本发明专利技术公开了一种海上水轮发电机和深海半潜式养殖平台的集成装置，包括水轮发电机和深海半潜式养殖平台。水轮机与养殖平台浮管通过两根固定吊杆进行连接，水轮机轮毂两端与固定吊杆刚性连接，轮毂两端均增加整流帽以降低对流体阻尼。固定吊杆与浮管通过螺栓将吊杆固定于突起固定板以实现连接。浮管内部注水后，浮架水平浮管内的水随波浪运动通过竖直浮管而产生往复晃荡运动，水轮发电机的叶片在水流载荷作用下旋转，带动齿轮传动，即达到发电机需要的转速。另外养殖平台圆柱形浮管为水轮机提供了天然导流罩，增大了水轮发电机叶片转动力矩，同时提高了海洋空间利用效率，降低了外部因素对发电系统的损害。部因素对发电系统的损害。部因素对发电系统的损害。
【技术实现步骤摘要】
一种海上水轮发电机和深海半潜式养殖平台的集成装置
[0001]本专利技术属于海洋工程和水产养殖工程
，尤其涉及一种海上水轮发电机和深海半潜式养殖平台的集成装置。
技术介绍
[0002]海水养殖是人类获取优质蛋白的重要途径，然而浅海养殖造成了严重的环境污染，导致水产品质量下降。利用深海优质海水资源进行水产养殖，是我国提高水产品质量、满足消费者需求、增强出口能力的重要途径。
[0003]深海半潜式养殖平台(请见图1)作为一种先进的海上水产养殖装备，为开发利用深蓝渔业资源提供了重要支撑。深远海渔业养殖设计鱼饲料处理系统、死鱼回收系统、活鱼捕捞输送系统、鱼群状态实时监控系统、海洋环境监测与调节系统、集成自动化控制系统等设备，均需要大量电能来实现无人值守管理。电力供应是限制海洋渔业养殖向深远海发展的主要瓶颈问题，开发波浪能与深海半潜式养殖平台的集成系统，具有极大的潜力和实际应用价值。
[0004]目前已有研究者提出了多种将发电装置应用于水产养殖装置的设计方案。例如：有人提出将海上风机与贝类养殖装置相结合，通过利用海洋天然的海风资源，将风能转化为电能，为贝类养殖装置提供所需电力。但此技术浪费了大量海洋空间，同时海上风机过于昂贵，且安装与运输过程繁杂，经济性不高；也有研究人员提出，在筏式养殖装置底部安装水轮机，利用水轮机将波流能转化为电能为养殖装置发电。此技术不能够很好的把握波流流动方向，需要人为操控致使水轮机转向，过程繁琐且浪费人力资源，并且水轮机暴露在外，容易受到外部环境损害。因此，上述方案通用性较弱，本技术解决了上述两项研究的缺点，展现了较强的实用性。
技术实现思路
[0005]针对以上现有的技术不足，本专利技术提出了水轮发电机和深海半潜式养殖平台的集成装置，通过将两台水轮机置于养殖平台浮管的内部，浮管内部注水后即可实现晃荡带动水轮机转动，进而发电。这种集成结构的应用显著降低了外部环境对于水轮机结构的损害。浮管的导流罩作用也显著增加了波浪能向动能乃至电能的转化率。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种海上水轮发电机和深海半潜式养殖平台的集成装置，主要由两台水轮发电机4与深海半潜式养殖平台组合而成；所述水轮发电机4为水平轴式水轮发电机；所述深海半潜式养殖平台主要由方形浮架1、网衣2、压舱块7和吊绳 6组成，每台水轮发电机4与深海半潜式养殖平台通过两根固定吊杆9进行连接；
[0008]固定吊杆9一端直接与轮毂11刚性连接，另一端设有螺栓孔，固定吊杆9 通过螺栓13与水平浮管3内表面的两个突起固定板12实现连接；
[0009]浮架主要由水平浮管3、竖直浮管5和方形浮架组成；四个竖直浮管5与四个水平浮
管3对应相连形成底部框架，方形浮架1安装底部框架上；水轮发电机4安装在方形浮架1的水平浮管3内，水平浮管3内注入海水，四个竖直浮管5与四个水平浮管3相通，水位可达到竖直浮管5，当整个浮架在海浪的作用下产生运动时，浮管内的水就会通过竖直浮管5实现往复晃荡运动，从而带动水轮发电机4的叶片转动，进行发电，为整个半潜式养殖平台系统提供电能；
[0010]深海半潜式养殖平台系统工作方式为：网衣2由浮架支撑并由压舱块7通过吊绳6固定于底部框架下方，提高了网箱抗风浪能力并增大了养殖装置的空间利用率；同时，压舱块7可防止网箱在潮流和网内鱼群的作用下大幅度运动，避免系统结构损坏；养殖系统的电力供应全部由水轮发电机来承担。
[0011]所述的水轮发电机4包括4个叶片、齿轮变速箱、调速机构、发电机(内置于轮毂11)；叶轮的输出端通过主轴和齿轮变速箱的输入端相连，以增大转速，齿轮变速箱的输出端经调速机构使输出的速度均匀，调速机构与发电机相连。
[0012]所述水轮发电机叶片个数应为四个。由于浮管直径与流速有限，叶片过少难以达到水轮机转动所需力矩；叶片过多会阻碍流体流动速度，同样降低波浪能-动能转换率。
[0013]所述固定吊杆9固定吊杆为2根或4根平均分布于两端轮毂11，过少不足以支撑水轮机重量，过多浪费资源且增大流体流动阻力；固定吊杆9在突出固定板12以下采用长方体、圆柱体结构，圆柱形结构表面圆滑，对于流体阻尼作用相对较小。
[0014]所述两台水轮发电机4分别位于浮架底部两侧水平浮管3中心位置，水轮发电机4距离过近会增大两者间相互作用，降低转化效率。
[0015]所述轮毂11两端均采用整流帽设计。整流帽亦为圆滑结构，同样可以降低阻尼提高波浪能。
[0016]平均水位至少高于水轮机顶端叶梢处。流体质量可以增大流体总动能，进而为水轮机增加转动力矩，水位高度可到达数值浮管。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018](1)本专利技术将水轮发电机和深海半潜式养殖平台集成使用，通过将水轮机至于养殖平台内部，提升了海洋空间的利用效率，同时降低了水轮机对外围流场与鱼群的干扰。
[0019](2)本专利技术采用水平轴式水轮发电机，将其置于浮管内部，浮管有效的充当的导流罩的作用，迫使流向沿垂直于水平轴式水轮机盘面方向流动，增加了流体动能利用率。
[0020](3)本专利技术将海洋环境对养殖平台带来的不稳定性转化为了电能，反过来浮管内流体存在增大了结构重量，增加了平台稳定性，水轮机的存在又降低了浮管内部流体的晃荡响应，再次提高了结构的稳定性；养殖人员还可根据海况条件，设置不同浮管水位以应对不同的海况。
[0021](4)固定吊杆安装与浮管内部，所需长度较短，节省了加工材料。
附图说明
[0022]图1是联合系统效果示意图。
[0023]图2是水轮机模型。
[0024]图3是水轮机、吊杆与浮架作用效果图。
[0025]图4是吊杆与浮架连接细节。
[0026]图5是水轮机周围混合网格截面图。
[0027]图6是水轮机非结构面网格示意图。
[0028]图7是浮架晃荡速度云图。
[0029]图8是水轮机周围压力与速度云图。
[0030]图9是水轮机页片压力与速度云图。
[0031]图10是水轮机所处水平浮管速度分布曲线。
[0032]图中：1方形浮架；2网衣；3水平浮管；4水轮发电机；5竖直浮管；6吊绳；7压舱块；8叶片；9固定吊杆；10整流帽；11轮毂11；12固定板；13螺栓。
具体实施方式
[0033]下面结合附图对本专利技术进行进一步地描述。如图1-10所示，采用本专利技术实现一种海上水轮发电机和深海半潜式养殖平台的集成装置，具体过程如下：
[0034]图1-4为结构模型设置图：如图1所示，建立了两台水轮发电机与半潜式养殖平台的集成模型，浮架1由若干骨架与浮管组装而成，为整个集成系统提供支撑与浮力，网衣2围绕浮架一周，底部通过吊绳6与压舱块7连接，增大了养殖空间；如图2所示，为四叶片水轮机模型；如图3、4所示，展示了水轮机、浮管与固定吊杆作用效果和连接细节，水轮发电机4通过固定吊杆9与水平浮管3内突出固定板12相连，三者通过螺栓1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种海上水轮发电机和深海半潜式养殖平台的集成装置，其特征在于，该海上水轮发电机和深海半潜式养殖平台的集成装置主要由两台水轮发电机(4)与深海半潜式养殖平台组合而成；所述水轮发电机(4)为水平轴式水轮发电机；所述深海半潜式养殖平台主要由浮架、网衣(2)、压舱块(7)和吊绳(6)组成，每台水轮发电机(4)与深海半潜式养殖平台通过两根固定吊杆(9)进行连接；固定吊杆(9)一端直接与轮毂(11)刚性连接，另一端设有螺栓孔，固定吊杆(9)通过螺栓(13)与水平浮管(3)内表面的两个突起固定板(12)实现连接；浮架主要由水平浮管(3)、竖直浮管(5)和方形浮架(1)组成；四个竖直浮管(5)与四个水平浮管(3)对应相连形成底部框架，方形浮架(1)安装底部框架上；水轮发电机(4)安装在方形浮架(1)的水平浮管(3)内，水平浮管(3)内注入海水，四个竖直浮管(5)与四个水平浮管(3)相通，水位可达到竖直浮管(5)，当整个浮架在海浪的作用下产生运动时，浮管内的水就会通过竖直浮管(5)实现往复晃荡运动，从而带动水轮发电机(4)的叶片转动，进行发电，为整个半潜式养殖平台系统提供电能；深海半潜式养殖平台系统工作方式为：网衣(2)由浮架支撑并由压舱块(7)通过吊绳(6)固定于底部框架下方，提高了网箱抗风浪能力并增大了养殖装置的空间利用率；同时，压舱块(7)可防止网箱在潮流和网内鱼群的作用下大幅度运动，避免系统结构损坏；养殖系统的电力供应全部由水轮发电机来承担。2.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：许条建，王森，马玉祥，施伟，杨帆，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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