[發明專利]一種基于雙轉輪的潮流能水輪機

在審

• 申請號: 201710880362.8
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107829873A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 鄭源;臧偉;李東闊;張玉全
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: F03B13/26
• 分類號: F03B13/26;F03B3/12;F03B3/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 吳樹山

技術領域

本發明屬于流體機械及水電工程設備技術領域，特別是涉及一種基于雙轉輪的潮流能水輪機。

背景技術

當今世界各國把開發水電放在了能源開發的優先位置。我國水能資源總量十分豐富，不僅有中、高水頭資源，而且還有約0.8～1.0億千瓦的低水頭資源(含潮流能)，開發利用新能源特別是開發利用海洋能源發電具有極大的發展潛力。海流能發電是依靠海潮流的沖擊力使水輪機高速旋轉，然后帶動發電機發電，不需要較高水頭來創造初始壓力，僅依靠海潮流的流速就能實現發電，其經濟價值十分顯著。

水輪機葉輪作為海潮流發電機組最為關鍵的部件之一，葉輪的性能直接影響著整個機組的性能，其制造成本也占到了整個發電機組的20％左右。傳統的低微水頭水輪機的葉輪葉片一般采用不對稱扭曲貫流式葉片，而海潮流能發電水輪機大多借鑒風機葉片，兩者適用條件及運行范圍不同，葉輪結構復雜，制造成本較高，且運行效率較低。

中國專利申請201310496139公開了“一種海流能發電具有導流罩的水輪機葉輪”，該方案包括轉軸和輪轂以及安裝固定在輪轂上的葉片，所述轉軸、輪轂以及葉片均置于葉輪室內，葉輪室兩端分別為進水側和出水側，水流從進水側沿軸向流向出水側，輪轂采用球面形，方便葉片的安裝于固定，從而提高葉片的做功能力。但該方案還存在以下不足：一是導流罩結構簡單，不能起到較好的聚能作用，直接影響經濟性能；二是屬于單級海流能水輪機，利用海流能發電的效率較低。

中國專利申請201310496522.0公開了一種海流能發電具有導流罩的水輪機雙向葉輪，包括安裝在葉輪室內的轉軸和輪轂以及安裝固定在輪轂上數量為5～7個的“S”型葉片；葉輪室兩側分別為進水側和出水側；正向發電時，水流經過導流罩從進水側沿軸向流向出水側，反向發電時，水流則是通過出水側軸向流向進水側。雖然該方案在雙向流動的海流下，能夠高效地轉化海流動能，但還存在以下不足：一是屬于單級海流能水輪機，利用海流能發電的效率較低；二是水輪機葉片設計仍然屬于傳統的設計理論，翼型過于簡單，不能很好的利用流經轉輪的水體能量。

中國專利申請201210342709公開了“帶導流罩式橢圓軌跡豎軸潮流能水輪機發電機組，該裝置包括導流罩、導軌支架、橢圓導軌、線性軸承、導向臂、直葉片等。雖然采用導流罩提高了對潮流能的聚能效果，但還存在以下不足：一是其垂直軸葉片采用單橢圓葉片設計，不能提供高效的輸出功率；二是屬于單級海流能水輪機，利用海流能發電的效率較低。

綜上所述，如何克服現有技術所存在的不足已成為當今流體機械及水電工程設備技術領域中亟待解決的重點難題之一。

發明內容：

本發明的目的是為克服現有技術的不足而提供一種基于雙轉輪的潮流能水輪機，本發明的結構簡單，效率高，既可用于海洋潮流能發電的水輪機，也可在山區、平原、山泉以及塘壩溪水等微小潮流能條件下發電使用。

根據本發明提出的一種基于雙轉輪的潮流能水輪機，包括導流罩、轉動軸、輪轂以及固定在所述輪轂上的葉片，所述轉動軸、輪轂以及葉片均置于導流罩內，其特征在于，還包括增能轉輪，所述增能轉輪包括連鎖螺線螺旋形葉片，其中：所述連鎖螺線螺旋形葉片是根據連鎖螺線螺旋線沿轉動軸的軸向逐漸拉伸，呈空間交叉扭曲形狀并均勻分布設置在轉動軸的周向內壁上，以所述轉動軸為中心旋轉面的連鎖螺線螺旋形葉片的各截面的交點為原點建立坐標系，所述連鎖螺線螺旋形葉片在轉動軸外周上，不同軸向距離下的截面翼型曲線上的關鍵點的坐標以如下方式表示，X代表連鎖螺線螺旋形葉片的截面翼型曲線上的關鍵點的空間橫坐標值，Y代表連鎖螺線螺旋形葉片的截面翼型曲線上的關鍵點的空間縱坐標值，連鎖螺線螺旋形葉片的截面翼型距離輪轂的前緣軸向102cm處的參數參見表1，

表1：

擬合后的兩條曲線方程分別為：

連鎖螺線螺旋形葉片的左弦：y＝0.0011x2-0.2253x+1.6783；

連鎖螺線螺旋形葉片的右弦：y＝-0.3354x-0.0114；

連鎖螺線螺旋形葉片的截面翼型距離輪轂的前緣軸向132cm處的參數參見表2，

表2：