本發(fā)明涉及新能源利用領(lǐng)域中的水能利用系統(tǒng)及其水能轉(zhuǎn)換裝置。

背景技術(shù)：

隨著石油資源的日益緊張，可再生能源的利用開發(fā)顯得尤為重要，海洋、河流的水能資源作為一種可再生能源，其蘊(yùn)藏量是十分巨大的。目前大多數(shù)的海洋漁船、海上平臺(tái)等海上作業(yè)單元的電力供應(yīng)都是依靠柴油發(fā)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，這種發(fā)電方式不僅經(jīng)濟(jì)成本高，而且還會(huì)對(duì)水域環(huán)境造成污染。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)水流能源的利用，中國(guó)專利CN102588192A公開了“一種海洋能發(fā)電裝置”，該發(fā)電裝置包括通過收放繩與海上作業(yè)單元相連的浮子和使用時(shí)置于水中的水能轉(zhuǎn)換裝置，水能轉(zhuǎn)換裝置包括通過懸掛纜繩懸掛于浮子上的發(fā)電單元，發(fā)電單元包括艇殼及設(shè)置于艇殼內(nèi)的水下水輪機(jī)和與水下水輪機(jī)傳動(dòng)連接的發(fā)電機(jī)。水能轉(zhuǎn)換裝置還包括使用時(shí)位于水中的傘錨，傘錨通過傘錨繩與海上作業(yè)單元相連，傘錨的出水口通過出水管道與水下水輪機(jī)的進(jìn)水口相連。當(dāng)需要裝置發(fā)電時(shí)，工作人員將該發(fā)電裝置的發(fā)電單元和傘錨置于水中，浮子在豎直方向上抵消發(fā)電單元的重力，浮子的位置被收放繩控制。傘錨對(duì)海水具有匯集作用，當(dāng)傘錨在海水中展開后，傘錨出水口會(huì)產(chǎn)生高速流動(dòng)的海水，這股水流被導(dǎo)向水下水輪機(jī)，水下水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)做功發(fā)電，經(jīng)水下水輪機(jī)后的水流經(jīng)艇殼上出水口排走，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能輸送至海上作業(yè)單元之上。

現(xiàn)有的這種海洋能發(fā)電裝置存在的問題在于：傘錨由單層柔性材質(zhì)制成，不具有剛性支撐能力，因此只能將水能轉(zhuǎn)換裝置通過一根獨(dú)立的懸掛纜繩連接于浮子上，而傘錨則通過一根獨(dú)立的傘錨繩與海上作業(yè)單元相連，整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且占用空間較大，不利于發(fā)電裝置的高密度布置；此外，當(dāng)水流流速變大時(shí)，水下水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之提高，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的輸出功率不穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種水能轉(zhuǎn)換裝置，以解決現(xiàn)有水能轉(zhuǎn)換裝置中的傘錨與水下水輪機(jī)需要各自獨(dú)立的繩纜連接而導(dǎo)致水能轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題；本發(fā)明的目的還在于提供一種使用該水能轉(zhuǎn)換裝置的水能利用系統(tǒng)。

為了解決上述問題，本發(fā)明中水能轉(zhuǎn)換裝置的技術(shù)方案為：

水能轉(zhuǎn)換裝置，包括水下水輪機(jī)，水下水輪機(jī)的外圍設(shè)置有具有囊腔的環(huán)狀囊，環(huán)狀囊圍成沿前后方向延伸的水流導(dǎo)流通道，水下水輪機(jī)通過水輪機(jī)支架與水流導(dǎo)流通道的通道壁相連。

所述囊腔中填充有水、發(fā)泡材料或者氣體。

水流導(dǎo)流通道的前端具有由前至后口徑逐漸變小的漸縮段，所述水下水輪機(jī)設(shè)置于所述漸縮段的喉部位置處。

環(huán)狀囊上于所述水流導(dǎo)流通道的外圍設(shè)置有多個(gè)沿環(huán)狀囊周向順序布置的沿前后方向延伸的沖壓水室，各沖壓水室均具有位于所述環(huán)狀囊前端的水室進(jìn)水口和位于所述渦輪機(jī)的渦輪葉片旁的水室出水口。

各沖壓水室以環(huán)狀囊的中心線同趨勢(shì)扭轉(zhuǎn)偏斜以使得水室出水口的朝向與渦輪葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。

環(huán)狀囊的內(nèi)部設(shè)置有剛性的支撐骨架。

環(huán)狀囊上設(shè)置有沿左右方向延伸的平衡翼，在垂直于左右方向的截面上平衡翼的上、下表面均為外凸的弧形結(jié)構(gòu)，上表面的截面周長(zhǎng)小于下表面的截面周長(zhǎng)。

供所述水輪機(jī)支架連接的所述水流導(dǎo)流通道壁處設(shè)置有筒形的剛性支撐結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的技術(shù)方案為：

水能利用系統(tǒng)，包括水能轉(zhuǎn)換裝置和用于將水能轉(zhuǎn)換裝置限位于水中的限位裝置，水能轉(zhuǎn)換裝置包括水下水輪機(jī)，水下水輪機(jī)的外圍設(shè)置有具有囊腔的環(huán)狀囊，環(huán)狀囊圍成沿前后方向延伸的水流導(dǎo)流通道，水下水輪機(jī)通過水輪機(jī)支架與水流導(dǎo)流通道的通道壁相連。

水流導(dǎo)流通道的前端具有由前至后口徑逐漸變小的漸縮段，所述水下水輪機(jī)設(shè)置于所述漸縮段的喉部位置處，環(huán)狀囊上于所述水流導(dǎo)流通道的外圍設(shè)置有多個(gè)沿環(huán)狀囊周向順序布置的沿前后方向延伸的沖壓水室，各沖壓水室均具有位于所述環(huán)狀囊前端的水室進(jìn)水口和位于所述渦輪機(jī)的渦輪葉片旁的水室出水口。

各沖壓水室以環(huán)狀囊的中心線同趨勢(shì)扭轉(zhuǎn)偏斜以使得水室出水口的朝向與渦輪葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。

限位裝置包括用于設(shè)置于水面或者水面以上的工作臺(tái)，工作臺(tái)上設(shè)置有卷?yè)P(yáng)裝置，水能轉(zhuǎn)換裝置的環(huán)狀囊通過纜繩與卷?yè)P(yáng)裝置相連，環(huán)狀囊上設(shè)置有沿左右方向延伸的平衡翼，在垂直于左右方向的截面上平衡翼的上、下表面均為外凸的弧形結(jié)構(gòu)，上表面的截面周長(zhǎng)小于下表面的截面周長(zhǎng)，纜繩上串設(shè)有彈簧，或者纜繩上串設(shè)有力傳感器，限位裝置還包括與所述力傳感器采樣連接并與所述卷?yè)P(yáng)裝置控制連接的控制器。

限位裝置包括用于漂浮于水面的漂流浮體和作業(yè)浮體，漂流浮體與水底錨相連，作業(yè)浮體與漂流浮體可拆連接，水能轉(zhuǎn)換裝置連接于作業(yè)浮體上。

限位裝置包括漂浮于水面上的作業(yè)浮體，作業(yè)浮體通過錨纜繩與水底錨相連，水能轉(zhuǎn)換裝置通過漂浮纜繩與錨纜繩相連。

限位裝置包括漂浮于水面上的作業(yè)浮體，作業(yè)浮體通過錨纜繩與水底錨相連，錨纜繩上串設(shè)有至少一個(gè)所述的水能轉(zhuǎn)換裝置。

限位裝置包括用于漂浮于水面上的作業(yè)浮體，作業(yè)浮體通過錨纜繩與水底錨相連，作業(yè)浮體上還連接有漂浮纜繩，漂浮纜繩遠(yuǎn)離作業(yè)浮體的一端設(shè)置有用于浮于水面上的平衡浮體，漂浮纜繩上連接有至少一個(gè)所述水能轉(zhuǎn)換裝置。

各水能轉(zhuǎn)換裝置的高低均不同。

限位裝置包括漂浮于水面上的作業(yè)浮體，作業(yè)浮體通過錨纜繩與水底錨相連，作業(yè)浮體上連接有至少一個(gè)沿左右方向延伸的橫向剛性桿，在橫向剛性桿上連接有至少兩個(gè)沿左右方向間隔布置的漂浮纜繩，各漂浮纜繩上均順次設(shè)置有至少兩個(gè)所述的水能轉(zhuǎn)換裝置。

限位裝置包括漂浮于水面上的作業(yè)浮體，作業(yè)浮體通過錨纜繩與水底錨相連，作業(yè)浮體或者所述錨纜繩上連接有多個(gè)所述的水能轉(zhuǎn)換裝置，各水能轉(zhuǎn)換裝置的水下水輪機(jī)上均同軸連接有水泵，作業(yè)浮體上設(shè)置有通過水管與各水泵的出水口相連的水上水輪機(jī)。

限位裝置包括漂浮于水面上的作業(yè)浮體，作業(yè)浮體通過錨纜繩與水底錨相連，水能轉(zhuǎn)換裝置設(shè)置于所述作業(yè)浮體的底部。

本發(fā)明的有益效果為：使用時(shí)，可以向環(huán)狀囊內(nèi)填充水、發(fā)泡材料或氣體等填充介質(zhì)來對(duì)環(huán)狀囊提供一定的支撐力，從而為水輪機(jī)提供可靠支撐，可以將水輪機(jī)連接于環(huán)狀囊的內(nèi)壁上，水流經(jīng)環(huán)狀囊圍成的水流導(dǎo)流通道來向驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)動(dòng)作，這樣一方面可以減小產(chǎn)品的整體尺寸，同時(shí)僅需對(duì)環(huán)狀囊限位就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水能轉(zhuǎn)化裝置的限位，有利于簡(jiǎn)化水能轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)，環(huán)狀囊也有利于減小產(chǎn)品的重量，降低產(chǎn)品的成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中當(dāng)水流速度較大時(shí)，卷?yè)P(yáng)裝置放繩前、后的狀態(tài)示意圖；

圖3是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例7中水能轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是圖8中沖壓水室的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例8中的沖壓水室的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例9中的水能轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例10中的水能轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例11的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例12的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15是實(shí)施例12中投切機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16是實(shí)施例12中投切機(jī)構(gòu)切斷對(duì)應(yīng)發(fā)電時(shí)的狀態(tài)示意圖；

圖17是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例13的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖18是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例14的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖19是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例15的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖20是圖19中各發(fā)電機(jī)間的電路連接圖；

圖21是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例16的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖22是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例17的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖23是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例18的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖24是圖23的俯視圖；

圖25是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例19的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖26是圖25的俯視圖；

圖27是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例20的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖28是圖27的俯視圖；

圖29是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例21的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖30是本發(fā)明中水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例22的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖31是圖30的A-A向剖視圖；

圖32是圖30中水輪機(jī)與環(huán)狀囊的配合示意圖。

具體實(shí)施方式

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例1如圖1~2所示：包括水能轉(zhuǎn)換裝置22和用于將水能轉(zhuǎn)換裝置限位于水中的限位裝置，限位裝置包括用于漂浮于水面4上的作業(yè)浮體3，作業(yè)浮體3通過錨纜繩19與水底21的水底錨20相連，錨纜繩19連接于作業(yè)浮體3上設(shè)置的卷?yè)P(yáng)裝置2上，錨纜繩19上串設(shè)有力傳感器，水能轉(zhuǎn)換裝置還包括與力傳感器采樣連接并與卷?yè)P(yáng)裝置控制連接的控制器1。錨纜繩上連接有漂浮纜繩10，定義水流的流向?yàn)橛汕爸梁蠓较颍苻D(zhuǎn)換裝置通過傘繩11連接于漂浮纜繩10的后端，傘繩的直徑小于漂流纜繩的直徑。水能轉(zhuǎn)換裝置包括環(huán)狀囊15，環(huán)狀囊具有用于充水的內(nèi)腔，環(huán)狀囊圍成沿前后方向延伸的水流導(dǎo)流通道，圖中項(xiàng)9表示水流導(dǎo)流通道的進(jìn)口，項(xiàng)13表示水流導(dǎo)流通道的出口。水流導(dǎo)流通道的前端為由前至后口徑逐漸變小的漸縮段，漸縮形式為曲線形漸縮，漸縮段的喉部的通道壁上設(shè)置有筒形的剛性支撐結(jié)構(gòu)12，漸縮段的后端設(shè)置有由前至后口徑逐漸變大的漸擴(kuò)段。本實(shí)施例中漸縮段的入水口口徑10米，喉部的口徑8米，漸擴(kuò)段的出水口口徑12米。

本實(shí)施例中，剛性支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)選的采用輕質(zhì)高強(qiáng)度的碳纖維材料制成。水能轉(zhuǎn)換裝置還包括水下水輪機(jī)16，水下水輪機(jī)通過水輪機(jī)支架8與剛性支撐結(jié)構(gòu)相連，水下水輪機(jī)的機(jī)軸上同軸固設(shè)有發(fā)電機(jī)17。圖1中箭頭表示水流方向；項(xiàng)14表示水下水輪機(jī)的葉片。

環(huán)狀囊的前緣所要承受的水流壓力較高，因此環(huán)狀囊的前緣設(shè)置有前緣剛性支撐18，傘繩11連接于前緣剛性支撐上。環(huán)狀囊的縱向剖面呈機(jī)翼狀，各傘繩中，位于上側(cè)的傘繩的長(zhǎng)度短于位于下側(cè)的三繩的長(zhǎng)度。

環(huán)狀囊的上側(cè)靠后部經(jīng)纜繩6連接一個(gè)平衡浮體5，平衡浮體5采用充填發(fā)泡材料的充水水囊結(jié)構(gòu)，用于輔助保持環(huán)狀囊的運(yùn)行姿態(tài)。平衡浮體具有機(jī)翼形狀的外形，在水流的作用下產(chǎn)生升力。環(huán)狀囊上還設(shè)置有垂直尾翼7和用于沿左右方向延伸的平衡翼（圖中未示出），在垂直于左右方向的截面上平衡翼的上、下表面均為外凸的弧形結(jié)構(gòu)，上表面的截面周長(zhǎng)小于下表面的截面周長(zhǎng)，也就是說平衡翼與常規(guī)的機(jī)翼形狀一致，只不過和常規(guī)的機(jī)翼的安裝方向相反，在水流作用下可以產(chǎn)生向下的升力，從而使得本水能轉(zhuǎn)換裝置具有負(fù)攻角特性。

如圖2所示：通過及平衡翼的設(shè)置，在水流流速增加時(shí)，水流對(duì)平衡翼產(chǎn)生向下方向的作用力，該力值反映到力傳感器上，當(dāng)該力值大于設(shè)定值時(shí)，控制器1控制卷?yè)P(yáng)裝置2放繩，環(huán)狀囊15的位置降低，低位置的水流流速相比高位置的水流流速要小，從而可以保證發(fā)電機(jī)的恒定功率輸出；當(dāng)力傳感器上的力值過小時(shí)，說明該高度的水流速度過小，此時(shí)卷?yè)P(yáng)裝置可以收繩，環(huán)狀囊的位置升高來滿足發(fā)電機(jī)的恒定功率輸出。

在本發(fā)明的其它實(shí)施例中：力傳感器和控制器還可以不設(shè)，此時(shí)可以在錨纜繩上串設(shè)彈簧，當(dāng)水流流速過大時(shí)，水能轉(zhuǎn)換裝置克服彈簧作用力而拉伸彈簧，此時(shí)水能轉(zhuǎn)換裝置可以下降到較低的位置；當(dāng)水流流速減小時(shí)，彈簧復(fù)位而將水能轉(zhuǎn)換裝置拉至位置較高區(qū)域；也可以向環(huán)狀囊中填充發(fā)泡材料，發(fā)泡材料可以是顆粒裝，和水進(jìn)行混合填充。此時(shí)可以在環(huán)狀囊的表面設(shè)置拉鏈等可打開結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒊尚偷陌l(fā)泡材料裝入或取出。用發(fā)泡材料做填充介質(zhì)能夠夠增加環(huán)狀囊的浮力，增加抵抗水壓的能力，較好地保持環(huán)狀囊的外形，此外采用發(fā)泡材料填充或者水作為介質(zhì)填充時(shí)，環(huán)狀囊的內(nèi)外壓強(qiáng)基本一致，環(huán)狀囊的透水性要求可以低一點(diǎn)；當(dāng)環(huán)狀囊只是在淺水區(qū)域工作時(shí)，外部壓強(qiáng)較小，也可以選擇向環(huán)狀囊中填充氣體；平衡浮體也可以不設(shè)；漸縮段的漸縮形式還可以是拋物線形、直線形等；水底錨也可以是固定錨結(jié)構(gòu)。當(dāng)然也可以采用其它控制形式來實(shí)現(xiàn)控制卷?yè)P(yáng)裝置2放繩，比如說根據(jù)發(fā)電機(jī)的輸出功率進(jìn)行控制，例如發(fā)電機(jī)的額定輸出功率為200kw，當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率超過200kw，控制器控制卷?yè)P(yáng)裝置2放繩，水能轉(zhuǎn)換裝置下降到更深水域中，當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率不足180kw，控制器控制卷?yè)P(yáng)裝置2收繩，將水能轉(zhuǎn)換裝置拉至更淺水域中，發(fā)電機(jī)的額定輸出功率可以為10kw~200kw。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例2如圖3所示：實(shí)施例2與實(shí)施例1不同的是，環(huán)狀囊15內(nèi)設(shè)置有剛性的支撐骨架25，支撐骨架支撐于環(huán)狀囊15的前后端，環(huán)狀囊上與支撐骨架配合的位置設(shè)置有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)指的是設(shè)置于環(huán)狀囊上的前剛性支撐26和后剛性支撐27，支撐骨架可以輔助保持環(huán)狀囊在水壓作用下的外形。此外與實(shí)施例不同的還有，水流導(dǎo)流通道屬于漸擴(kuò)式通道。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例3如圖4所示：實(shí)施例3與實(shí)施例1不同的是，環(huán)狀囊15的外周面上均設(shè)置有用于抵抗水壓的剛性支撐28。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例4如圖5所示：實(shí)施例4與實(shí)施例1不同的是，水能轉(zhuǎn)換裝置22有兩個(gè)，兩個(gè)水能轉(zhuǎn)換裝置22左右間隔設(shè)置，其二者通過翼形的剛性連接件30連接，剛性連接件30的尾端設(shè)置有用于充水的囊狀翼身32，漂浮纜繩10通過分支纜繩29與剛性連接件30相連。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，水能轉(zhuǎn)換裝置的個(gè)數(shù)還可以是三個(gè)、四個(gè)或更多，各水能轉(zhuǎn)換裝置均通過剛性連接件連接。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例5如圖6所示：實(shí)施例5與實(shí)施例1不同的是，漂浮纜繩10并沒有連接于錨纜繩19上，錨纜繩19與作業(yè)浮體上的錨纜卷?yè)P(yáng)裝置2相連，漂浮纜繩10與作業(yè)浮體上的漂浮纜繩卷?yè)P(yáng)裝置32相連。圖中項(xiàng)22表示水能轉(zhuǎn)換裝置。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例6如圖7所示：實(shí)施例6與實(shí)施例1不同的是，本發(fā)明中除了作業(yè)浮體3之外，還設(shè)置有漂流浮體34，作業(yè)浮體3與漂流浮體34之間通過纜繩33可拆連接，漂流浮體34通過錨纜繩19與水底錨相連，水能轉(zhuǎn)換裝置22通過漂浮纜繩10與作業(yè)浮體3相連。圖7中的A表示作業(yè)浮體與漂流浮體未分離時(shí)的狀態(tài)圖，在遇到大風(fēng)、大雨天氣時(shí)，拆掉作業(yè)浮體與漂流浮體之間的纜繩，如圖7中的B所示，利用作業(yè)浮體將水能轉(zhuǎn)換裝置拖拽到避風(fēng)場(chǎng)所，避免水能轉(zhuǎn)換裝置損壞，當(dāng)然需要對(duì)水能轉(zhuǎn)換裝置維修時(shí)，也可以將水能轉(zhuǎn)換裝置拖拽至維修場(chǎng)所，還可以將備用的水能轉(zhuǎn)換裝置和作業(yè)浮體連接到漂浮浮體上，不影響系統(tǒng)發(fā)電。漂浮浮體的體積相對(duì)較小，和作業(yè)浮體解開后，能夠被水底錨拖住漂浮在水面上。圖7中項(xiàng)32表示與漂流纜繩對(duì)應(yīng)的漂流纜繩卷?yè)P(yáng)裝置；項(xiàng)1表示與錨纜繩對(duì)應(yīng)的錨纜繩卷?yè)P(yáng)裝置。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例7如圖8~9所示：實(shí)施例7與實(shí)施例1不同的是，環(huán)狀囊內(nèi)設(shè)置有多個(gè)沿前后方向延伸的沖壓水室35，沖壓水室的壁39由不透水的柔性材料制成，各沖壓水室沿環(huán)狀囊的周向順序布置，沖壓水室具有位于環(huán)狀囊前端的水室進(jìn)水口36和位于環(huán)狀囊后端的水室出水口37，出水口設(shè)置于水輪機(jī)的葉片14旁并位于水輪機(jī)的葉片后側(cè)，各沖壓水室也呈由前至后口徑逐漸變小的縮口結(jié)構(gòu)。整個(gè)環(huán)狀囊被連續(xù)分布的沖壓水室分隔成兩個(gè)空間，沖壓水室外側(cè)的環(huán)狀囊15中填充發(fā)泡材料，沖壓水室內(nèi)側(cè)的環(huán)狀囊38中填充水。水在經(jīng)過沖壓水室時(shí)被加速，加速后的水流經(jīng)葉片后側(cè)排出，在葉片后側(cè)形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，增加葉片前后側(cè)的壓差，從而有利于進(jìn)一步的提高葉片的轉(zhuǎn)速。圖中項(xiàng)10表示漂流纜繩；項(xiàng)11表示傘繩。

在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，沖壓水室內(nèi)側(cè)、外側(cè)的環(huán)狀囊中也可以填充同樣的介質(zhì)；沖壓水室的出水口也可以位于葉片的前側(cè)。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例8如圖10所示：實(shí)施例8與實(shí)施例7不同的是，沖壓水室35并非是標(biāo)準(zhǔn)的沿前后方向直線延伸的水道結(jié)構(gòu)，各沖壓水室以環(huán)狀囊的中心線同趨勢(shì)扭轉(zhuǎn)偏斜以使沖壓水室的水室出水口37的朝向與渦輪葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。各沖壓水室扭轉(zhuǎn)方向與水輪機(jī)的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，這樣設(shè)置的目的是通過沖壓水室切向排水的作用，增加水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向上的水的擴(kuò)散作用。圖中項(xiàng)36表示沖壓水室的水室進(jìn)水口。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例9如圖11所示：實(shí)施例9與實(shí)施例7不同的是，沖壓水室35布置于環(huán)狀囊15的外側(cè)。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例10如圖12所示：實(shí)施例10與實(shí)施例7不同的是，沖壓水室35布置于環(huán)狀囊15的內(nèi)側(cè)，同時(shí)水輪機(jī)包括前后間隔設(shè)置的前葉片41和后葉片42，前葉片處于水流導(dǎo)流通道中，沖壓水室的出水口朝向后葉片，前、后葉片的共同配合來增加水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例11如圖13所示：實(shí)施例11與實(shí)施例1不同的是，沒有設(shè)置漂浮纜繩，水能轉(zhuǎn)換裝置22串設(shè)于錨纜纜繩19上，錨纜纜繩19包括位于水能轉(zhuǎn)換裝置上側(cè)的上段錨纜纜繩和位于水能轉(zhuǎn)換裝置下側(cè)的下段錨纜纜繩，上段錨纜纜繩通過傘繩45與環(huán)狀囊的上端連接，環(huán)狀囊的下端設(shè)置由柔性材料制成的傘形聚能器46（類似于背景技術(shù)中的傘錨），下段錨纜纜繩通過傘繩與傘形聚能器相連。圖中項(xiàng)3表示作業(yè)浮體。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例12如圖14~16所示：實(shí)施例12與實(shí)施例1不同的是，水能轉(zhuǎn)換裝置22有多個(gè)，各水能轉(zhuǎn)換裝置分別通過各自對(duì)應(yīng)的漂浮纜繩10連接于錨纜纜繩19上，各水能轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)電機(jī)17通過電纜串聯(lián)。為了保證單個(gè)發(fā)電機(jī)故障時(shí)，不會(huì)影響到整個(gè)電纜的使用，在發(fā)電機(jī)和傳輸電纜連接處設(shè)置發(fā)電機(jī)投切機(jī)構(gòu)51，當(dāng)單個(gè)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，保持傳輸電纜的導(dǎo)通。投切機(jī)構(gòu)在接到發(fā)電機(jī)故障切除或停運(yùn)切除指令的情況下，傳輸電纜上的串接端口短接導(dǎo)通，發(fā)電機(jī)出口和傳輸電纜間的端口斷開連接。優(yōu)選地，發(fā)電機(jī)出口間的端口經(jīng)電阻后接通，用于發(fā)電機(jī)的電氣制動(dòng)，避免發(fā)電機(jī)停運(yùn)后水輪機(jī)超速。圖15中項(xiàng)50表示開關(guān)；項(xiàng)54表示電阻；項(xiàng)53表示投切機(jī)構(gòu)控制線；項(xiàng)52表示傳輸電纜的負(fù)極導(dǎo)線。

在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，也可以在水輪機(jī)上設(shè)置機(jī)械剎車裝置，來避免發(fā)電機(jī)斷開后，水輪機(jī)超速運(yùn)行。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例13如圖17所示：實(shí)施例13與實(shí)施例11不同的是，水能轉(zhuǎn)換裝置22有多個(gè)，各水能轉(zhuǎn)換裝置22依次串設(shè)在錨纜纜繩19上。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例14如圖18所示：實(shí)施例14與實(shí)施例1不同的是，漂浮纜繩10有兩根，每根漂浮纜繩10上均連接有多個(gè)水能轉(zhuǎn)換裝置22。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例15如圖19~20所示：實(shí)施例15與實(shí)施例14不同的是，各水能轉(zhuǎn)換裝置22分別串設(shè)于對(duì)應(yīng)的漂浮纜繩10上。圖20中項(xiàng)17表示發(fā)電機(jī)；項(xiàng)51表示投切機(jī)構(gòu)；項(xiàng)55表示傳輸電纜；項(xiàng)56表示船舶上的電力分配裝置。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例16如圖21所示：實(shí)施例16與實(shí)施例1不同的是，漂浮纜繩10遠(yuǎn)離作業(yè)浮體的一端設(shè)置有用于浮于水面上的平衡浮體5，漂浮纜繩10上連接有多個(gè)水能轉(zhuǎn)換裝置22，各水能轉(zhuǎn)換裝置的高低均不同。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，水能轉(zhuǎn)換裝置的個(gè)數(shù)也可以是一個(gè)、兩個(gè)或其它個(gè)數(shù)。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例17如圖22所示：實(shí)施例17與實(shí)施例5不同的是，水能轉(zhuǎn)換裝置22有多個(gè)，各水能轉(zhuǎn)換裝置22均串設(shè)于同一漂浮纜繩10上。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例18如圖23~24所示：實(shí)施例18與實(shí)施例17不同的是，在作業(yè)浮體3上通過纜繩61連接有沿左右方向延伸的一級(jí)剛性連接橫桿55，在一級(jí)剛性連接橫桿的后端通過纜繩連接有兩個(gè)二級(jí)剛性連接橫桿56，各二級(jí)剛性連接橫桿上均連接有三根漂浮纜繩10，各漂浮纜繩上均連接有多個(gè)水能轉(zhuǎn)換裝置22。圖中項(xiàng)62表示挽具纜繩；項(xiàng)60表示與纜繩61相連的卷?yè)P(yáng)裝置。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例19如圖25~26所示，實(shí)施例19與實(shí)施例18不同的是，作業(yè)浮體3的左右兩側(cè)固設(shè)有多根沿前后方向間隔布置的剛性橫桿65，各剛性橫桿65上均通過漂浮纜繩連接有水能轉(zhuǎn)換裝置22，作業(yè)浮體3優(yōu)選地選擇船舶。剛性橫桿通過鉸鏈66與作業(yè)浮體鉸接相連，作業(yè)浮體上設(shè)置有拉拽剛性橫桿的拉繩68，拉繩連接在拉繩卷?yè)P(yáng)裝置67上，在不使用時(shí)，剛性橫桿65可收于船舶兩側(cè)，不同剛性橫桿處于不同高度，這樣收起時(shí)各剛性橫桿之間可以互不干涉。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例20如圖27~28所示：實(shí)施例20與實(shí)施例19不同的是，剛性橫桿65有兩個(gè)，各剛性橫桿65上均連接有三個(gè)漂浮纜繩10，各漂浮纜繩10上均連接有多個(gè)水能轉(zhuǎn)換裝置22。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，各漂浮纜繩的長(zhǎng)度還可以不一致，這樣不同剛性橫桿上接的水能轉(zhuǎn)換裝置所處的水深不一樣，從而可以充分利用不同深度的水能。圖中項(xiàng)20表示固定錨，項(xiàng)19表示連接于固定錨與作業(yè)浮體之間的錨纜繩。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例21如圖29所示：實(shí)施例21與20不同的是，各水能轉(zhuǎn)換裝置22均不包括發(fā)電機(jī)，在各水能轉(zhuǎn)換裝置的水下水輪機(jī)上均連接有水泵70，水泵的進(jìn)水口位于對(duì)應(yīng)水下水輪機(jī)的葉片之后，作業(yè)浮體上設(shè)置有通過水管71與各水泵的出水口相連的水上水輪機(jī)74，水管上串設(shè)有介質(zhì)集中器73。水泵70在水下水輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)下將介質(zhì)送入到介質(zhì)集中器，泵送至水上水輪機(jī)74，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)75（或其它機(jī)械做功裝置）做功。多個(gè)水下水輪機(jī)的動(dòng)力集成最終經(jīng)一個(gè)水上水輪機(jī)輸出，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于：發(fā)電機(jī)75不必布置于水下的密閉容器中，不存在水中的密封問題，沒有浸沒在水中的電氣接線的絕緣問題；可以用一個(gè)較大型的發(fā)電機(jī)取代每個(gè)水能轉(zhuǎn)換裝置上的小型發(fā)電機(jī)，可以提高發(fā)電機(jī)的效率；通過流量調(diào)節(jié)閥72，機(jī)械制動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)；主要做功部件在水面上，檢修維護(hù)方便，對(duì)于一個(gè)水上作業(yè)平臺(tái)，可以布置若干個(gè)作業(yè)浮體，每個(gè)作業(yè)浮體對(duì)應(yīng)一個(gè)集中渦輪發(fā)電機(jī)，對(duì)應(yīng)若干個(gè)水流發(fā)電裝置。圖29中為開式循環(huán)，水流對(duì)渦輪發(fā)電機(jī)做功后直接經(jīng)排水口77排放到船體以外，排水口距離水面之上，提高排水的擴(kuò)散速度。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，也可以采用閉式循環(huán)，即對(duì)渦輪發(fā)電機(jī)做功后的水重新流回至水管中；圖中項(xiàng)78表示變速箱，項(xiàng)76表示傳動(dòng)連接于變速箱與發(fā)電機(jī)75之間的傳動(dòng)軸。

水能利用系統(tǒng)的實(shí)施例22如圖30~32所示：實(shí)施例22與實(shí)施例1不同的是，水能轉(zhuǎn)換裝置22有兩個(gè)，兩個(gè)水能轉(zhuǎn)換裝置直接設(shè)置于作業(yè)浮體即船舶的船艙82處，水能轉(zhuǎn)換裝置在水面下運(yùn)行。兩個(gè)水能轉(zhuǎn)換裝置水平并列連接布置，兩個(gè)水能轉(zhuǎn)換裝置的水輪機(jī)的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，這樣兩個(gè)水輪機(jī)動(dòng)作產(chǎn)生的扭矩可以基本平衡。圖中項(xiàng)81表示甲板；項(xiàng)80表示甲板護(hù)欄；項(xiàng)19表示錨纜繩；項(xiàng)83表示挽具纜繩；項(xiàng)84表示與挽具纜繩相連的挽具纜繩卷?yè)P(yáng)裝置；項(xiàng)15表示環(huán)狀囊；項(xiàng)16表示水下水輪機(jī)。可以在水底布置尾翼，尾翼可以是水平尾翼、向下的垂直尾翼，或者向下的V型尾翼，以保持水流發(fā)電裝置的流向適應(yīng)性。

本發(fā)明中，提出利用水面船舶作為作業(yè)浮體，同時(shí)船舶是一個(gè)海上利用電能的工廠（或另設(shè)船舶），直接利用水能利用系統(tǒng)發(fā)出的電供應(yīng)船體上的用電裝置，自成發(fā)電用電系統(tǒng)，自身發(fā)電用電可以平衡，無須外接電網(wǎng)。比如說可以就近取材，取海水進(jìn)行淡化（如采用反滲透法生產(chǎn)淡水）取得淡水，濃鹽水可以用于氯堿化工，消耗電能進(jìn)行電解作業(yè)，或用于濃差發(fā)電；所產(chǎn)淡水可以作為產(chǎn)品，還可以用所產(chǎn)電能進(jìn)行電解生產(chǎn)氫氣氧氣，氫氣氧氣得以壓縮或液化存儲(chǔ)。所產(chǎn)液氫、液氧供陸地上使用。整個(gè)使用過程是循環(huán)的、無污染物排放的。進(jìn)行電解作業(yè)的話，發(fā)電機(jī)的輸出優(yōu)選地選用直流電方式。

通過調(diào)整裝置的生產(chǎn)，調(diào)整對(duì)電能的需求，容易實(shí)現(xiàn)發(fā)電和用電之間的平衡。如，海水淡化、電解水均可以是部分或全部可中斷的生產(chǎn)過程，電力負(fù)荷調(diào)節(jié)速度快，調(diào)節(jié)范圍寬。還可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)功率，實(shí)現(xiàn)發(fā)用電之間的平衡、穩(wěn)定運(yùn)行。

所述海上工廠遠(yuǎn)離陸地，水、海風(fēng)的擴(kuò)散作用強(qiáng)，不會(huì)對(duì)環(huán)境、人類活動(dòng)造成明顯影響。為減少對(duì)海中生物的影響，可以在進(jìn)水口處設(shè)置攔魚網(wǎng)，避免大型魚類誤入。

還有其它用途，如，用電能或機(jī)械能壓縮液化分離空氣，用于制液氧制液氮等。如，為蓄電池充電，做航標(biāo)燈電源燈，為過往船舶等交通工具提供充電電力、充氫氣服務(wù)、充淡水服務(wù)等。

水能轉(zhuǎn)換裝置的實(shí)施例如圖1~32所示，水能轉(zhuǎn)換裝置的具體結(jié)構(gòu)與上述各水能利用系統(tǒng)實(shí)施例中所述的水能轉(zhuǎn)換裝置相同，在此不再詳述。