一种低成本的水下动力发生装置、动力系统的制作方法

本技术涉及能源机械，尤其涉及一种低成本的、结构简洁可靠的、使用寿命长的水下动力发生装置及由该水下动力发生装置构成的动力系统。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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，地势平坦、没有水落差势能或低水落差势能，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。

5、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。

技术实现思路

1、本技术提供一种低成本的水下动力发生装置、动力系统，用以解决水轮机无法适应没有水落差势能或低水落差势能的环境，导致低水落差势能的江河湖海水资源无法利用转化的问题。

2、为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、一方面，本技术提供一种低成本的水下动力发生装置，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放射状叶片组；所述放射状叶片组包括多个放射状连接在传动主轴上的桨叶；所述桨叶与传动主轴相连的一端形成叶根端，所述桨叶另一端背离传动主轴延伸形成叶顶端，从叶根端至叶顶端所述桨叶的叶面逐渐发生扭转，使得一部分叶面与所述传动主轴的中心轴线形成夹角，另一部分叶面与所述传动主轴的中心轴线平行；

4、所述传动主轴通过支撑杆与固定基座相连；所述传动主轴及其上的放射状叶片组置于水下中水层，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放射状叶片组中的桨叶错位设置，以使得穿过一个所述放射状叶片组的水流冲击至下一个放射状叶片组中的桨叶上，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。

5、上述技术方案进一步的，所述桨叶发生扭转后，至少有一部分叶面与所述传动主轴的中心轴线的夹角的角度范围为45°～75°；所述传动主轴上的各个桨叶的形状一致。

6、进一步的，一个所述桨叶上，与所述传动主轴的中心轴线平行的部分叶面靠近所述桨叶的叶根端。

7、进一步的，若干个所述水动力发生模组在所述固定基座上依次串联设置。

8、进一步的，所述传动主轴为柱状镀锌钢主轴。

9、进一步的，水下中水层的水流流速至少为30m/min。

10、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。

11、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；或，所述固定基座包括设置在水下的悬浮座，所述悬浮座上设置牵引锚点，外部机构通过牵引锚点对所述悬浮座牵拉定位；所述悬浮座被与其相连的外部机构牵引的保持在水下，或，所述悬浮座被与其相连的外部机构牵引的浮上水面。

12、进一步的，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。

13、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。

14、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。

15、另一方面，基于上述的低成本的水下动力发生装置，本技术提供一种动力系统，其包括上述的低成本的水下动力发生装置，以及与该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；

16、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用电装置中。

17、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转动后带动与其相连的外部机构动作，传动主轴用以将水动力转换为驱动外部机构动作的机械能。

18、进一步的，外部机构包括液压抽水机构，液压抽水机构的动力端与传动主轴相连。

19、相比现有技术，本技术具有以下有益效果：

20、1、本技术提供的低成本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放射状叶片组，放射状叶片组包括多个放射状连接在传动主轴上的桨叶，从叶根端至叶顶端桨叶的叶面逐渐发生扭转，使得一部分叶面与传动主轴的中心轴线平行，另一部分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，桨叶上的部分叶面与水流方向形成夹角，部分叶面与水流方向平行，当水流冲击桨叶时，形成夹角的部分叶面承受水流冲击，与水流平行的部分叶面可以降低水阻，共同作用下使得桨叶在水流的冲击力作用下顺畅转动，进而带动传动主轴转动，除此之外，水动力发生模组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，保证传动主轴稳定、桨叶可靠转动；再者，传动主轴上相邻两个放射状叶片组中的桨叶错位设置，以使得自一个放射状叶片组中相邻两个桨叶之间的间隙穿过的水流冲击至下一个放射状叶片组中的桨叶上，避免一个水动力发生模组上位置相对较后的放射状叶片组中的桨叶无法接受水流冲击，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低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，整体结构简明、制作成本低且制作难度低。

21、2、本技术中构成放射状叶片组的桨叶直接连接在传动主轴上，制作时可以与传动主轴一体成型制作，简化生产过程；除此之外，桨叶直接连接在传动主轴上可使得叶根部聚集的力矩直接作用在传动主轴上，利于带动传动主轴转动。

22、3、本技术提供的低成本的水下动力发生装置的固定基座主要用以固定传动主轴，保证传动主轴稳定转动，若固定基座设置在水下，则可以通过外部机构牵引设置在水下的悬浮座，悬浮座上设置能和外部机构连接固定的牵引锚点，当装置正常工作时，固定基座被牵引的稳定在水下，当需要维修时，可以通过操作外部机构将悬浮座浮上水面，方便维修，将悬浮座浮上水面还可避免水下自然灾害等其他特殊情况。

23、4、本技术提供的低成本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。

24、5、基于本技术提供的低成本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。

25、6、基于本技术提供的低成本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。