[發(fā)明專利]中心軸線式水力渦輪機

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980122384.1
• 申請日: 2009-04-14
• 公開（公告）號: CN102066667A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 提姆·科爾內(nèi)留斯;加里·坎貝爾;約翰·基爾;迪爾瓦·布拉克斯蘭;彼得·皮耶拉什
• 申請（專利權(quán)）人: 亞特蘭蒂斯能源有限公司
• 主分類號: E02B9/00
• 分類號: E02B9/00;F03B11/02;F03B3/12;F03B13/10
• 代理公司: 隆天國際知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 聶慧荃;潘培坤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通過水流產(chǎn)生可用能量的中心軸線式渦輪機(central?axis?water?turbine)。

背景技術(shù)

中心軸線式水力渦輪機通過使用水流來向渦輪機供能而從水流中獲取動力，并產(chǎn)生其它可用形式的動力。中心軸線式水力渦輪機的設(shè)計受到使用氣流來向渦輪機供能的風(fēng)力渦輪機的影響。渦輪葉片傳統(tǒng)上為直葉片，這些葉片垂直于渦輪機的中心軸線，沿徑向向外延伸。

盡管風(fēng)力渦輪機和水力渦輪機都是通過流體在渦輪葉片上的流動來產(chǎn)生動力，但是穿過渦輪機并流過葉片的水流與氣流的特性之間存在顯著差異。

由于上述的以及其它的原因，公知的中心軸線式水力渦輪機在典型的水流條件下并不能提供最佳的可用功率輸出。

本發(fā)明力求改進上述的一個或多個缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提出了一種中心軸線式水力渦輪機，其包括：

渦輪機本體，其具有一中心軸線；

轉(zhuǎn)子，其安裝在渦輪機本體上，繞該中心軸線旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)子包括支撐多個葉片的中心轂(central?hub)，各葉片均從安裝于該轂上的葉根延伸至葉梢；

由該轉(zhuǎn)子驅(qū)動的發(fā)生器(發(fā)電機)；以及

殼體，其包圍該轉(zhuǎn)子并適于將水流導(dǎo)向上述葉片；

其中，上述葉片從葉根至葉梢以與垂直于該中心軸線的平面成約1°到20°的傾斜角向后斜張。

優(yōu)選的是，殼體從轉(zhuǎn)子前方的前開口至鄰近渦輪機本體的較窄的喉部收斂。

優(yōu)選的是，上述葉片從葉根至葉梢以與垂直于該中心軸線的平面成2°至10°、更優(yōu)選地為4°至6°的傾斜角向后斜張。更優(yōu)選的是，上述葉片以從垂直于該中心軸線的平面傾斜約5°的傾斜角向后斜張。

轉(zhuǎn)子優(yōu)選地包括頭錐體，該頭錐體安裝在轉(zhuǎn)子的前部以減小作用于該轉(zhuǎn)子上的阻力(drag)并減弱通過殼體的湍水流。

優(yōu)選的是，頭錐體是中空的，以便為諸如控制系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)或者用于輔助系統(tǒng)乃至主系統(tǒng)的儲存器提供空間。

在優(yōu)選的實施例中，發(fā)生器與轉(zhuǎn)子容放在一起，該發(fā)生器適于通過該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電力。優(yōu)選的是，該發(fā)生器直接連接至一軸。優(yōu)選的是，該發(fā)生器通過花鍵連接裝置連接至該軸。

優(yōu)選的是，發(fā)生器由轉(zhuǎn)子直接驅(qū)動，該布置方式可能適合于諸如多極發(fā)電機或高極發(fā)電機(high-pole?electric?generator)等選定的發(fā)生器所要求的輸入速度。然而，在一些布置方式中，可能適于將一齒輪箱(變速箱)連接至軸或發(fā)生器，從而將該軸輸入到該發(fā)生器的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合于其它類型的發(fā)生器的轉(zhuǎn)速。

葉片可以具有諸如機翼形、漸縮形或梯形、矩形、平行、彎曲形或扭曲形狀等任何截面形狀。在優(yōu)選的布置方式中，上述機翼形是NACA?4412系列的截面形狀。

此外，應(yīng)當(dāng)明白的是，葉片可具有任何適合的形狀，而且與葉片斜度角(rake?angle)為0°(即，無斜度或無傾斜)的同類渦輪機相比，向下游或向后的1°至20°的傾角或斜度角能夠增大具有合適殼體的中心軸線式渦輪機的功率輸出。

優(yōu)選的是，設(shè)置支撐柱來支撐轉(zhuǎn)子和發(fā)生器。優(yōu)選的是，支撐柱是中空的，以提供管道或存儲器。在一種布置方式中，支撐柱在轉(zhuǎn)子與發(fā)生器之間大致沿徑向延伸。在優(yōu)選實施例中，支撐柱的位于發(fā)生器的一端被安裝成使得支撐柱大體上沿發(fā)生器的切線方向延伸。這是為了改善發(fā)生器與殼體之間的轉(zhuǎn)矩傳遞，有助于減輕支撐柱的重量。此外，該優(yōu)選布置方式的一個優(yōu)點在于，由于在使用時，沿切線方向安裝的支撐柱不會完全處于徑向安裝的葉片之后，或者說不會被徑向安裝的葉片完全“遮擋”，所以減小了作用于支撐柱上的疲勞荷載。

優(yōu)選的是，設(shè)置制動器，用以阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選的是，該制動器是失效保護機構(gòu)。優(yōu)選的是，在使用時，當(dāng)向制動元件施加動力時，制動促動器(braking?actuator)使該制動元件保持為克服一促動力而遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子。在使用時，當(dāng)從制動促動器去除動力時，該促動力(其可以為來自彈簧或者利用其它類型的適當(dāng)推動力)克服該制動促動器的力，使該制動元件作用于轉(zhuǎn)子，從而使該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)減慢或停止。

優(yōu)選的是，在葉根處設(shè)置套靴(boot)或插塞以覆蓋任何間隙、凸起或螺栓頭等物，以使該區(qū)域內(nèi)的干擾最小化。

優(yōu)選的是，殼體限定了一具有流動限制部的流道。有利的是，該布置方式提高了通過該流道的液體在該流道的限制部分處相對于該流道的未受限部分的流速。該流動限制部優(yōu)選地包括文氏管，該文氏管可形成該流道的一部分或全部。特別地，該文氏管可包括發(fā)散-收斂-發(fā)散型文氏管，其從該流道的任一端處的開口朝向該流道的內(nèi)部漸縮。