[實(shí)用新型]一種適用于亞洲海域振蕩水柱式波能發(fā)電裝置的非對(duì)稱式空氣透平

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721256019.8
• 申請(qǐng)日: 2017-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN207406382U
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉臻;崔瑩;史宏達(dá);黎明;齊磊;許傳禮;孫立新;張瑩;張曉霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號(hào): F01D5/02
• 分類號(hào): F01D5/02;F01D5/14;F03B13/14
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 孫靜雅

本實(shí)用新型公開了一種適用于亞洲海域振蕩水柱式波能發(fā)電裝置的非對(duì)稱式空氣透平，所述的空氣透平包括空心的輪轂，在輪轂的兩側(cè)分別安裝用于密封輪轂空腔的輪轂頭，在輪轂上設(shè)置可繞輪轂旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉片輪，在動(dòng)葉片輪的外壁上沿周向均勻設(shè)置有動(dòng)葉片，所述動(dòng)葉片的豎向截面形狀為新月形，在動(dòng)葉片輪的輪盤上設(shè)置帶鍵槽的軸套，軸套上安裝一側(cè)伸出輪轂頭外并可隨動(dòng)葉片輪同步旋轉(zhuǎn)的透平軸，在動(dòng)葉片輪的兩側(cè)還各沿輪轂周向設(shè)置有一圈葉展比動(dòng)葉片大的導(dǎo)流葉片。本實(shí)用新型所公開的空氣透平，可增大動(dòng)葉片壓力面在呼氣階段高入射流速下的迎流面積，延緩氣流在動(dòng)葉片吸力面的流速分離現(xiàn)象，提高空氣透平在呼氣階段的動(dòng)力利用效率，進(jìn)而提高空氣透平在實(shí)際海況中的周期平均效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于波浪能發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及該領(lǐng)域中的一種適用于亞洲海域振蕩水柱式波能發(fā)電裝置的非對(duì)稱式空氣透平。

背景技術(shù)

波浪能是指海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢(shì)能，與波高的平方、波浪的運(yùn)動(dòng)周期以及迎波面的寬度成正比。雖然波浪能是海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種，但其在全世界的儲(chǔ)量十分可觀，理論估算值約為每年17TW·h。根據(jù)裝置吸收波浪能工作原理的不同，波浪能發(fā)電裝置可分為振蕩水柱式、越浪式、振蕩體式三種。相比之下，振蕩水柱式(Oscillating Water Column，簡稱OWC)波能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)簡單，且可與防波堤裝置結(jié)合以降低工程造價(jià)，同時(shí)，由于其能量轉(zhuǎn)換裝置不與海水接觸，可靠性較高且維修更為便利。2010年以來的大型OWC裝置有位于西班牙北部Mutriku港的防波堤式裝置、位于意大利Civitavecchia港的U型防波堤式REWEC3裝置、位于愛爾蘭Galway灣的后彎管浮式CORES裝置、以及位于韓國濟(jì)州島的固定式Y(jié)ongsoo裝置。

空氣透平是OWC裝置中能量二次轉(zhuǎn)換的重要部件，能夠在往復(fù)氣流中實(shí)現(xiàn)單向旋轉(zhuǎn)，將氣室產(chǎn)生的低壓氣動(dòng)能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)軸軸功。空氣透平在OWC裝置中的應(yīng)用具有一定的特殊性：其工作介質(zhì)為往復(fù)空氣流，具有非定常性及可壓縮性；其工作特性使得透平在工作過程中有負(fù)功輸出的可能性。常見的自整流式空氣透平有兩種：威爾斯式透平及沖擊式透平。傳統(tǒng)的威爾斯式透平具有結(jié)構(gòu)簡單，高峰值效率的優(yōu)勢(shì)，適合于波浪條件好的歐洲海域，該透平在失速前的小范圍流量系數(shù)內(nèi)具有極高的效率，但一旦失速，扭矩的巨減會(huì)使透平性能瞬間惡化，此外威爾斯式透平的缺點(diǎn)還包括自啟動(dòng)性能差、工作范圍窄、工作噪音大等方面。傳統(tǒng)的沖擊式透平雖然峰值效率不及威爾斯式，但啟動(dòng)性能好，無失速現(xiàn)象，在大流量系數(shù)區(qū)效率下降緩慢，特別適合波浪條件較差的亞洲海域使用，但是其多為對(duì)稱式，即動(dòng)葉片輪廓及導(dǎo)流葉片位置均對(duì)稱于動(dòng)葉片沿旋轉(zhuǎn)方向的中心線，而工程實(shí)際表明OWC裝置在亞洲海域氣室呼氣階段通過沖擊式透平的氣流幅值大于吸氣階段的氣流幅值，導(dǎo)致在呼氣階段損失大量動(dòng)力。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題就是提供一種適用于亞洲海域并可提高實(shí)海況下振蕩水柱式波能發(fā)電裝置氣動(dòng)能利用周期平均效率的非對(duì)稱式空氣透平。

本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種適用于亞洲海域振蕩水柱式波能發(fā)電裝置的非對(duì)稱式空氣透平，其創(chuàng)新之處在于：所述的空氣透平包括空心的輪轂，在輪轂的兩側(cè)分別安裝用于密封輪轂空腔的輪轂頭，在輪轂上設(shè)置可繞輪轂旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉片輪，在動(dòng)葉片輪的外壁上沿周向均勻設(shè)置有動(dòng)葉片，所述動(dòng)葉片的豎向截面形狀為新月形，并且該新月形一側(cè)凸起的弧度比另一側(cè)凸起的弧度大，在動(dòng)葉片輪的輪盤上設(shè)置帶鍵槽的軸套，軸套上安裝一側(cè)伸出輪轂頭外并可隨動(dòng)葉片輪同步旋轉(zhuǎn)的透平軸，該透平軸與兩側(cè)的輪轂頭均通過軸承相連接，在動(dòng)葉片輪的兩側(cè)還各沿輪轂周向設(shè)置有一圈葉展比動(dòng)葉片大的導(dǎo)流葉片，所述導(dǎo)流葉片的豎向截面由一段直線段以及一段圓弧段組成，并且其直線段導(dǎo)出氣流的方向與動(dòng)葉片上與之相鄰一側(cè)的氣流流入方向相對(duì)。

進(jìn)一步的，所述輪轂頭的形狀為半球體或者半橢圓球體。

進(jìn)一步的，在動(dòng)葉片輪的一側(cè)設(shè)置同心盤，該同心盤與輪轂間通過螺栓固定連接，穿過同心盤的透平軸與同心盤之間以軸承相連接。