本實用新型涉及一種發電裝置，尤其涉及一種潮流能發電裝置及其水底密封保護裝置。

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(包括葉片和發電機)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。

并且，隨著水中深度的增加，壓強逐漸增大。由于發電機組外部的壓強會遠遠大于內部的壓強，因此外部水流很容易滲透到發電機組內部從而損毀發電機組。為了增強發電機組的抗壓性能和密封性能，對發電機組外殼的強度和結構的密封性會有更高的要求，從而導致生產成本的攀升；另一方面，為了增加 發電機組的抗壓性能和密封性能，發電機組的體積需要進一步縮小以使發電機組內的所有元件(增速箱、傳動元件、發電機等)都緊密設置，這樣增加了元件之間的摩擦，極大地影響了發電機組的效率。為了避免這些問題，現有的潮流能發電裝置在垂直于水平面方向都只設置一個水輪發電機以避免水深處壓強太大的問題。然而，這樣對水中深處的潮流能無法充分利用。

另一方面，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。

技術實現要素：

本實用新型為了克服現有技術中的至少一個不足，提供一種潮流能發電裝置及其水底密封保護裝置。

為了實現本實用新型的一目的，本實用新型提供一種潮流能發電機組水底密封保護裝置，用于保護位于水里的發電機組，其特征在于，潮流能發電機組水底密封保護裝置包括至少一個氣泵和至少一根增壓管，增壓管的一端連通氣泵，另一端連通發電機組。

根據本實用新型的一實施例，潮流能發電機組水底密封保護裝置還包括至少一個支架，增壓管的另一端先穿設于支架內再連通發電機組。

根據本實用新型的一實施例，潮流能發電機組水底密封保護裝置還包括轉軸，轉軸的軸線方向垂直于水平面，增壓管的另一端先穿設于轉軸內再連通發電機組。

為了實現本實用新型的另一目的，本實用新型還提供一種潮流能發電裝置，包括外框架、至少一個內框架、至少一個水輪發電機、至少一根電纜和潮流能發電機組水底密封保護裝置。至少一個內框架可分離地設置于外框架內。至少一個水輪發電機包括至少兩個葉片和一個發電機組。電纜的一端電性連接發電機組。潮流能發電機組水底密封保護裝置包括至少一個氣泵和至少一根增壓管，增壓管的一端連通氣泵，另一端連通發電機組。

根據本實用新型的一實施例，潮流能發電機組水底密封保護裝置還包括至少一個支架，支架固定于內框架，增壓管的另一端先穿設于支架內再連通發電機組，電纜的端穿設于支架內再連通發電機組。

根據本實用新型的一實施例，潮流能發電機組水底密封保護裝置還包括至少一根轉軸，轉軸固定于內框架，水輪發電機固定于轉軸，轉軸的軸線方向垂直于水平面，增壓管的另一端先穿設于轉軸內再連通發電機組，電纜的端穿設于轉軸內再連通發電機組。

根據本實用新型的一實施例，至少一個驅動單元，位于水面上，連接轉軸以驅動轉軸轉動。

根據本實用新型的一實施例，潮流能發電機組水底密封保護裝置還包括至少一根軟管，軟管的一端連通氣泵，另一端連通增壓管。

根據本實用新型的一實施例，至少兩個水輪發電機位于同一個內框架內且沿垂直于水平面的方向排列，氣泵和增壓管的數量分別對應于水輪發電機的數量，每個增壓管連通一個氣泵和一個水輪發電機的發電機組。

綜上所述，本實用新型提供的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。通過設置氣泵和增壓管，確保水深方向上的每個水輪發電機的內部壓強大于或等于外部壓強，保證發電機組密封性能的同時有效地解決了現有發電機組無法在水里深處工作或工作效率低下的問題，并且充分利用水深方向上的潮流能，提高發電效率，克服現有潮流能發電裝置無法“做深”的難題。

通過設置轉軸或者支架，既可以減小水流對電纜和增壓管的直接沖擊和外部壓強對增壓管的影響，也起到固定電纜和增壓管走向的作用。

另外，通過設置轉軸，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。通過設置可轉動的轉軸，使得無論漲潮還是落潮，水輪發電機的葉片可以始終朝向水流，從而確保最大的發電功率。

并且，在垂直于水平面的方向上排布至少兩個水輪發電機，在平行于水平面的方向上也排布至少三個水輪發電機，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。

為讓本實用新型的上述和其它目的、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所示為根據本實用新型第一實施例提供的潮流能發電裝置的組裝示意圖。

圖2所示為根據本實用新型第一實施例提供的潮流能發電裝置的側視圖。

圖3所示為根據本實用新型第一實施例提供的支架的橫截面圖。

圖4所示為根據本實用新型第二實施例提供的潮流能發電裝置的側視圖。

圖5所示為根據本實用新型第二實施例提供的潮流能發電裝置的俯視圖。

具體實施方式

本實用新型第一實施例中提供的潮流能發電裝置包括外框架1、至少一個內框架2、至少一個水輪發電機3、至少一根電纜4和潮流能發電機組水底密封保護裝置5。

至少一個內框架2可分離地設置于外框架1內。外框架1可由鋼材料焊接而成，固定于水底F。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，本實用新型對內框架2與外框架1之間的固定方式不作任何限定。本實用新型對內框架2的具體數量也不作任何限定。

于本實用新型中，一個內框架2和至少一個水輪發電機3共同形成一個內置模塊100。于實際應用中，可先將至少一個水輪發電機3固定在一個內框架2內，然后將至少一個這樣組裝好的內框架2固定在外框架1內，從而實現潮流能發電裝置的模塊化安裝。具體而言，內置模塊100的組裝可在岸上或海上平臺進行，然后將內置模塊100由上往下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。

優選地，內框架2的數量大于或等于三個。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，克服了現有潮流能發電裝置錯誤地將研究方向放在單個水輪機做大而無法實現規模化的弊端。

水輪發電機3包括至少兩個葉片31和一個發電機組32。本實施例中的水輪發電機3是水平軸水輪發電機。然而本實用新型對此不作任何限定。于其它實施例中，水輪發電機可不具有實體的水平軸，只要其發電機組位于水下的水輪發電機，均為本實用新型申請所指的水輪發電機范圍內。本實用新型對水輪發電機3的葉片31的數量亦不做任何限定，每個水輪發電機3可具有2個、3個或4個等葉片。

由于水輪發電機3的葉片31和發電機組32全部在水下，因此，若水輪發電機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，本實施例的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，使得潮流能發電裝置的商業化得以實現。

電纜4的一端41電性連接發電機組32。電纜4將發電機組32產生的電能傳輸到岸上，電纜4的另一端連接岸上的電力控制設備。

潮流能發電機組水底密封保護裝置5包括至少一個氣泵51和至少一根增壓管52，增壓管52的一端521連通氣泵51，另一端522連通發電機組32。由于氣泵51和發電機組32相連通，氣泵51可以控制增大或減小發電機組32內的壓強。

至少兩個水輪發電機3位于同一個內框架2內且沿垂直于水平面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。

于本實施例中，位于同一個內框架2內水輪發電機3的數量為三個，然而本實用新型對此不作任何限定。水底F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，水底F表面的高低差距也會非常大。本實用新型潮流能發電裝置能夠充分利用水深方向的能量，可以根據水底和水面之間的距離靈活調整方向D1上水輪發電機3的數量。舉例而言，在水底F比較高的地方，可以只設置兩個水輪發電機3，在水底F比較低的地方，可以設置四個水輪發電機3。換言之，每個內框架2內水輪發電機3的數量并不需要相等。

氣泵51和增壓管52的數量分別對應于水輪發電機3的數量。于本實施例中，對應于每個內框架2設置有三個水輪發電機3、三個氣泵51和三根增壓管52。每個增壓管52連通一個氣泵51和一個水輪發電機3的發電機組32。三根電纜4分別將三個發電機組32產生的電能傳輸到岸上的電力控制設備。

眾所周知，物質在水中受到的壓強和該物質在水中的深度成正比。三個水輪發電機3由于是沿垂直于水平面P的方向(即沿著水深方向D1)排列，三個水輪發電機3受到的壓力勢必不一樣。每個氣泵51單獨對發電機組32進行加壓，從而控制每個發電機組32內的壓強大于或等于外部的壓強，則僅靠現有密封結構即可阻擋外部的水流進入發電機組32內。這樣既不用改變發電機組32的結構，又不用減小發電機組32的體積，從而有效地對發電機組32實現密封保護，解決了現有發電機組無法在水里深處工作或工作效率低下的問題，并且充分利用水深方向上的潮流能，提高發電效率，克服現有潮流能發電裝置無法“做深”的難題。

于本實施例中，潮流能發電機組水底密封保護裝置5還包括至少一個支架53，支架53固定于內框架2，增壓管52的另一端522先穿設于支架53內再連 通所述發電機組32，電纜4的所述端41穿設于支架53內再連通發電機組32。然而，本實用新型對此不作限定。于其它實施例中，電纜4和增壓管52可通過不同的支架53分別進行“走線”。于實際應用中，支架53也可為內框架2的一部分，水輪發電機3通過支架53固定于內框架2上。通過這種設置，電纜4和增壓管52在水中的“走線”部分可以完全設置在內部中空的支架53內，這樣減小水流對電纜4和增壓管52的直接沖擊，也起到排布電纜4和增壓管52的作用。另外，將增壓管52穿設在支架53內，也避免外界水壓對增壓管52的直接影響。

如圖4和圖5所示，第二實施例提供的潮流能發電裝置的外框架1、至少一個內框架2、至少一個水輪發電機3、至少一根電纜4、氣泵51和增壓管52和第一實施例相同，相同元件采用相同標號，以下僅就不同之處予以描述。

于本實施例中，潮流能發電機組水底密封保護裝置還包括至少一根轉軸

53’，轉軸53’固定于內框架2，水輪發電機3固定于轉軸53’，轉軸53’的軸線方向垂直于水平面，增壓管52的另一端522先穿設于轉軸53’內再連通所述發電機組32，電纜4的所述端41穿設于轉軸53’內再連通發電機組32。

驅動單元6連接轉軸53’以驅動轉軸53’轉動。于第二實施例中，每三個安裝于同一根轉軸53’上的水輪發電機3同步進行轉動。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，通過轉軸53’的轉動控制水輪發電機3的葉片31始終朝向水流，從而提高潮流能的利用率，提高發電效率。

于本實用新型中，驅動單元6是位于水面上。現有技術中少數水輪發電機可以實現改向，但是驅動單元均是位于水面以下，有的甚至和發電機組集成為一體。由于現有技術中的控制系統、驅動系統、傳動系統、變流系統和發電系統都集成在葉片后形成一個整體，導致現有的水輪發電機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。并且傳動系統包括電機非常容易損壞，經常需要維修，這些元件設置在水面下將大幅度增加維修難度和成本。但是本實用新型中的驅動單元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輪發電機非葉片部分的體積，從而提高電子元器件的效能，最終達到提高發電效率的目的。

于本實施例中，驅動單元6的數量對應于轉軸53’的數量。然而，本實用新型對此不做任何限定。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對兩個轉軸53’的控制。每個驅動單元6可包括電動機和傳動機構，傳動機構連接轉軸53’的一端，電動機通過傳動機構驅動轉軸53’轉動。然而， 本實用新型對此不作任何限定。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轉軸53’的轉速和轉動幅度。

于實際應用中，當水流沿圖5中所示的水流方向D流向潮流能發電裝置時，驅動單元6不運作。此時，水輪發電機3的葉片31面向水流。當水流沿水流方向D相反的方向(從圖5中看去為由上往下)流向潮流能發電裝置時，驅動單元6驅動轉軸53’轉動，從而帶動水輪發電機3旋轉180度，使得葉片31從朝下改為朝上，以保證水輪發電機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輪發電機3的迎水面。無論水流從哪個方向涌入水輪發電機3，本實用新型的發電裝置可以通過轉軸53’控制水輪發電機3改變朝向以使水輪發電機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，此時只需通過轉軸53’轉動控制水輪發電機3使其旋轉偏離水流方向一個角度，則可以有效降低水輪發電機3的負載，在確保水輪發電機3不會因超負荷損毀的同時，確保水輪發電機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，此時只需通過轉軸53’轉動控制水輪發電機3使其旋轉正對水流方向(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行發電，提高發電功率。

于第二實施例中，轉軸53’既起到控制水輪發電機3旋轉的作用，又起到保護和定位電纜4和增壓管52的作用。由于水輪發電機3會隨著潮流改變方向，在氣泵51和增壓管52之間增設至少一根軟管54，從而避免了增壓管52的扭擰和纏繞。

綜上所述，本實用新型提供的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。通過設置氣泵和增壓管，確保水深方向上的每個水輪發電機的內部壓強大于或等于外部壓強，保證發電機組密封性能的同時有效地解決了現有發電機組無法在水 里深處工作或工作效率低下的問題，并且充分利用水深方向上的潮流能，提高發電效率，克服現有潮流能發電裝置無法“做深”的難題。

通過設置轉軸或者支架，既可以減小水流對電纜和增壓管的直接沖擊和外部壓強對增壓管的影響，也起到固定電纜和增壓管走向的作用。

另外，通過設置轉軸，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。通過設置可轉動的轉軸，使得無論漲潮還是落潮，水輪發電機的葉片可以始終朝向水流，從而確保最大的發電功率。

并且，在垂直于水平面的方向上排布至少兩個水輪發電機，在平行于水平面的方向上也排布至少三個水輪發電機，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。

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