[实用新型]一种无轴卧式变偏角潮流能装置

说明书

一种无轴卧式变偏角潮流能装置属于能量收集、能量转换及能量利用的技术领域，包括支撑结构、导流罩、叶片、传动装置、发电装置、叶片变偏角装置以及定子。整体装置至于水面下，当潮流流过时候，首先经过导流罩的加速，潮流迫使水轮机的叶片自由转动，叶片通过变偏角装置带动传动装置转动；传动装置一侧采用弧形齿轮状，弧形齿轮与发电装置齿轮啮合在一起，发电装置将传动装置的动能转化为可以利用的电能，实现将潮流能转化成电能的目的。本实用新型舍弃传统水轮机的主轴以及悬臂，减少材料的使用；同时，提高了水轮机获能的效率，提高水轮机的自启动性能。

技术领域

本实用新型属于能量收集、能量转换及能量利用的技术领域，涉及一种新型潮流能发电装置，对传统水轮机的改进，并且提高水轮机捕获能量的效率。

背景技术

随着社会的不断进步，人们对于能源的需求越来越大。而传统的能源，例如煤炭、石油、天然气、木材等都是属于不可再生能源，越用越少，并且造成环境的污染、大气温度升高等问题。人们需要寻求新的能源取代这些不可再生能源。

地球70％区域都是被水覆盖，而潮流能是一种可再生的无污染的清洁能源，目前已经成为了世界各国重点开发的领域。而潮流能的开发利用有一个重要的能源转换装置—水轮机，水轮机捕获能量的效率直接关系着海洋能利用的效率。

传统水轮机主要分为两种，一种是水平轴水轮机，水平轴水轮机转轴与流向平行，最早在风车中使用，利用叶片截面翼型的升力效应，产生推动叶片旋转的力矩，把叶片的旋转动能转变为发电机电能。它具有较高的效率利用，并且自启动性能好的优点，但是也有叶片形状复杂、难以加工、必须有保证叶轮面对来流的偏航装置。另一种是垂直轴水轮机，它的旋转轴与水流方向垂直，垂直轴水轮机运行不受来流方向的限制、结构简单、可靠性高，但相对于水平轴水轮机其能量利用率一直不高，并且自启动性能差。

传统水轮机的共同点是均具有一定形式的中心轴和悬臂，垂直轴水轮机的主轴即是中心轴，水平轴水轮机的三个叶片的安装地方即是中心轴。而在工作时，中心轴跟旋臂，均会造成一定形式的潮流能损失，且中心轴的腐蚀破损程度，直接决定整体装置的使用寿命。除此之外，中心轴和悬臂的安装也加大了投资的费用。

为了解决传统水轮机的缺点，现阶段需要实用新型一种无轴水平变偏角式水轮机，它应具有以下特点；自启动性能好，捕获潮流能的效率高，适用于各种来流。无主轴水轮机的提取潮流能的基本原理与常规的水平轴水轮机是一样的，都来自于水平轴风力机，但其独特的结构形式，引起了叶片和转子水动力特性的巨大变化：

一、根据水平轴水轮机提取流体动能的基本原理，叶片越靠近转子轮缘的部分(对常规水轮机是叶尖，对无轴水轮机是叶片根部)，对转子中心轴(实体轴或虚轴)的力臂越长，同时与流体的相对速度越大，所受的水动力荷载越大，理应对水动力扭矩及其做功产生最大的贡献。但常规水轮机叶片根部与主轴轮毂连接，越靠近叶尖，叶片截面尺寸越小，使其所能承受的水动力荷载越小，弹性变形引起的振颤越大，这不仅减弱了叶片的水动力效率，还对叶片结构强度和疲劳寿命产生了负面影响。无主轴水轮机叶片安装在转子轮缘处，可以加大该处叶片截面尺寸，承受较高的水动力荷载，充分利用水动力效率最优的叶片分段的能力，同时受力大的部分靠近固定端，且结构强度高，非常有利于减小结构变形和提高疲劳寿命。

二、与飞机机翼产生翼尖涡和诱导阻力的原理相同，常规水平轴水轮机叶尖涡的产生是不可避免的，伴生的诱导阻力会减弱叶片的水动力效率。无主轴水轮机的轮缘结构，阻止了流体沿叶片展向的运动，不会在转子轮缘处产生叶尖涡。虽然在靠近虚轴的叶尖处仍会由于叶片迎流面和背流面的压力差而产生叶尖涡，但与常规水平轴水轮机相比，这个叶尖涡要弱很多，且靠近中心轴，对作用在转子上的水动力扭矩影响很小。