[發明專利]一種螺旋葉豎軸潮流水輪機

在審

• 申請號: 201310598492.4
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103644067A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 王熙;胡志平;馮鋼聲;李莉萍;穆顯勇;全風云
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網新源控股有限公司;湖北白蓮河抽水蓄能有限公司
• 主分類號: F03B13/00
• 分類號: F03B13/00
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所 42214
• 代理人: 周宗貴;劉榮

技術領域

本發明提供了一種利用潮流能發電的水輪機，尤其涉及一種螺旋式豎軸水輪機，屬于水力發電技術領域。?

背景技術

潮流能作為可再生能源的重要組成部分，不僅對能源供應系統起到有效的補充作用，而且有利于生態保護以及環境治理。開發潮流能，大力發展可再生能源既是未來能源貯備的戰略需要，也是解決局部地區能源供應短缺的具體措施。潮流能水輪機是獲取潮流能的常用裝置，它將潮流能轉化為水輪機的動能，進而帶動發電機做功。目前國外潮流發電技術發展迅速，而我國對于相關課題的研究尚處于起步階段。?

相對于其他水力發電裝置，潮流能水輪機所需要的能量轉化裝置的尺寸較小，對于百kW級裝機容量的機組而言，尺寸通常在數十米左右。小尺寸通常具有很多便利，一是使用靈活，加工制作方便，拼裝組合可以在較短時間內完成；二是可以通過單機小裝機容量的裝置并聯或者串聯得到大規模的裝機容量；三是對海洋或者內陸河流的生態環境影響較小。正因為上述優點，目前國外潮流發電技術發展迅速。我國潮流能能量密度較高，較世界其他潮流能資源最好的區域并不遜色，同時開發和利用條件優越，潛力巨大。?

目前本領域內所采用的水輪機主要分為水平軸式水輪機和豎軸式水輪機，長期以來，由于人們普遍認為豎軸水輪機的葉尖速比不可能大于1，能量利用率低于水平軸水輪機，因而導致豎軸水輪機長期得不到重視。隨著科學技術的不斷發展以及人類認知水平的不斷提高，人們逐漸認識到阻力型水輪機的葉尖速比不能大于1，而升力型水輪機的葉尖速比不僅能達到1甚至可以到達到6左右，并且其平均能量利用率也不低于水平軸水輪機。近年許多科研機構將注意力集中在了對豎軸水輪機的研究上，并且取得了極大發展。現在，科研工作者逐漸認識到豎軸水輪機相對于水平軸更為先進，由于豎軸式水輪機的安裝軸垂直與來流水流，因此其轉子的轉動方向與來流方向無關，所以豎軸式水輪機越來越普及，豎軸式水輪機中最具代表性的為意大利Ponte?di?Archimede公司設計的三葉片Kobold水輪機，其轉子半徑為3m，葉片展向方向的長度為5m，葉片弦長為0.4m，當來流速度為2m/s時最大功率可達40kW。雖然實驗和CFD模擬表明，當Kobold的轉子上安裝四個葉片時，此時水輪機的水力性能最優，但是考慮到裝置的穩定性和制造成本，優先采用三葉片形式。Kobold水輪機中雖然葉片的固定安裝角方式簡化了轉子?的結構，但不利于最大限度的利用能量，因此該型式的水輪機效率偏低，平均能量轉化效率約為23%。?

發明內容

本發明提供了一種螺旋葉豎軸潮流水輪機，解決了上述背景技術中的不足，該水輪機具有能量利用率較高，不易受來流方向影響，自啟動性良好，結構構造簡單，對水體環境影響較小等突出優點。?

實現本發明上述目的所采用的技術方案為：?

一種螺旋葉豎軸潮流水輪機，至少包括轉軸以及葉片，轉軸豎直安裝，轉軸的內部設有定子，轉軸的外部為轉子，當轉軸轉動時定子繞轉子旋轉而產生電能；轉軸的頂端和底端均水平設有三根長度相同的連桿，分別為上連桿和下連桿，上連桿與下連桿之間的垂直高度為0.6米，所述的上連桿的橫截面為翼型，上連桿以轉軸為中心呈發射狀分布，且三根上連桿中兩兩之間的夾角均為120°，下連桿的形狀及分布均與上連桿相同，且下連桿與上連桿的位置上下對應；所述的葉片設有三片，葉片均采用NACA0018對稱翼型，葉片呈螺旋狀，其旋轉半徑為0.8-1.0米，葉片的弦長為0.18-0.24米，葉片的豎直高度為0.9米，葉片的包角為120°；葉片的頂部和底部分別固定在上下位置不相對應的上連桿和下連桿上。?

所述的連桿的翼型為NACA0012翼型，翼型弦長0.1米，連桿的長度為0.6米。?

作為優選，所述的葉片的旋轉半徑為0.8米，葉片的弦長為0.18米。?

與現有技術相比，本發明提供的螺旋葉豎軸潮流水輪機有以下優點：1、本發明提供的螺旋葉豎軸水輪機在來流為2m/的情況下，最大飛逸角速度為4.36rad/s，最大功率可達2kW，最大能量利用率為30.3%。在此基礎上適當調整葉片的安裝半徑和葉片的弦長，可以獲得大出力、高能量利用率的豎軸水輪機。2、本發明提供的螺旋葉豎軸潮流水輪機具有尺寸小巧，使用靈活，可通過并聯或串聯單機小裝機容量的裝置得到大規模的裝機容量，對海洋和內陸河流的生態環境影響較小。?

本發明所提供的螺旋葉豎軸水輪機較直葉型豎軸水輪機有優越的水力特性，因此具有良好的應用及科研價值。?

附圖說明

圖1為本發明所提供的螺旋葉豎軸潮流水輪機的結構示意圖；?