CN103089532A - 一种水平轴式海洋潮流水轮机 - Google Patents

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Abstract

一种水平轴式海洋潮流水轮机，包括导流管⑵和两喇叭形增速管⑴，所述导流管⑵两端分别和喇叭形增速管⑴的窄口相连；所述导流管⑵内设有用于将海洋潮流能转换为机械能的转轮⑸以及位于转轮⑸两侧的导流体⑶。其优点在于：集海洋潮流能俘获和转换于一体，具有结构简单、安装维修方便、自启动性能好、转速较高、噪声小、能量利用率高、对海流速度变化的适应性强等特点。

Description

一种水平轴式海洋潮流水轮机
技术领域
本发明涉及水轮机技术领域，具体的说是一种水平轴式海洋潮流水轮机。
背景技术
占地球面积71%的海洋蕴涵着巨大的能量，其中可利用的能量大大超过了目前全球能源需求的总和，且海洋能是一种清洁、可再生的能源。因此，科学的开发和利用海洋能对缓解全球能源危机和环境污染问题具有重要的意义。
近几十年来，随着现代科学技术的发展，尤其是材料、密封、防腐等技术的发展，海洋能的开发和利用取得了迅速的发展，世界各国已开发了波浪能、潮汐能、海（潮）流能、温差能等各种海洋能发电系统，部分已建成试验电站，投入商业化运营。可以预见，在不远的将来，海洋能发电将成为继风力发电、光伏发电之后又一个成熟的可再生能源发电系统。
中国海岸线漫长，海洋能资源丰富，且中国东部沿海地区经济发达，电力负荷密集，电网强大，为大规模开发和利用海洋能创造了有利条件。与此同时，中国正在实施海洋资源开发和可再生能源等发展战略，海洋能作为一种重要的海洋资源和清洁的能源，其开发和利用是国家发展战略的必然要求。由此可见，海洋能的开发和利用必将成为研究的热点问题，海洋能是中国未来能源结构中的重要组成部分。
中国沿海海（潮）流能的年平均功率理论值约为14GW，属于世界上功率密度最大的地区之一，具有良好的开发价值。
海（潮）流能的主要利用方式是发电。海（潮）流能发电装置作为一种开放式的海洋能量捕获装置，不像传统潮汐能电站那样需搭建大坝，也无需巨额的前期投资；同时它不会产生大的噪声，也不影响人们的视觉环境，因此可以保持良好的地域生态环境。海（潮）流能发电装置根据其透平机械的轴线与水流方向的空间关系可分成水平轴式和垂直轴式两种结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种集海洋潮流能俘获和转换于一体、结构简单的水平轴式海洋潮流水轮机。与垂直轴式结构相比，水平轴式潮流能发电装置具有效率高、自启动性能好的特点，且由于采用了对称结构使机组可适应双向的潮流环境。
一种水平轴式海洋潮流水轮机，包括导流管2和两喇叭形增速管1，所述导流管2两端分别和喇叭形增速管1的窄口相连；所述导流管2内设有用于将海洋潮流能转换为机械能的转轮5以及位于转轮5两侧的导流体3。
所述转轮5，包括转轮轮毂10以及沿转轮轮毂10外侧周向均布的多个转轮叶片9。
所述导流体3，包括设置在转轮5前后两侧的第一空心筒6和第二空心筒7，所述第一空心筒6、第二空心筒7与转轮5同轴连接，所述第一空心筒6、第二空心筒7外壁固接周向均布的多个导流叶片4。
所述转轮叶片9为椭圆弧状。
所述第一空心筒6和第二空心筒7的远离转轮5的端面分别设置有半球形顶盖8。
所述导流叶片4可为两段组成，靠近转轮叶片侧的一段为斜面，远离转轮叶片侧的一段为圆弧状。
所述导流叶片4可为圆弧状，其弯曲方向和转轮叶片9的弯曲方向相反。
所述第一空心筒6上的导流叶片4和第二空心筒7上的导流叶片4对称布置在转轮5两侧。
本发明水平轴式海洋潮流水轮机的工作原理是：海洋潮流从一侧增速管1流入，导流叶片4引导潮流进入到转轮5，在潮流驱动下转轮旋转，同时将潮流能转换为旋转机械能，做功后潮流再经另一侧的导流叶片4、增速管1流出。当潮流方向反向时，水轮机工作过程类似，且潮流总是驱动转轮朝同一方向旋转。
本发明水平轴式海洋潮流水轮机集海洋潮流能俘获和转换于一体，具有结构简单、安装维修方便、自启动性能好、转速较高、噪声小、能量利用率高、对海流速度变化的适应性强等特点。
附图说明
图1为本发明水平轴式海洋潮流水轮机的结构示意图。
图2为转轮的结构示意图。
图3为转轮叶片和导流叶片的剖面示意图。
图中，1为喇叭形增速管，2为导流管，3为导流体，4为导流叶片，5为转轮，6为第一空心筒，7为第二空心筒，8为半球形顶盖，9为转轮叶片，10为转轮轮毂。
具体实施方式
实施例一
下面结合附图，对本发明进行进一步说明：如图1-3所示，一种水平轴式海洋潮流水轮机，为由喇叭形增速管1、导流管2以及导流体3组成的一个对称型本体；喇叭形增速管1为喇叭形，用于能量俘获；导流管2内设置有用于将海洋潮流能转换为机械能的转轮5以及用于放置水轮机轴的导流体3。
所述转轮5，包括转轮轮毂10以及沿转轮轮毂10外侧周向均布的多个转轮叶片9。所述转轮叶片9为椭圆弧状，数量为13～21个。
所述导流管2为圆柱形。
所述导流体3，包括设置在转轮5前后两侧的第一空心筒6和第二空心筒7，所述第一空心筒6、第二空心筒7与转轮5同轴连接，所述第一空心筒6、第二空心筒7外壁固接周向均布的多个导流叶片4。所述导流叶片4数量为16～24个。
所述第一空心筒6和第二空心筒7的远离转轮5的端面分别设置有半球形顶盖8。
所述导流叶片4为两段组成，靠近转轮叶片侧的一段为斜面，远离转轮叶片侧的一段为圆弧状。所述第一空心筒6上的导流叶片4和第二空心筒7上的导流叶片4对称布置在转轮5的两侧。
转轮可直接或通过传动机构与感应式异步发电机或永磁同步发电机相连，组成海（潮）流能发电机组，实现海（潮）流能－机械能－电能的完整转换。
随着潮流方向的改变，水流将流入或流出水轮机，并可驱动转轮始终朝同一方向旋转，进而带动发电机转动，从而将海洋潮流能转换为电能。所发电能可为边远海岛和海上设施等提供清洁能源，还可利用海洋潮流能提供的动力进行海水淡化、从深海提取低温海水进行空调制冷以及制氢等。
本发明的水平轴式海洋潮流水轮机采用重力或桩支撑的方式固定在海底。
导流叶片4、转轮叶片9、增速管1、导流体3均可由等厚成型钢板或塑钢类合适材料制成。
可根据不同的海洋环境，选择与之匹配的水轮机尺寸及工作参数，如转轮直径，导叶、转轮叶片数，轮毂比，增速管长度及扩散角，机组转速等，以获得最佳的能量利用率。
实施例二
在本实施例中，所述导流叶片4为圆弧状，其弯曲方向和转轮叶片9的弯曲方向相反。所述第一空心筒6上的导流叶片4和第二空心筒7上的导流叶片4对称布置在转轮5两侧。
其他均与实施例1相同，在此不再赘述。

Claims (8)

1.一种水平轴式海洋潮流水轮机，其特征在于：包括导流管⑵和两喇叭形增速管⑴，所述导流管⑵两端分别和喇叭形增速管⑴的窄口相连；所述导流管⑵内设有用于将海洋潮流能转换为机械能的转轮⑸以及位于转轮⑸两侧的导流体⑶。
2.如权利要求1所述的水平轴式海洋潮流水轮机，其特征在于：所述转轮⑸，包括转轮轮毂⑽以及沿转轮轮毂⑽外侧周向均布的多个转轮叶片⑼。
3.如权利要求2所述的水平轴式海洋潮流水轮机，其特征在于：所述导流体⑶，包括设置在转轮⑸前后两侧的第一空心筒⑹和第二空心筒⑺，所述第一空心筒⑹、第二空心筒⑺与转轮⑸同轴连接，所述第一空心筒⑹、第二空心筒⑺外壁固接周向均布的多个导流叶片⑷。
4.如权利要求2所述的水平轴式海洋潮流水轮机，其特征在于：所述转轮叶片⑼为椭圆弧状。
5.如权利要求3所述的水平轴式海洋潮流水轮机，其特征在于：所述第一空心筒⑹和第二空心筒⑺的远离转轮⑸的端面分别设置有半球形顶盖⑻。
6.如权利要求3所述的水平轴式海洋潮流水轮机，其特征在于：所述导流叶片⑷为两段组成，靠近转轮叶片侧的一段为斜面，远离转轮叶片侧的一段为圆弧状。
7.如权利要求3所述的水平轴式海洋潮流水轮机，其特征在于：所述导流叶片⑷为圆弧状，其弯曲方向和转轮叶片⑼的弯曲方向相反。
8.如权利要求6或7所述的水平轴式海洋潮流水轮机，其特征在于：所述第一空心筒⑹上的导流叶片⑷和第二空心筒⑺上的导流叶片⑷对称布置在转轮⑸的两侧。
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