一種海流能供電水下監(jiān)測(cè)儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種海流能供電水下監(jiān)測(cè)儀，其特征在于：它包括回轉(zhuǎn)支承、海流發(fā)電機(jī)組裝置和浮體；回轉(zhuǎn)支承固定設(shè)置在海底，回轉(zhuǎn)支承通過支柱連接海流發(fā)電機(jī)組裝置，海流發(fā)電機(jī)組裝置連接漂浮于海水中的浮體；海流發(fā)電機(jī)組裝置包括燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組和圓截面管狀導(dǎo)流罩；燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組包括有與支柱固定連接的燈泡體和設(shè)置在燈泡體尾部的水輪機(jī)，燈泡體內(nèi)設(shè)置有發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能器和電路控制設(shè)備；燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組的外側(cè)套設(shè)有具有特殊流線型的圓截面管狀導(dǎo)流罩；圓截面管狀導(dǎo)流罩包括平直入口段、中部收縮段和出口擴(kuò)散段，平直入口段由導(dǎo)流入口至燈泡體最寬處，管徑保持不變；中部收縮段是由燈泡體最寬處至水輪機(jī)的葉輪處，管徑逐漸收縮；出口擴(kuò)散段是由水輪機(jī)的葉輪至水輪機(jī)泄水錐尾部，管徑緩慢增大。
【專利說(shuō)明】一種海流能供電水下監(jiān)測(cè)儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海流能供電領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種能夠利用海流能實(shí)現(xiàn)供電的水下監(jiān)測(cè)儀。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋占據(jù)了全球71%的面積，天氣預(yù)報(bào)、海事預(yù)警、海洋開發(fā)及海域監(jiān)測(cè)都與海洋信息監(jiān)測(cè)密切相關(guān)。開展海洋信息監(jiān)測(cè)需要向海域中投放大量的監(jiān)測(cè)儀。現(xiàn)有監(jiān)測(cè)儀的用電功率通常較小，但是進(jìn)行長(zhǎng)期的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，用電量大；另外，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)儀使用蓄電池供電，由于其壽命有限需要定期更換，降低了整個(gè)監(jiān)測(cè)儀系統(tǒng)的可靠性，鑒于海上交通運(yùn)輸、裝配和更換存在費(fèi)用昂貴，受天氣和海況影響大，偏遠(yuǎn)地區(qū)無(wú)法到達(dá)等特點(diǎn)，使用蓄電池供電并不能很好地滿足監(jiān)測(cè)儀用電的長(zhǎng)期需求和不間斷監(jiān)測(cè)的要求，甚至制約了監(jiān)測(cè)儀投放位置的選擇。近年來(lái)，新能源技術(shù)如太陽(yáng)能、風(fēng)能和海洋能發(fā)電技術(shù)等的發(fā)展，為海下監(jiān)測(cè)儀的供電提供了新的解決方案，因此如果能夠因地制宜地利用取之不盡用之不竭的可再生清潔能源，不但減輕設(shè)備維修更換的頻率和費(fèi)用，而且能夠滿足遠(yuǎn)離陸地傳感監(jiān)測(cè)設(shè)備持續(xù)供電的用電需求。
[0003]海洋底部存在的海流是海底監(jiān)測(cè)網(wǎng)持續(xù)用電十分適宜的能量來(lái)源，與其它新能源技術(shù)相比，海流發(fā)電裝置可以固定在水下，工作環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，受海上天氣變化和海況影響??；由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所需的電功率較小，使用微型的海流發(fā)電就可以滿足其用電的要求；另外，水流發(fā)電技術(shù)在內(nèi)河水電站上已得到了廣泛應(yīng)用且技術(shù)成熟可靠，開發(fā)適用于海洋環(huán)境的小型海流發(fā)電機(jī)組的研發(fā)和制作成本低。綜合以上兩點(diǎn)及海洋能資源可再生和特殊的地理優(yōu)勢(shì)，小型海流能發(fā)電機(jī)組的開發(fā)具有十分良好的應(yīng)用前景，將成為未來(lái)海下監(jiān)測(cè)儀器供電的發(fā)展方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好、發(fā)電效率高的海流能供電水下監(jiān)測(cè)儀。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種海流能供電水下監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:它包括一回轉(zhuǎn)支承、一海流發(fā)電機(jī)組裝置和一浮體；所述回轉(zhuǎn)支承固定設(shè)置在海底，所述回轉(zhuǎn)支承通過一支柱連接所述海流發(fā)電機(jī)組裝置，所述海流發(fā)電機(jī)組裝置連接漂浮于海水中的所述浮體；所述海流發(fā)電機(jī)組裝置包括一燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組和一圓截面管狀導(dǎo)流罩；所述燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組包括有與所述支柱固定連接的燈泡體和設(shè)置在所述燈泡體尾部的水輪機(jī)，所述燈泡體內(nèi)設(shè)置有發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能器和電路控制設(shè)備；所述燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組的外側(cè)套設(shè)有具有特殊流線型的所述圓截面管狀導(dǎo)流罩；所述圓截面管狀導(dǎo)流罩包括一平直入口段、一中部收縮段和一出口擴(kuò)散段，所述平直入口段由導(dǎo)流入口至所述燈泡體最寬處，管徑保持不變；所述中部收縮段是由所述燈泡體最寬處至所述水輪機(jī)的葉輪處，管徑逐漸收縮；所述出口擴(kuò)散段是由所述水輪機(jī)的葉輪至所述水輪機(jī)泄水錐尾部，管徑緩慢增大。
[0006]所述燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組的尾端部設(shè)置一導(dǎo)流尾翼，所述導(dǎo)流尾翼包括一細(xì)長(zhǎng)桿和一方向舵，所述細(xì)長(zhǎng)桿的一端連接所述水輪機(jī)尾端部，所述細(xì)長(zhǎng)桿的另一端連接所述方向舵，所述方向舵位于所述支柱的下游一側(cè)，當(dāng)入流與所述海流發(fā)電機(jī)組裝置存在夾角時(shí)，所述方向舵受水流沖擊作用，形成回轉(zhuǎn)力矩，推動(dòng)所述海流發(fā)電機(jī)組裝置在水平面內(nèi)發(fā)生繞轉(zhuǎn)，直至導(dǎo)流入口正對(duì)來(lái)流方向，當(dāng)所述方向舵與水流方向同向，水流沖擊力小時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)停止；所述方向舵采用水平直立翼板。
[0007]所述圓截面管狀導(dǎo)流罩的上游迎流方向和下游尾部方向分別套設(shè)一攔污柵罩，所述攔污柵罩的頭部設(shè)置為橢球狀。
[0008]所述浮體通過電纜連接所述燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組內(nèi)的電路控制設(shè)備輸出端，所述浮體上搭載有水聲通訊設(shè)備、聲吶探測(cè)器、水壓傳感器、流速儀或水環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器。
[0009]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明的燈泡貫流式水輪機(jī)的外側(cè)套設(shè)有具有特殊流線型的圓截面管狀導(dǎo)流罩，圓截面管狀導(dǎo)流罩包括有平直入口段、中部收縮段和出口擴(kuò)散段，平直入口段使管內(nèi)水流穩(wěn)定，流速均勻，與喇叭狀開口導(dǎo)流罩相比，在導(dǎo)流罩增速比上有所損失，但是避免了導(dǎo)流罩開口背部回流形成漩渦，和由其引起的高脈動(dòng)壓力和空化氣蝕，對(duì)減弱結(jié)構(gòu)振動(dòng)，降低噪聲，保持整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有良好的作用；中部收縮段與管內(nèi)燈泡體相結(jié)合，使管內(nèi)流速增加，同時(shí)中部收縮段壓強(qiáng)降低，對(duì)入流產(chǎn)生抽吸作用，增加入流量，有利于提高水能轉(zhuǎn)換效率；導(dǎo)流罩出口擴(kuò)散段簡(jiǎn)短，主要作用為平順地引導(dǎo)尾水射流進(jìn)入管外流域，在管外通過渦旋卷吸，質(zhì)點(diǎn)摻混實(shí)現(xiàn)余能耗散，和長(zhǎng)出口擴(kuò)散段比，由于渦帶在導(dǎo)流罩外流域，導(dǎo)流罩內(nèi)流體流態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，脈沖壓力幅值小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可靠性好。2、本發(fā)明由于將回轉(zhuǎn)支承固定設(shè)置在海底，回轉(zhuǎn)支承通過支柱連接海流發(fā)電機(jī)組裝置，因此本發(fā)明采用座底式設(shè)計(jì)，裝置位置穩(wěn)定，和用錨系泊的漂浮裝置相t匕，不會(huì)發(fā)生“走錨”以至丟失裝置，另外海底環(huán)境(底床和水動(dòng)力環(huán)境)穩(wěn)定，不受海洋表面天氣和海況的影響。3、本發(fā)明由于在燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組的尾端部設(shè)置有導(dǎo)流尾翼，因此利用導(dǎo)流尾翼和回轉(zhuǎn)支承使裝置自動(dòng)調(diào)整方向，使入口始終正對(duì)來(lái)流，能夠最大效率地利用海流。4、本發(fā)明的圓截面管狀導(dǎo)流罩的上游迎流方向和下游尾部方向分別套設(shè)攔污柵罩，攔污柵罩的頭部設(shè)置為橢球狀，因此可以有效攔截水中雜物，防止葉輪損壞，橢球頭狀攔污柵罩設(shè)計(jì)型式使所攔截的雜物在水流不斷沖刷推移下被帶走，避免雜物累積，堵塞進(jìn)出水口。5、本發(fā)明采用燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組，技術(shù)成熟，效率高，適應(yīng)大流量低水頭。
6、本發(fā)明的浮體通過電纜連接燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組內(nèi)的電路控制設(shè)備，浮體上搭載有水聲通訊設(shè)備、聲吶探測(cè)器、水壓傳感器、流速儀或水環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器，因此可以與船基控制中心實(shí)現(xiàn)通訊，或海面監(jiān)測(cè)儀實(shí)現(xiàn)通訊，確定位置，并傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于海流發(fā)電中。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]以下結(jié)合附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描繪。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發(fā)明，它們不應(yīng)該理解成對(duì)本發(fā)明的限制。
[0011]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明的海流能供電水下監(jiān)測(cè)儀包括一回轉(zhuǎn)支承1、一海流發(fā)電機(jī)組裝置2和一浮體3 ;回轉(zhuǎn)支承I固定設(shè)置在海底，回轉(zhuǎn)支承I通過一支柱4連接海流發(fā)電機(jī)組裝置2，海流發(fā)電機(jī)組裝置2通過纜繩51和電纜52連接漂浮于海水中的浮體3。
[0014]海流發(fā)電機(jī)組裝置2包括一燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組21、一導(dǎo)流尾翼22、一圓截面管狀導(dǎo)流罩23和兩攔污柵欄罩24。燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組21的尾端部設(shè)置導(dǎo)流尾翼22，用于調(diào)整入流與海流發(fā)電機(jī)組裝置2之間的夾角，使海流發(fā)電機(jī)組裝置2的入口始終正對(duì)來(lái)流，最大效率地利用海流；燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組21的外側(cè)套設(shè)有具有特殊流線型的圓截面管狀導(dǎo)流罩23，圓截面管狀導(dǎo)流罩23的上游迎流方向和下游尾部方向分別套設(shè)有攔污柵罩24。燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組21為現(xiàn)有技術(shù)，它包括有與支柱4固定連接的燈泡體211和設(shè)置在燈泡體211尾部的水輪機(jī)212，燈泡體211內(nèi)設(shè)置有發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能器和電路控制設(shè)備。
[0015]圓截面管狀導(dǎo)流罩23包括一平直入口段231、一中部收縮段232和一出口擴(kuò)散段233，平直入口段231由導(dǎo)流入口至燈泡體211最寬處，管徑保持不變，管徑大小在此不作限定，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行設(shè)置；中部收縮段232是由燈泡體211最寬處至水輪機(jī)212的葉輪處，管徑逐漸收縮，收縮程度在此不作限定，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置；出口擴(kuò)散段233是由水輪機(jī)212的葉輪至水輪機(jī)212的泄水錐尾部，管徑緩慢增大，增大程度在此不作限定，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。
[0016]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，導(dǎo)流尾翼22包括一細(xì)長(zhǎng)桿221和一方向舵222,細(xì)長(zhǎng)桿221的一端連接水輪機(jī)212的尾端部，細(xì)長(zhǎng)桿221的另一端連接方向舵222，方向舵222位于支柱4的下游一側(cè)。當(dāng)入流與海流發(fā)電機(jī)組裝置2存在夾角時(shí)，方向舵222受水流沖擊作用，形成回轉(zhuǎn)力矩，推動(dòng)海流發(fā)電機(jī)組裝置2在平面內(nèi)發(fā)生繞轉(zhuǎn)，直至導(dǎo)流入口正對(duì)來(lái)流方向；當(dāng)方向舵222與水流方向同向，水流沖擊力小時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)停止。其中，方向舵222根據(jù)所需轉(zhuǎn)向力矩確定，可以采用水平直立翼板，增加翼板面積可以增加水流作用力，但是細(xì)長(zhǎng)桿221容易因受力過大斷裂，在翼板面積一定的情況下，通過調(diào)節(jié)細(xì)長(zhǎng)桿221長(zhǎng)度，也可以使導(dǎo)流尾翼22達(dá)到所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。
[0017]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，攔污柵罩24用于阻攔水流中裹挾的雜物，隔離較大的海洋生物，防止其被卷入到燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組21內(nèi)損壞水輪機(jī)212的葉輪，攔污柵罩24的頭部可以設(shè)置為橢球狀，橢球狀可以使雜物隨水流流走，避免雜物累積，堵塞進(jìn)出水□。
[0018]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，浮體3通過纜繩51連接海流發(fā)電機(jī)組裝置2，纜繩51起系泊作用；浮體3通過電纜52連接燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組21內(nèi)的電路控制設(shè)備輸出端，用以輸出調(diào)蓄后的穩(wěn)定電流；浮體3上可以搭載有水聲通訊設(shè)備、聲吶探測(cè)器、水壓傳感器、流速儀或水環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器，上述這些設(shè)備可以用于與船基控制中心或漂浮在海洋表面的監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)信息通訊傳輸。
[0019]本發(fā)明使用時(shí)，將回轉(zhuǎn)支承I固定在海底，海流發(fā)電機(jī)組裝置2通過支柱4聯(lián)接回轉(zhuǎn)支承1，通過導(dǎo)流尾翼22對(duì)入流與海流發(fā)電機(jī)組裝置2之間的夾角進(jìn)行調(diào)整，使燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組21的入口始終正對(duì)水流，最大效率利用海流，當(dāng)水流通過攔污柵罩24進(jìn)入圓截面管狀導(dǎo)流罩23的平直入口段231，受導(dǎo)流罩管壁約束作用，管徑內(nèi)紊流向核心區(qū)發(fā)展，流體通過紊流脈動(dòng)、質(zhì)點(diǎn)摻混發(fā)生動(dòng)量交換，使離邊壁不遠(yuǎn)處到管中心的絕大部分區(qū)域流速趨于均勻、穩(wěn)定，與喇叭口狀導(dǎo)流罩開口相比，在增速比上有所損失，但是平直入口段231設(shè)計(jì)使導(dǎo)流罩開口外表面不產(chǎn)生漩渦，避免了其所引起的高脈動(dòng)壓力，空化氣蝕，振動(dòng)和噪聲等問題的產(chǎn)生，提高了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；當(dāng)水流流經(jīng)中部收縮段232后，由于過水面積減小，流速加快，同時(shí)壓強(qiáng)降低，對(duì)平直入口段231管流產(chǎn)生抽吸作用，增加入流，有助于提高水能轉(zhuǎn)換效率；水流推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，流速減慢，但是仍有余能，內(nèi)河水電站一般通過尾水管回收水流余能，需要較長(zhǎng)的出口擴(kuò)散段，此處海流發(fā)電機(jī)組裝置處在流體環(huán)境中，故出口擴(kuò)散段233僅從葉輪延伸至泄水錐尾部，尾水經(jīng)泄水錐和導(dǎo)流罩出口擴(kuò)散段引導(dǎo)，以淹沒射流方式進(jìn)入管外流體中，實(shí)現(xiàn)余能耗散，紊動(dòng)發(fā)生在導(dǎo)流罩外水流下游，紊動(dòng)對(duì)導(dǎo)流罩結(jié)構(gòu)和內(nèi)部流態(tài)影響小。
[0020]上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)和連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種海流能供電水下監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:它包括一回轉(zhuǎn)支承、一海流發(fā)電機(jī)組裝置和一浮體；所述回轉(zhuǎn)支承固定設(shè)置在海底，所述回轉(zhuǎn)支承通過一支柱連接所述海流發(fā)電機(jī)組裝置，所述海流發(fā)電機(jī)組裝置連接漂浮于海水中的所述浮體；所述海流發(fā)電機(jī)組裝置包括一燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組和一圓截面管狀導(dǎo)流罩；所述燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組包括有與所述支柱固定連接的燈泡體和設(shè)置在所述燈泡體尾部的水輪機(jī)，所述燈泡體內(nèi)設(shè)置有發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能器和電路控制設(shè)備； 所述燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組的外側(cè)套設(shè)有具有特殊流線型的所述圓截面管狀導(dǎo)流罩；所述圓截面管狀導(dǎo)流罩包括一平直入口段、一中部收縮段和一出口擴(kuò)散段，所述平直入口段由導(dǎo)流入口至所述燈泡體最寬處，管徑保持不變；所述中部收縮段是由所述燈泡體最寬處至所述水輪機(jī)的葉輪處，管徑逐漸收縮；所述出口擴(kuò)散段是由所述水輪機(jī)的葉輪至所述水輪機(jī)泄水錐尾部，管徑緩慢增大。
2.如權(quán)利要求1所述的一種海流能供電水下監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組的尾端部設(shè)置一導(dǎo)流尾翼，所述導(dǎo)流尾翼包括一細(xì)長(zhǎng)桿和一方向舵，所述細(xì)長(zhǎng)桿的一端連接所述水輪機(jī)尾端部，所述細(xì)長(zhǎng)桿的另一端連接所述方向舵，所述方向舵位于所述支柱的下游一側(cè)，當(dāng)入流與所述海流發(fā)電機(jī)組裝置存在夾角時(shí)，所述方向舵受水流沖擊作用，形成回轉(zhuǎn)力矩，推動(dòng)所述海流發(fā)電機(jī)組裝置在水平面內(nèi)發(fā)生繞轉(zhuǎn)，直至導(dǎo)流入口正對(duì)來(lái)流方向，當(dāng)所述方向舵與水流方向同向，水流沖擊力小時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)停止；所述方向舵采用水平直立翼板。
3.如權(quán)利要求1所述的一種海流能供電水下監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述圓截面管狀導(dǎo)流罩的上游迎流方向和下游尾部方向分別套設(shè)一攔污柵罩，所述攔污柵罩的頭部設(shè)置為橢球狀。
4.如權(quán)利要求2所述的一種海流能供電水下監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述圓截面管狀導(dǎo)流罩的上游迎流方向和下游尾部方向分別套設(shè)一攔污柵罩，所述攔污柵罩的頭部設(shè)置為橢球狀。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種海流能供電水下監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述浮體通過電纜連接所述燈泡貫流式水力發(fā)電機(jī)組內(nèi)的電路控制設(shè)備輸出端，所述浮體上搭載有水聲通訊設(shè)備、聲吶探測(cè)器、水壓傳感器、流速儀或水環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器。
【文檔編號(hào)】F03B13/00GK103742338SQ201410010424
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】張永良, 林政
申請(qǐng)人:清華大學(xué)