技术领域
[0001] 本
发明涉及海流能供电领域，特别是关于一种能够利用海流能实现供电的水下监测仪。
背景技术
[0002] 海洋占据了全球71%的面积，天气预报、海事预警、海洋开发及海域监测都与海洋信息监测密切相关。开展海洋信息监测需要向海域中投放大量的监测仪。现有监测仪的用电功率通常较小，但是进行长期的实时监测，用电量大；另外，现有监测仪使用
蓄电池供电，由于其寿命有限需要定期更换，降低了整个监测仪系统的可靠性，鉴于海上交通运输、装配和更换存在
费用昂贵，受天气和海况影响大，偏远地区无法到达等特点，使用
蓄电池供电并不能很好地满足监测仪用电的长期需求和不间断监测的要求，甚至制约了监测仪投放
位置的选择。近年来，新
能源技术如
太阳能、
风能和海洋能发电技术等的发展，为海下监测仪的供电提供了新的解决方案，因此如果能够因地制宜地利用取之不尽用之不竭的可再生清洁能源，不但减轻设备维修更换的
频率和费用，而且能够满足远离陆地传感监测设备持续供电的用电需求。
[0003] 海洋底部存在的海流是海底监测网持续用电十分适宜的
能量来源，与其它新能源技术相比，海流发电装置可以固定在水下，工作环境相对稳定，受海上天气变化和海况影响小；由于监测系统所需的电功率较小，使用微型的海流发电就可以满足其用电的要求；另外，水流发电技术在内河
水电站上已得到了广泛应用且技术成熟可靠，开发适用于海洋环境的小型海流发
电机组的研发和制作成本低。综合以上两点及海洋能资源可再生和特殊的地理优势，小型海流能
发电机组的开发具有十分良好的应用前景，将成为未来海下监测仪器供电的发展方向。
发明内容
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单、可靠性好、发电效率高的海流能供电水下监测仪。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种海流能供电水下监测仪，其特征在于：它包括一回转支承、一
海流发电机组装置和一浮体；所述回转支承固定设置在海底，所述回转支承通过一支柱连接所述海流发电机组装置，所述海流发电机组装置连接漂浮于
海水中的所述浮体；所述海流发电机组装置包括一
灯泡贯流式水
力发电机组和一圆截面管状导流罩；所述灯泡贯流式水力发电机组包括有与所述支柱固定连接的灯泡体和设置在所述灯泡体尾部的
水轮机，所述灯泡体内设置有发电机、储能器和
电路控制设备；所述灯泡贯流式水力发电机组的外侧套设有具有特殊
流线型的所述 圆截面管状导流罩；所述圆截面管状导流罩包括一平直入口段、一中部收缩段和一出口扩散段，所述平直入口段由导流入口至所述灯泡体最宽处，管径保持不变；所述中部收缩段是由所述灯泡体最宽处至所述水轮机的
叶轮处，管径逐渐收缩；所述出口扩散段是由所述水轮机的叶轮至所述水轮机泄水锥尾部，管径缓慢增大。
[0006] 所述灯泡贯流式水力发电机组的尾端部设置一导流
尾翼，所述导流尾翼包括一细长杆和一方向
舵，所述细长杆的一端连接所述水轮机尾端部，所述细长杆的另一端连接所述方向舵，所述方向舵位于所述支柱的下游一侧，当入流与所述海流发电机组装置存在夹
角时，所述方向舵受水流冲击作用，形成回转力矩，推动所述海流发电机组装置在水平面内发生绕转，直至导流入口正对来流方向，当所述方向舵与水流方向同向，水流冲击力小时，转动停止；所述方向舵采用水平直立翼板。
[0007] 所述圆截面管状导流罩的上游迎流方向和下游尾部方向分别套设一拦污栅罩，所述拦污栅罩的头部设置为椭球状。
[0008] 所述浮体通过
电缆连接所述灯泡贯流式水力发电机组内的电路控制设备输出端，所述浮体上搭载有水声通讯设备、声呐探测器、水压
传感器、流速仪或水环境监测传感器。
[0009] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的灯泡贯流式水轮机的外侧套设有具有特殊流线型的圆截面管状导流罩，圆截面管状导流罩包括有平直入口段、中部收缩段和出口扩散段，平直入口段使管内水流稳定，流速均匀，与喇叭状开口导流罩相比，在导流罩增速比上有所损失，但是避免了导流罩开口背部回流形成漩涡，和由其引起的高脉动压力和
空化气蚀，对减弱结构振动，降低噪声，保持整体结构
稳定性有良好的作用；中部收缩段与管内灯泡体相结合，使管内流速增加，同时中部收缩段压强降低，对入流产生抽吸作用，增加入流量，有利于提高水能转换效率；导流罩出口扩散段简短，主要作用为平顺地引导尾水射流进入管外流域，在管外通过涡旋卷吸，质点掺混实现余能耗散，和长出口扩散段比，由于涡带在导流罩外流域，导流罩内
流体流态相对稳定，脉
冲压力幅值小，结构稳定，可靠性好。2、本发明由于将回转支承固定设置在海底，回转支承通过支柱连接海流发电机组装置，因此本发明采用座底式设计，装置位置稳定，和用锚系泊的漂浮装置相比，不会发生“走锚”以至丢失装置，另外海底环境（底床和水动力环境）稳定，不受海洋表面天气和海况的影响。3、本发明由于在灯泡贯流式水力发电机组的尾端部设置有导流尾翼，因此利用导流尾翼和回转支承使装置自动调整方向，使入口始终正对来流，能够最大效率地利用海流。4、本发明的圆截面管状导流罩的上游迎流方向和下游尾部方向分别套设拦污栅罩，拦污栅罩的头部设置为椭球状，因此可以有效拦截水中杂物，防止叶轮损坏，椭球头状拦污栅罩设计型式使所拦截的杂物在水流不断冲刷推移下被带走，避免杂物累积，堵塞进出水口。5、本发明采用灯泡贯流式水力发电机组，技术成熟，效率高， 适应大流量低
水头。6、本发明的浮体通过电缆连接灯泡贯流式水力发电机组内的电路控制设备，浮体上搭载有水声通讯设备、声呐探测器、水压传感器、流速仪或水环境监测传感器，因此可以与船基控制中心实现通讯，或海面监测仪实现通讯，确
定位置，并传输监测数据。本发明可以广泛应用于海流发电中。
附图说明
[0010] 以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
[0011] 图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
[0012] 下面结合附图和
实施例对本发明进行详细的描述。
[0013] 如图1所示，本发明的海流能供电水下监测仪包括一回转支承1、一海流发电机组装置2和一浮体3；回转支承1固定设置在海底，回转支承1通过一支柱4连接海流发电机组装置2，海流发电机组装置2通过缆绳51和电缆52连接漂浮于海水中的浮体3。
[0014] 海流发电机组装置2包括一灯泡贯流式水力发电机组21、一导流尾翼22、一圆截面管状导流罩23和两拦污栅罩24。灯泡贯流式水力发电机组21的尾端部设置导流尾翼22，用于调整入流与海流发电机组装置2之间的夹角，使海流发电机组装置2的入口始终正对来流，最大效率地利用海流；灯泡贯流式水力发电机组21的外侧套设有具有特殊流线型的圆截面管状导流罩23，圆截面管状导流罩23的上游迎流方向和下游尾部方向分别套设有拦污栅罩24。灯泡贯流式水力发电机组21为
现有技术，它包括有与支柱4固定连接的灯泡体211和设置在灯泡体211尾部的水轮机212，灯泡体211内设置有发电机、储能器和电路控制设备。
[0015] 圆截面管状导流罩23包括一平直入口段231、一中部收缩段232和一出口扩散段233，平直入口段231由导流入口至灯泡体211最宽处，管径保持不变，管径大小在此不作限定，可以根据实际应用进行设置；中部收缩段232是由灯泡体211最宽处至水轮机212的叶轮处，管径逐渐收缩，收缩程度在此不作限定，可以根据实际情况进行设置；出口扩散段233是由水轮机212的叶轮至水轮机212的泄水锥尾部，管径缓慢增大，增大程度在此不作限定，可以根据实际情况进行设置。
[0016] 在一个优选的实施例中，导流尾翼22包括一细长杆221和一方向舵222，细长杆221的一端连接水轮机212的尾端部，细长杆221的另一端连接方向舵222，方向舵222位于支柱4的下游一侧。当入流与海流发电机组装置2存在夹角时，方向舵222受水流冲击作用，形成回转力矩，推动海流发电机组装置2在平面内发生绕转，直至 导流入口正对来流方向；当方向舵222与水流方向同向，水流冲击力小时，转动停止。其中，方向舵222根据所需转向力矩确定，可以采用水平直立翼板，增加翼
板面积可以增加水流作用力，但是细长杆221容易因受力过大断裂，在翼板面积一定的情况下，通过调节细长杆221长度，也可以使导流尾翼22达到所需转动力矩。
[0017] 在一个优选的实施例中，拦污栅罩24用于阻拦水流中裹挟的杂物，隔离较大的海洋
生物，防止其被卷入到灯泡贯流式水力发电机组21内损坏水轮机212的叶轮，拦污栅罩24的头部可以设置为椭球状，椭球状可以使杂物随水流流走，避免杂物累积，堵塞进出水口。
[0018] 在一个优选的实施例中，浮体3通过缆绳51连接海流发电机组装置2，缆绳51起系泊作用；浮体3通过电缆52连接灯泡贯流式水力发电机组21内的电路控制设备输出端，用以输出调蓄后的稳定
电流；浮体3上可以搭载有水声通讯设备、声呐探测器、水压传感器、流速仪或水环境监测传感器，上述这些设备可以用于与船基控制中心或漂浮在海洋表面的监测仪进行数据信息通讯传输。
[0019] 本发明使用时，将回转支承1固定在海底，海流发电机组装置2通过支柱4联接回转支承1，通过导流尾翼22对入流与海流发电机组装置2之间的夹角进行调整，使灯泡贯流式水力发电机组21的入口始终正对水流，最大效率利用海流，当水流通过拦污栅罩24进入圆截面管状导流罩23的平直入口段231，受导流罩管壁约束作用，管径内紊流向核心区发展，流体通过紊流脉动、质点掺混发生动量交换，使离边壁不远处到管中心的绝大部分区域流速趋于均匀、稳定，与喇叭口状导流罩开口相比，在增速比上有所损失，但是平直入口段231设计使导流罩开口外表面不产生漩涡，避免了其所引起的高脉动压力，空化气蚀，振动和噪声等问题的产生，提高了整体结构的稳定性；当水流流经中部收缩段232后，由于过水面积减小，流速加快，同时压强降低，对平直入口段231管流产生抽吸作用，增加入流，有助于提高水能转换效率；水流推动水轮机转动后，流速减慢，但是仍有余能，内河水电站一般通过尾水管回收水流余能，需要较长的出口扩散段，此处海流发电机组装置处在流体环境中，故出口扩散段233仅从叶轮延伸至泄水锥尾部，尾水经泄水锥和导流罩出口扩散段引导，以淹没射流方式进入管外流体中，实现余能耗散，紊动发生在导流罩外水流下游，紊动对导流罩结构和内部流态影响小。
[0020] 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构和连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的
基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
