[发明专利]一种海流能发电具有导流罩的水轮机叶轮

说明书

技术领域：

本发明涉及一种水轮机叶轮，具体的说是一种应用于海流能发电具有导流罩的水轮机叶轮，属于流体机械及水电工程设备技术领域。

背景技术：

能源是经济增长和人类社会生存发展的重要物质基础，而水力资源是到目前为止人类找到的最好的清洁可再生绿色能源之一，因此，世界各国都把开发水电放在了能源开发的优先位置。我国水能资源总量十分丰富，不仅有中、高水头资源，而且有大量的低水头资源，约为0.8～1.0亿千瓦（含潮汐能），而开发程度仅为20%左右。

近年来，广袤的海洋资源逐渐走入人们的视野中，越来越多的人开始关注并积极开发潜力巨大的海洋能源，在无限的海洋能源中，海流能拥有丰富的蕴藏和相对成熟的应用转化技术，具有极大的发展潜力。海流发电是依靠海流的冲击力使水轮机旋转，然后再变换成高速，带动发电机发电，不需要较高水头创造初始压力，仅依靠水流流速就能实现发电。

传统的水轮机在利用高水头能量做功方面已取得较高的效率，而在低微水头甚至无水头情况下，传统的水轮机却失去了原有的优势。特别是海流本身的流速小、水头低，海水来流方向不稳定，若采用一般的水轮机，不仅机组本身结构复杂，而且机组效率很低。

此外，水轮机叶轮作为海流发电机组最为关键的部件之一，叶轮的性能直接影响着整个机组的性能，其成本也占到了整个发电机组的20%左右。传统的低微水头水轮机叶轮叶片一般采用不对称扭曲贯流式叶片，而海流能发电水轮机多借鉴风机叶片，两者适用条件及运行范围不同，叶轮结构复杂，制造成本较高，且运行效率较低。

发明内容：

发明目的：本发明的目的则是克服了现有技术的不足，设计一种结构简单，尺寸小，加工方便，经济成本低，效率高，能够用于海流能发电具有导流罩的水轮机叶轮，也可供山区，平原，山泉以及塘坝溪水等微小水能条件下发电使用，充分达到水能高效利用的目的。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种海流能发电具有导流罩的水轮机叶轮，包括转轴和轮毂以及安装固定在轮毂上的叶片，所述转轴、轮毂以及叶片均置于叶轮室内，叶轮室两端分别为进水侧和出水侧，水流从进水侧沿轴向流向出水侧。

所述叶轮室直径为D₁，其截面形状为圆形，叶轮室长度L₁与叶轮直径D₁的比值为0.132～0.142。

所述转轴直径D₀与叶轮室直径D₁的比值为0.100～0.114，水流的冲击作用使叶片（4）旋转，从而使转轴（2）以一定的转速n旋转带动发电机转子旋转发电。

所述轮毂（3）为一球面突起，轮毂比即轮毂（3）直径D_h与叶轮室（1）直径D₁的比值为0.214～0.220，轮毂长度L₀与叶轮室直径D₁的比值为0.089～0.097。

所述叶片（4）呈一定扭曲状，叶片数为4～6个，靠近轮毂（3），直径为0.3倍叶轮室直径D₁的圆柱面所截圆柱面的轮缘侧叶栅稠密度为0.554～0.560，以0.6倍叶轮室直径D₁为直径的圆柱面所截圆柱面的轮缘侧叶栅稠密度为0.303～0.309，叶轮室最外缘圆柱面所截圆柱面的轮缘侧叶栅稠密度为0.209～0.215。

所述叶片（4）靠近轮毂（3）处0.3倍叶轮室直径D₁处翼型弦长l₁与叶轮室直径D₁的比值为0.100～0.106，该翼型最大厚度d₁与其弦长l₁的比值为0.125～0.131，该翼型最大厚度点到前缘的距离x_d1与翼型弦长l₁的比值为0.348～0.354，该翼型最大弯度f₁与翼型弦长l₁的比值为0.078～0.084，该翼型最大弯度点至前缘的距离x_f1与翼型弦长l₁的比值为0.443～0.449，翼型后部增加厚度b₁，它与翼型弦长l₁的比值为0.010～0.014。