CN103334866A

CN103334866A - 一种十字型潮流能水轮机

Info

Publication number: CN103334866A
Application number: CN2013102893980A
Authority: CN
Inventors: 孙科; 汤富定; 金志广; 盛其虎; 张亮; 马勇
Original assignee: DAISHAN GAOTING SHIPYARD; DAISHAN TECHNOLOGY DEVELOPMENT CENTER; Harbin Engineering University
Current assignee: DAISHAN GAOTING SHIPYARD; DAISHAN TECHNOLOGY DEVELOPMENT CENTER; Harbin Engineering University
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2013-10-02

Abstract

本发明的目的在于提供一种十字型潮流能水轮机，包括主轴、上层上轮盘、上层下轮盘、上层上轮辐、上层下轮辐、上层叶片、下层上轮盘、下层下轮盘、下层上轮辐、下层下轮辐、下层叶片和连接法兰等，叶片分层布置，上层叶片上端通过上层上轮辐连接于上层上轮盘上，上层叶片下端通过上层下轮辐连接于上层下轮盘上，下层叶片上端通过下层上轮辐连接于下层上轮盘上，下层叶片下端通过下层下轮辐连接于下层下轮盘上，上层上轮盘、上层下轮盘、下层上轮盘、下层下轮盘焊接于主轴上。本发明结构简单，耐流载荷能力强，运行平稳、可靠，使用寿命长，自启动性能较好，适合用于潮流能的转换，也适合于河流能的转换。

Description

一种十字型潮流能水轮机

技术领域

本发明涉及的是一种水轮机，具体地说是潮流能水轮机。

背景技术

潮流能作为一种海洋可再生新能源，具有能量稳定，规律性强，能量密度大，安全可靠等优点。一般说来，最大流速在1.5m/s以上的水道，均有潮流能实际开发的价值。从上世纪末开始，世界各国纷纷将开发眼光投入到海洋潮流能发电技术领域。纵观国内外潮流发电装置或电站的研发现状，核心能量转换装置主要分为三类：水平轴叶轮、垂直轴叶轮和振荡水翼。振荡水翼的研究才刚刚起步，还处于探索阶段；而相对于水平轴叶轮而言，垂直轴叶轮又具有不受来流方向影响，叶片形状简单，易于安装及便于维修等优点。意大利阿基米德桥公司的Kobold水轮机，英国爱丁堡大学的无轴环形浮式水轮机，国内哈尔滨工程大学的万向I号和万向II号潮流电站等应用的都是垂直轴直叶片水轮机。根据叶片运动方式的不同，垂直轴直叶片水轮机又分为固定角和变偏角两种。固定角式水轮机的优点是结构简单，运行可靠，制造成本低。其中最典型的是2叶片直线型水轮机（也称H型叶轮），它以最简单的叶片形式和机械结构，以及安全高效的运行性能，深受潮流能开发技术研究者的青睐。但H型水轮机的缺点是运行速比较高，叶片载荷很大；叶片数量少，主轴在一个旋转周期内的受力波动性大；低转速时启动力矩小，无法实现自启动。载荷大、主轴波动性大就需要增加结构强度，另外要附加启动装置，无形中增加了整个装置的造价，降低了水轮机的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供可提高能量转换效率和自启动性能的一种十字型潮流能水轮机。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种十字型潮流能水轮机，其特征是：包括主轴和上下两级叶轮机构；上级叶轮机构包括套装在主轴上的上层上轮盘、上层下轮盘，上层上轮盘上安装第一上层上轮辐和第二上层上轮辐，第一上层上轮辐和第二上层上轮辐的中心线以及上层上轮盘的圆心构成第一直线，上层下轮盘上安装第一上层下轮辐和第二上层下轮辐，第一上层下轮辐和第二上层下轮辐的中心线以及上层下轮盘的圆心构成第二直线，第一上层上轮辐与第一上层下轮辐之间、第二上层上轮辐与第二上层下轮辐之间分别安装上层叶片；下级叶轮机构包括套装在主轴上的下层上轮盘、下层下轮盘，下层上轮盘上安装第一下层上轮辐和第二下层上轮辐，第一下层上轮辐和第二下层上轮辐的中心线以及下层上轮盘的圆心构成第三直线，下层下轮盘上安装第一下层下轮辐和第二下层下轮辐，第一下层下轮辐和第二下层下轮辐的中心线以及下层下轮盘的圆心构成第四直线，第一下层上轮辐与第一下层下轮辐、第二下层上轮辐与第二下层下轮辐之间分别安装下层叶片；主轴的顶端安装连接法兰。

本发明还可以包括：

1、上下级叶轮直径与叶片展长比为0.75～1.5之间，上层叶片与下层叶片的距离为0.5～1.0倍的上层叶片弦长或下层叶片弦长。

2、第一直线和第二直线的竖直投影在同一条直线上，第三直线和第四直线的竖直投影在同一条直线上，第一直线、第二直线与第三直线、第四直线的夹角为90度。

3、所述的上级叶轮机构以及上层上轮盘和上层下轮盘之间的主轴构成“日”字形结构，下级叶轮机构以及下层上轮盘和下层下轮盘之间的主轴也构成“日”字形结构。

本发明的优势在于：

（1）结构简单，易加工制造，成本较低；

（2）叶片双层十字型布置使得水轮机运行平稳、可靠，耐流载荷能力强，使用寿命长，且具有较好的自启动性能；

（3）叶轮直径与叶片展长比的取值约定以及上层叶片与下层叶片的距离约定改善了水轮机的水动力性能，一定程度上提高了水轮机的能量转换效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2a为本发明的侧视图a，图2b为本发明的侧视图b；

图3为本发明的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，本发明主要包括1根主轴1、1个上层上轮盘2、1个上层下轮盘3、2个上层上轮辐4、2个上层下轮辐5、2个上层叶片6、1个下层上轮盘7、1个下层下轮盘8、2个下层上轮辐9、2个下层下轮辐10、2个下层叶片11和1个连接法兰12等。所述上层上轮盘2、上层下轮盘3、下层上轮盘7、下层下轮盘8上开有和主轴1孔。所述连接法兰12上开有法兰连接孔13。所述4个叶片上下两层布置，均采用NACA0018翼型，2个上层叶片6上端分别通过1个上层上轮辐4焊接于上层上轮盘2上，2个上层叶片6下端分别通过1个上层下轮辐5焊接于上层下轮盘3上，2个下层叶片11上端分别通过1个下层上轮辐9焊接于下层上轮盘7上，2个下层叶片11下端分别通过1个下层下轮辐10焊接于下层下轮盘8上。所述上层上轮辐4、上层下轮辐5、下层上轮辐9和下层下轮辐10为两侧做V形边处理的钢板，与上层叶片6和下层叶片11均采用焊接连接方式。上层上轮盘2和上层下轮盘3通过轮盘孔14焊接于主轴1中段，下层上轮盘7和下层下轮盘8通过轮盘孔14焊接于主轴1下段。所述上层叶片6和下层叶片11分层成十字型布置时，轮辐间的相位角为90度，且2个上层叶片6与上层上轮辐4和上层下轮辐5、2个下层叶片11与下层上轮辐9和下层下轮辐10分别成H型布置。所述十字型潮流能水轮机为了提高其水动力性能，叶轮直径2D与叶片展长L比取为0.75～1.5之间，即2D/L=0.75～1.5，上层叶片6与下层叶片11的距离K取0.5～1.0倍的叶片弦长。

Claims

1.一种十字型潮流能水轮机，其特征是：包括主轴和上下两级叶轮机构；上级叶轮机构包括套装在主轴上的上层上轮盘、上层下轮盘，上层上轮盘上安装第一上层上轮辐和第二上层上轮辐，第一上层上轮辐和第二上层上轮辐的中心线以及上层上轮盘的圆心构成第一直线，上层下轮盘上安装第一上层下轮辐和第二上层下轮辐，第一上层下轮辐和第二上层下轮辐的中心线以及上层下轮盘的圆心构成第二直线，第一上层上轮辐与第一上层下轮辐之间、第二上层上轮辐与第二上层下轮辐之间分别安装上层叶片；下级叶轮机构包括套装在主轴上的下层上轮盘、下层下轮盘，下层上轮盘上安装第一下层上轮辐和第二下层上轮辐，第一下层上轮辐和第二下层上轮辐的中心线以及下层上轮盘的圆心构成第三直线，下层下轮盘上安装第一下层下轮辐和第二下层下轮辐，第一下层下轮辐和第二下层下轮辐的中心线以及下层下轮盘的圆心构成第四直线，第一下层上轮辐与第一下层下轮辐、第二下层上轮辐与第二下层下轮辐之间分别安装下层叶片；主轴的顶端安装连接法兰。

2.根据权利要求1所述的一种十字型潮流能水轮机，其特征是：上下级叶轮直径与叶片展长比为0.75～1.5之间，上层叶片与下层叶片的距离为0.5～1.0倍的上层叶片弦长或下层叶片弦长。

3.根据权利要求1或2所述的一种十字型潮流能水轮机，其特征是：第一直线和第二直线的竖直投影在同一条直线上，第三直线和第四直线的竖直投影在同一条直线上，第一直线、第二直线与第三直线、第四直线的夹角为90度。

4.根据权利要求1或2所述的一种十字型潮流能水轮机，其特征是：所述的上级叶轮机构以及上层上轮盘和上层下轮盘之间的主轴构成“日”字形结构，下级叶轮机构以及下层上轮盘和下层下轮盘之间的主轴也构成“日”字形结构。

5.根据权利要求3所述的一种十字型潮流能水轮机，其特征是：所述的上级叶轮机构以及上层上轮盘和上层下轮盘之间的主轴构成“日”字形结构，下级叶轮机构以及下层上轮盘和下层下轮盘之间的主轴也构成“日”字形结构。