固定于水底的潮流能發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種固定于水底的潮流能發(fā)電裝置，包括外框架、至少三個內(nèi)框架、至少三個水平軸水輪發(fā)電機、至少三根轉(zhuǎn)軸、多根外套管和多根內(nèi)套管。至少三個內(nèi)框架可分離地設置于外框架內(nèi)。至少三個水平軸水輪發(fā)電機分別設置于至少三個內(nèi)框架內(nèi)。至少一個水平軸水輪發(fā)電機對應安裝于每根轉(zhuǎn)軸，至少一根轉(zhuǎn)軸對應安裝于每個內(nèi)框架。至少三個驅(qū)動單元分別連接轉(zhuǎn)軸以驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。多根外套管固定于外框架。每根內(nèi)套管的一部分連接對應的外套管的底端和水底。
【專利說明】固定于水底的潮流能發(fā)電裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于海洋能發(fā)電領域，尤其涉及一種固定于水底的潮流能發(fā)電裝置。

【背景技術】
[0002]潮流能發(fā)電裝置共有兩種固定方式，一種是通過鋼纜、浮筒等結(jié)構(gòu)固定懸浮在水中，另一種是通過打樁方式固定于水底。這兩種固定方式由于是將發(fā)電裝置固定于水中的不同的位置，因此其施工方法完全不同，相應的潮流能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)也大相徑庭。
[0003]現(xiàn)有的將潮流能發(fā)電裝置固定于水底的施工方法主要是通過施工人員在水底進行爆破、夯擊預制混凝土樁進行固定。然而，為了保證潮流能發(fā)電裝置的發(fā)電效率，通常需要將發(fā)電裝置設置在水流很急的地方。由于水流速度非常快，水下施工不但可靠性低，施工人員也會非常危險。
[0004]不同于其他領域中樁是施工和使用在較平靜的水域，并且這些樁只起到軸向支撐和固定作用，在潮流能發(fā)電領域中，由于水流會產(chǎn)生非常大的徑向沖擊力，為了保證樁的牢靠度，每根樁的橫截面積必須要得到保證。換言之，橫截面積非常大的樁才能保證潮流能發(fā)電裝置不被湍急的水流干擾，使其完全固定在水底。然而，增加了樁的橫截面積，使得樁的迎水面積也大幅度增加，即增加了每個樁承受水流沖擊力的受力面積。由于迎力面積增大，反而降低甚至抵消了加粗樁帶來的牢固度，并且施工難度也大大增加。因此，現(xiàn)有的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置都存在固定不牢靠，施工復雜、危險、成本太高的問題。現(xiàn)有的潮流能發(fā)電裝置由于受到施工方法的制約，無法大型化，成本居高不下，造成了人類無法突破的潮流能發(fā)電裝置商業(yè)化運營的技術壁壘。
[0005]由于海洋環(huán)境復雜，水中阻力大，傳統(tǒng)的潮流能發(fā)電裝置的安裝都要在海里進行，困難度高，費用龐大。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，潮流能發(fā)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(tǒng)的潮流能發(fā)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，導致整個潮流能發(fā)電裝置的報廢，這是潮流能發(fā)電裝置高成本的重要原因之一，也是造成現(xiàn)有的潮流能發(fā)電裝置無法大規(guī)模化、商業(yè)化運營的直接原因。
[0006]尤其是水平軸水輪發(fā)電機，由于其所有設備(包括葉輪和發(fā)電機)均在水下，因此水平軸水輪發(fā)電機的維修更加困難，成本更高。因此，即便水平軸水輪發(fā)電機的發(fā)電效率高于垂直軸水輪發(fā)電機，但水平軸水輪發(fā)電機仍然無法商業(yè)化。然而，目前海洋能發(fā)電領域的技術人員都忽略了對維修方式的改進。
[0007]另外，傳統(tǒng)的潮流能發(fā)電裝置一般只采用一個至多兩個水輪發(fā)電機。然而只采用一個或兩個水輪發(fā)電機，為了提高發(fā)電功率，通常葉輪的直徑需要制造得很大，這樣會大大降低葉輪的轉(zhuǎn)速，同時增大扭矩，導致中心軸和齒輪箱之間的摩擦加大，中心軸和齒輪箱的成本攀高。另外，整個發(fā)電裝置的規(guī)模也會受到限制，發(fā)電裝置的成本會居高不下，制約了潮流能發(fā)電裝置的發(fā)展。
[0008]但是，目前海洋能發(fā)電領域的技術人員都存在著技術偏見，只著重于研發(fā)如何將水輪發(fā)電機的葉輪部分做大或者對葉輪葉片的結(jié)構(gòu)進行改進以提高單個水輪發(fā)電機的發(fā)電功率。目前本領域沒有任何人研究如何在不改變?nèi)~輪的前提下，提高發(fā)電功率且降低成本以適合商業(yè)運用。
實用新型內(nèi)容
[0009]本實用新型為了克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種固定于水底的潮流能發(fā)電裝置。
[0010]為了實現(xiàn)本實用新型的一目的，本實用新型提供一種固定于水底的潮流能發(fā)電裝置，包括外框架、至少三個內(nèi)框架、至少三個水平軸水輪發(fā)電機、至少三根轉(zhuǎn)軸、多根外套管和多根內(nèi)套管。至少三個內(nèi)框架可分離地設置于外框架內(nèi)。至少三個水平軸水輪發(fā)電機分別設置于至少三個內(nèi)框架內(nèi)。至少一個水平軸水輪發(fā)電機對應安裝于每根轉(zhuǎn)軸，至少一根轉(zhuǎn)軸對應安裝于每個內(nèi)框架。至少三個驅(qū)動單元分別連接轉(zhuǎn)軸以驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。多根外套管固定于外框架。每根內(nèi)套管的一部分連接對應的外套管的底端和水底。
[0011]于本實用新型的一實施例中，固定于水底的潮流能發(fā)電裝置還包括至少三個導流罩，固定于內(nèi)框架或外框架，導流罩對應地位于水平軸水輪發(fā)電機沿水流方向的上游。
[0012]于本實用新型的一實施例中，導流罩為直徑逐漸減小的圓筒狀。
[0013]于本實用新型的一實施例中，潮流能發(fā)電裝置還包括呈軸對稱設置的至少六個導流罩，固定于內(nèi)框架或外框架，導流罩分別位于水平軸水輪發(fā)電機沿水流方向的上游和下游。
[0014]于本實用新型的一實施例中，固定于水底的潮流能發(fā)電裝置還包括可調(diào)節(jié)浮力的浮體，固定于外框架。
[0015]于本實用新型的一實施例中，外框架還具有多個減小水流阻力結(jié)構(gòu)，多個減小水流阻力結(jié)構(gòu)位于多根外套管的迎水側(cè)。
[0016]于本實用新型的一實施例中，每根內(nèi)套管的外壁標識有刻度。
[0017]于本實用新型的一實施例中，每根內(nèi)套管的側(cè)壁具有多個卸漿孔。
[0018]于本實用新型的一實施例中，每根外套管具有止擋件，止擋件位于外套管的內(nèi)壁上。
[0019]于本實用新型的一實施例中，內(nèi)套管包括相互分離的第一內(nèi)套管和第二內(nèi)套管。
[0020]于本實用新型的一實施例中，固定于水底的潮流能發(fā)電裝置還包括至少兩個柵欄，設置于內(nèi)框架或外框架，至少兩個柵欄分別位于水平軸水輪發(fā)電機沿水流方向的上游和下游。
[0021]于本實用新型的一實施例中，固定于水底的潮流能發(fā)電裝置還包括固定鋼纜，固定鋼纜的一端固定于外框架。
[0022]綜上所述，本實用新型提供的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置，所有的人力施工作業(yè)都在水上進行，杜絕了現(xiàn)有的水下作業(yè)，降低了施工難度，提高了施工人員的安全性，也大幅度減少了施工成本，有效地推廣了潮流能發(fā)電裝置的商業(yè)應用。本實用新型的外框架和外套管，形成了 “天然的打樁平臺”，無需額外設置樁的固定結(jié)構(gòu)，即可有效且牢靠地將潮流能發(fā)電裝置固定于水底。本實用新型的內(nèi)套管既起到調(diào)節(jié)水平的作用又能輔助打樁。本實用新型的發(fā)電裝置具有至少三個內(nèi)置模塊，水平軸水輪發(fā)電機可形成陣列化排布。相比傳統(tǒng)的潮流能發(fā)電裝置，本實用新型在保障甚至提高發(fā)電功率的同時，解決了傳統(tǒng)潮流能發(fā)電裝置中單個水輪發(fā)電機需要大型化從而產(chǎn)生的高成本的問題。通過設置可分離的內(nèi)框架和外框架，從而實現(xiàn)發(fā)電裝置的模塊化組裝和替換，大幅度降低維修和安裝費用，克服了傳統(tǒng)潮流能發(fā)電裝置無法商業(yè)化、大規(guī)?；碾y題。通過設置可轉(zhuǎn)動的安裝軸，使得無論水流朝哪個方向流入，水平軸水輪發(fā)電機的葉輪始終朝向水流，從而確保最大的發(fā)電功率。尤其適用于利用潮汐能進行發(fā)電。
[0023]另外，通過在外框架設置浮體，克服了現(xiàn)有技術中必須起吊發(fā)電裝置導致發(fā)電裝置無法大型化的弊端，創(chuàng)新地在水中移動發(fā)電裝置至安裝點，大幅度降低施工成本。本實用新型實施例提供的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置通過在上下游設置至少兩個柵欄，保護設置其內(nèi)的水平軸水輪發(fā)電機不受海里垃圾的損害，延長水平軸水輪發(fā)電機的使用壽命。
[0024]為讓本實用新型的上述和其它目的、特征和優(yōu)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。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1所示為根據(jù)本實用新型第一實施例提供的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置的俯視圖。
[0026]圖2所示為根據(jù)本實用新型第一實施例提供的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置未打樁時的正視圖。
[0027]圖3所示為根據(jù)本實用新型第一實施例提供的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置中柵欄的示意圖。
[0028]圖4所示為根據(jù)本實用新型第一實施例提供的部分外框架和外套管的示意圖。
[0029]圖5所示為根據(jù)本實用新型第一實施例提供的將潮流能發(fā)電裝置固定于水底的打樁流程示意圖。
[0030]圖6所示為根據(jù)本實用新型第二實施例提供的將潮流能發(fā)電裝置固定于水底的施工方法的打樁流程示意圖。

【具體實施方式】
[0031]圖1所示為根據(jù)本實用新型第一實施例提供的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置的俯視圖。圖2所示為根據(jù)本實用新型第一實施例提供的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置未打樁時的正視圖。圖3所示為根據(jù)本實用新型第一實施例提供的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置中柵欄的示意圖。圖4所示為根據(jù)本實用新型第一實施例提供的部分外框架和外套管的示意圖。圖5所示為根據(jù)本實用新型第一實施例提供的將潮流能發(fā)電裝置固定于水底的打樁流程示意圖。請一并參考圖1至圖5。
[0032]于第一實施例中，固定于水底的潮流能發(fā)電裝置100包括外框架11、至少三個內(nèi)框架12、至少三個水平軸水輪發(fā)電機2、至少三根轉(zhuǎn)軸3、至少三個驅(qū)動單元4、多根外套管5和多根內(nèi)套管6。
[0033]多根外套管5固定于外框架11。于實際應用中，外框架11由鋼材焊接而成，外套管5為圓鋼管，通過焊接方式固定在外框架11上。每根內(nèi)套管6的一部分連接對應的外套管5的底端和水底F。如圖4所示,于實際應用中,有些外套管5的軸向A垂直于水平面P,另一些外套管5的軸向A與水平面P不垂直，即為傾斜的外套管5。當整個外框架11固定于水底F時，傾斜的外套管5將位于外框架11的上游和下游，從而加大外框架11位于水底的穩(wěn)定度。
[0034]于本實施例中，外框架11還包括至少一個平臺111，平臺111的長度方向平行于水流方向D，外套管5的數(shù)量為至少四個，至少四根外套管5分別設置于平臺111的四個頂角。通過設置平臺111，增加了整個外框架11的固定面積，提高了外框架11固定于水底F的牢固度。于本實施例中，外框架11包括兩個平臺111。平臺111沿水平軸水輪發(fā)電機2排列組成的直線對稱設置。
[0035]于本實施例中，外框架11還具有多個減小水流阻力結(jié)構(gòu)112，多個減小水流阻力結(jié)構(gòu)112位于多根外套管5的迎水側(cè)。通過設置減小水流阻力結(jié)構(gòu)112于外套管5的迎水偵牝大大減小了外套管5 (之后在此處就形成樁)承受水力沖擊的受力面積，同時大幅度提高了后續(xù)形成的樁的穩(wěn)定度。于本實施例中，減小水流阻力結(jié)構(gòu)112與外框架11的本體為一體成型。
[0036]減小水流阻力結(jié)構(gòu)112只需要設置在位于最外側(cè)的外套管5的迎水側(cè)即可。由于潮流方向有漲潮和落潮，因此，如圖1所示，減小水流阻力結(jié)構(gòu)112位于外框架11的最上邊和最下邊。位于中間的外套管5，由于有兩側(cè)外套管5的阻擋，無需設置減小水流阻力結(jié)構(gòu)112。于本實施例中，外套管5的數(shù)量為二十個，減小水流阻力結(jié)構(gòu)112為十六個，減小水流阻力結(jié)構(gòu)112的數(shù)量小于外套管5的數(shù)量。然而，本實用新型對外套管5和減小水流阻力結(jié)構(gòu)112的數(shù)量不作任何限定。于其他實施例中，外套管5可僅有四個，分別位于外框架11的四個頂角，減小水流阻力結(jié)構(gòu)112的數(shù)量也相應地為四個。
[0037]以圖1中從左數(shù)第二列四根外套管5為例，由于外套管5排成了平行于水流方向D的一列，因此位于下游的外套管5承受的水流沖擊力會在位于上游的外套管5的阻擋后大大減小。經(jīng)過實驗后發(fā)現(xiàn)，若不具有減小水流阻力結(jié)構(gòu)112，在水流速度不變的情況下，四根外套管5承受的水流沖擊力之和為一根裸露于水中的外套管5承受的水流沖擊力的2.6倍左右。然而，在外框架11上設置有減小水流阻力結(jié)構(gòu)112后，四根外套管5承受的水流沖擊力之和僅為一根裸露于水中的外套管5承受的水流沖擊力的30%。
[0038]于本實施例中，減小水流阻力結(jié)構(gòu)112的截面為三角形。然而，本實用新型對減小水流阻力結(jié)構(gòu)112的具體形狀和結(jié)構(gòu)不作任何限定。于其他實施例中，該減小水流阻力結(jié)構(gòu)可制造為流線型。
[0039]于本實施例中，固定于水底的潮流能發(fā)電裝置100還包括可調(diào)節(jié)浮力的浮體7，固定于外框架11。于本實施例中，浮體7的設置方向平行于水流方向D，部分外套管5優(yōu)選地位于兩個浮體7之間。通過這種設置，浮體7將外套管5 “包裹”其中，進一步減小外套管5承受的水流沖擊力。
[0040]至少三個內(nèi)框架12可分離地設置于外框架11內(nèi)。至少三個水平軸水輪發(fā)電機2分別設置于至少三個內(nèi)框架12內(nèi)。于本實施例中，內(nèi)框架12上可設有卡勾，外框架11上可設有卡槽，內(nèi)框架12通過卡勾和卡槽的相互卡合嵌入到外框架11內(nèi)。然而，本實用新型對內(nèi)框架12與外框架11之間的固定方式不作任何限定。
[0041]本實用新型通過內(nèi)框架12的陣列設置使得水平軸水輪發(fā)電機2呈陣列式分布。通過提高水平軸水輪發(fā)電機2的數(shù)量，使得每個水平軸水輪發(fā)電機2的葉輪都無需做大。在提高整個發(fā)電裝置的發(fā)電功率的前提下，大幅度降低了水平軸水輪發(fā)電機2的制造成本且延長水平軸水輪發(fā)電機2的使用壽命，克服了傳統(tǒng)技術中只把研發(fā)重點放在做大單個水輪發(fā)電機規(guī)模的技術偏見。
[0042]一個內(nèi)框架12和一個水平軸水輪發(fā)電機2共同形成內(nèi)置模塊。換言之，每個內(nèi)置模塊具有一個內(nèi)框架12和至少一個水平軸水輪發(fā)電機2。于實際應用中，可先將水平軸水輪發(fā)電機2固定在內(nèi)框架12內(nèi)，然后將至少四個內(nèi)框架12分別固定在外框架11內(nèi)，從而實現(xiàn)水平軸水輪發(fā)電機2的模塊化安裝以及陣列式分布。如此大大簡化安裝程序，減少安裝時間，降低海洋中安裝難度。
[0043]水平軸水輪發(fā)電機2的軸線方向平行于水平面P。水平軸水輪發(fā)電機包括葉輪21和發(fā)電機22，水平軸水輪發(fā)電機2的軸線方向為水平軸水輪發(fā)電機的葉輪21的軸線方向。于本實施例中，水平軸水輪發(fā)電機2為二片葉輪發(fā)電機、三片葉輪發(fā)電機或四片葉輪發(fā)電機中的任一種或其任意組合。然而，本實用新型對水平軸水輪發(fā)電機的葉輪21的葉片數(shù)量不作任何限定。
[0044]由于水平軸水輪發(fā)電機2的葉輪21和發(fā)電機22全部在水下，因此，若水平軸水輪發(fā)電機2發(fā)生故障，傳統(tǒng)的潮流能發(fā)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，本實用新型的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置100可直接將內(nèi)置模塊從海中取出進行維修或更換，實現(xiàn)固定于水底的潮流能發(fā)電裝置100的快速更換和維修，大大降低了維修成本，使得固定于水底的潮流能發(fā)電裝置100的商業(yè)化得以實現(xiàn)。
[0045]至少一個水平軸水輪發(fā)電機2對應安裝于每根轉(zhuǎn)軸3，至少一根轉(zhuǎn)軸3對應安裝于每個內(nèi)框架12。至少三個驅(qū)動單元4分別連接轉(zhuǎn)軸3以驅(qū)動轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動。本實施例中，轉(zhuǎn)軸3的軸線方向垂直于水平面P。然而，本實用新型對此不作任何限定。于其它實施例中，轉(zhuǎn)軸3的軸線方向可平行于水平面P。一個內(nèi)框架12與對應的轉(zhuǎn)軸3和水平軸水輪發(fā)電機2共同形成內(nèi)置模塊。于本實施例中，兩個水平軸水輪發(fā)電機2對應安裝于一根轉(zhuǎn)軸3，一根轉(zhuǎn)軸3對應于一個內(nèi)框架12。然而，本實用新型對此不作任何限定。于其它實施例中，一個內(nèi)置模塊可具有多根轉(zhuǎn)軸3和多個水平軸水輪發(fā)電機2。
[0046]通過設置可轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸3，使得無論水流朝哪個方向流入，水平軸水輪發(fā)電機2的葉輪21始終朝向水流,從而確保最大的發(fā)電功率。由于漲潮和落潮的水流方向相反，因此具有可轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸2的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置100尤其適用于利用潮汐能進行發(fā)電。于本實施例中，如圖1所示，內(nèi)框架12的俯視橫截面為中間具有橫梁的矩形。轉(zhuǎn)軸3的兩端可轉(zhuǎn)動地設置于中間的橫梁上。
[0047]于實際應用中，當水流沿圖1中所示的水流方向D流向固定于水底的潮流能發(fā)電裝置100，驅(qū)動單元4不運作。此時，水平軸水輪發(fā)電機2的葉輪21面向水流。當水流沿水流方向D相反的方向(從圖1中看去為由上往下)流向固定于水底的潮流能發(fā)電裝置100，驅(qū)動單元4驅(qū)動轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動，從而帶動水平軸水輪發(fā)電機2旋轉(zhuǎn)180度，使得葉輪21從朝下改為朝上，以保證水平軸水輪發(fā)電機2的葉輪21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。
[0048]于本實施例中，固定于水底的潮流能發(fā)電裝置100還包括至少三個導流罩8，固定于內(nèi)框架12或外框架11，導流罩8對應地位于水平軸水輪發(fā)電機2沿水流方向D的上游。優(yōu)選地，固定于水底的潮流能發(fā)電裝置100還包括呈軸對稱設置的至少六個導流罩8，固定于內(nèi)框架12或外框架11，導流罩8分別位于水平軸水輪發(fā)電機2沿水流方向D的上游和下游。
[0049]于本實施例中，導流罩8為直徑逐漸減小的圓筒狀。具體而言,每兩個導流罩8沿內(nèi)框架12中間的橫梁呈軸對稱。如圖1所示，位于圖中上方的導流罩8，其直徑由上而下遞減，位于下方的導流罩8，其直徑由下而上遞減。通過設置導流罩8，將水流都集中導向水平軸水輪發(fā)電機2，使得水平軸水輪發(fā)電機2的葉輪21受力更大、轉(zhuǎn)速更快,從而提高發(fā)電效率。然而，本實用新型對導流罩8的數(shù)量和形狀不作任何限定。于其它實施例中，導流罩8可先為方形然后直徑減小過渡為圓筒狀。
[0050]于本實施例中，固定于水底的潮流能發(fā)電裝置100還包括至少兩個柵欄92，兩個柵欄92設置于內(nèi)框架12或外框架11 (圖1中未繪出)，至少兩個柵欄92分別位于水平軸水輪發(fā)電機2沿水流方向D的上游和下游。柵欄92垂直于水流方向D且垂直于水平面P。通過設置柵欄92，可有效地避免海底垃圾卷入水平軸水輪發(fā)電機2，從而實現(xiàn)對水平軸水輪發(fā)電機2的保護，延長水平軸水輪發(fā)電機2的使用壽命。如圖3所示，柵欄92具有格子型紋路。然而，本實用新型對此不作任何限定。
[0051]以下結(jié)合將本實施例提供的潮流能發(fā)電裝置100固定于水底的施工方法來具體說明本實用新型的潮流能發(fā)電裝置如何使得施工更加安全、方便、牢靠。
[0052]首先，制作外框架11，將多根外套管5固定于外框架11，分別在多根外套管5的迎水側(cè)位置一體成型多個減小水流阻力結(jié)構(gòu)112，將多根內(nèi)套管6對應地插入多根外套管5內(nèi)，將浮體7固定于外框架11，這些都是在岸上進行。于本實施例中，每根內(nèi)套管6包括相互分離的第一內(nèi)套管61和第二內(nèi)套管62。將第一內(nèi)套管61插入外套管5內(nèi)，第二內(nèi)套管62暫不插入。外套管5的內(nèi)徑僅略大于第一內(nèi)套管61的外徑。
[0053]然后，將外框架11置入水中，在水中拉動外框架11至安裝地點。于實際應用中，由于潮流能發(fā)電裝置100要保證高效的發(fā)電，因此潮流能發(fā)電裝置100的安裝地點需要選在水流速度較大的水域，安裝地點距離岸邊會有不短的距離。
[0054]于現(xiàn)有技術中，是先用船將整個發(fā)電裝置裝載運輸?shù)桨惭b地點，然后再通過浮吊船將發(fā)電裝置吊入水中，沉入水底。由于發(fā)電裝置需要長期浸泡在水中并且要承受水流的沖擊，為了增加發(fā)電裝置在水底的穩(wěn)固度，其框架大部分采用鋼筋和混凝土制成，通常整個裝置會建造的非常重。然而，世界上浮吊船能起吊的最大重量僅有3000噸。換言之，由于期間運載工具和起吊工具承受的是整個發(fā)電裝置的重力，因此發(fā)電裝置的規(guī)模將受到浮吊船等工具能夠承受的最大負荷的制約。受到浮吊船的限制，潮流能發(fā)電裝置的整個重量都必須控制在3000噸以內(nèi)。為確保浮吊船安全穩(wěn)定的起吊和放下，潮流能發(fā)電裝置的重量最好遠低于3000噸，這極大地制約了現(xiàn)有潮流能發(fā)電裝置的大型化發(fā)展。
[0055]另外，將潮流能發(fā)電裝置固定在水底，顧名思義，發(fā)電裝置要沉下去，因此，現(xiàn)有技術中根本沒有任何人想到在外框架中增加任何會產(chǎn)生浮力的東西。然而，本實用新型雖然提供的是固定于水底的潮流能發(fā)電裝置100，但創(chuàng)新地在外框架11中設置浮體7，使整個潮流能發(fā)電裝置100能先懸浮于水中，然后可在水中水平移動外框架11，輪船等工具很容易地就能將整個裝置拖到安裝地點。
[0056]于本實施例中，固定于水底的潮流能發(fā)電裝置100還包括固定鋼纜91，固定鋼纜91的一端固定于外框架11。當?shù)竭_安裝地點后，將固定鋼纜91的另一端固定，拉緊固定鋼纜91以固定外框架11平行于水平面的橫向位置。具體而言，在岸上和水中設置有多個固定塔，固定鋼纜91的兩端分別固定于固定塔和外框架11。
[0057]接著，通過浮體7調(diào)節(jié)外框架11的水平。當通過固定鋼纜91初步固定了外框架11的水平位置后，接下來利用水平儀，檢測外框架11的水平狀態(tài)。若外框架11不水平，可直接通過灌入水來調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)兩側(cè)浮體7的浮力進行水平調(diào)節(jié)。
[0058]調(diào)完外框架11的水平之后，將每根第一內(nèi)套管61的一端沿外套管5的軸向A沉入水底F，另一端伸出于水面。此時，第一內(nèi)套管61的一部分連接對應的外套管5的底端和水底F。接著放松固定鋼纜91，朝浮體7中灌入水以卸掉浮體7的浮力，使外框架11沉入水底F。
[0059]于本實施例中，第一內(nèi)套管61的外壁標識有刻度(圖未不)。因此,通過讀取第一內(nèi)套管61外面的刻度變化數(shù)值，即可知各處水深并判斷下沉后外框架11的水平狀態(tài)。由于外框架11在下沉之前已經(jīng)調(diào)整為水平狀態(tài)，因此，若每根第一內(nèi)套管61沉入水底后顯示的刻度數(shù)值不一致，證明水底相應處是不平整的。數(shù)值改變越大，證明此處水底越深。若外框架11下沉，則必然外框架11會位于一個不水平的狀態(tài)。
[0060]當發(fā)現(xiàn)外框架11不水平后，調(diào)整外框架11的水平。具體而言，于本實施例中，第一內(nèi)套管61的一端通過卷揚機和外框架11相固定。當一側(cè)的外框架11偏低時，此時可驅(qū)動卷揚機，使其抬起這一側(cè)的外框架11，當在水面上讀取到達第一內(nèi)套管61的特定數(shù)值后，即表示外框架11水平，此時停止卷揚機9的繼續(xù)調(diào)節(jié)。然而，本實用新型對調(diào)整外框架11的水平的方式不作任何限定。于其它實施例中，可通過設置千斤頂實現(xiàn)外框架11的水平調(diào)節(jié)。通過在第一內(nèi)套管61的外壁標識刻度，施工人員可以直觀且迅速地判斷整個外框架11包括平臺11是否水平，從而指導進一步的施工。然而，本實用新型對此不作任何限定。當?shù)谝粌?nèi)套管61外沒有刻度時，仍可通過實際測量第一內(nèi)套管61沉入水中的深度判斷外框架11的水平狀態(tài)。
[0061]調(diào)整完外框架11的水平后，開始進行打樁作業(yè)。由于水底F不平，第一內(nèi)套管61在沉入水中后，第一內(nèi)套管61的底部并不能夠和水底F全部接觸。首先用樁捶伸入第一內(nèi)套管61內(nèi)向水底F進行錘擊,捶出坑后,將第一內(nèi)套管61往下壓,使第一內(nèi)套管61的底部稍微嵌入到水底F下。此時，除了頂部開口外，第一內(nèi)套管61內(nèi)形成了一個基本密閉的空間，如此完成開鉆前準備。
[0062]然后將鉆孔機伸入第一內(nèi)套管61內(nèi)，沿軸向朝水底F的基巖層進行鉆孔，一直鉆到符合施工要求的深度，形成樁孔52。于實際應用中，樁孔52的深度在6m左右，這樣才能使樁基嵌入到基巖層，使得形成的樁更加穩(wěn)固。隨后取出第一內(nèi)套管61，將第二內(nèi)套管62從外套管5內(nèi)置入,第二內(nèi)套管62連接外套管5的底端和水底鉆孔的地面上端,再一次形成密閉的空間。然后在外套管5內(nèi)放入鋼筋籠54或者鋼管型材，朝外套管5內(nèi)灌注混凝土，形成鋼筋混凝土灌注樁。
[0063]由于水底不平，外框架11沉入水底F后，外套管5的底端也肯定不會全部碰觸到水底F。因此，如果沒有第一內(nèi)套管61，將無法連接外套管5的底端和水底F形成密閉空間，阻擋外面的水流和石塊，也就無法實現(xiàn)鉆孔。同時，鉆出的泥土和石塊通過第一內(nèi)套管61內(nèi)被吸走，從第一內(nèi)套管61上端開口排出。第一內(nèi)套管61拔出后，在打樁時設置第二內(nèi)套管62，仍然保證在水下形成密閉空間，防止混凝土外泄，使得混凝土灌注樁得以形成。在形成樁時如果不拔走第一內(nèi)套管61，直接在第一內(nèi)套管61內(nèi)灌注混凝土，由于第一內(nèi)套管61和外套管5之間存在間隙，則會造成外套管5和混凝土樁之間存在間隙，使二者不能有效地結(jié)合固定在一起，最終造成外框架11會相對混凝土樁向下滑動。本實施例內(nèi)套管6包括的第一內(nèi)套管61和第二內(nèi)套管62相互獨立且長短不同。
[0064]于本實施例中，潮流能發(fā)電裝置還包括固定板53，固定板53與外套管3相焊接。于實際應用中，固定板53為圓形鋼板，將其焊接在外套管3的內(nèi)壁上，置于混凝土樁的頂端。由于外框架11的重量非常重(高達3000多噸)，但是外套管5為圓鋼筒，與混凝土樁之間的摩擦力較小，長期使用后，外套管5會相對混凝土樁發(fā)生滑動，造成外框架11不斷下沉，甚至產(chǎn)生傾斜，影響發(fā)電效率。通過設置固定板53，進一步將外框架11和混凝土樁固定在一起，若外框架11要下沉，則會被樁所阻擋，從而保持整個外框架11的固定位置。
[0065]最后，將在岸上組裝好的水平軸水輪發(fā)電機2、內(nèi)框架12、轉(zhuǎn)軸3和驅(qū)動單元4吊入外框架11內(nèi)，實現(xiàn)模塊化安裝，也極大地方便了水平軸水輪發(fā)電機2和轉(zhuǎn)軸3日后的快速更換和維修，大大降低了維修成本。
[0066]圖6所示為根據(jù)本實用新型第二實施例提供的將潮流能發(fā)電裝置固定于水底的施工方法的打樁流程示意圖。第二實施例中的外框架、水平軸水輪發(fā)電機、轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動單元皆如第一實施例所述，在此不再贅述。以下僅就不同之處予以說明。
[0067]于第二實施例中，內(nèi)套管6’為單獨的一根圓鋼管，側(cè)壁具有多個卸漿孔61’。因此，只需在內(nèi)套管6’中灌注混凝土，混凝土會從卸漿孔61’中流出，流入到外套管5’和內(nèi)套管6’的間隙中，從而將外套管5’和內(nèi)套管6’融為一體，整體形成一個固定樁。設置卸漿孔61’的步驟可在內(nèi)套管6’插入到外套管5’之前完成。然而，本實用新型對此不作限定。于其它實施例中，內(nèi)套管6’可不具有卸漿孔61’，在灌注完內(nèi)套管6’內(nèi)的混凝土之后，可再專門將混凝土填充于外套管5’和內(nèi)套管6’之間。
[0068]于第二實施例中，由于外套管5’的內(nèi)徑大于內(nèi)套管6’的內(nèi)徑，每根外套管5’還具有止擋件51’，止擋件51’位于外套管5’的內(nèi)壁上以限制內(nèi)套管6’沿徑向的移動。于本實施例中，外套管5’的頂部和底部都設有止擋件51’。底部的止擋件51’既起到限位作用，又能實現(xiàn)外套管5’底部的密封，防止后續(xù)混凝土灌入后從外套管5’與內(nèi)套管6’的間隙流出。
[0069]綜上所述，本實用新型提供的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置，所有的人力施工作業(yè)都在水上進行，杜絕了現(xiàn)有的水下作業(yè)，降低了施工難度，提高了施工人員的安全性，也大幅度減少了施工成本，有效地推廣了潮流能發(fā)電裝置的商業(yè)應用。本實用新型的外框架和外套管，形成了 “天然的打樁平臺”，無需額外設置樁的固定結(jié)構(gòu)，即可有效且牢靠地將潮流能發(fā)電裝置固定于水底。本實用新型的內(nèi)套管既起到調(diào)節(jié)水平的作用又能輔助打樁。本實用新型的發(fā)電裝置具有至少三個內(nèi)置模塊，水平軸水輪發(fā)電機可形成陣列化排布。相比傳統(tǒng)的潮流能發(fā)電裝置，本實用新型在保障甚至提高發(fā)電功率的同時，解決了傳統(tǒng)潮流能發(fā)電裝置中單個水輪發(fā)電機需要大型化從而產(chǎn)生的高成本的問題。通過設置可分離的內(nèi)框架和外框架，從而實現(xiàn)發(fā)電裝置的模塊化組裝和替換，大幅度降低維修和安裝費用，克服了傳統(tǒng)潮流能發(fā)電裝置無法商業(yè)化、大規(guī)?；碾y題。通過設置可轉(zhuǎn)動的安裝軸，使得無論水流朝哪個方向流入，水平軸水輪發(fā)電機的葉輪始終朝向水流，從而確保最大的發(fā)電功率。尤其適用于利用潮汐能進行發(fā)電。
[0070]另外，通過在外框架設置浮體，克服了現(xiàn)有技術中必須起吊發(fā)電裝置導致發(fā)電裝置無法大型化的弊端，創(chuàng)新地在水中移動發(fā)電裝置至安裝點，大幅度降低施工成本。本實用新型實施例提供的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置通過在上下游設置至少兩個柵欄，保護設置其內(nèi)的水平軸水輪發(fā)電機不受海里垃圾的損害，延長水平軸水輪發(fā)電機的使用壽命。
[0071]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(nèi)，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(quán)利要求書所要求保護的范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種固定于水底的潮流能發(fā)電裝置，其特征在于，包括: 外框架； 至少三個內(nèi)框架，可分離地設置于外框架內(nèi)； 至少三個水平軸水輪發(fā)電機，分別設置于所述至少三個內(nèi)框架內(nèi)； 至少三根轉(zhuǎn)軸，至少一個水平軸水輪發(fā)電機對應安裝于每根轉(zhuǎn)軸，至少一根轉(zhuǎn)軸對應安裝于每個內(nèi)框架； 至少三個驅(qū)動單元，分別連接轉(zhuǎn)軸以驅(qū)動所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動； 多根外套管，固定于所述外框架，每根外套管的軸向垂直于水平面； 多根內(nèi)套管，每根內(nèi)套管的一部分連接對應的外套管的底端和水底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置，其特征在于，所述固定于水底的潮流能發(fā)電裝置還包括至少三個導流罩，固定于所述內(nèi)框架或外框架，導流罩對應地位于所述水平軸水輪發(fā)電機沿水流方向的上游。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置，其特征在于，所述導流罩為直徑逐漸減小的圓筒狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置，其特征在于，所述潮流能發(fā)電裝置還包括呈軸對稱設置的至少六個導流罩，固定于所述內(nèi)框架或外框架，導流罩分別位于所述水平軸水輪發(fā)電機沿水流方向的上游和下游。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置，其特征在于，所述固定于水底的潮流能發(fā)電裝置還包括可調(diào)節(jié)浮力的浮體，固定于所述外框架。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置，其特征在于，所述外框架還具有多個減小水流阻力結(jié)構(gòu)，多個減小水流阻力結(jié)構(gòu)位于多根外套管的迎水側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置，其特征在于，每根內(nèi)套管的外壁標識有刻度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置，其特征在于，每根內(nèi)套管的側(cè)壁具有多個卸漿孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置，其特征在于，每根外套管具有止擋件，所述止擋件位于外套管的內(nèi)壁上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置，其特征在于，所述內(nèi)套管包括相互分離的第一內(nèi)套管和第二內(nèi)套管。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置，其特征在于，所述固定于水底的潮流能發(fā)電裝置還包括至少兩個柵欄，設置于所述內(nèi)框架或外框架，所述至少兩個柵欄分別位于所述水平軸水輪發(fā)電機沿水流方向的上游和下游。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定于水底的潮流能發(fā)電裝置，其特征在于，所述固定于水底的潮流能發(fā)電裝置還包括固定鋼纜，所述固定鋼纜的一端固定于外框架。
【文檔編號】F03B13/26GK204226097SQ201420462427
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】林東, 陳歷, 姜芳 申請人:杭州林東新能源科技股份有限公司