CN106939873B - 一种潜水潮汐海流发电站 - Google Patents

Abstract

一种潜水潮汐海流发电站，是利用由天体引力产生的潮汐海流所蕴藏的巨大动能发电的潜水潮汐海流发电站装置与设施，同时适用于利用各种海流能的发电。本发明由发电站壳体、发电机、变速舱、传动舱、水轮机、固定板以及锥型减阻器和自重浮、水流定向板、水层控制浮、平衡稳定翼板、固定缆环等组成。本发明潜水潮汐海流发电站，可以通过与设置于海底的大锚或桩橛上的缆绳与发电站的固定缆环连接而固定于海域，固定设置简单而可靠，解决了大型潮汐海流发电站在海域中难以固定设置的世界性难题；潜入水下一定水层的潜水潮汐海流发电站，不会受任何风浪和涌浪的影响，不存在安全隐患。

Description

一种潜水潮汐海流发电站

技术领域：

本发明是利用由天体引力产生的潮汐海流(包括涨潮流与落潮流)所蕴藏的巨大动能(即天体引力能，习惯上也称潮汐能)发电的潜水潮汐海流发电站装置与设施，同时适用于利用各种海流能的发电。

背景技术：

目前全世界所有利用海流发电的装置，几乎都是陆地风力发电装置的仿制品，都是横向水流固定设置于海底的，我们知道风力发电站需要牢固的基础才能固定于地面，风力发电站装置显然是一个反比例的费力杠杆装置，在陆地上，人类可以随心所欲的利用众多可以选择的机器设备，做到让风力发电站有一个牢固的基础，来保证风力发电站不被风吹倒。即使如此，目前世界上最大风力发电站装配的发电机单机功率只有5兆瓦，即5000千瓦，而三峡水电站的发电机单机功率是70万千瓦。而且我们还知道，水的推力是风的推力的1000倍，也就是说同样规格的风力发电站要设置于海中，并牢固的固定于海底，其固定能力必须是陆地的1000倍。这就是为何目前在世界上潮汐海流发电站所配备的发电机最大单机功率只有1兆瓦。万千瓦级别的发电站，由于将其牢固固定于海底的难度太大而不可能实现，因而潮汐海流发电站无法向大型化发展。

发明内容：

本发明是一种潜水潮汐海流发电站，其特征是：由发电站壳体、(潜水)发电机、变速舱、传动舱、水轮机、固定板以及锥型减阻器和自重浮、水流定向板、水层控制浮、平衡稳定翼板、固定缆环等组成；发电机位于发电站壳体的内部，发电机的后部是变速舱，变速舱内安装有变速***；变速舱的后面是传动舱，传动舱内有传动轴，传动轴与变速舱的变速***，以及传动舱外面的水轮机连接；锥型减阻器位于发电机的前面，锥形减租器上有进水孔和出水孔；发电机、变速舱、传动舱以及锥型减阻器与发电站壳体之间，有固定板连接固定；发电站壳体的内部有n个固定板纵横交错的连接固定；发电站壳体外面的上部有自重浮，自重浮上有水流定向板，水流定向板上有水层控制浮，水流定向板与水层控制浮之间有缆绳连接固定；发电站壳体的两侧设置有平衡稳定翼板，发电站壳体两端的进水口外部的下端有固定缆环；发电站壳体两端的进水口设置有栏栅。

本发明是这样实现的：

预先在发电站的设置海域，顺向潮汐海流的方向，按一定的间隔距离，分别抛下大锚或是打入桩橛，并且在距离大锚或桩橛一定距离的缆绳上，加置一定重量的沉锭，以加强大锚或桩橛的固定能力。将组装好的潜水潮汐海流发电站，拖运到设置海域，在潜水潮汐海流发电站两端的固定缆环上，分别与预先设置于海底的大锚或桩橛上的缆绳连接固定，使潜水潮汐海流发电站顺流设置于海域，发电站上的输出电缆，沿固定缆环与大锚或桩橛之间的缆绳，并固定于缆绳而沉入海底与陆地的变电站连接。在有潮汐海流时，发电站壳体内的潮汐海流，就会带动水轮机转动，并通过传动轴将动力传递给变速舱内的自动变速器，自动变速器将水轮机的转速变为发电机的额定转速后，通过传动轴传递给发电机的转子轴，最终使潜水潮汐海流发电站满负荷的运转发电。

本发明潜水潮汐海流发电站，可以通过与设置于海底的大锚或桩橛上的缆绳与发电站的固定缆环连接而固定于海域，固定设置简单而可靠，解决了大型潮汐海流发电站在海域中难以固定设置的世界性难题；潜入水下一定水层的潜水潮汐海流发电站，不会受任何风浪和涌浪的影响，不存在安全隐患。

附图说明：

图1是潜水潮汐海流发电站的侧视剖面图

图中：图1a是不变速潜水潮汐海流发电站的侧视剖面图

图1b是变速潜水潮汐海流发电站的侧视剖面图

图2是潜水潮汐海流发电站的俯视图

图3是潜水潮汐海流发电站(发电机位置)的正视剖面图

图4是潜水潮汐海流发电站的正视图

图5是潜水潮汐海流发电站进水口(去掉栏栅)的正视剖面图

具体实施方式：

潜水潮汐海流发电站，如图1a、图1b所示，由发电机1、变速舱2、传动舱3、传动舱内的传动轴4、水轮机5、锥型减阻器6固定板7、自重浮8、水流定向板9、水层控制浮10、固定缆环11、发电站壳体12、水流定向板与水层控制浮之间的缆绳13，以及锥型减阻器上的进水孔14和出水孔15等组成。

如图1a、图1b所示，发电机位于发电站壳体的内部，发电机的后部是变速舱，变速舱内有自动变速器，变速器的动力输出轴与发电机的转子轴对接；变速舱的后面是传动舱，传动舱内有传动轴，传动轴与变速舱的变速器以及传动舱外面的水轮机连接，水轮机一般位于靠近发电站壳体总长的中心位置；传动舱呈锥形结构(传动舱也可以与变速仓合在一起)；锥型减阻器位于发电机的前面，锥形减阻器是内部中空的锥体结构，在锥型减阻器的锥部有进水孔、底部有出水孔，可以使发电机前部的水流畅通，而使发电机产生的热量，能够快速的散失；发电机、变速舱、传动舱、水轮机以及锥型减阻器的横截面的圆心是同一轴线，即发电机、变速舱、传动舱以及锥型减阻器与发电站壳体是同心圆，圆心就是传动轴的轴心；发电站壳体外面的上部有自重浮，自重浮的截面呈锥型附贴固定于发电站壳体的上面，锥形结构可以最大限度的降低潜水潮汐海流发电站对潮汐海流产生的阻力；自重浮的外壳是由具有一定强度的、耐海水腐蚀的不锈钢、玻璃钢或塑料等耐腐蚀又具有一定强度的材料制成，自重浮内充满耐一定压力的泡沫；自重浮所产生的浮力要等于或稍低于潜水潮汐海流发电站的自重。自重浮上面是水流定向板，水流定向板的两端设有水层控制浮；发电站壳体外部下面的两端有固定缆环。

如图2所示，发电站壳体1的两侧对称设有平衡稳定翼板2，发电站壳体的上面自重浮的锥部以上是水流定向板3，发电站两端的进水口按一定间距设有栏栅4(栏栅上下设置，也可以左右设置)，栏栅能阻止大型鱼类或其它悬浮物体进入发电站壳体，防止其损坏水轮机；靠近两端进水口的水流定向板的上面，有水层控制浮5。

图3中：1是发电站壳体、2是发电机、3是自重浮、4是平衡稳定翼板、5是固定板、6是水流定向板。

图4中：1是发电站壳体、2是自重浮、3是水流定向板、4是固定缆环、5是固定板、6是栏栅、7是平衡稳定翼板、8是水层控制浮。

图5中：1是发电站壳体、2是自重浮、3是水流定向板、4是水层控制浮、5是水流定向板与水层控制浮之间的缆绳、6是固定缆环、7是固定板、8是平衡稳定翼板。

发电站壳体就是一定长度的、又具有一定规则截面形状的管体，如图3、图4、图5所示，潜水潮汐海流发电站的发电站壳体1横截面最好是圆形的，因为，同圆心的发电站壳体与发电机、变速舱和传动舱，能使发电站壳体内的任意横截面内的所有水质点的流速相同。当然，正三角形、正方形和正多边形的发电站机体横截面，也能达到相同的效果，但是制造难度相对大些；如图3所示，发电站壳体的上部是自重浮3，自重浮的上面是水流定向板6；在发电站壳体的两侧有平衡翼板4。

具有一定长度的发电站壳体不仅可以决定潜水潮汐海流发电站在海流中具有良好而稳定的悬浮性能，而且一定长度的发电站壳体还具有稳定潮汐海流和控制潮汐海流动能量的作用。

发电站壳体可以是不锈钢或具有一定强度的玻璃钢、塑料等耐海水腐蚀而具有一定强度的材料制成。发电站壳体的直径可以是不变的，也可以根据需要，在不同的部位进行变径，如图1b，是在传动舱和叶轮机处进行必要的变径；如果想要使发电站壳体内的潮汐海流的流速保持不变，就需要在与发电机、变速舱和传动舱相对应的发电站壳***置，加大发电站壳体的直径；也可以根据其他需要，相应改变发电站壳体的局部直径。

如图3、图4、图5所示，自重浮位于发电站壳体的上面，横截面为锥形，两个锥形边等长。自重浮是不锈钢或具有一定强度的玻璃钢、塑料等耐海水腐蚀材料外壳制成，内充满耐一定压力的泡沫；自重浮的浮力要控制在稍小于潜水潮汐海流发电站的自重。自重浮的上面有水流定向板；水流定向板的两端有水层控制浮，水层控制浮与水流定向板之间有缆绳连接，缆绳的长度，依据潜水潮汐海流发电站计划要控制的水层而决定。

如图2、图3、图4、图5所示，平衡稳定翼板位于自重浮的下面、发电站壳体外面的两侧，平衡稳定翼板为平板状结构，平衡稳定翼板的平面平行于海平面，并垂直于贯穿自重浮的锥尖与固定缆环之间的固定板，平衡稳定翼板的宽度越大，平衡的效果越好，具体的宽度要根据海水的流速等因素决定，如果流速较大，平衡稳定翼板的宽度可小些，便能使潜水潮汐海流发电站保持在指定的控制水层。反之，如果流速较小，平衡稳定翼板的宽度可大些，才能使潜水潮汐海流发电站保持在指定的控制水层。平衡稳定翼板的厚度根据制造平衡稳定翼板的材质强度决定，在生产过程中，以不能使平衡稳定翼板变形为准。如图3、图4、图5所示，平衡稳定翼板最好与发电站壳体内的(垂直于水流定向板与固定缆环之间固定板的)固定板是一体的。如图2所示，在进水口的前端，一体的平衡稳定翼板与固定板，向前超出发电站壳体进水口一定的距离，平衡稳定翼板迎向潮汐海流的两端要制成刀刃状，以减少对潮汐海流产生的阻力。平衡稳定翼板也可以是不锈钢或玻璃钢等耐海水腐蚀而又具有一定强度的材料制成。

如图1、图3、图4、图5所示，固定板是连接发电站壳体之间、发电站壳体与发电机之间、发电站壳体与变速舱之间、发电站壳体与传动舱之间以及发电站壳体与锥型减阻器之间的加固连接板，固定板的作用是固定发电机、变速舱、传动舱以及锥型减阻器，并加强发电站壳体的强度，使发电站壳体在有潮汐海流时不会发生变形。固定板可以是n个，各个相邻固定板与发电站壳体交点间的距离是等大的；n最好是偶数，偶数可以把整个潜水潮汐海流发电站，分成数个模块来制造，最后合并组装在一起，这样的好处是既可以简化制造难度，又有利于日后的维修保养。

如图3、图4、图5所示，水流定向板与其所对应的纵向固定板是一体的，平衡稳定翼板与其所对应的横向固定板是一体的。

潜水潮汐海流发电站的输出电缆，是在发电机与发电站壳体底部的固定板相应位置，设置有电缆通道；使通过发电站壳体外壁的电缆，附贴固定于发电站机体外面的底部，并通向固定缆环的位置；输出电缆将顺向固定于海底与固定缆环之间的的缆绳上，通过海底连接到陆地的变电站。

如图1a、图1b、图2、图4所示，在发电站机体的前部进水口，应该设有防止比较大型的鱼类或其他杂务进入发电站机体的锥形栏栅，以防止其阻挡或损坏水轮机的叶轮。

一个潜水潮汐海流发电站机组可以只配备一台发电机，也可以在水轮机的两端各配备一台发电机及变速***，即两台发电机共用一个水轮机并共用同一个传动轴。

潜水潮汐海流发电站组，就是将一个潜水潮汐海流发电站出水口端，串联一段直径相同的发电站壳体后，再对接一个相同规格的潜水潮汐海流发电站，即是两个机组的潜水潮汐海流发电站组；在两个机组的潜水潮汐海流发电站组之间串联N个潮汐海流发电站和相应的发电站壳体，就成为(N+2)个机组的潜水潮汐海流发电站组。

潜水潮汐海流发电站组需要顺向潮汐海流的方向，两端同时通过缆绳同固定于海底的桩橛或大锚、重锭等连接同固定，这样就可以保证潜水潮汐海流发电站，在海里不会发生转圈的现象，因为发生连续相同方向的转圈，可以把输出电缆拧断。

单一的潜水潮汐海流发电站，也可以只在进水口一端的固定缆环上与固定于海底的缆绳连接固定，这时就需要在固定缆环上设置一个可以自由转动的连接器，使缆绳和发电机的输出电缆与固定缆环可以转动连接。

Claims (1)

1.一种潜水潮汐海流发电站，其特征是：由发电站壳体、发电机、变速舱、传动舱、水轮机、固定板以及锥型减阻器和自重浮、水流定向板、水层控制浮、平衡稳定翼板、固定缆环组成；发电机位于发电站壳体的内部，发电机的后部是变速舱，变速舱内安装有变速***；变速舱的后面是传动舱，传动舱内有传动轴，传动轴与变速舱的变速***，以及传动舱外面的水轮机连接；锥型减阻器位于发电机的前面，锥形减租器上有进水孔和出水孔；发电机、变速舱、传动舱以及锥型减阻器与发电站壳体之间，由固定板连接固定；发电站壳体的内部有n个固定板纵横交错的连接固定；发电站壳体外面的上部有自重浮，自重浮上有水流定向板，水流定向板上有水层控制浮，水流定向板与水层控制浮之间有缆绳连接固定；发电站壳体的两侧设置有平衡稳定翼板；发电站壳体两端的进水口外部的下端有固定缆环；发电站壳体两端的进水口设置有栏栅。