CN102926912A - 一种升力型垂直轴水轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种升力型垂直轴水轮机，包括叶轮，该叶轮由叶轮轴以及设置在所述叶轮轴上的两个或两个以上升力型叶片组成，在所述的风轮轴上两端通过圆形平板将叶片固定于叶轮轴上，其特征在于：所述的叶轮设置于一环形的导流罩内，在导流罩的下端设置有流体出口，在所述导流罩的入口还连接有一增速的流道，该流道的出口设置有一导流板，该导流板与圆心在所述叶轮轴的同心圆相切，且导流板到叶轮轴的距离大于升力型叶片到叶轮轴的距离。在导流板和导流罩的共同引导下水流均匀分布于叶片旋转圆的周围，再通过导向叶片的作用下，垂直流向旋转的叶片叶轮具有高效的效率，适用于低水头水力发电和潮流能发电水轮机中。

Description

一种升力型垂直轴水轮机
技术领域
本发明涉及了新型海流能或低水位水轮机的技术和设备。
背景技术
目前，大部分水轮机为利用高水头的压力来做功，这种水轮机在高水位落差时，效率较高。但是对于低水头甚至一些微水头的无大坝发电河道上面，如果利用传统的靠压力来做功的水轮机来转化能量的话，效率较低，经济型较差。在这种微水头水利发电中，有采用水平轴的水轮机和立轴升力型的水轮机。这些水轮机各有利弊，对于水平轴水轮机而言，水平轴水轮机轮采用升力型叶片，转速较快，能量利用率较高，技术比较成熟，因而应用广泛。但水平轴水轮机存在偏航损失，这会给实际运行的水轮机造成实际效率与理论效率偏离较大的问题。而采用传统的升力型立轴水轮机虽然不存在方向适应性的问题，但是其叶片两次吸功的特点使得它存在，第一次做功能力不足，第二次做功能力又极弱，进而整体做功能力较弱的问题。因此有必要提出一种既不存在方向适应性问题，效率又比较高的新型水轮机。此外，这种水轮机在海流能中也可以广泛应用。
为此，这里有必要针对以上问题提出了一种利用升力型叶片构成的，主要利用水流的高流速来做功的新型水轮机。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为提高低水头河道或者海流能能量转化的效率，而提供的一种新型升力型垂直轴水轮机。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种升力型垂直轴水轮机，包括叶轮，该叶轮由叶轮轴以及设置在所述叶轮轴上的两个或两个以上升力型叶片组成，在所述的风轮轴上两端通过圆形平板将叶片固定于叶轮轴上，其特征在于：所述的叶轮设置于一环形的导流罩内，在导流罩的下端设置有流体出口，在所述导流罩的入口还连接有一增速的流道，该流道的出口设置有一导流板，该导流板与圆心在所述叶轮轴的同心圆相切，且导流板到叶轮轴的距离大于升力型叶片到叶轮轴的距离。
在所述的导流罩内还设置有一圈间隔布置的导流叶片，该导流叶片位于所述的叶轮四周。
所述的导流叶片出口端流线与叶轮旋转圆垂直。
所述的流道进口截面大于出口截面，不仅具有引流作用，而且使叶轮上游整体流体具有加速作用。
所述的导流罩为环形，具有将进入叶轮前的水流在叶轮四周均匀分布。
所述的导流叶片设计为引导叶轮四周的水流均匀的流入叶轮旋转体内，且水流流向与叶轮垂直旋转圆的法向一致。故叶轮的四周导流叶片出口端流线与叶轮旋转圆垂直。
所述的叶轮一端圆盖外有调桨装置，通过调浆可以变化叶轮叶片的桨距角。
与现有技术相比，本发明升力型垂直轴风水轮机的有益效果是：
1、本发明叶轮充分利用了升力叶片的做功能力，通过导流罩的导流作用，极大的提高了垂直轴叶轮的做功能力，由两次低效做功，变成了一次高效做功。
2、新型叶轮具有变桨功能，与传统垂直轴叶轮相比，利用变桨可以较好的启动、高效运行和执行流体动力学刹车。
附图说明
图1是本发明新型水轮机俯视剖面示意图。
图2是本发明水轮机的正视示意图。
图3 是导向叶片与叶轮关系示意图。
图4是导向叶片的三种变桨状态示意图。
其中：1、叶轮轴；2、升力型叶片；3、端盖；4、流道；5、导流板；6、导流罩，7、导向叶片；8、出水管；9、调向装置，10、导流叶片延长线，11、如水端，12，出水端，13、叶片变速状态，14、叶片额定状态，15、叶片停机状态。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细说明。如图1所示，本发明新型水轮机，包括风轮轴1，在风轮轴1上安装有两片或两片以上的升力型叶片2，所述的风轮轴和叶片通过两端的端盖进行接连，构成一旋转叶轮；所述构成旋转叶轮安装在已流道内，所述的流道流体流动方向与所述的风轮轴垂直；所述的流道将外界自由流动的水，在不减速的条件下引向叶轮；所述的导流罩将叶轮上游水流进行导向，进而避免流体直接进入叶轮；在所述的外壳和导流罩共同作用下，是水流均匀分布在叶轮的四周；在所述的导向叶片的作用下，均匀分布在四周的水流以沿着叶轮旋转圆法向的方向进入叶轮；做完功的水流通过所述的出水管流出。
所述的升力型叶片通过一个轴固定在所述的端盖上，并通过所述的调节装置来同步控制各叶片的旋转角度。
所述的升力型叶片，当停机的时候，叶片被调节为叶片的弦线与导叶出水端的延长线（旋转圆的法向）一致，为顺桨位置；当启动时，这叶片倾斜一角度，叶片沿着圆头倾斜的方向旋转；当叶片气动后，叶片旋转到弦线与导叶出水端的延长线（旋转圆的法向）垂直的位置；当需要减速的时候，叶片再向顺桨位置方向旋转。
本发明为新型水轮机，由升力型叶片2、流道4、导流板5、导流罩6、和导向叶片7组成，其中水流首先通过流道4引入不减速的流入导流板5，在导流板5和导流罩6的共同引导下水流均匀分布于叶片旋转圆的周围，再通过导向叶片7的作用下，垂直流向旋转的叶片。叶片可通过变桨调向装置9实现变桨起动、临界攻角高速运行和顺桨位置的停机，可以灵活控制转速。叶轮具有高效的效率，适用于低水头水力发电和潮流能发电水轮机中。

Claims (3)

1.一种升力型垂直轴水轮机，包括叶轮，该叶轮由叶轮轴以及设置在所述叶轮轴上的两个或两个以上升力型叶片组成，在所述的风轮轴上两端通过圆形平板将叶片固定于叶轮轴上，其特征在于：所述的叶轮设置于一环形的导流罩内，在导流罩的下端设置有流体出口，在所述导流罩的入口还连接有一增速的流道，该流道的出口设置有一导流板，该导流板与圆心在所述叶轮轴的同心圆相切，且导流板到叶轮轴的距离大于升力型叶片到叶轮轴的距离。
2.根据权利要求1所述的升力型垂直轴水轮机，其特征在于：在所述的导流罩内还设置有一圈间隔布置的导流叶片，该导流叶片位于所述的叶轮四周。
3.根据权利要求2所述的升力型垂直轴水轮机，其特征在于：所述的导流叶片出口端流线与叶轮旋转圆垂直。
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