本發(fā)明涉及一種發(fā)電裝置，尤其涉及一種潮流能發(fā)電裝置及其導(dǎo)流罩。

背景技術(shù)：

海洋能(包含潮汐能、潮流能、波浪能、海流能)是指海水流動(dòng)的能量，作為可再生能源，儲(chǔ)量豐富，分布廣泛，具有極好的開發(fā)前景和價(jià)值。海洋能的利用方式主要是發(fā)電，其工作原理與風(fēng)力發(fā)電類似，即通過能量轉(zhuǎn)換裝置，將海水的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。具體而言，首先海水沖擊水輪機(jī)，水輪機(jī)將水流的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，然后水輪機(jī)經(jīng)過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，最終轉(zhuǎn)換成電能。

現(xiàn)今能源日益短缺，溫室效應(yīng)日益嚴(yán)重，能源需要低碳化，所以風(fēng)能，海洋能等清潔能源是未來能源的發(fā)展方向。但現(xiàn)在這些清潔能源的發(fā)電設(shè)備，除了風(fēng)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(shè)備?，F(xiàn)有的少數(shù)設(shè)備也存在效率低下，設(shè)備不能大規(guī)?；膯栴}。

由于海洋環(huán)境復(fù)雜，水中阻力大，傳統(tǒng)的海洋能發(fā)電裝置的安裝都必須在海里進(jìn)行，困難度高，費(fèi)用龐大。另外，由于發(fā)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(fā)電裝置使用一段時(shí)間后就要定期進(jìn)行維修或更換。然而傳統(tǒng)的海洋能發(fā)電裝置的維修和更換也均在海里進(jìn)行，困難度高，成本巨大。甚至，因?yàn)椴糠纸M件的損壞，導(dǎo)致整個(gè)海洋能發(fā)電裝置的報(bào)廢，這是海洋能發(fā)電裝置高成本的重要原因之一，也是造成現(xiàn)有的海洋能發(fā)電裝置無法大規(guī)?；?、商業(yè)化運(yùn)營的直接原因。

尤其是水平軸水輪發(fā)電機(jī)，由于其所有設(shè)備(包括葉片和發(fā)電機(jī))均在水下，因此水平軸水輪發(fā)電機(jī)的維修更加困難，成本更高。因此，即便水平軸水輪發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率高于垂直軸水輪發(fā)電機(jī)，但水平軸水輪發(fā)電機(jī)仍然無法商業(yè)化。然而，目前海洋能發(fā)電領(lǐng)域的技術(shù)人員都忽略了對(duì)安裝和維修方式的改進(jìn)。

另外，由于潮流能是利用海洋的潮流進(jìn)行發(fā)電。伴隨著漲潮和落潮，潮流的方向會(huì)發(fā)生改變。傳統(tǒng)的大部分水平軸水輪發(fā)電機(jī)都不可以旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致潮流能發(fā)電機(jī)只能利用漲潮或者落潮進(jìn)行發(fā)電，發(fā)電效率極低?，F(xiàn)有技術(shù)人員為了充分利用漲潮和落潮產(chǎn)生的能量，選擇安裝兩套發(fā)電系統(tǒng)。一套發(fā)電系統(tǒng)的葉輪朝向漲潮方向，另一套發(fā)電系統(tǒng)的葉輪朝向落潮方向。雖然看似漲潮和落潮 產(chǎn)生的能量都充分得以利用，但是在漲潮或落潮時(shí)，始終會(huì)有一套發(fā)電系統(tǒng)閑置。增加一套發(fā)電系統(tǒng)使得生產(chǎn)成本翻倍，而產(chǎn)生的電能功率的提高遠(yuǎn)不及成本的增加，這極大地限制了潮流能發(fā)電裝置的推廣和運(yùn)用。

要注意的是，漲潮和落潮的潮流速度并不恒定。在安裝發(fā)電裝置時(shí)，一旦發(fā)電機(jī)選定，它的負(fù)載量就確定下來。然而，潮流的速度并不恒定，因此造成發(fā)電量并不恒定?，F(xiàn)有的潮流能發(fā)電裝置為了節(jié)省成本以及受到技術(shù)上的局限，無論是水平軸水輪發(fā)電機(jī)還是垂直軸水輪發(fā)電機(jī)只能承載在一定水流速度以下的發(fā)電負(fù)荷。一旦水流速度增加，發(fā)電量超過負(fù)荷，發(fā)電機(jī)會(huì)超負(fù)荷工作很容易損毀。因此，為了延長發(fā)電機(jī)的工作壽命，傳統(tǒng)的潮流能發(fā)電裝置一旦潮流超過一定速度就徹底切斷水流，使得發(fā)電機(jī)停止工作，大幅度降低了發(fā)電效率。

現(xiàn)有一種潮流能發(fā)電裝置借鑒風(fēng)能發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)，通過變槳的方式調(diào)節(jié)發(fā)電裝置的負(fù)荷。當(dāng)水流速度較大時(shí)，通過調(diào)節(jié)裝置使槳葉迎角減小；當(dāng)水流速度較小時(shí)，通過調(diào)節(jié)裝置使槳葉迎角增大。然而，這種設(shè)計(jì)存在很大的弊端。不同于風(fēng)能發(fā)電機(jī)的使用環(huán)境，水平軸水輪發(fā)電機(jī)是在水中使用，受到的阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于風(fēng)能發(fā)電機(jī)受到的阻力。并且，由于調(diào)節(jié)的是水平軸水輪發(fā)電機(jī)的葉片角度，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是整個(gè)都位于水里，要實(shí)現(xiàn)葉片角度的旋轉(zhuǎn)就需要精準(zhǔn)地設(shè)計(jì)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(diào)整葉片的迎水面角度，導(dǎo)致調(diào)節(jié)裝置無法發(fā)揮調(diào)節(jié)的功效。這種情況下的發(fā)電裝置在水流太小時(shí)無法提高效率，在水流太大時(shí)也無法真正保護(hù)發(fā)電機(jī)。若連接太松，摩擦力太小，雖然可以輕松地調(diào)節(jié)，但是會(huì)存在喪失密封性這一嚴(yán)重問題。這樣水流將會(huì)灌入水輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部造成整個(gè)水輪發(fā)電機(jī)損壞，維修率大大提高，成本巨增。并且水輪發(fā)電機(jī)有幾個(gè)葉片就要對(duì)應(yīng)安裝幾個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)，其成本和技術(shù)難度急劇增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的至少一個(gè)不足，提供一種潮流能發(fā)電裝置及其導(dǎo)流罩。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種潮流能發(fā)電裝置，包括框架、至少一根轉(zhuǎn)軸、至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元、至少一個(gè)水平軸水輪發(fā)電機(jī)和至少一個(gè)導(dǎo)流罩。轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置于框架，轉(zhuǎn)軸具有軸線，軸線的方向垂直于水平面。驅(qū)動(dòng)單元位于水面上，連接轉(zhuǎn)軸以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。至少一個(gè)水平軸水輪發(fā)電機(jī)固定于轉(zhuǎn)軸，水平軸水輪發(fā)電機(jī)包括葉片和發(fā)電機(jī)，水平軸水輪發(fā)電機(jī)具有中心軸線，中心軸線的方向平行于水平面。至少一個(gè)導(dǎo)流罩固定于框架，導(dǎo)流罩包括兩個(gè) 導(dǎo)水部分和中間部分，中間部分位于兩個(gè)導(dǎo)水部分之間。其中，轉(zhuǎn)軸的軸線和水平軸水輪發(fā)電機(jī)的中心軸線形成的交點(diǎn)為中心點(diǎn)，中間部分的內(nèi)表面上的任一點(diǎn)到中心點(diǎn)之間的距離為第一距離，葉片離中心點(diǎn)最遠(yuǎn)的一個(gè)端點(diǎn)為最遠(yuǎn)端點(diǎn)，最遠(yuǎn)端點(diǎn)到中心點(diǎn)之間的距離為第二距離，第一距離大于第二距離。中間部分分別面向兩個(gè)導(dǎo)水部分的兩端的橫截面為圓形，橫截面所在的平面垂直于水平面且垂直于水流方向，橫截面的半徑略大于最遠(yuǎn)端點(diǎn)到中心軸線之間的最短距離。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，中間部分的內(nèi)表面上的任一點(diǎn)到中心點(diǎn)之間的距離相等。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，中間部分的內(nèi)表面上的任一點(diǎn)到中心點(diǎn)之間的距離略大于第二距離。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，每個(gè)導(dǎo)水部分遠(yuǎn)離中間部分的一端的橫截面為矩形，每個(gè)導(dǎo)水部分面向中間部分的一端的橫截面為圓形，圓形橫截面和矩形橫截面均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(fā)明的一實(shí)施例中，框架包括外框架和至少一個(gè)內(nèi)框架，內(nèi)框架可分離地設(shè)置于外框架內(nèi)。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，至少兩個(gè)水平軸水輪發(fā)電機(jī)固定于一根安裝軸上且于同一個(gè)內(nèi)框架內(nèi)沿垂直于水平面的方向排列。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供一種導(dǎo)流罩，應(yīng)用于潮流能發(fā)電裝置中，潮流能發(fā)電裝置包括至少一個(gè)水平軸水輪發(fā)電機(jī)和至少一根轉(zhuǎn)軸，水平軸水輪發(fā)電機(jī)固定于轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸具有軸線，軸線的方向垂直于水平面，水平軸水輪發(fā)電機(jī)包括葉片和發(fā)電機(jī)，水平軸水輪發(fā)電機(jī)具有中心軸線，中心軸線的方向平行于水平面，其特征在于，導(dǎo)流罩包括兩個(gè)導(dǎo)水部分和中間部分，中間部分位于兩個(gè)導(dǎo)水部分之間。轉(zhuǎn)軸的軸線和水平軸水輪發(fā)電機(jī)的中心軸線形成的交點(diǎn)為中心點(diǎn)，中間部分的內(nèi)表面上的任一點(diǎn)到中心點(diǎn)之間的距離為第一距離，葉片離中心點(diǎn)最遠(yuǎn)的一個(gè)端點(diǎn)為最遠(yuǎn)端點(diǎn)，最遠(yuǎn)端點(diǎn)到中心點(diǎn)之間的距離為第二距離，第一距離大于第二距離；中間部分分別面向兩個(gè)導(dǎo)水部分的兩端的橫截面為圓形，橫截面所在的平面垂直于水平面且垂直于水流方向，橫截面的半徑略大于最遠(yuǎn)端點(diǎn)到中心軸線之間的距離。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，導(dǎo)流罩為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

綜上所述，本發(fā)明提供的潮流能發(fā)電裝置通過設(shè)置導(dǎo)流罩，將水流都集中導(dǎo)向水平軸水輪發(fā)電機(jī)，使得水平軸水輪發(fā)電機(jī)的葉片受力更大、轉(zhuǎn)速更快，從而提高發(fā)電效率。通過設(shè)置轉(zhuǎn)軸，創(chuàng)新地通過改變整個(gè)水平軸發(fā)電機(jī)的朝向而非單獨(dú)改變?nèi)~片迎水角的方式對(duì)發(fā)電機(jī)的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得無論水流速度多大發(fā)電機(jī)一直可以保證能夠在安全負(fù)荷內(nèi)正常發(fā)電，極大地提高了發(fā)電效率。另外，通過設(shè)置可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸，使得無論漲潮還是落潮，水平軸水輪發(fā)電機(jī)的葉片可以始終朝向水流，從而確保最大的發(fā)電功率。通過設(shè)置特定尺寸的導(dǎo)流罩，以確保所有經(jīng)過發(fā)電裝置的水流都被聚攏到?jīng)_向葉片，因此完全利用上游水位和下游水位之間的“壓差”，大大提高發(fā)電效率。本發(fā)明的導(dǎo)流罩限制水流不會(huì)從導(dǎo)流罩和葉片轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域之間的間隙直接流出以確保較高的收效能。

另外，本發(fā)明通過設(shè)置可分離的內(nèi)框架和外框架，使得發(fā)電裝置可以在水面上進(jìn)行模塊化組裝和替換，大幅度降低維修和安裝費(fèi)用，克服了傳統(tǒng)潮流能發(fā)電裝置無法商業(yè)化、大規(guī)?；碾y題。

并且，在垂直于水平面的方向上排布至少三個(gè)水平軸水輪發(fā)電機(jī)，在平行于水平面的方向上也排布至少兩個(gè)水平軸水輪發(fā)電機(jī)，使得水輪發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)矩陣化排布，充分利用整個(gè)海域橫向和縱向的潮流能，大大提高發(fā)電效率。

進(jìn)一步，本發(fā)明實(shí)施例中提供的導(dǎo)流罩，兩端的橫截面的面積大于中間部分的橫截面的面積，起到更好的導(dǎo)流和聚流的作用，增大了沖向葉片的壓力，大幅度提高發(fā)電效率。

特別地，通過將導(dǎo)流罩設(shè)置為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，從而確保無論是漲潮還是落潮，所有水流都能正確地被導(dǎo)流罩引導(dǎo)向水輪發(fā)電機(jī)，從而最大限度地利用水流進(jìn)行發(fā)電，提高發(fā)電效率。

為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例提供的潮流能發(fā)電裝置的組裝示意圖。

圖2所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例提供的潮流能發(fā)電裝置的俯視圖。

圖3所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例提供的導(dǎo)流罩和水平軸水輪發(fā)電機(jī)的立體圖。

圖4所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例提供的導(dǎo)流罩和水平軸水輪發(fā)電機(jī)的側(cè)視透視圖。

圖5所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例提供的導(dǎo)流罩和水平軸水輪發(fā)電機(jī)的俯視剖視圖。

圖6為圖5去除導(dǎo)流罩后的示意圖。

圖7所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例提供的導(dǎo)流罩的正視圖。

圖8所示為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例提供的導(dǎo)流罩的示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例提供的潮流能發(fā)電裝置的組裝示意圖。圖2所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例提供的潮流能發(fā)電裝置的俯視圖。請(qǐng)一并參考圖1和圖2。本發(fā)明第一實(shí)施例中提供的潮流能發(fā)電裝置包括框架、至少一個(gè)水平軸水輪發(fā)電機(jī)3、至少一根轉(zhuǎn)軸4、至少一個(gè)導(dǎo)流罩5和驅(qū)動(dòng)單元6。導(dǎo)流罩5對(duì)應(yīng)于水平軸水輪發(fā)電機(jī)3設(shè)置。

于本實(shí)施例中，框架10包括外框架1和至少一個(gè)內(nèi)框架2，至少一個(gè)內(nèi)框架2可分離地設(shè)置于外框架1內(nèi)。外框架1可由鋼材料焊接而成。于本實(shí)施例中，外框架1可具有多個(gè)固定樁11。通過在外套管內(nèi)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(shí)施例中，外框架1還具有多個(gè)減小水流阻力結(jié)構(gòu)12。多個(gè)減小水流阻力結(jié)構(gòu)12位于外框架1的迎水側(cè)。通過設(shè)置減小水流阻力結(jié)構(gòu)12于外框架1的迎水側(cè)，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(shí)大幅度提高了后續(xù)形成的固定樁11的穩(wěn)定度。如圖2所示，減小水流阻力結(jié)構(gòu)12位于外框架1的最上邊和最下邊。于本實(shí)施例中，減小水流阻力結(jié)構(gòu)12的截面為三角形。然而，本發(fā)明對(duì)減小水流阻力結(jié)構(gòu)12的具體形狀和結(jié)構(gòu)不作任何限定。于其他實(shí)施例中，該減小水流阻力結(jié)構(gòu)可制造為流線型。

于本實(shí)施例中，內(nèi)框架2上可設(shè)有卡勾(圖未示)，外框架1上可設(shè)有卡槽(圖未示)，內(nèi)框架2通過卡勾和卡槽的相互卡合嵌入到外框架1內(nèi)。然而，本發(fā)明對(duì)內(nèi)框架2與外框架1之間的固定方式不作任何限定。本發(fā)明對(duì)內(nèi)框架2的具體數(shù)量也不作任何限定。優(yōu)選地，內(nèi)框架2的數(shù)量大于或等于三個(gè)。于實(shí)際應(yīng)用中，內(nèi)框架2的數(shù)量可以多達(dá)12個(gè)或14個(gè)。如圖1所示，多個(gè)內(nèi)框架2沿平行于水平面p的方向排布，從而實(shí)現(xiàn)了潮流能發(fā)電裝置規(guī)模的橫向擴(kuò)展，大大提高潮流能的利用率，突破了現(xiàn)有潮流能發(fā)電裝置無法實(shí)現(xiàn)規(guī)模化的弊端。

至少一根轉(zhuǎn)軸4可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置于框架10的內(nèi)框架2。本發(fā)明對(duì)轉(zhuǎn)軸4的數(shù)量不做任何限定。轉(zhuǎn)軸4具有軸線x1，軸線x1的方向垂直于水平面p。于本實(shí)施例中，至少兩個(gè)水平軸水輪發(fā)電機(jī)3固定于一根轉(zhuǎn)軸4上且于同一個(gè)內(nèi)框 架2內(nèi)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(gè)水平軸水輪發(fā)電機(jī)3為縱向排列，從而實(shí)現(xiàn)了潮流能發(fā)電裝置規(guī)模沿海洋深度的縱向擴(kuò)展，大大提高發(fā)電功率，進(jìn)一步克服了現(xiàn)有傳統(tǒng)潮流能發(fā)電裝置無法實(shí)現(xiàn)規(guī)?；膯栴}。

海底通常高低不平。由于巖石等的存在，即便在相距不到十米的地方，海底表面的高低差距也會(huì)非常大。本發(fā)明潮流能發(fā)電裝置能夠充分利用海洋垂直方向的能量，可以根據(jù)海底和水面之間的距離靈活調(diào)整方向d1上水平軸水輪發(fā)電機(jī)3的數(shù)量。舉例而言，在海底比較高的地方，可以只有兩個(gè)水平軸水輪發(fā)電機(jī)3固定于一根轉(zhuǎn)軸4上，在海底比較低的地方，可以將四個(gè)水平軸水輪發(fā)電機(jī)3固定于一根轉(zhuǎn)軸4上。換言之，每根轉(zhuǎn)軸上水輪發(fā)電機(jī)3的數(shù)量并不需要相等。

于本發(fā)明中，一個(gè)內(nèi)框架2、至少一個(gè)水平軸水輪發(fā)電機(jī)3、至少一根轉(zhuǎn)軸4和一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元6共同形成一個(gè)內(nèi)置模塊100。于實(shí)際應(yīng)用中，可先將至少一個(gè)水平軸水輪發(fā)電機(jī)3、至少一根轉(zhuǎn)軸4和至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元6固定在一個(gè)內(nèi)框架2內(nèi)，然后將至少一個(gè)這樣組裝好的內(nèi)框架2固定在外框架1內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)潮流能發(fā)電裝置的模塊化安裝。具體而言，內(nèi)置模塊100的組裝可在岸上或海上平臺(tái)進(jìn)行，然后將內(nèi)置模塊100由上往下吊入置于海中的外框架1內(nèi)和外框架1進(jìn)行固定，如此實(shí)現(xiàn)海面上的安裝作業(yè)，大大簡(jiǎn)化安裝程序，減少安裝時(shí)間，降低海洋中安裝難度。

水平軸水輪發(fā)電機(jī)3包括葉片31和發(fā)電機(jī)32，水平軸水輪發(fā)電機(jī)3具有中心軸線x2，中心軸線x2的方向平行于水平面p。本發(fā)明對(duì)水平軸水輪發(fā)電機(jī)3的葉片31的數(shù)量不做任何限定，每個(gè)水平軸水輪發(fā)電機(jī)3可具有2個(gè)、3個(gè)或4個(gè)等葉片。由于水平軸水輪發(fā)電機(jī)3的葉片31和發(fā)電機(jī)32全部在水下，因此，若水平軸水輪發(fā)電機(jī)3發(fā)生故障，傳統(tǒng)的潮流能發(fā)電裝置將需要在海里進(jìn)行維修。這樣維修非常困難且費(fèi)用龐大。然而，本實(shí)施例的潮流能發(fā)電裝置可直接將內(nèi)置模塊100從海中取出進(jìn)行維修或更換，實(shí)現(xiàn)潮流能發(fā)電裝置的海面上快速更換和維修，大大降低了維修成本，使得潮流能發(fā)電裝置的商業(yè)化得以實(shí)現(xiàn)。

于本實(shí)施例中，內(nèi)框架2的數(shù)量等于轉(zhuǎn)軸4的數(shù)量，且水平軸水輪發(fā)電機(jī)3的數(shù)量大于轉(zhuǎn)軸4的數(shù)量。然而，本發(fā)明對(duì)此不作任何限定。于其它實(shí)施例中，一個(gè)內(nèi)置模塊100可具有多根轉(zhuǎn)軸4和每根轉(zhuǎn)軸4上可具有兩個(gè)以上的水平軸水輪發(fā)電機(jī)3。

每兩個(gè)安裝于同一根轉(zhuǎn)軸4上的水平軸水輪發(fā)電機(jī)3同步進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)單元6連接轉(zhuǎn)軸4以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)。由于漲潮和落潮的水流方向相反，無論水流朝哪個(gè)方向流入，通過轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)動(dòng)控制水平軸水輪發(fā)電機(jī)3的葉片31始終朝向水流，從而提高潮流能的利用率，提高發(fā)電效率。

于本發(fā)明中，驅(qū)動(dòng)單元6是位于水面上。現(xiàn)有技術(shù)中少數(shù)水平軸水輪發(fā)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，但是驅(qū)動(dòng)單元均是位于水面以下，有的甚至和發(fā)電機(jī)部分集成為一體。由于現(xiàn)有技術(shù)中的控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、變流系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)都集成在葉片后形成一個(gè)整體，導(dǎo)致現(xiàn)有的水平軸水輪發(fā)電機(jī)的非葉片部分的體積非常大，大大降低了電子元器件的效能。并且傳動(dòng)系統(tǒng)包括電機(jī)非常容易損壞，經(jīng)常需要維修，這些元件設(shè)置在水面下將大幅度增加維修難度和成本。但是本發(fā)明中的驅(qū)動(dòng)單元6是位于水面以上而非水面下，徹底解決了上述問題，并且可以大幅度減小水平軸水輪發(fā)電機(jī)非葉片部分的體積，從而提高電子元器件的效能，最終達(dá)到提高發(fā)電效率的目的。

于本實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)單元6的數(shù)量對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)軸4的數(shù)量。然而，本發(fā)明對(duì)此不做任何限定。于其它實(shí)施例中，可以通過齒輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元6對(duì)兩個(gè)轉(zhuǎn)軸4的控制。每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元6可包括電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接轉(zhuǎn)軸4的一端，電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)。然而，本發(fā)明對(duì)此不作任何限定。于其它實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)單元6可包括電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)。由于現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速都較快，通過減速機(jī)后轉(zhuǎn)速大大降低，因此能有效且精準(zhǔn)地控制轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)幅度。

于實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)水流沿圖2中所示的水流方向d流向潮流能發(fā)電裝置時(shí)，驅(qū)動(dòng)單元6不運(yùn)作。此時(shí)，水平軸水輪發(fā)電機(jī)3的葉片31面向水流。當(dāng)水流沿水流方向d相反的方向(從圖2中看去為由上往下)流向潮流能發(fā)電裝置時(shí)，驅(qū)動(dòng)單元6驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)水平軸水輪發(fā)電機(jī)3旋轉(zhuǎn)180度，使得葉片31從朝下改為朝上，以保證水平軸水輪發(fā)電機(jī)3的葉片31始終朝向水流。此種情況尤其適用于利用潮汐能發(fā)電，確保了最大的發(fā)電功率。

特別地，實(shí)際應(yīng)用中漲潮和落潮的水流方向并不完全平行，也并不一定會(huì)垂直于水平軸水輪發(fā)電機(jī)3的迎水面。無論水流從哪個(gè)方向涌入水平軸水輪發(fā)電機(jī)3，本發(fā)明的發(fā)電裝置可以通過轉(zhuǎn)軸4控制水平軸水輪發(fā)電機(jī)3改變朝向以使水平軸水輪發(fā)電機(jī)3始終正對(duì)水流，從而最大程度地利用潮流能，提高發(fā)電功率。

并且，當(dāng)實(shí)際水流速度高于水平軸水輪發(fā)電機(jī)3能承受的最大負(fù)荷對(duì)應(yīng)的額定速度時(shí)，此時(shí)只需通過轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)控制水平軸水輪發(fā)電機(jī)3使其旋轉(zhuǎn)偏離水流方向一個(gè)角度，則可以有效降低水平軸水輪發(fā)電機(jī)3的負(fù)載，在確保水平軸水輪發(fā)電機(jī)3不會(huì)因超負(fù)荷損毀的同時(shí)，確保水平軸水輪發(fā)電機(jī)3仍然正常工作，持續(xù)穩(wěn)定地輸出發(fā)電?？朔藗鹘y(tǒng)海洋能發(fā)電裝置中當(dāng)水流速度過大，發(fā)電機(jī)為了避免燒毀就停止工作的弊端，同時(shí)無需進(jìn)行變槳調(diào)節(jié)，使得發(fā)電機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)更加簡(jiǎn)單有效。當(dāng)實(shí)際水流速度小于發(fā)電機(jī)3能承受的最大負(fù)荷對(duì)應(yīng)的額定速度時(shí)，此時(shí)只需通過轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)控制水平軸水輪發(fā)電機(jī)3使其旋轉(zhuǎn)正對(duì)水流方向(即葉片的迎水面垂直于水流方向)，則可以最大程度地利用水流進(jìn)行發(fā)電，提高發(fā)電功率。

如圖3至圖7所示，導(dǎo)流罩5具有兩個(gè)導(dǎo)水部分51和一個(gè)中間部分52。中間部分52位于兩個(gè)導(dǎo)水部分51之間。轉(zhuǎn)軸4的軸線x1和水平軸水輪發(fā)電機(jī)3的中心軸線x2形成的交點(diǎn)為中心點(diǎn)c。中間部分52的內(nèi)表面521上的任一點(diǎn)(如圖5所示的點(diǎn)52a)到中心點(diǎn)c之間的距離為第一距離s1，每個(gè)葉片31離中心點(diǎn)c最遠(yuǎn)的一個(gè)端點(diǎn)為最遠(yuǎn)端點(diǎn)e，最遠(yuǎn)端點(diǎn)e到中心點(diǎn)c之間的距離為第二距離s2，第一距離s1大于第二距離s2。

于本實(shí)施例中，中間部分52的內(nèi)表面521上的任一點(diǎn)到中心點(diǎn)c之間的距離相等，即第一距離s1可為定值。具體而言，轉(zhuǎn)軸4在轉(zhuǎn)動(dòng)水平軸水輪發(fā)電機(jī)3時(shí)葉片31的最遠(yuǎn)端點(diǎn)e的運(yùn)動(dòng)軌跡為圖中所示的圓形，所述圓形是以中心點(diǎn)c為圓心，最遠(yuǎn)端點(diǎn)e到中心點(diǎn)c之間的距離為半徑。中間部分52的橫剖面(該橫剖面所在的平面平行于水平面p，即從圖5所示的方向看過去的剖面)為圓弧形，圖5所示的兩段圓弧線是以中心點(diǎn)c為圓心，中間部分52的內(nèi)表面521上的任一點(diǎn)到中心點(diǎn)c之間的第一距離s1為半徑所做的圓的兩段圓周線。在這種情況下，中間部分52是一個(gè)完整球面去除頂部和底部后的一部分，球心為中心點(diǎn)c。

然而，本發(fā)明對(duì)此不作限定。于其它實(shí)施例中，第一距離s1可為變量，即中間部分52的內(nèi)表面521上的任一點(diǎn)到中心點(diǎn)c之間的第一距離s1可因各個(gè)點(diǎn)的位置而有所不同。具體而言，于其它實(shí)施例中，中間部分52沿該剖視方向看過去仍然可以是一段弧形，但該弧形可不是圓弧形，且曲率半徑可遠(yuǎn)小于本實(shí)施例中弧形的曲率半徑?；蛘哂谄渌鼘?shí)施例中，中間部分52沿該剖視方向看過去可以是波浪形或者折線型，只要滿足第一距離s1大于第二距離s2即可，以保證水平軸水輪發(fā)電機(jī)3在改變方向時(shí)能夠在導(dǎo)流罩5內(nèi)順暢轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)選地，第一距離s1略大于第二距離s2，即中間部分52的內(nèi)表面521和葉片31的最遠(yuǎn)端點(diǎn)e之間的運(yùn)動(dòng)軌跡僅僅存在非常小的間隙，這個(gè)間隙確保水平軸水輪發(fā)電機(jī)3在改變朝向時(shí)葉片31的最遠(yuǎn)端點(diǎn)e不會(huì)摩擦中間部分52的內(nèi)表面，同時(shí)也確保導(dǎo)流罩5盡可能地把所有水流全部聚攏在葉片31轉(zhuǎn)動(dòng)的區(qū)域內(nèi)，以盡可能不讓水流沒有經(jīng)過葉片31的推動(dòng)而從該間隙直接穿過導(dǎo)流罩5。

于本發(fā)明中，中間部分52分別面向兩個(gè)導(dǎo)水部分51的兩端的橫截面s為圓形，所述橫截面s所在的平面垂直于水平面p且垂直于水流方向d，橫截面s的半徑r略大于最遠(yuǎn)端點(diǎn)e到所述中心軸線x2之間的最短距離s3(即從最遠(yuǎn)端點(diǎn)e作垂直于中心軸線x2的垂線，該垂線的長度即為最短距離s3)。本發(fā)明中所指的“略大于”是指首先橫截面s的半徑r大于最短距離s3以使得中間部分52不會(huì)阻礙葉片31的轉(zhuǎn)動(dòng)，其次橫截面s的面積僅僅是比葉片31的最遠(yuǎn)端點(diǎn)e轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所形成的圓的面積稍微大，以使得所有沖向葉片31的水流幾乎都全部在葉片31轉(zhuǎn)動(dòng)的區(qū)域內(nèi)而基本不會(huì)從中間部分52和葉片31轉(zhuǎn)動(dòng)的區(qū)域之間的間隙流到中間部分52的內(nèi)部。

傳統(tǒng)少數(shù)的水平軸水輪發(fā)電機(jī)3可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，但是為了方便水平軸水輪發(fā)電機(jī)3的轉(zhuǎn)動(dòng)，現(xiàn)有技術(shù)并沒有考慮導(dǎo)流罩5的最優(yōu)尺寸，而是僅僅考慮把橫截面s的半徑r做到大于葉片31的最遠(yuǎn)端點(diǎn)e到中心點(diǎn)c之間的第二距離s2。然而，現(xiàn)有的導(dǎo)流罩為圓筒狀(即從俯視方向看過去，導(dǎo)流罩中間部分的左右兩邊為直線型)，由于第二距離s2肯定大于最短距離s3，這樣勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致橫截面s的半徑r會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最短距離s3，最終導(dǎo)致相當(dāng)一部分水流從導(dǎo)流罩5和葉片31轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域之間的間隙逸出，即水流沒有沖向葉片31而是直接穿過導(dǎo)流罩5流到下游。這樣的弊端是發(fā)電效率會(huì)大幅度下降，收效能至少會(huì)降低10％。

由于在實(shí)際使用中，潮流能發(fā)電裝置上游的水位和潮流能發(fā)電裝置下游的水位具有高度差，從而形成巨大的壓差。如果沒有導(dǎo)流罩5，則無法有效利用該壓差進(jìn)行發(fā)電；如果大部分水流從導(dǎo)流罩5中直接穿過，則發(fā)電效率將得不到有效提高。

于本實(shí)施例中，每個(gè)導(dǎo)水部分51遠(yuǎn)離中間部分52的一端的橫截面511為矩形，每個(gè)導(dǎo)水部分51面向中間部分52的一端的橫截面為圓形，圓形橫截面和矩形橫截面511均垂直于水平面p且垂直于水流方向d，圓形橫截面的面積小于矩形橫截面的面積。具體而言，每個(gè)導(dǎo)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(jié)構(gòu)。導(dǎo)水部分51的圓形橫截面的面積可近乎等于中間部分的圓形橫截面s的面積。

通過將導(dǎo)水部分51的一端設(shè)置為矩形，可以實(shí)現(xiàn)和外框架1或內(nèi)框架2連接端面的無縫連接?，F(xiàn)有的潮流能發(fā)電裝置中使用的導(dǎo)流罩，其迎水側(cè)的橫截面為圓形。由于現(xiàn)有框架均為矩形，在安裝過程中就會(huì)在圓形和矩形之間產(chǎn)生空隙。若該空隙沒有東西阻擋，當(dāng)潮流沖擊向水平軸水輪發(fā)電機(jī)時(shí)，相當(dāng)一部分水流會(huì)從該空隙涌向水平軸水輪發(fā)電機(jī)，甚至沖擊葉片的背面，大大降低了發(fā)電功率。若將該空隙用平板進(jìn)行阻隔，則水流會(huì)直接沖向該平板，形成巨大的應(yīng)力，容易損壞整個(gè)框架的結(jié)構(gòu)。特別是經(jīng)過該平板阻擋后，水流方向會(huì)發(fā)生改變甚至水流亂竄，嚴(yán)重降低了潮流能利用率，進(jìn)而降低了發(fā)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(dǎo)向水平軸水輪發(fā)電機(jī)3，使得水平軸水輪發(fā)電機(jī)3的葉片31受力更大、轉(zhuǎn)速更快，從而提高發(fā)電效率。特別地，本實(shí)施例中的導(dǎo)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(dǎo)流罩5都可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流作用。

然而，本發(fā)明對(duì)此不作任何限定，導(dǎo)水部分的兩端為圓形的結(jié)構(gòu)也可以適用于本發(fā)明。于本實(shí)施例中，中間部分52和兩個(gè)導(dǎo)水部分51分別連接在一起，通過這種設(shè)置，導(dǎo)流罩5形成一個(gè)整體，這樣水流從導(dǎo)流罩5的內(nèi)部通過而不會(huì)逸到導(dǎo)流罩5之外。然而本發(fā)明對(duì)此不作任何限定，若導(dǎo)水部分51和中間部分52之間具有間隙也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

圖8所示為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例提供的導(dǎo)流罩的示意圖。于本實(shí)施例中，外框架、內(nèi)框架、水平軸水輪發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)和功能，皆如第一實(shí)施例所述，在此不再贅述。以下僅就不同之處予以說明。

如圖8所示，每個(gè)導(dǎo)流罩為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。具體而言，每個(gè)導(dǎo)流罩同樣具有兩個(gè)導(dǎo)水部分51’和一個(gè)中間部分52’。每個(gè)導(dǎo)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(jié)構(gòu)。然而，中間部分52’為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。具體而言，其中一個(gè)導(dǎo)水部分51’具有第一中心軸線a1，另一個(gè)導(dǎo)水部分51’具有第二中心軸線a2，第二中心軸線a2和第一中心軸線a1形成不為零的夾角。

于實(shí)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(gè)方向。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易忽略實(shí)際水域中漲潮和落潮水流方向的偏差，因而現(xiàn)有使用的導(dǎo)流罩都為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。不同水域中漲潮時(shí)水流方向和落潮時(shí)水流方向之間會(huì)具有一個(gè)偏差角度，從3°到20°不等。若潮流能發(fā)電裝置采用對(duì)稱的導(dǎo)流罩結(jié)構(gòu)，漲潮和落潮兩個(gè)方向的水流中勢(shì)必會(huì)有一個(gè)得不到導(dǎo)流罩完全正確地引導(dǎo)，因此水平軸水輪發(fā)電機(jī)也將無法完全充分地利用兩個(gè)方向的水流進(jìn)行發(fā)電。然而，通過將第二中心軸線a2和第一中心軸線a1之間形成的 夾角設(shè)置成漲潮方向和落潮方向之間的偏差角度相一致，從而確保無論是漲潮還是落潮，所有水流都能正確地被導(dǎo)流罩引導(dǎo)向水輪發(fā)電機(jī)，從而最大限度地利用水流進(jìn)行發(fā)電，提高發(fā)電效率。

本發(fā)明申請(qǐng)中的“水流方向”指的是漲潮或落潮時(shí)的水流方向，其他因水流碰到阻擋物改變后的方向并不是本發(fā)明所指的水流方向。由于實(shí)際應(yīng)用中任何部件都會(huì)具有厚度，本發(fā)明申請(qǐng)中所指的中間部分的“橫截面”在實(shí)際情況中是個(gè)“環(huán)形”，本發(fā)明申請(qǐng)中所指的“橫截面的半徑”指的是該環(huán)形的內(nèi)徑。

綜上所述，本發(fā)明提供的潮流能發(fā)電裝置通過設(shè)置導(dǎo)流罩，將水流都集中導(dǎo)向水平軸水輪發(fā)電機(jī)，使得水平軸水輪發(fā)電機(jī)的葉片受力更大、轉(zhuǎn)速更快，從而提高發(fā)電效率。通過設(shè)置轉(zhuǎn)軸，創(chuàng)新地通過改變整個(gè)水平軸發(fā)電機(jī)的朝向而非單獨(dú)改變?nèi)~片迎水角的方式對(duì)發(fā)電機(jī)的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得無論水流速度多大發(fā)電機(jī)一直可以保證能夠在安全負(fù)荷內(nèi)正常發(fā)電，極大地提高了發(fā)電效率。另外，通過設(shè)置可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸，使得無論漲潮還是落潮，水平軸水輪發(fā)電機(jī)的葉片可以始終朝向水流，從而確保最大的發(fā)電功率。通過設(shè)置特定尺寸的導(dǎo)流罩，以確保所有經(jīng)過發(fā)電裝置的水流都被聚攏到?jīng)_向葉片，因此完全利用上游水位和下游水位之間的“壓差”，大大提高發(fā)電效率。本發(fā)明的導(dǎo)流罩限制水流不會(huì)從導(dǎo)流罩和葉片轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域之間的間隙直接流出以確保高的收效能。

另外，本發(fā)明通過設(shè)置可分離的內(nèi)框架和外框架，使得發(fā)電裝置可以在水面上進(jìn)行模塊化組裝和替換，大幅度降低維修和安裝費(fèi)用，克服了傳統(tǒng)潮流能發(fā)電裝置無法商業(yè)化、大規(guī)?；碾y題。

并且，在垂直于水平面的方向上排布至少三個(gè)水平軸水輪發(fā)電機(jī)，在平行于水平面的方向上也排布至少兩個(gè)水平軸水輪發(fā)電機(jī)，使得水輪發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)矩陣化排布，充分利用整個(gè)海域橫向和縱向的潮流能，大大提高發(fā)電效率。

進(jìn)一步，本發(fā)明實(shí)施例中提供的導(dǎo)流罩，兩端的橫截面的面積大于中間部分的橫截面的面積，起到更好的導(dǎo)流和聚流的作用，增大了沖向葉片的壓力，大幅度提高發(fā)電效率。

特別地，通過將導(dǎo)流罩設(shè)置為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，從而確保無論是漲潮還是落潮，所有水流都能正確地被導(dǎo)流罩引導(dǎo)向水輪發(fā)電機(jī)，從而最大限度地利用水流進(jìn)行發(fā)電，提高發(fā)電效率。

雖然本發(fā)明已由較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟知此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所要求保護(hù)的范圍為準(zhǔn)。