本發(fā)明涉及海洋能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種漂浮式半直驅(qū)型海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

海洋潮流能是潮水在水平運(yùn)動(dòng)時(shí)所含有的動(dòng)能，又稱(chēng)海流能。海流是海洋中海水因熱輻射、蒸發(fā)、降水、冷縮等而形成的密度不同的水團(tuán)，再加上風(fēng)應(yīng)力、地轉(zhuǎn)偏向力、引潮力等作用而發(fā)生的相對(duì)穩(wěn)定速度的流動(dòng)。海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)是利用海流水平運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，通過(guò)能量捕獲、能量轉(zhuǎn)換、能量傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)，產(chǎn)生并提供電能。

我國(guó)擁有豐富的海洋潮流能資源，研究和開(kāi)發(fā)高效可靠的海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)于我國(guó)實(shí)施可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略將起到巨大的推動(dòng)作用。目前，我國(guó)海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)還處于研究階段，尚有許多技術(shù)上和發(fā)電系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)上急需突破的方面。

由此可見(jiàn)，現(xiàn)有的海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)還存在諸多缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。如何能創(chuàng)設(shè)一種新的漂浮式半直驅(qū)型海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)，使其簡(jiǎn)單、可靠、安全的實(shí)現(xiàn)利用海洋潮流能進(jìn)行發(fā)電，從而克服現(xiàn)有的海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)的不足。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)，包括固定機(jī)構(gòu)、海流能發(fā)電機(jī)組和信號(hào)監(jiān)控機(jī)構(gòu)；

所述固定機(jī)構(gòu)包括浮體、固定桿、水平支撐桿和工作平臺(tái)，所述浮體漂浮在海面上，其下部通過(guò)錨鏈固定于海底，所述固定桿固定在所述浮體上，所述水平支撐桿垂直固定在所述固定桿的水面以下部分，所述工作平臺(tái)垂直固定在所述固定桿的水面以上部分；

所述海流能發(fā)電機(jī)組包括水下組件和水上組件，所述水下組件包括依次連接的葉片、輪轂、主軸、齒輪箱、聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)、尾艙和偏航機(jī)構(gòu)，所述輪轂中設(shè)有變槳機(jī)構(gòu)，所述偏航機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述尾艙和水平支撐桿之間，用于帶動(dòng)所述水下組件相對(duì)于水平支撐桿偏航轉(zhuǎn)動(dòng)，水下組件直接浸沒(méi)在海水中；

所述水上組件包括通過(guò)海纜與所述發(fā)電機(jī)連接的變流器，和通過(guò)海纜與所述偏航機(jī)構(gòu)、變槳機(jī)構(gòu)、齒輪箱、聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)和尾艙連接的控制柜，所述變流器和控制柜均設(shè)置在所述工作平臺(tái)上；

所述信號(hào)監(jiān)控機(jī)構(gòu)包括與所述控制柜連接的海流計(jì)，所述海流計(jì)設(shè)置在所述水平支撐桿上，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海流能的海流方向變化。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)還包括提升機(jī)構(gòu)，所述提升機(jī)構(gòu)包括提升裝置和提升控制系統(tǒng)，所述提升裝置設(shè)置在所述固定桿周?chē)?，其下部與所述水平支撐桿固定連接，其上部與所述工作平臺(tái)活動(dòng)連接；所述提升控制系統(tǒng)設(shè)置在所述工作平臺(tái)上，用于控制所述提升裝置沿所述固定桿上下移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述海流能發(fā)電機(jī)組的水下組件升降運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)包括兩套所述海流能發(fā)電機(jī)組的水下組件，所述兩套水下組件對(duì)稱(chēng)設(shè)置在所述水平支撐桿的兩端部，且兩套所述水下組件均與所述水上組件連接。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)還包括水下密封機(jī)構(gòu)，所述水下密封機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述葉片與輪轂之間、所述主軸與齒輪箱之間的旋轉(zhuǎn)密封，以及設(shè)置在所述齒輪箱與聯(lián)軸器之間、所述聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)之間、所述發(fā)電機(jī)與尾艙之間的靜密封。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述信號(hào)監(jiān)控機(jī)構(gòu)還包括與所述控制柜連接的變槳傳感器、齒輪箱傳感器、發(fā)電機(jī)傳感器和尾艙傳感器，所述變槳傳感器設(shè)置在所述輪轂內(nèi)部，所述齒輪箱傳感器和發(fā)電機(jī)傳感器分別設(shè)置在所述齒輪箱和發(fā)電機(jī)中，所述尾艙傳感器設(shè)置在所述尾艙內(nèi)部。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述水下組件軸向中心設(shè)有空心軸，所述空心軸用于穿過(guò)所述控制柜與變槳機(jī)構(gòu)連接的電纜。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述尾艙還設(shè)有用于保護(hù)海纜的海纜護(hù)管，所述海纜護(hù)管的頂端高出海平面。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述齒輪箱采用二級(jí)或三級(jí)變速齒輪結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述發(fā)電機(jī)采用永磁同步發(fā)電機(jī)。所述葉片為雙葉片或三葉片。

采用這樣的設(shè)計(jì)后，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明采用漂浮式海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)，且為半直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組，通過(guò)將海流能風(fēng)電機(jī)組分為水下組件和水上組件，安全可靠的實(shí)現(xiàn)利用海流能發(fā)電；還通過(guò)設(shè)置海流計(jì)，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海流能的海流方向變化，并根據(jù)該變化實(shí)時(shí)調(diào)整偏航方向和變槳方向，高效的保證海流能轉(zhuǎn)換成電能，并減少電能并網(wǎng)發(fā)電的損耗。

2、本發(fā)明通過(guò)設(shè)置水下旋轉(zhuǎn)密封和靜密封結(jié)構(gòu)，以及變槳傳感器、齒輪箱傳感器、發(fā)電機(jī)傳感器和尾艙傳感器，能夠保證發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

3、本發(fā)明通過(guò)設(shè)置提升機(jī)構(gòu)，能提高風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維的安全性和方便性。

4、本發(fā)明通過(guò)在尾艙設(shè)置海纜護(hù)管，且將該海纜護(hù)管的頂端高出海平面，能有效防止海水進(jìn)入發(fā)電機(jī)組，既對(duì)海纜起到保護(hù)作用，防止海纜遭受破壞，又能起到作為齒輪箱呼吸管的作用，保證齒輪箱溫度和壓力的平衡。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和技術(shù)上全面性、可靠性和先進(jìn)性。

附圖說(shuō)明

上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)中半直驅(qū)型發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖1和2所示，本實(shí)施例海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)，包括固定機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)、海流能發(fā)電機(jī)組和信號(hào)監(jiān)控機(jī)構(gòu)。

該固定機(jī)構(gòu)包括浮體3、固定桿5、水平支撐桿4和工作平臺(tái)6。該浮體3漂浮在海面上，其下部通過(guò)錨鏈12固定于海底，即牢固連接在海床上，用于支撐整個(gè)海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的安全。該固定桿5固定在浮體3上，該水平支撐桿4垂直固定在該固定桿5的水面以下部分，該工作平臺(tái)6垂直固定在該固定桿5的水面以上部分。

該海流能發(fā)電機(jī)組包括水下組件和水上組件，該水下組件包括依次連接的葉片21、輪轂22、主軸23、齒輪箱24、聯(lián)軸器25、發(fā)電機(jī)26、尾艙27和偏航機(jī)構(gòu)29。該輪轂22中設(shè)有變槳機(jī)構(gòu)30，該偏航機(jī)構(gòu)29設(shè)置在該聯(lián)軸器25和水平支撐桿4之間，用于帶動(dòng)該水下組件相對(duì)于水平支撐桿4偏航轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)180°。

本實(shí)施例中該葉片21為雙葉片，當(dāng)然也可采用三葉片結(jié)構(gòu)。該齒輪箱24采用二級(jí)或三級(jí)變速齒輪結(jié)構(gòu)。該發(fā)電機(jī)26采用永磁同步發(fā)電機(jī)。

該水上組件包括通過(guò)海纜7與該發(fā)電機(jī)連接的變流器8，和通過(guò)海纜7與該偏航機(jī)構(gòu)29、變槳機(jī)構(gòu)30、齒輪箱24、聯(lián)軸器25、發(fā)電機(jī)26和尾艙27連接的控制柜9。該變流器8和控制柜9均設(shè)置在該工作平臺(tái)6上，一是為了操作方便，二是電器元件較多，放置在水下如果發(fā)生泄漏后果嚴(yán)重，提高該發(fā)電系統(tǒng)的安全性。

本實(shí)施例中該海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)包括兩套該海流能發(fā)電機(jī)組的水下組件，如水下組件1和水下組件2。該兩套水下組件左右對(duì)稱(chēng)的設(shè)置在該水平支撐桿4的兩端部，且兩套該水下組件均與該水上組件連接。這樣既能保持水平支撐桿4的受力平衡，又能避開(kāi)固定桿5對(duì)海流的干擾進(jìn)而影響發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率，提高海流捕獲效率。

該提升機(jī)構(gòu)包括提升裝置13和提升控制系統(tǒng)10，該提升裝置13設(shè)置在該固定桿5周?chē)湎虏颗c該水平支撐桿4固定連接，其上部與該工作平臺(tái)6活動(dòng)連接；該提升控制系統(tǒng)10設(shè)置在該工作平臺(tái)6上，用于控制該提升裝置13沿該固定桿5上下移動(dòng)。這樣該海流能發(fā)電機(jī)組的水下組件正常情況下放到海水中運(yùn)行發(fā)電，能在需要時(shí)提出海平面維修，方便該系統(tǒng)的運(yùn)維操作且提升安全性。

該信號(hào)監(jiān)控機(jī)構(gòu)包括與該控制柜9連接的海流計(jì)11，該海流計(jì)11設(shè)置在該水平支撐桿4上，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海流能的海流方向變化。在潮流漲潮、落潮方向發(fā)生改變，由海流計(jì)11監(jiān)控得到的信號(hào)，通過(guò)海纜7傳輸?shù)娇刂乒?，控制柜9發(fā)出控制指令到偏航機(jī)構(gòu)29，偏航機(jī)構(gòu)29帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組適應(yīng)潮流方向轉(zhuǎn)動(dòng)；但有時(shí)在沒(méi)有開(kāi)始漲潮、落潮，海流方向也是會(huì)發(fā)生小范圍變化的，此時(shí)通過(guò)海流計(jì)11監(jiān)控得到的該信號(hào)，控制柜9發(fā)出控制指令通過(guò)海纜7、中心軸27到變槳機(jī)構(gòu)30，變槳機(jī)構(gòu)30帶動(dòng)葉片21進(jìn)行葉片槳距角90°范圍內(nèi)調(diào)整；當(dāng)然，也可根據(jù)情況控制偏航機(jī)構(gòu)29與變槳機(jī)構(gòu)30同時(shí)調(diào)整，保證發(fā)電機(jī)組始終沿著海流方向，提高海流能利用效率。

本實(shí)施例中該水下組件軸向中心設(shè)有空心軸31，該空心軸31用于穿過(guò)該控制柜9與變槳機(jī)構(gòu)連接的電纜7。該尾艙27還設(shè)有用于保護(hù)海纜7的海纜護(hù)管28。該海纜護(hù)管28的頂端要高出海平面，以防止海水進(jìn)入發(fā)電機(jī)組，一方面對(duì)海纜7起到保護(hù)作用，防止海纜遭受破壞；另一方面，起到齒輪箱24呼吸管的作用，保證齒輪箱溫度和壓力的平衡。

本實(shí)施例中該海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)還包括水下密封機(jī)構(gòu)，該水下密封機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在該葉片21與輪轂22之間的旋轉(zhuǎn)密封42、設(shè)置在主軸23與齒輪箱24之間的旋轉(zhuǎn)密封41、設(shè)置在齒輪箱24與聯(lián)軸器25之間的靜密封43、設(shè)置在聯(lián)軸器25與發(fā)電機(jī)26之間的靜密封44，設(shè)置在發(fā)電機(jī)26與尾艙27之間的靜密封45。旋轉(zhuǎn)密封保證轉(zhuǎn)動(dòng)部件之間正常旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而不產(chǎn)生泄露，靜密封保證連接部件之間不能泄露海水。

為了進(jìn)一步提高該發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)維安全性，該信號(hào)監(jiān)控機(jī)構(gòu)還包括與該控制柜9連接的變槳傳感器51、齒輪箱傳感器52、發(fā)電機(jī)傳感器53和尾艙傳感器54。該變槳傳感器51設(shè)置在該輪轂22內(nèi)部，該齒輪箱傳感器52和發(fā)電機(jī)傳感器53分別設(shè)置在齒輪箱24和發(fā)電機(jī)26中，該尾艙傳感器54設(shè)置在尾艙27的內(nèi)部。若有海水泄露，變槳傳感器51、齒輪箱傳感器52、發(fā)電機(jī)傳感器53和尾艙傳感器54就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)到控制柜9。必要時(shí)啟動(dòng)提升控制系統(tǒng)10，由提升裝置13把發(fā)電機(jī)組提出海平面進(jìn)行檢查維護(hù)；當(dāng)然，該變槳傳感器51、齒輪箱傳感器52、發(fā)電機(jī)傳感器53和尾艙傳感器54還會(huì)監(jiān)控發(fā)電機(jī)組的其他信號(hào)，比如溫度、壓力等信號(hào)，在超出預(yù)警值時(shí)發(fā)出報(bào)警。

本發(fā)明海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，海流推動(dòng)葉片21、輪轂22轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪捕獲海水動(dòng)能，帶動(dòng)主軸23、齒輪箱24、聯(lián)軸器25、發(fā)電機(jī)26轉(zhuǎn)動(dòng)，把海水動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，電能由與發(fā)電機(jī)26相接的海纜7通過(guò)海纜護(hù)管28傳輸?shù)阶兞髌?，經(jīng)過(guò)變流器8并入電網(wǎng)系統(tǒng)。該海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)能發(fā)出690v交流電，經(jīng)變流器8接入升壓站，并網(wǎng)發(fā)電。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡(jiǎn)單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。