[实用新型]一种适用于亚洲海域振荡水柱式波能发电装置的非对称式空气透平

说明书

本实用新型公开了一种适用于亚洲海域振荡水柱式波能发电装置的非对称式空气透平，所述的空气透平包括空心的轮毂，在轮毂的两侧分别安装用于密封轮毂空腔的轮毂头，在轮毂上设置可绕轮毂旋转的动叶片轮，在动叶片轮的外壁上沿周向均匀设置有动叶片，所述动叶片的竖向截面形状为新月形，在动叶片轮的轮盘上设置带键槽的轴套，轴套上安装一侧伸出轮毂头外并可随动叶片轮同步旋转的透平轴，在动叶片轮的两侧还各沿轮毂周向设置有一圈叶展比动叶片大的导流叶片。本实用新型所公开的空气透平，可增大动叶片压力面在呼气阶段高入射流速下的迎流面积，延缓气流在动叶片吸力面的流速分离现象，提高空气透平在呼气阶段的动力利用效率，进而提高空气透平在实际海况中的周期平均效率。

技术领域

本实用新型属于波浪能发电领域，特别涉及该领域中的一种适用于亚洲海域振荡水柱式波能发电装置的非对称式空气透平。

背景技术

波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。虽然波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种，但其在全世界的储量十分可观，理论估算值约为每年17TW·h。根据装置吸收波浪能工作原理的不同，波浪能发电装置可分为振荡水柱式、越浪式、振荡体式三种。相比之下，振荡水柱式(Oscillating Water Column，简称OWC)波能发电装置结构简单，且可与防波堤装置结合以降低工程造价，同时，由于其能量转换装置不与海水接触，可靠性较高且维修更为便利。2010年以来的大型OWC装置有位于西班牙北部Mutriku港的防波堤式装置、位于意大利Civitavecchia港的U型防波堤式REWEC3装置、位于爱尔兰Galway湾的后弯管浮式CORES装置、以及位于韩国济州岛的固定式Yongsoo装置。

空气透平是OWC装置中能量二次转换的重要部件，能够在往复气流中实现单向旋转，将气室产生的低压气动能转化为转轴轴功。空气透平在OWC装置中的应用具有一定的特殊性：其工作介质为往复空气流，具有非定常性及可压缩性；其工作特性使得透平在工作过程中有负功输出的可能性。常见的自整流式空气透平有两种：威尔斯式透平及冲击式透平。传统的威尔斯式透平具有结构简单，高峰值效率的优势，适合于波浪条件好的欧洲海域，该透平在失速前的小范围流量系数内具有极高的效率，但一旦失速，扭矩的巨减会使透平性能瞬间恶化，此外威尔斯式透平的缺点还包括自启动性能差、工作范围窄、工作噪音大等方面。传统的冲击式透平虽然峰值效率不及威尔斯式，但启动性能好，无失速现象，在大流量系数区效率下降缓慢，特别适合波浪条件较差的亚洲海域使用，但是其多为对称式，即动叶片轮廓及导流叶片位置均对称于动叶片沿旋转方向的中心线，而工程实际表明OWC装置在亚洲海域气室呼气阶段通过冲击式透平的气流幅值大于吸气阶段的气流幅值，导致在呼气阶段损失大量动力。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种适用于亚洲海域并可提高实海况下振荡水柱式波能发电装置气动能利用周期平均效率的非对称式空气透平。

本实用新型采用如下技术方案：

一种适用于亚洲海域振荡水柱式波能发电装置的非对称式空气透平，其创新之处在于：所述的空气透平包括空心的轮毂，在轮毂的两侧分别安装用于密封轮毂空腔的轮毂头，在轮毂上设置可绕轮毂旋转的动叶片轮，在动叶片轮的外壁上沿周向均匀设置有动叶片，所述动叶片的竖向截面形状为新月形，并且该新月形一侧凸起的弧度比另一侧凸起的弧度大，在动叶片轮的轮盘上设置带键槽的轴套，轴套上安装一侧伸出轮毂头外并可随动叶片轮同步旋转的透平轴，该透平轴与两侧的轮毂头均通过轴承相连接，在动叶片轮的两侧还各沿轮毂周向设置有一圈叶展比动叶片大的导流叶片，所述导流叶片的竖向截面由一段直线段以及一段圆弧段组成，并且其直线段导出气流的方向与动叶片上与之相邻一侧的气流流入方向相对。

进一步的，所述轮毂头的形状为半球体或者半椭圆球体。

进一步的，在动叶片轮的一侧设置同心盘，该同心盘与轮毂间通过螺栓固定连接，穿过同心盘的透平轴与同心盘之间以轴承相连接。