[发明专利]一种带增能转轮的潮流能水轮机

说明书

技术领域

本发明属于流体机械及水电工程设备技术领域，特别是涉及一种带增能转轮的潮流能水轮机。

背景技术

当今世界各国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，而且还有约0.8～1.0亿千瓦的低水头资源(含潮流能)，开发利用新能源特别是开发利用海洋能源发电具有极大的发展潜力。海流能发电是依靠海潮流的冲击力使水轮机高速旋转，然后带动发电机发电，不需要较高水头来创造初始压力，仅依靠海潮流的流速就能实现发电，其经济价值十分显著。

水轮机叶轮作为海潮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，其制造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的叶轮叶片一般采用不对称扭曲贯流式叶片，而海潮流能发电水轮机大多借鉴风机叶片，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。

中国专利申请201310496139公开了“一种海流能发电具有导流罩的水轮机叶轮”，该方案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，轮毂采用球面形，方便叶片的安装于固定，从而提高叶片的做功能力。但该方案还存在以下不足：一是导流罩结构简单，不能起到较好的聚能作用，直接影响经济性能；二是属于单级海流能水轮机，利用海流能发电的效率较低。

中国专利申请201310496522.0公开了一种海流能发电具有导流罩的水轮机双向叶轮，包括安装在叶轮室内的转轴和轮毂以及安装固定在轮毂上数量为5～7个的“S”型叶片；叶轮室两侧分别为进水侧和出水侧；正向发电时，水流经过导流罩从进水侧沿轴向流向出水侧，反向发电时，水流则是通过出水侧轴向流向进水侧。虽然该方案在双向流动的海流下，能够高效地转化海流动能，但还存在以下不足：一是属于单级海流能水轮机，利用海流能发电的效率较低；二是水轮机叶片设计仍然属于传统的设计理论，翼型过于简单，不能很好的利用流经转轮的水体能量。

中国专利申请201210342709公开了“带导流罩式椭圆轨迹竖轴潮流能水轮机发电机组，该装置包括导流罩、导轨支架、椭圆导轨、线性轴承、导向臂、直叶片等。虽然采用导流罩提高了对潮流能的聚能效果，但还存在以下不足：一是其垂直轴叶片采用单椭圆叶片设计，不能提供高效的输出功率；二是属于单级海流能水轮机，利用海流能发电的效率较低。

综上所述，如何克服现有技术所存在的不足已成为当今流体机械及水电工程设备技术领域中亟待解决的重点难题之一。

发明内容：

本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种带增能转轮的潮流能水轮机，本发明的结构简单，效率高，既可用于海洋潮流能发电的水轮机，也可在山区、平原、山泉以及塘坝溪水等微小潮流能条件下发电使用。

根据本发明提出的一种带增能转轮的潮流能水轮机，包括导流罩、固定在转动轴上的轮毂、固定在轮毂上的基础叶轮，所述转动轴、轮毂以及基础叶轮均置于导流罩内，其特征在于，还包括带半径可变的对数曲线螺旋形叶片的增能转轮，所述增能转轮位于导流罩的出口端，所述对数曲线螺旋形叶片是根据对数曲线螺旋线沿转动轴的轴向逐渐拉伸，呈空间交叉扭曲形状并均匀分布设置在转动轴的周向内壁上，以所述转动轴为中心旋转面的对数曲线螺旋形叶片的各截面的交点为原点建立坐标系，所述对数曲线螺旋形叶片在转动轴外周上，不同轴向距离下的截面翼型曲线上半径最大处的关键点的坐标以如下方式表示，X代表对数曲线螺旋形叶片的截面翼型曲线上的关键点的空间横坐标值，Y代表对数曲线螺旋形叶片的截面翼型曲线上的关键点的空间纵坐标值，对数曲线螺旋形叶片的截面翼型距离轮毂的前缘轴向102cm处的参数参见表1,

表1：

拟合后的两条曲线方程分别为：

对数曲线螺旋形叶片的左弦：y＝0.1650x+0.0073；

对数曲线螺旋形叶片的右弦：y＝0.5516x-0.7018；

对数曲线螺旋形叶片的截面翼型距离轮毂的前缘轴向132cm处的参数参见表2，

表2：