[发明专利]一种垂直轴潮流发电机的导流装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直轴潮流发电机(或称为垂直轴潮流水轮机、立轴式潮流水轮机)的导流装置，特别涉及一种利用水流速度较低的河流或洋流水平方向流体动能发电的垂直轴潮流水轮机的导流装置。该发明也可应用于风力发电装置。

背景技术

到目前为止，为了降低垂直轴潮流发电机(或称为垂直轴潮流水轮机、立轴式潮流水轮机)的启动流速，尽可能提高潮流能的利用效率，通常采用叶片角度联动调节或增加低速启动装置。所谓叶片角度联动调节，就是采用齿轮组或类似装置将潮流水轮机转轮各叶片的迎流角度调整至最佳，使得转轮叶片在任意旋转位置时都能相对旋转轴产生较大的扭矩，提高水轮机的水力效率。该方法虽然可以改善潮流水轮机的性能、降低启动流速，但由于增加了一套叶片角度的调节装置，使得整个发电装置机构复杂，可靠性变差，尤其不适合在恶劣的运行环境中使用；而增加低速启动装置则使得潮流水轮机的结构复杂化，往往还对水轮机转轮内的流动产生干涉，不利于提高水轮机的水力性能。由于潮流发电装置大都使用在海洋、河流、溪流等现场无人值守的场合，而且很容易遭受自然界的各种灾害影响，所以需要考虑发电装置的可靠性。另一方面，要提高潮流发电装置的能量利用效率，必须使得潮流水轮机能够在尽可能低的流速下启动、发电。在哈尔滨工程大学学报2007年7月第28卷第7期中，哈尔滨工程大学的张亮等发表的文章《潮流水轮机导流罩的水动力设计》借鉴风力机扩散器的原理提出过一种潮流水轮机导流罩，该技术仅靠过流断面面积变化来提高流速，效果有限。因此，亟需找到一种适合于低流速启动、运行稳定性好的潮流发电导流装置。

发明内容

本发明的目的是提出一种垂直轴流体发电装置的导流装置，以使得垂直轴潮流水轮机可以在较低的河流或洋流的流速下启动，进一步提高垂直轴潮流水轮机的能量利用效率，并改善潮流水轮机的流体动力学性能。

本发明的技术方案如下：

一种垂直轴潮流发电机的导流装置，包括导流装置入口10，位于导流装置入口之后的收缩段9，中间流道，扩散段6和导流装置出口7，该导流装置相对于中心线对称布置，其特征在于：所述的中间流道由圆弧部分4和位于圆弧部分之后的直线部分5组成，所述导流装置入口10设有迎流面圆弧2，该迎流面圆弧位于以迎流面圆弧圆心1为原点的坐标系的第二象限内，圆弧的起始角度为180°，终止角度为90°～110°；所述的导流装置还包括辅助流道3，辅助流道的起始端位于所述坐标系第二象限的90°～120°范围内，辅助流道的末端与中间流道直线部分5的末端相连接。

本发明的技术特征还在于：位于导流装置入口之后的收缩段的收缩角度α为8-10°，位于导流装置出口之前的扩散段的扩散角度β为12-15°。

本发明的另一技术特征是：所述的中间流道的圆弧部分4的进口宽度L₀₁与中间流道的直线部分5的宽度L₀₂的比值为0.6～0.96。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及技术效果：①流体从导流装置入口进入，经收缩角度α为8-10°的收缩段加速后流过中间流道，使得潮流水轮机转轮叶片中心位置处的速度加快。因此可以使潮流水轮机在河流或洋流速度较低时启动，有利于提高潮流水轮机的使用效率。②为进一步提高潮流水轮机转轮叶片中心位置的流速，中间流道的前段采用了圆弧结构，使得潮流水轮机转轮靠近导流装置入口的叶片接受更高流速的流体作用，有助于降低潮流水轮机的启动流速。此外，中间流道的前段采用了圆弧结构，其宽度L₀₁与中间流道直线部分宽度L₀₂的比值为0.6～0.96，也有利于减小导流装置收缩段的角度。③在导流装置入口采用迎流面圆弧结构，并在适当的角度处(相对于其圆心)设有开口，通过辅助流道与中间流道直线部分的后段连通，可降低潮流水轮机转轮后的压力，该压力与迎流面圆弧开口处的压力基本相等，而根据圆柱绕流原理，迎流面圆弧开口处的压力是较低的，这样就使得中间流道的前段与后段压差增大，促进中间流道的流速加快，并改善中间流道的流动。④采用扩散角度β为12-15°的扩散段来降低流速、恢复流体的压力至与潮流发电装置外围基本相同的流速和压力水平，更有利于潮流水轮机在转轮下游获得稳定的流动。

附图说明

图1为本发明一种垂直轴流体发电装置的导流装置的立体结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的左视图。

图4为图1的侧视图。