一种水下动力发生装置、动力系统的制作方法

1.本技术涉及能源机械技术领域，尤其涉及一种水下动力发生装置、动力系统。


背景技术：

2.人类社会发展进程中，化石能源加速消耗，仅依靠节能和资源调配还不能满足社会发展的需求，因此还需大力发展新能源，例如太阳能发电、风力发电等以作为对化石能源的补充，实现能源的可持续发展。
3.但在实际应用中发现，太阳能、风力、潮汐等可再生能源具有不稳定性，人类无法控制太阳能、风力、潮汐的持续供应，仅能根据自然现象顺势而为，当自然条件不满足发电条件时，设备无法正常运转发电，就会造成能源供应的中断。为了有效储存能量使之能稳定提供能够进入电网的有效电能，目前所采用的技术路线主要是通过开发超大容量的化学或物理电池，把动力转化得到的电能先转成直流电储存起来后，再转化成交流电向外输送。这种方法虽解决了可再生能源存在的供应不稳定的问题，但设备复杂、转换效率低、技术成本昂贵且技术难度高。
4.现有动力技术类型大体可包括：1、热蒸汽喷流为蒸汽轮机提供动力，其中需用煤、核燃料等作能源产生热水蒸汽；2、用汽油发动机提供动力；3、用电动机提供动力；4、用太阳能与化学能提供动力；5、用风力发电机提供电能进而提供动力；6、水力资源为水轮机提供动力。上述这些动力技术的实现都各自存在缺点。
5.其一、蒸汽轮机需要燃烧化石能源，比如煤，燃烧煤不仅容易产生空气污染，而且煤资源有限。其二、汽油发动机需要燃烧汽油，而石油资源也有限，不可能无限期使用汽油机，再者，燃烧汽油也会造成空气污染。其三、太阳能发电设备需要阳光，会受自然条件限制，不同地域的太阳直射时长、强度不同，且各地气候不一，若遇连绵阴雨则可能长时间无法投入转化实现。其四、化学蓄电池产生的化学能也能发电，但蓄电池产生的电量有限，而且蓄电池易爆炸，其内的填充物也会污染环境。其五、风力发电设备需利用地势及自然风力，使用条件有限，为解决风速变化带来的发电频率不同的问题，其上需采用双馈源发电机，成本较常用定速发电机高数倍，造成了风力发电成本较高。其六、水流动能由于流速、流量不稳定很少被用于发电，现有的水轮机是利用水流的能量转换为机械能的动力机械，它是利用水的高速流动冲击转轮旋转，从而带动发电机发电。但是，水轮机在高速水冲击叶轮做功后排出的水流速度快，带走的能量大，高速的流水与机器内部摩擦力大，损耗功率大，且当在流量小或流速低的情况下，水轮机不能在低速水情况下做功，导致机器不运转，造成水能浪费；再者，水电站的水轮机要依靠水的落差势能，海岛、平原地势平坦，没有水的落差势能，无法建水电站。但江河湖海中的水流是一种大自然的现象，其普遍存在，总能量是十分可观的，特别是对于分布式发电意义更大。在水流中存在着动能，利用这种动能转化为动力为人们服务，是现代人类对低碳生活的迫切需要。
6.故而，亟需提出一种新的技术方案来解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

7.本技术提供一种水下动力发生装置、动力系统，用以解决水轮机无法适应没有水落差势能的环境，导致不存在水落差势能的江河湖海水资源无法利用转化的问题。
8.为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
9.一方面，本技术提供一种水下动力发生装置，包括固定基座及设置在所述固定基座上的水动力发生模组；所述水动力发生模组包括传动主轴、支撑杆，以及沿所述传动主轴的长度延伸方向依次间隔设置的若干个主动叶轮；所述传动主轴通过支撑杆与固定基座相连；所述主动叶轮包括与所述传动主轴固定连接的连接部，以及以所述连接部为中心呈放射状分布的多个桨叶，多个桨叶均匀分布，所述桨叶的叶片与所述传动主轴的中心轴线形成夹角；
10.所述传动主轴及其上的主动叶轮置于水下中水层，所述传动主轴的中心轴线与水流方向平行；所述传动主轴上相邻两个所述主动叶轮上的桨叶错位设置，以使得穿过一个所述主动叶轮的水流冲击至下一个主动叶轮的桨叶上，进而带动传动主轴转动，所述传动主轴形成外部设备的动力输入端。
11.上述技术方案进一步的，所述桨叶平面与所述传动主轴的中心轴线的夹角为45
°
～75
°
。
12.进一步的，所述传动主轴为柱状镀锌钢主轴。
13.进一步的，水下中水层的水流流速至少为30m/min。
14.进一步的，所述桨叶与所述连接部相连的一端形成叶根固定端，另一端朝背离所述连接部的方向延伸形成叶顶自由端；所述桨叶的宽度自叶根固定端向所述叶顶自由端逐渐增大。
15.进一步的，所述水动力发生模组至少包括两个所述支撑杆，两个所述支撑杆相对设置；所述支撑杆的一端与所述固定基座相连，另一端形成轴承座，所述传动主轴与所述轴承座适配安装；所述轴承座上安装有轴承，所述轴承套装在所述传动主轴上，所述传动主轴上设置有安装槽，所述安装槽形成对所述轴承的安装限位。
16.进一步的，所述固定基座设置在水下，或所述固定基座设置在水上；当所述固定基座设置在水下时，所述固定基座包括建设在水下的建筑基座，所述传动主轴位于所述固定基座上方；当所述固定基座设置在水上时，所述固定基座包括漂浮在水面上的浮座，所述浮座上设置有牵引机构，所述牵引机构与外部设备相连以实现对浮座的牵拉定位，所述传动主轴位于所述固定基座下方。
17.进一步的，所述支撑杆上设置有高度调节件，所述高度调节件通过对所述支撑杆的高度调节实现对所述传动主轴的入水深度的调节。
18.进一步的，所述高度调节件包括滑槽及锁止件，所述滑槽的一端与所述固定基座相连，所述支撑杆适配插接在所述滑槽中，且能够沿所述滑槽上下移动，当所述支撑杆被移动至目标位置时，通过所述锁止件实现对所述支撑杆的固定锁止；所述锁止件包括紧固螺栓，所述紧固螺栓的紧固端贯穿所述滑槽与所述支撑杆紧固抵接，以实现对所述支撑杆的锁定。
19.另一方面，基于上述的水下动力发生装置，本技术提供一种动力系统，其包括上述的水下动力发生装置，以及与所述水下动力发生装置依次相连的发电装置、调压装置及用
电装置；
20.所述水下动力发生装置的传动主轴转动后带动发电装置的线圈做切割磁感线运动，从而产生交流电，产生的交流电经调压装置调压稳流后输送至所述用电装置中。
21.再一方面，基于上述的水下动力发生装置，本技术提供一种动力系统，包括上述的水下动力发生装置，以及与所述水下动力发生装置相连的外部机构，所述水下动力发生装置的传动主轴转动后带动与其相连的外部机构动作，所述传动主轴用以将水动力转换为驱动所述外部机构动作的机械能。
22.进一步的，所述外部机构包括液压抽水机构，所述液压抽水机构的动力端与所述传动主轴相连。
23.相比现有技术，本技术具有以下有益效果：
24.1、本技术提供的水下动力发生装置包括固定基座及设置在固定基座上的水动力发生模组，水动力发生模组置于水下；水动力发生模组包括传动主轴、支撑杆，以及沿传动主轴的长度延伸方向依次间隔设置的若干个主动叶轮，其通过支撑杆固定在固定基座上，防止传动主轴在水流冲击下移动；主动叶轮包括呈放射状均匀分布的多个桨叶，桨叶的叶面与传动主轴的中心轴线形成夹角，水流方向与传动主轴的中心轴线平行，因此，桨叶表面与水流方向形成夹角，当水流冲击桨叶时，桨叶叶面在水流的冲击力作用下转动，进而带动传动主轴转动；再者，传动主轴上相邻两个主动叶轮上的桨叶错位设置，以使得自一个主动叶轮上相邻两个桨叶之间的间隙穿过的水流冲击至下一个主动叶轮的桨叶上，避免一个水动力发生模组上位置相对较后的主动叶轮无法接受水流冲击，造成动力浪费。因此，本技术提供的水下动力发生装置可以在没有水落差势能的环境中应用，将水动力转化为可利用的机械能。
25.2、本技术提供的水下动力发生装置的传动主轴为镀锌钢材质，重量较轻且可以适应水下环境，不易生锈耐腐蚀，可整体提升水下动力发生装置的使用寿命，延长维护周期。
26.3、本技术提供的水下动力发生装置的桨叶的宽度自叶根固定端向所述叶顶自由端逐渐增大，叶顶自由端宽度大可接收更多的水冲击力，叶根固定端宽度小可将桨叶上接收的力矩集中，利于主动叶轮转动。
27.4、基于本技术提供的水下动力发生装置，本技术还提供一种动力系统，该动力系统以水下动力发生装置为动力发生源，通过水下动力发生装置实现发电供电，实现了水动力到电能的转化。
28.5、基于本技术提供的水下动力发生装置，本技术还提供一种动力系统，该动力系统以水下动力发生装置为动力输出源，外部机构在水下动力发生装置的动力驱动下可实现运动做功，实现了水动力到机械能做功的利用转化。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。应当理解，附图中所示的具体形状、构造，通常不应视为实现本技术时的限定条件；例如，本领域技术人员基于本技术揭示的技术构思和示例性的附图，有能力对某些单元(部件)的
增/减/归属划分、具体形状、位置关系、连接方式、尺寸比例关系等容易作出常规的调整或进一步的优化。
30.图1为一种实施例中本技术提供的水下动力发生装置在一种视角下的结构示意图；
31.图2为一种实施例中本技术提供的水下动力发生装置在另一种视角下的结构示意图；
32.图3为一种实施例中本技术提供的水下动力发生装置在再一种视角下的结构示意图；
33.图4为一种实施例中本技术提供的水下动力发生装置在一种俯视视角下的结构示意图；
34.图5为一种实施例中本技术提供的水下动力发生装置在一种侧视视角下的结构示意图。
35.附图标记说明：
36.1、固定基座；
37.2、水动力发生模组；21、传动主轴；22、主动叶轮；221、连接部；222、桨叶；23、支撑杆；231、轴承座；
38.a、水流方向。
具体实施方式
39.以下结合附图，通过具体实施例对本技术作进一步详述。
40.在本技术的描述中：除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本技术中的术语“第一”、“第二”、“第三”等旨在区别指代的对象，而不具有技术内涵方面的特别意义(例如，不应理解为对重要程度或次序等的强调)。“包括”、“包含”、“具有”等表述方式，同时还意味着“不限于”(某些单元、部件、材料、步骤等)。
41.本技术中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，通常是为了便于对照附图直观理解，而并非对实际产品中位置关系的绝对限定。在未脱离本技术揭示的技术构思的情况下，这些相对位置关系的改变，当亦视为本技术表述的范畴。
42.实施例一
43.现有太阳能、风能、潮汐能等可再生能源的利用转化实践中存在能源不稳定，应用受制于太阳直射时长、直射强度、风力大小、潮汐时间周期等自然因素的问题，导致投入了成本、设备后，应用转化时间不可控，设备停机或待机时间长，转化不能持续进行。除此之外，水能也是一种可进行转换的能源，比如现有水电站的水轮机，但水轮机要依靠水的落差势能，海岛、平原地势平坦，没有水的落差势能，就无法建水电站。因此，海岛、平原等地势平坦地区的水能亟待被开发利用。
44.为了解决现有技术中存在的问题，本技术提供一种水下动力发生装置。参见图1、图2及图3，该水下动力发生装置包括固定基座1及设置在固定基座1上的水动力发生模组2；水动力发生模组2包括传动主轴21、支撑杆23，以及沿传动主轴21的长度延伸方向依次间隔设置的若干个主动叶轮22；传动主轴21通过支撑杆23与固定基座1相连；主动叶轮22包括与传动主轴21固定连接的连接部221，以及以连接部221为中心呈放射状分布的多个桨叶222，
多个桨叶222均匀分布，桨叶222的叶片与传动主轴21的中心轴线形成夹角。应用时，传动主轴21及其上的主动叶轮22置于水下中水层，参见图4，传动主轴21的中心轴线与水流方向a平行。参见图3，传动主轴21上相邻两个主动叶轮22上的桨叶222错位设置，以使得穿过一个主动叶轮22的水流冲击至下一个主动叶轮22的桨叶222上，进而带动传动主轴21转动，传动主轴21形成外部设备的动力输入端。
45.本技术提供的水下动力发生装置通过支撑杆23固定在固定基座1上，防止传动主轴21在水流冲击下移动，保证传动主轴21上的主动叶轮22稳定可靠转动。进一步的，桨叶222的叶面与传动主轴21的中心轴线形成夹角，水流方向与传动主轴21的中心轴线平行，因此，桨叶222表面与水流方向形成夹角，当水流冲击桨叶222时，桨叶222表面在水流的冲击力作用下转动，进而带动传动主轴21转动。更进一步，传动主轴21上相邻两个主动叶轮22上的桨叶222错位设置，可避免水动力发生模组2上位置相对较后的主动叶轮22无法接受水流冲击，造成动力浪费。因此，本技术提供的水下动力发生装置可以在没有水落差势能的环境中应用，将水动力转化为可利用的机械能。
46.发明人经过实验测试后发现，桨叶222平面与传动主轴21的中心轴线的夹角优选45
°
～75
°
范围。参见图4，桨叶222平面与传动主轴21的中心轴线的夹角a的取值范围为45
°
～75
°
。
47.在一种实施例中，本技术提供的水下动力发生装置的传动主轴21为镀锌钢材质，重量较轻且可以适应水下环境，不易生锈耐腐蚀，可整体提升水下动力发生装置的使用寿命，延长维护周期。
48.在一种实施例中，本技术提供的传动主轴21及其上的主动叶轮22置于水下中水层，水下中水层的水流流速至少为30m/min。将其置于水下中水层可避免水上漂浮物、水下泥沙、石头等对装置的破坏，也解决了装置噪音问题。
49.在一种实施例中，桨叶222与连接部221相连的一端形成叶根固定端，另一端朝背离连接部221的方向延伸形成叶顶自由端。图1至图5中展示出来的桨叶的形状为长条形，桨叶的叶顶自由端的形状为弧线状，这仅是一种实施方式下的桨叶形状，在其他实施方式中，桨叶的叶顶自由端可以是直线状，整个桨叶的形状类似于梯形。
50.在一种实施例中，参见图3，桨叶222的宽度自叶根固定端向叶顶自由端逐渐增大。叶顶自由端宽度大可接收更多的水冲击力，叶根固定端宽度小可将桨叶222上接收的力矩集中，利于主动叶轮22转动。
51.在一种实施例中，参见图5，支撑杆23的一端与固定基座1相连，另一端形成轴承座231，传动主轴21与轴承座231适配安装。水动力发生模组2上至少包括两个支撑杆23，两个支撑杆23相对设置。进一步的，支撑杆23的轴承座231上安装有轴承，轴承套装在传动主轴21上，传动主轴21上设置有安装槽，安装槽形成对轴承的安装限位。
52.在一种实施例中，固定基座1设置在水下，固定基座1包括建设在水下的建筑基座，传动主轴21位于固定基座1上方。
53.在另一种实施例中，固定基座1设置在水上，固定基座1包括漂浮在水面上的浮座，浮座上设置有牵引机构，牵引机构与外部设备相连以实现对浮座的牵拉定位，传动主轴21位于固定基座1下方。
54.因此，本技术提供的水下动力发生装置通过水动力发生模组2实现水动力的转化，
水动力发生模组2通过主动叶轮22上的桨叶222接收水动力，且在水动力的作用下，带动传动主轴21转动，实现水动力到可利用机械能的转化。该水下动力发生装置可适应江河湖海中的平坦地段，置于水下中水层应用，在水流低速冲击下，实现动力叠加，最终输出可利用的机械能，实现了对平坦地段的水资源的利用转换。进一步的，本技术提供的水下动力发生装置结构简明易制作，加工难度低，降低了生产成本。
55.实施例二
56.本技术实施例提供一种水下动力发生装置，相比实施例一提供的水下动力发生装置，本技术提供的水下动力发生装置的支撑杆23上设置有高度调节件，高度调节件通过对支撑杆23的高度调节实现对传动主轴21的入水深度的调节。
57.在一种实施例中，高度调节件包括滑槽及锁止件，滑槽的一端与固定基座1相连，支撑杆23适配插接在滑槽中，且能够沿滑槽上下移动，当支撑杆23被移动至目标位置时，通过锁止件实现对支撑杆23的固定锁止；锁止件包括紧固螺栓，紧固螺栓的紧固端贯穿滑槽与支撑杆23紧固抵接，以实现对支撑杆23的锁定。
58.当然，高度调节件也可以设置为其他结构，可实现支撑杆23的长度伸缩即可，本技术实施例不再列举其他有类似功能的机械结构。
59.实施例三
60.基于上述的水下动力发生装置，本技术实施例提供一种动力系统。该动力系统包括上述的水下动力发生装置，以及与水下动力发生装置依次相连的发电装置、调压装置及用电装置等。水下动力发生装置的传动主轴21转动后可带动发电装置的线圈做切割磁感线运动，从而产生交流电，产生的交流电经调压装置调压稳流后输送至用电装置中。即通过水下动力发生装置实现发电供电，实现了水动力到电能的转化。
61.在一种实施例中，水下动力发生装置的传动主轴21可与行星齿轮组变速组合液压泵，可将泵站建在固定漂浮物上，或者岸上，再通过液压管连接泵站，通过可调液压马达驱动发电机以完成发电工作。
62.在一种实施例中，水下动力发生装置的传动主轴21可通过直接驱动方式或变速驱动方式驱动发电机发电，电力通过电缆传递到固定漂浮物上或是岸上的变电调压设备中，经变电调压设备调压稳流后，电力可通入用电设备中。
63.本技术提供的水下动力发生装置的桨叶222在流水冲击下带动传动主轴21转动，发明人实际测试后发现，流水冲击桨叶222后，水还具有动能，可继续冲击后续的主动叶轮22上的桨叶222，且一个传动主轴21上的相邻两个主动叶轮22上的桨叶222错位设置，因此，水流依次对传动主轴21上的多个主动叶轮22进行冲击，冲击过程中传动主轴21上聚集的动能叠加，将流水动能转化为传动主轴21的旋转动能，这个动能可以经过直驱、变速后转化为电能、液压能等，可用于抽水、发电、驱动设备等。
64.本技术提供的水下动力发生装置可置于江河、海洋中，固定后即可通过水流驱动主动叶轮22，进而驱使传动主轴21转动，使用时可通过传动机构等将动力传递给发电机。本技术提供的水下动力发生装置可将水的动能传递至桨叶222，以通过水动力高效转化发电。
65.实施例四
66.基于上述的水下动力发生装置，本技术提供一种动力系统，包括上述的水下动力发生装置，以及与水下动力发生装置相连的外部机构，水下动力发生装置的传动主轴21转
动后带动与其相连的外部机构动作；外部机构包括液压机构。区别于上述实施例三提供的动力系统，本实施例提供的动力系统将水下动力发生装置作为动力源实现了机械做功，外部机构在水下动力发生装置的动力驱动下可动作，实现了水动力到动能做功的利用转化。
67.在一种实施例中，与水下动力发生装置的传动主轴21相连的外部机构可以是液压抽水机构，液压抽水机构可在水下动力发生装置的动力支持下完成液压传动，执行抽水任务。
68.当然，利用本技术提供的水下动力发生装置对外部液压抽水机构供能，仅是本技术提供的水下动力发生装置的一种应用方式。鉴于本技术提供的水下动力发生装置可以将水动力转换为机械动能，因此，该水下动力发生装置还可以与其他机构相连，为其他机构提供动力，本实施例对此不再逐一列举。
69.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。
70.上文中通过一般性说明及具体实施例对本技术作了较为具体和详细的描述。应当理解，基于本技术的技术构思，还可以对这些具体实施例作出若干常规的调整或进一步的创新；但只要未脱离本技术的技术构思，这些常规的调整或进一步的创新得到的技术方案也同样落入本技术的权利要求保护范围。