[發明專利]一種自動適應來流方向的潮流能水輪機

在審

• 申請號: 201510095264.4
• 申請日: 2015-03-04
• 公開（公告）號: CN104747362A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 覃大清;趙越;侯衛松;劉永新;張銳;劉云彰;李正東
• 申請（專利權）人: 哈爾濱電機廠有限責任公司
• 主分類號: F03B13/26
• 分類號: F03B13/26;F03B15/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域：本發明涉及一種自動適應來流方向的潮流能水輪機

背景技術：目前世界各國都在大力開發海洋能，潮流能是海洋能中比較容易開發的一種能源，水平軸潮流能水輪機是開發利用潮流能的一種主要形式，其主要特點是主軸方向和水流方向平行。由于潮流具有周期性往復流動的特點，為了提高利用率，需要潮流能水輪機能夠雙向運行，目前主要通過輔助換向裝置、采用雙向葉片以及調節葉片角度等方法來解決這個問題，如果潮流能水輪機能夠依靠自身的受力，自動適應水流的方向，那么將可以簡化潮流能水輪機的設計，降低產品的成本，提高裝置的可靠性。本發明中的潮流能水輪機能夠在沒有其它裝置的輔助下，自動適應水流的方向，結構簡單，可靠性高。

發明內容：本發明的目的是公開一種自動適應來流方向的潮流能水輪機。本發明的技術方案為：潮流能水輪機的葉輪(1)通過主軸(2)和發電系統(3)相連，葉輪(1)安裝于機艙(4)的后方，發電系統(3)和主軸(2)固定于機艙(4)內部，機艙(4)通過支柱(5)連接在支撐平臺(6)上，支撐平臺(6)和支柱(5)之間使用柔性機構連接。

工作原理：潮流能水輪機運行時需要正對水流的方向才能達到最優的工作狀態。一旦來流偏離原來的方向，就會出現圖4所示的情況，如果水輪機組可以在圖4平面中自由旋轉，由于葉輪(1)受到一個如圖示方向的F的作用，此時水輪機會受到一個力矩作用，在該力矩的作用下，水輪機組以支柱(5)為中心旋轉，能夠迅速恢復到和水流方向一致的狀態。出現繞流時，水輪機組在繞流的作用下旋轉，偏離原來的方向，繞流經過后，還是會呈現和圖4相同的狀況，水輪機組最終還能恢復到和水流方向一致的狀態。潮流是周期性往復流動的，當水流反向時，如圖5所示，葉輪(1)的受力F反向，理想狀態下此時力F的作用線通過支柱(5)的中心，但是這是一種極其不穩定的狀態，一旦水輪機和水流的方向出現輕微偏離，便會產生力矩，推動水輪機旋轉，直到水輪機旋轉到和水流方向一致的狀態。本發明中的潮流能水輪機處于最穩定的狀態，在水流方向發生變化時，能夠利用水流的作用力，自動對準水流的方向。

與常規潮流能水輪機相比，本發明中的潮流能水輪機具有以下優點：

1)水平軸潮流能水輪機的主軸需要和水流方向一致，才能達到最優工作狀態。常規潮流能水輪機和水流方向不一致時如圖3所示，由于水輪機主軸和水流方向存在偏差，會產生如圖示方向的力矩，使二者的偏差逐漸加大，這種水輪機結構的穩定性不好。本發明中的潮流能水輪機和水流方向不一致時如圖4所示，水輪機所受力矩會使二者的偏差逐漸減小，因此這種結構的水輪機具有自動適應來流方向的能力。

2)常規潮流能水輪機的主軸主要承受壓力，長時間工作后主軸容易產生撓度，降低主軸傳遞的效率，并可能導致失穩。本發明中的潮流能水輪機的主軸主要承受拉力，不易出現上述問題，有利于水輪機長時間穩定工作。

3)水流經過水輪機后會產生旋轉的尾流，尾流的速度有可能很大，而且不穩定。常規潮流能水輪機如圖3所示，水流經過葉輪產生的尾流會作用在水輪機的支柱上，這種載荷隨時間無規則變化，極端情況下會出現很大的載荷，容易對支柱產生破壞。本發明中的潮流能水輪機如圖4所示，支柱位于葉輪前方，不會受到尾流的影響，有利于支柱的穩定。

4)如果支柱是自由旋轉的結構，那么本發明中的潮流能水輪機在水流的作用下能夠實現自動轉向的功能，達到潮流能水輪機雙向運行的目的。避免單獨設置水輪機的轉向機構，也不需要以犧牲效率為代價采用能夠雙向運行的葉片形式。

附圖說明：

圖1為常規水平軸潮流能水輪機結構

圖2為本發明中水平軸潮流能水輪機結構形式

圖3為常規水平軸潮流能水輪機方向出現偏差時受力分析

圖4為本發明的水平軸潮流能水輪機方向出現偏差時受力分析

圖5為本發明的水平軸潮流能水輪機在水流反向時的受力分析

具體實施方式：

常規潮流能水輪機葉輪1，如圖3所示，安裝在機艙的前方，當主軸2方向和水流不平行時，葉輪的受力F也會使機組產生一個順時針方向的轉矩，促使機組旋轉到圖3中虛線的位置，此時水輪機和水流偏差的角度比原來更大，水輪機的效率降低，受到的力矩也變大，促使水輪機繼續向偏離水流的方向轉動，因此常規潮流能水輪機沒有自適應來流的能力。