[發明專利]一種加裝端板的豎軸雙轉子潮流能水輪機

在審

• 申請號: 201810134196.1
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108397332A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 謝宇;何曉宇;應永良;沈堅;金國強
• 申請（專利權）人: 浙江省交通規劃設計研究院
• 主分類號: F03B3/12
• 分類號: F03B3/12;F03B13/26
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種加裝端板的豎軸雙轉子潮流能水輪機，包括兩個豎軸升力型水輪機轉子和水輪機旋轉軸，水輪機旋轉軸豎向安裝，兩個轉子共用水輪機旋轉軸，沿豎向串列布置，并錯開一定角度，使兩個水輪機轉子對應的葉片上下錯位相間布置；每個水輪機轉子均包括若干個翼型葉片、流線型端板和流線型連桿，翼型葉片沿水輪機旋轉面等間隔布置，在葉片的上端和下端均安裝流線型端板，通過流線型連桿將葉片連接至水輪機旋轉軸。本發明豎軸水輪機通過將兩個轉子錯位相間布置大大減少了傳統豎軸水輪機的脈動特性，通過在葉片上下兩端加裝流線型端板減少了葉片端部渦流的影響，提升了水輪機的水動力效率。

技術領域

本發明屬于海洋潮流能開發技術領域，具體涉及一種加裝端板的豎軸雙轉子潮流能水輪機。

背景技術

潮流能是海水在漲落潮周期運動中所攜帶的流體動能，潮流具有和潮汐現象類似的周期性特點，其在某一區域的大小和方向可以較為精確的預測，開發所得電能更易為電網所接受。由于潮流能清潔可再生，且在一些沿海海域儲量巨大，因而獲得了廣泛的關注。

潮流能開發主要是通過水輪機將流體動能轉換成旋轉機械能再轉換成電能，水輪機作為直接獲能部件，性能極為重要。潮流能水輪機主要有豎軸與水平軸兩種結構形式，豎軸水輪機旋轉軸與水流來流方向垂直，相比于水平軸水輪機，其最大優勢在于水輪機運轉不受來流方向影響，在潮流流向往復變換的環境中不需偏航機械系統；同時發電機也可以沿豎向布置于水輪機上方，不影響水輪機流場。豎軸水輪機通常為升力型水輪機，即基于翼型升力原理，葉片截面為翼型截面，采用3或4葉片形式，通過葉片兩側的壓力差推動水輪機運轉；然而在葉片末端，由于葉片兩側壓力差的存在，流體會由高壓一側繞過葉片端部流向低壓一側，形成葉片端部渦流，葉片端部渦流會削弱葉片兩側壓力差，降低葉片效率，進而影響豎軸水輪機整體水動力效率。同時，由于葉片在旋轉平面內非連續均勻分布，豎軸水輪機荷載及輸出呈較為明顯的周期性脈動，對電控和結構設計較為不利。葉片的非連續均勻分布也影響了豎軸水輪機的自啟動性能，當水輪機處于某些停止位置時難于在水流作用下自行啟動。

發明內容

為了解決傳統豎軸升力型水輪機荷載及輸出脈動、自啟動性能差的問題，同時降低葉片端部渦流對水輪機水動力性能的影響，本發明提供了一種加裝端板的豎軸雙轉子潮流能水輪機，該水輪機結構簡單且易于制造，在繼承傳統豎軸升力型水輪機優點的同時，將水輪機荷載及輸出脈動、自啟動性能差、葉片端部渦流的問題大大改善，提升了豎軸水輪機的適用性和經濟性。

一種加裝端板的豎軸雙轉子潮流能水輪機，包括轉軸以及固定在轉軸上的兩個轉子，所述轉軸豎直安裝且上端與發電機軸連接，用以將轉子旋轉得到的機械能轉化為電能；兩個轉子結構相同且沿轉軸豎向串列布置，每個轉子均包含有葉片，兩個轉子錯開一定角度，即一個轉子的葉片需對應在另一個轉子的相鄰兩個葉片之間。

進一步地，所述轉子包含有3～4個翼型葉片，所述葉片兩端安裝有流線型端板，且葉片兩端通過流線型連桿與轉軸連接，葉片沿轉軸周向等間隔布置；葉片上下兩端安裝流線型端板，能夠減少端部渦流。

本發明水輪機通過將兩個轉子串列并錯位相間布置，使兩個轉子的脈動特性相互補償，最終達到穩定輸出的效果；在啟動前，即使其中一個轉子處于不利啟動位置，也可利用另一個轉子進行自啟動；由于雙轉子水輪機增加了葉片端部數量，會造成更多的葉片端部渦流損失并降低水輪機整體水動力效率；通過在葉片端部加裝端板來減少端部渦流的產生，使得本發明雙轉子水輪機能夠達到或超過傳統豎軸升力型水輪機的水動力效率。

附圖說明

圖1為本發明豎軸雙轉子潮流能水輪機的結構示意圖。

圖2為本發明豎軸雙轉子潮流能水輪機的立面示意圖。

圖3為雙轉子與單轉子水輪機啟動轉矩系數沿方位角的分布曲線圖。

圖4為雙轉子與單轉子水輪機輸出轉矩系數沿方位角的分布曲線圖。