝置,其特征在于,
每個導流罩為非對稱結構。
5.根據權利要求1所述的模塊化雙向潮流能發電裝置,其特征在于,所述
模塊化雙向潮流能發電裝置還包括至少六個軸承,每三個軸承套設一根安裝軸,
設于一根安裝軸上的三個軸承分別位于兩個水平軸水輪發電機的兩側和中間。
6.根據權利要求1所述的模塊化雙向潮流能發電裝置,其特征在于,所述
外框架具有多個固定樁,所述外框架通過打樁的方式固定于海底。
7.根據權利要求1所述的模塊化雙向潮流能發電裝置,其特征在于,所述
外框架具有多個減小水流阻力結構。
8.根據權利要求1所述的模塊化雙向潮流能發電裝置,其特征在于,所述
模塊化雙向潮流能發電裝置還包括拉環和拉索,所述拉環設于外框架,所述拉
索的一端設于拉環上。
9.根據權利要求8所述的模塊化雙向潮流能發電裝置,其特征在于,所述
模塊化雙向潮流能發電裝置還包括至少一個浮筒單元,設置于所述外框架。

說明書

模塊化雙向潮流能發電裝置

技術領域

本發明涉及一種發電裝置,尤其涉及一種模塊化雙向潮流能發電裝置。

背景技術

海洋能(包含潮汐能、潮流能、波浪能、海流能)是指海水流動的能量,
作為可再生能源,儲量豐富,分布廣泛,具有極好的開發前景和價值。海洋能
的利用方式主要是發電,其工作原理與風力發電類似,即通過能量轉換裝置,
將海水的機械能轉換成電能。具體而言,首先海水沖擊水輪機,水輪機將水流
的能量轉換為旋轉的機械能,然后水輪機經過機械傳動系統帶動發電機發電,
最終轉換成電能。

現今能源日益短缺,溫室效應日益嚴重,能源需要低碳化,所以風能,海
洋能等清潔能源是未來能源的發展方向。但現在這些清潔能源的發電設備,除
了風能利用比較成熟外,海洋能的利用還都是在起步階段,沒有通用和成熟的
設備。現有的少數設備也存在效率低下,設備不能大規模化的問題。

由于海洋環境復雜,水中阻力大,傳統的海洋能發電裝置的安裝都必須在
海里進行,困難度高,費用龐大。另外,由于發電裝置長期接觸海水,在海水
的長期侵蝕和巨大沖擊力下,海洋能發電裝置使用一段時間后就要定期進行維
修或更換。然而傳統的海洋能發電裝置的維修和更換也均在海里進行,困難度
高,成本巨大。甚至,因為部分組件的損壞,導致整個海洋能發電裝置的報廢,
這是海洋能發電裝置高成本的重要原因之一,也是造成現有的海洋能發電裝置
無法大規模化、商業化運營的直接原因。

尤其是水平軸水輪發電機,由于其所有設備(包括葉輪和發電機)均在水
下,因此水平軸水輪發電機的維修更加困難,成本更高。因此,即便水平軸水
輪發電機的發電效率高于垂直軸水輪發電機,但水平軸水輪發電機仍然無法商
業化。然而,目前海洋能發電領域的技術人員都忽略了對安裝和維修方式的改
進。

另外,由于潮流能是利用海洋的潮流進行發電。伴隨著漲潮和落潮,潮流
的方向會發生改變。傳統的大部分水平軸水輪發電機都不可以旋轉,導致潮流
能發電機只能利用漲潮或者落潮進行發電,發電效率極低。現有技術人員為了
充分利用漲潮和落潮產生的能量,選擇安裝兩套發電系統。一套發電系統的葉
輪朝向漲潮方向,另一套發電系統的葉輪朝向落潮方向。雖然看似漲潮和落潮
產生的能量都充分得以利用,但是在漲潮或落潮時,始終會有一套發電系統閑
置。增加一套發電系統使得生產成本翻倍,而產生的電能功率的提高遠不及成
本的增加,這極大地限制了潮流能發電裝置的推廣和運用。

要注意的是,漲潮和落潮的潮流速度并不恒定。在安裝發電裝置時,一旦
發電機選定,它的負載量就確定下來。然而,潮流的速度并不恒定,因此造成
發電量并不恒定。現有的潮流能發電裝置為了節省成本以及受到技術上的局限,
無論是水平軸水輪發電機還是垂直軸水輪發電機只能承載在一定水流速度以下
的發電負荷。一旦水流速度增加,發電量超過負荷,發電機會超負荷工作很容
易損毀。因此,為了延長發電機的工作壽命,傳統的潮流能發電裝置一旦潮流
超過一定速度就徹底切斷水流,使得發電機停止工作,大幅度降低了發電效率。

現有一種潮流能發電裝置借鑒風能發電機的設計,通過變槳的方式調節發
電裝置的負荷。當水流速度較大時,通過調節裝置使槳葉迎角減小;當水流速
度較小時,通過調節裝置使槳葉迎角增大。然而,這種設計存在很大的弊端。
不同于風能發電機的使用環境,水平軸水輪發電機是在水中使用,受到的阻力
遠遠大于風能發電機受到的阻力。并且,由于調節的是水平軸水輪發電機的葉
片角度,旋轉機構是整個都位于水里,要實現葉片角度的旋轉就需要精準地設
計葉片各部件之間的安裝緊密程度。若連接很緊密,摩擦力太大,則很難調整
葉片的迎水面角度,導致調節裝置無法發揮調節的功效。這種情況下的發電裝
置在水流太小時無法提高效率,在水流太大時也無法真正保護發電機。若連接
太松,摩擦力太小,雖然可以輕松地調節,但是會存在喪失密封性這一嚴重問
題。這樣水流將會灌入葉輪內部造成整個葉輪損壞,維修率大大提高,成本巨
增。并且水輪機有幾個葉片就要對應安裝幾個旋轉機構和控制機構,其成本和
技術難度急劇增加。

發明內容

本發明為了克服現有技術中的至少一個不足,提供一種模塊化雙向潮流能
發電裝置。

為了實現上述目的,本發明提供一種模塊化雙向潮流能發電裝置,包括外
框架、至少兩個內框架、至少兩根安裝軸、驅動單元、至少四個水平軸水輪發
電機和至少四個導流罩。至少兩個內框架可分離地設置于外框架內。至少兩根
安裝軸分別可轉動地設置于每個內框架,至少兩根安裝軸的軸線方向垂直于水
平面且相互平行。驅動單元連接至少兩根安裝軸以驅動安裝軸轉動。每兩個水
平軸水輪發電機固定于一根安裝軸上且于同一個內框架內沿垂直于水平面的方
向排列。至少四個導流罩固定于外框架或內框架,每個導流罩對應于每個水平
軸水輪發電機設置,水平軸水輪發電機隨安裝軸的轉動在導流罩內改變朝向。

于本發明的一實施例中,每個導流罩具有兩個導水部分和一個中間部分,
中間部分位于兩個導水部分之間,每個導水部分遠離中間部分的一端的橫截面
為矩形,每個導水部分連接中間部分的一端的橫截面為圓形,中間部分的橫截
面為圓形,橫截面垂直于水平面且垂直于水流方向,圓形橫截面的面積小于矩
形橫截面的面積。

于本發明的一實施例中,其中一個導水部分具有第一中心軸線,另一個導
水部分具有第二中心軸線,第二中心軸線和第一中心軸線形成不為零的夾角。

于本發明的一實施例中,每個導流罩為非對稱結構。

于本發明的一實施例中,模塊化雙向潮流能發電裝置還包括至少六個軸承,
每三個軸承套設一根安裝軸,設于一根安裝軸上的三個軸承分別位于兩個水平
軸水輪發電機的兩側和中間。

于本發明的一實施例中,外框架具有多個固定樁,外框架通過打樁的方式
固定于海底。

于本發明的一實施例中,外框架具有多個減小水流阻力結構。

于本發明的一實施例中,模塊化雙向潮流能發電裝置還包括拉環和拉索,
拉環設于外框架,拉索的一端設于拉環上。

于本發明的一實施例中,模塊化雙向潮流能發電裝置還包括至少一個浮筒
單元,設置于外框架。

綜上所述,本發明提供的模塊化雙向潮流能發電裝置通過設置可分離的內
框架和外框架,使得發電裝置可以在水面上進行模塊化組裝和替換,大幅度降
低維修和安裝費用,克服了傳統潮流能發電裝置無法商業化、大規模化的難題。
并且,在垂直于水平面的方向上排布至少兩個水平軸水輪發電機,在平行于水
平面的方向上也排布至少兩個水平軸水輪發電機,使得水輪發電機實現矩陣化
排布,充分利用整個海域橫向和縱向的潮流能,大大提高發電效率。通過設置
導流罩,將水流都集中導向水平軸水輪發電機,使得水平軸水輪發電機的葉輪
受力更大、轉速更快,從而提高發電效率。通過設置安裝軸,創新地通過改變
整個水平軸發電機的朝向而非單獨改變葉片迎水角的方式對發電機的負荷進行
調節,使得無論水流速度多大發電機一直可以保證能夠在安全負荷內正常發電,
極大地提高了發電效率。另外,通過設置可轉動的安裝軸,使得無論漲潮還是
落潮,水平軸水輪發電機的葉輪可以始終朝向水流,從而確保最大的發電功率。
更重要的是,本發明中水平軸水輪發電機的轉動是位于導流罩內而非導流罩外,
并且水平軸水輪發電機轉動而導流罩固定不動,這樣能大大減少對水流流速和
流向的影響,維持水流的流暢從而提高發電效率。

另外,通過在每根安裝軸上設置至少三個軸承,對安裝軸實現“多點約束”,
使得模塊化雙向潮流能發電裝置的規模不光可以橫向(平行于水平面的水平方
向)擴張也可以縱向(垂直于水平面的水深方向)擴張,大幅度提高了發電功
率,克服了現有海洋能發電裝置無法“做大”、“做深”的難題。

進一步,本發明實施例中提供的導流罩,兩端為矩形,中間為圓形,無論
漲潮還是落潮始終可以起到導流作用,并且具有該特定結構的導流罩導流效果
更好。特別地,通過將導流罩設置為非對稱結構,從而確保無論是漲潮還是落
潮,所有水流都能正確地被導流罩引導向水輪發電機,從而最大限度地利用水
流進行發電,提高發電效率。

為讓本發明的上述和其它目的、特征和優點能更明顯易懂,下文特舉較佳
實施例,并配合附圖,作詳細說明如下。

附圖說明

圖1所示為根據本發明第一實施例提供的模塊化雙向潮流能發電裝置的組
裝示意圖。

圖2所示為根據本發明第一實施例提供的模塊化雙向潮流能發電裝置的俯
視圖。

圖3所示為根據本發明第一實施例提供的模塊化雙向潮流能發電裝置的側
視圖。

圖4所示為根據本發明第一實施例提供的模塊化雙向潮流能發電裝置中導
流罩的示意圖。

圖5為圖4的側視圖。

圖6所示為根據本發明第二實施例提供的模塊化雙向潮流能發電裝置的組
裝示意圖。

圖7所示為根據本發明第二實施例提供的模塊化雙向潮流能發電裝置的俯
視圖。

圖8所示為根據本發明第二實施例提供的模塊化雙向潮流能發電裝置的側
視圖。

圖9所示為根據本發明第三實施例提供的模塊化雙向潮流能發電裝置的一
個內置模塊的示意圖。

圖10所示為根據本發明第四實施例提供的模塊化雙向潮流能發電裝置中的
導流罩的示意圖。

具體實施方式

圖1所示為根據本發明第一實施例提供的模塊化雙向潮流能發電裝置的組
裝示意圖。圖2所示為根據本發明第一實施例提供的模塊化雙向潮流能發電裝
置的俯視圖。圖3所示為根據本發明第一實施例提供的模塊化雙向潮流能發電
裝置的側視圖。圖4所示為根據本發明第一實施例提供的模塊化雙向潮流能發
電裝置中導流罩的示意圖。圖5為圖4的側視圖。請一并參考圖1至圖5。

本實施例提供的模塊化雙向潮流能發電裝置包括外框架1、至少兩個內框架
2、至少四個水平軸水輪發電機3、至少兩根安裝軸4、至少四個導流罩5和驅
動單元6。

外框架1可由鋼材料焊接而成。于本實施例中,外框架1可具有多個固定
樁11。通過在外套管內澆灌混凝土形成固定樁11。外框架1通過打樁的方式固
定于海底F。于本實施例中,外框架1還具有多個減小水流阻力結構12。多個
減小水流阻力結構12位于外框架1的迎水側。通過設置減小水流阻力結構12
于外框架1的迎水側,大大減小了外框架1的外套管(之后在此處就形成固定
樁11)承受水力沖擊的受力面積,同時大幅度提高了后續形成的固定樁11的穩
定度。如圖2所示,減小水流阻力結構12位于外框架1的最上邊和最下邊。于
本實施例中,減小水流阻力結構12的截面為三角形。然而,本發明對減小水流
阻力結構12的具體形狀和結構不作任何限定。于其他實施例中,該減小水流阻
力結構可制造為流線型。

至少兩個內框架2可分離地設置于外框架1內。于本實施例中,內框架2
上可設有卡勾(圖未示),外框架1上可設有卡槽(圖未示),內框架2通過卡
勾和卡槽的相互卡合嵌入到外框架1內。然而,本發明對內框架2與外框架1
之間的固定方式不作任何限定。本發明對內框架2的具體數量也不作任何限定。
于實際應用中,內框架2的數量可以多達12個或14個。如圖1所示,多個內
框架2沿平行于水平面P的方向排布,從而實現了潮流能發電裝置規模的橫向
擴展,大大提高潮流能的利用率,突破了現有潮流能發電裝置無法實現規模化
的弊端。

至少兩根安裝軸4分別可轉動地設置于每個內框架2。安裝軸4的軸線方向
X垂直于水平面P且兩根安裝軸4相互平行。每兩個水平軸水輪發電機3固定
于一根安裝軸4上且于同一個內框架2內沿垂直于水平面P的方向D1排列。從
圖1所示方向看去,至少兩個水平軸水輪發電機3為縱向排列,從而實現了潮
流能發電裝置規模沿海洋深度的縱向擴展,大大提高發電功率,進一步克服了
現有傳統潮流能發電裝置無法實現規模化的問題。

于本發明中,一個內框架2、至少兩個水平軸水輪發電機3、至少一根安裝
軸4和一個驅動單元6共同形成一個內置模塊100。于實際應用中,可先將至少
兩個水平軸水輪發電機3、至少一根安裝軸4和至少一個驅動單元6固定在一個
內框架2內,然后將至少兩個這樣組裝好的內框架2固定在外框架1內,從而
實現模塊化雙向潮流能發電裝置的模塊化安裝。具體而言,內置模塊100的安
裝可在岸上進行,然后將內置模塊100吊入置于海中的外框架1內和外框架1
進行固定,如此實現海面上的安裝作業,大大簡化安裝程序,減少安裝時間,
降低海洋中安裝難度。

每個水平軸水輪發電機3包括葉輪31和發電機32。由于水平軸水輪發電機
3的葉輪31和發電機32全部在水下,因此,若水平軸水輪發電機3發生故障,
傳統的潮流能發電裝置將需要在海里進行維修。這樣維修非常困難且費用龐大。
然而,本發明的模塊化雙向潮流能發電裝置可直接將內置模塊100從海中取出
進行維修或更換,實現模塊化雙向潮流能發電裝置的海面上快速更換和維修,
大大降低了維修成本,使得模塊化雙向潮流能發電裝置的商業化得以實現。

于本實施例中,內框架2的數量等于安裝軸4的數量,且水平軸水輪發電
機3的數量等于安裝軸4的數量的兩倍。然而,本發明對此不作任何限定。于
其它實施例中,一個內置模塊100可具有多根安裝軸4和每根安裝軸4上可具
有兩個以上的水平軸水輪發電機3。

每兩個安裝于同一根安裝軸4上的水平軸水輪發電機3同步進行轉動。驅
動單元6連接安裝軸4以驅動安裝軸4轉動。由于漲潮和落潮的水流方向相反,
無論水流朝哪個方向流入,通過安裝軸4的轉動控制水平軸水輪發電機3的葉
輪31始終朝向水流,從而提高潮流能的利用率,提高發電效率。

于本實施例中,驅動單元6的數量對應于安裝軸4的數量,為至少兩個。
然而,本發明對此不做任何限定。于其它實施例中,可以通過齒輪等傳動機構,
實現一個驅動單元6對兩個安裝軸4的控制。每個驅動單元6可包括電動機61
和傳動機構62(請見圖9),傳動機構連接安裝軸4的一端,電動機通過傳動機
構驅動安裝軸4轉動。然而,本發明對此不作任何限定。于其它實施例中,驅
動單元6可包括電動機和減速機。由于現有的電動機轉速都較快,通過減速機
后轉速大大降低,因此能有效且精準地控制安裝軸4的轉速和轉動幅度。

于實際應用中,當水流沿圖2中所示的水流方向D流向模塊化雙向潮流能
發電裝置時,驅動單元6不運作。此時,水平軸水輪發電機3的葉輪31面向水
流。當水流沿水流方向D相反的方向(從圖2中看去為由上往下)流向模塊化
雙向潮流能發電裝置時,驅動單元6驅動安裝軸4轉動,從而帶動水平軸水輪
發電機3旋轉180度,使得葉輪31從朝下改為朝上,以保證水平軸水輪發電機
3的葉輪31始終朝向水流。此種情況尤其適用于利用潮汐能發電,確保了最大
的發電功率。

特別地,實際應用中漲潮和落潮的水流方向并不完全平行,也并不一定會
垂直于水平軸水輪發電機3的迎水面。無論水流從哪個方向涌入水平軸水輪發
電機3,本發明的發電裝置可以通過安裝軸4控制水平軸水輪發電機3改變朝向
以使水平軸水輪發電機3始終正對水流,從而最大程度地利用潮流能,提高發
電功率。

并且,當實際水流速度高于水平軸水輪發電機3能承受的最大負荷對應的
額定速度時,此時只需通過安裝軸4轉動控制水平軸水輪發電機3使其旋轉偏
離水流方向一個角度,則可以有效降低水平軸水輪發電機3的負載,在確保水
平軸水輪發電機3不會因超負荷損毀的同時,確保水平軸水輪發電機3仍然正
常工作,持續穩定地輸出發電。克服了傳統海洋能發電裝置中當水流速度過大,
發電機為了避免燒毀就停止工作的弊端,同時無需進行變槳調節,使得發電機
的負荷調節更加簡單有效。當實際水流速度小于發電機3能承受的最大負荷對
應的額定速度時,此時只需通過安裝軸4轉動控制水平軸水輪發電機3使其旋
轉正對水流方向(即葉輪的迎水面垂直于水流方向),則可以最大程度地利用水
流進行發電,提高發電功率。

于本發明中,模塊化雙向潮流能發電裝置還包括至少四個導流罩5,每個導
流罩5對應于每個水平軸水輪發電機3設置。本發明水平軸水輪發電機3隨安
裝軸4的轉動是在導流罩5內進行。現有技術中有些潮流能發電裝置雖然在水
平軸水輪發電機3的上下游設置了導流罩,但是水平軸水輪發電機3并沒有置
于導流罩的內部。換言之,水平軸水輪發電機3是在導流罩外而非導流罩內進
行轉動。由于水輪發電機3轉動的區域沒有被導流罩限制住水流,水平軸水輪
發電機3的換向和轉動會打亂水流,嚴重干擾水流方向和影響水流速度。于本
發明中,當水平軸水輪發電機3轉動時,導流罩5固定不動,僅水平軸水輪發
電機3改變朝向。然而,現有技術中有些潮流能發電裝置的導流罩5甚至跟隨
水平軸水輪發電機3一起轉動,這樣對水流方向和速度的干擾更加嚴重。尤其
是當本發明的潮流能發電裝置用于流速較快的水域時,水流越流暢,發電效率
越高。水平軸水輪發電機3若在導流罩5外轉動或者導流罩5連同水平軸水輪
發電機3一起轉動,將導致發電效率明顯下降。

于本實施例中,每個導流罩5具有兩個導水部分51和一個中間部分52。中
間部分52位于兩個導水部分51之間。每個導水部分51遠離中間部分52的一
端的橫截面511為矩形。每個導水部分51連接中間部分52的一端的橫截面512
為圓形。中間部分52的橫截面521為圓形。橫截面511、512和521均垂直于
水平面P且垂直于水流方向D,圓形橫截面512和521的面積小于矩形橫截面
511的面積。

具體而言,中間部分52為圓柱形的圓管,每個導水部分51為一端為矩形
然后過渡到另一端為圓形的立體結構。導水部分51的圓形橫截面512的面積可
近乎等于中間部分52的圓形橫截面521的面積。導水部分51的圓形橫截面512
的面積小于導水部分51的矩形橫截面511的面積。實際應用中,水平軸水輪發
電機3正好位于圓柱形的中間部分52內。

通過將導水部分51的一端設置為矩形,可以實現和外框架1或內框架2連
接端面的無縫連接。現有的潮流能發電裝置中使用的導流罩,其迎水側的橫截
面為圓形。由于現有框架均為矩形,在安裝過程中就會在圓形和矩形之間產生
空隙。若該空隙沒有東西阻擋,當潮流沖擊向水輪發電機時,相當一部分水流
會從該空隙涌入水輪發電機,甚至沖擊葉輪葉片的背面,大大降低了發電功率。
若將該空隙用平板進行阻隔,則水流會直接沖向該平板,形成巨大的應力,容
易損壞整個框架的結構。特別是經過該平板阻擋后,水流方向會發生改變甚至
水流亂竄,嚴重降低了潮流能利用率,進而降低了發電功率。

通過從矩形過渡到面積更小的圓形,縮小了水流通道,將水流都集中導向
水平軸水輪發電機3,使得水平軸水輪發電機3的葉輪31受力更大、轉速更快,
從而提高發電效率。特別地,本實施例中的導流罩5兩端均為矩形而非一端為
矩形,這樣無論漲潮還是落潮,該導流罩5都可以實現導流作用。

于本實施例中,導流罩5的兩端固定于外框架1上。具體而言,導流罩5
的中間部分52可固定在內框架2上,兩個導水部分51可固定在外框架1上。
在實際安裝中,中間部分52可在組裝內置模塊100的時候在水面上就固定好,
導水部分51可直接在外框架1上固定好,然后將內置模塊調入外框架1內時,
即完成導水罩8的分體式組裝。

圖6所示為根據本發明第二實施例提供的模塊化雙向潮流能發電裝置的組
裝示意圖。圖7所示為根據本發明第二實施例提供的模塊化雙向潮流能發電裝
置的俯視圖。圖8所示為根據本發明第二實施例提供的模塊化雙向潮流能發電
裝置的側視圖。請一并參考圖6至圖8。

于第二實施例中,外框架1、內框架2、水平軸水輪發電機3、安裝軸4和
驅動單元6的結構和功能,皆如第一實施例所述,相同元件都以相同標號進行
表示,在此不再贅述。以下僅就不同之處予以說明。

于第二實施例中,導流罩5’的兩端固定于內框架2上。具體而言,導流罩5’
的導水部分和中間部分全部位于內框架2內。因此,導流罩5’和外框架1、內
框架2、水平軸水輪發電機3、安裝軸4和驅動單元6可共同構成內置單元200。
導流罩5’的安裝可全部在岸上實現,減少水下的安裝作業,提高組裝的便利性
且降低維修成本。當模塊化雙向潮流能發電裝置應用于水流流速較快的水域時,
若導流罩5’采用第一實施例中的分體式安裝的方式,則導流罩5’的導水部分和
中間部分之間存在的安裝縫隙會使得水流在該處亂竄,不能高效地引導水流,
甚至導致水流在導流罩的內部錯誤地改向。而直接將導流罩5’固定在內框架2
上實現一體化組裝則可避免這個問題。

于第二實施例中,模塊化雙向潮流能發電裝置還包括拉環71和拉索72。拉
環71設于外框架1上,拉索72的一端設于拉環71上。具體而言,多個拉環71
設于外框架1上,多根拉索72的一端穿設于拉環71上,另一端固定在岸邊的
樁上。優選地,拉環71的數量為四個以上,其中四個分別設于外框架1的四個
頂角。通過拉環71和拉索72的設置,使得模塊化雙向潮流能發電裝置能在水
中固定,也便于維修檢查。這種安裝方式適用于水深特別深的水域。

于第二實施例中,模塊化雙向潮流能發電裝置還包括浮筒單元8,設置于外
框架1。浮筒單元8可由固體浮力材料制得且平行于水平面,主要作用是給整個
模塊化雙向潮流能發電裝置提供浮力。然而,本發明對此不作任何限定。于其
它實施例中,浮筒單元8可包括固定浮筒和調節浮筒,垂直于水平面進行設置。
調節浮筒可通過控制內部的空氣量或水量從而控制調節浮筒的浮力,從而控制
整個模塊化雙向潮流能發電裝置在水中位置的深度。

于第二實施例中,三個水平軸水輪發電機3沿垂直于水平面的方向D1固定
于一根安裝軸4上。然而,本發明對縱向排布的水平軸水輪發電機3的數量不
作任何限定。

圖9所示為根據本發明第三實施例提供的模塊化雙向潮流能發電裝置的一
個內置模塊的示意圖。于第三實施例中,外框架1、內框架2、水平軸水輪發電
機3、安裝軸4、導流罩5和驅動單元6的結構和功能,皆如第一實施例所述,
相同元件都以相同標號進行表示,在此不再贅述。以下僅就不同之處予以說明。

于本實施例中,模塊化雙向潮流能發電裝置還包括至少六個軸承9(由于圖
9僅繪出了一個內置模塊,所以圖上僅顯示出三個軸承9)。每三個軸承9套設
一根安裝軸4。如圖9所示,設于一根安裝軸4上的兩個軸承9分別位于兩個水
平軸水輪發電機3的上下兩側,還有一個軸承9位于兩個水平軸水輪發電機3
之間。

通過在水深方向D1上設置兩個和兩個以上的水平軸水輪發電機3,可以大
大拓展模塊化雙向潮流能發電裝置在水深方向D1上的深度,從而更加高效地利
用潮流能進行發電,大大提高發電功率。在一根安裝軸4上設置至少三個軸承9,
實現對安裝軸4的“多點約束”。無論安裝軸4做的多長,在海水巨大的沖擊
力下,至少三個軸承9在分擔受力的同時,給予安裝軸4至少三點的固定和支
撐,使得安裝軸4的長度不再受到限制,在水深方向D1上可以安裝更多的水平
軸水輪發電機3,大幅度擴大模塊化雙向潮流能發電裝置的規模,提高發電功率,
克服了現有技術中海洋能發電裝置無法在海洋中做深的技術難題。

本發明可根據模塊化雙向潮流能發電裝置的發電需求增加水平軸水輪發電
機3在橫向(即平行于水平面的水平方向)和縱向(即垂直于水平面的水深方
向)上的數量,從而實現潮流發電裝置的大規模化。目前世界上最大的海洋潮
流能發電單臺機組的發電量為1.2兆瓦,然而本發明的模塊化雙向潮流能發電裝
置單臺機組的發電量高達3.4兆瓦,遠遠高于現有的潮流能發電裝置的最大發電
量。

圖10所示為根據本發明第四實施例提供的模塊化雙向潮流能發電裝置中的
導流罩的示意圖。于本實施例中,外框架、內框架、水平軸水輪發電機、安裝
軸和驅動單元的結構和功能,皆如第一實施例所述,在此不再贅述。以下僅就
不同之處予以說明。

如圖10所示,每個導流罩為非對稱結構。具體而言,每個導流罩同樣具有
兩個導水部分51’和一個中間部分52’。每個導水部分51’為一端為矩形然后
過渡到另一端為圓形的立體結構。然而,中間部分52’為非對稱結構,并不是
直的圓管。其中一個導水部分51’具有第一中心軸線X1,另一個導水部分51’
具有第二中心軸線X2,第二中心軸線X2和第一中心軸線X1形成不為零的夾角
θ。于實際應用中,導水部分51’與第一實施例中的導水部分可采用相同的結構,
中間部分52’可采用具有一定彎曲角度的彎管。

于實際使用中,潮流的漲潮方向和落潮方向并不是理想的180°完全相反的
兩個方向。本領域技術人員都忽略了實際水域中漲潮和落潮水流方向的偏差,
因而現有使用的導流罩都為對稱結構。不同水域中漲潮時水流方向D2和落潮時
水流方向D3之間會具有一個偏差角度α,從3°到20°不等。若潮流能發電裝
置采用對稱的導流罩結構,漲潮和落潮兩個方向的水流中勢必會有一個得不到
導流罩完全正確地引導,因此水平軸水輪發電機也將無法完全充分地利用兩個
方向的水流進行發電。然而,通過將第二中心軸線X2和第一中心軸線X1之間
形成的夾角θ設置成漲潮方向和落潮方向之間的偏差角度α相一致,從而確保
無論是漲潮還是落潮,所有水流都能正確地被導流罩引導向水輪發電機,從而
最大限度地利用水流進行發電,提高發電效率。

綜上所述,本發明提供的模塊化雙向潮流能發電裝置通過設置可分離的內
框架和外框架,使得發電裝置可以在水面上進行模塊化組裝和替換,大幅度降
低維修和安裝費用,克服了傳統潮流能發電裝置無法商業化、大規模化的難題。
并且,在垂直于水平面的方向上排布至少兩個水平軸水輪發電機,在平行于水
平面的方向上也排布至少兩個水平軸水輪發電機,使得水輪發電機實現矩陣化
排布,充分利用整個海域橫向和縱向的潮流能,大大提高發電效率。通過設置
導流罩,將水流都集中導向水平軸水輪發電機,使得水平軸水輪發電機的葉輪
受力更大、轉速更快,從而提高發電效率。通過設置安裝軸,創新地通過改變
整個水平軸發電機的朝向而非單獨改變葉片迎水角的方式對發電機的負荷進行
調節,使得無論水流速度多大發電機一直可以保證能夠在安全負荷內正常發電,
極大地提高了發電效率。另外,通過設置可轉動的安裝軸,使得無論漲潮還是
落潮,水平軸水輪發電機的葉輪可以始終朝向水流,從而確保最大的發電功率。
更重要的是,本發明中水平軸水輪發電機的轉動是位于導流罩內而非導流罩外,
并且水平軸水輪發電機轉動而導流罩固定不動,這樣能大大減少對水流流速和
流向的影響,維持水流的流暢從而提高發電效率。

另外,通過在每根安裝軸上設置至少三個軸承,對安裝軸實現“多點約束”,
使得模塊化雙向潮流能發電裝置的規模不光可以橫向(平行于水平面的水平方
向)擴張也可以縱向(垂直于水平面的水深方向)擴張,大幅度提高了發電功
率,克服了現有海洋能發電裝置無法“做大”、“做深”的難題。

進一步,本發明實施例中提供的導流罩,兩端為矩形,中間為圓形,無論
漲潮還是落潮始終可以起到導流作用,并且具有該特定結構的導流罩導流效果
更好。特別地,通過將導流罩設置為非對稱結構,從而確保無論是漲潮還是落
潮,所有水流都能正確地被導流罩引導向水輪發電機,從而最大限度地利用水
流進行發電,提高發電效率。

雖然本發明已由較佳實施例揭露如上,然而并非用以限定本發明,任何熟
知此技藝者,在不脫離本發明的精神和范圍內,可作些許的更動與潤飾,因此
本發明的保護范圍當視權利要求書所要求保護的范圍為準。

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