CN106438184B - 水动力自动变桨透平的可弯曲叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明属于可再生能源中海洋能开发技术领域，具体涉及利用海洋中潮流能进行高效转化机械能的水动力自动变桨透平的叶片。本发明能够实现对双向潮流的高效利用，在潮流的水动力作用下，让叶片自动弯曲，实现变桨。主要构造是一种带转轴的可弯曲叶片，它的前端有一个安装转轴，通过转轴把叶片安装到透平上，同时，叶片可以围绕此安装转轴左右摆动，中部有一个大转轴，叶片的前部和尾部可以绕这个大转轴小角度转动，适用于往返的双向潮流区域，实现透平高效变桨，高效转化，成本低廉，不需要动密封，不需额外能源驱动，结构简单，机械强度高，性能可靠，重量轻，寿命长,不怕海水腐蚀，可实现免维护。

Description

水动力自动变桨透平的可弯曲叶片
技术领域
本发明属于可再生能源中海洋能开发技术领域，具体涉及利用海洋中潮流能
进行高效转化机械能的水动力自动变桨透平的叶片。
背景技术
所谓海流主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动，所谓潮流主要是指由于潮汐导致的有规律的海水流动，海流和潮流是混在一起的，潮流能量又占主要部分，两者可以统称潮流，潮流发电是利用海流的动能发电的技术。一般无需筑坝，用水轮机组发电。潮流能的能量与流速的平方和流量成正比。
潮流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似，潮流发电是依靠海流的冲击力使水轮机旋转，然后再带动发电机发电。但由于海水的密度约为空气的835倍，且必须放置于水下，因此利用海流发电存在一系列关键技术问题，包括透平设计、安装维护、电力输送、防腐、海洋环境中的载荷与安全性能等，此外，潮流发电装置和风力发电装置的固定形式和透平设计也有很大的不同。潮流装置可以安装固定于海底，也可以安装于浮体的底部，而浮体通过锚链固定于海上。
潮流能发电已成为当前研究热点,潮流能具有可预测性强、能量密度高等优点,但局部范围也存在流速偏低、方向不稳定等缺点,同时恶劣的海洋环境也给潮流能发电机组的研制带来很大的困难。提高机组可靠性、提升整体效率已成为潮流能发电机组研制中的关键技术问题。
潮流水轮发电主要的有两种形式，一种是水平轴式，一种是垂直轴式，垂直轴式效率不高，但可以接受各个方向的潮流。水平轴式效率高，但水轮叶扇需随着潮流自动转向，永远对准潮流的来向，才能使得发电效率保持在最佳状态。
相对波浪而言，潮流能的变化要平稳且有规律得多。潮流能随潮汐的涨落每天两次改变大小和方向，并且方向是相对的。为了适应这种方向的变化，发电设备的潮流透平应该具备适应双向流的功能，否则就只能利用单方向的潮流。目前的技术，一种采用调向的技术，即透平和发电机整体转向的方式来适应双向流，但调向会带来发电机组电缆缠绕问题；还有一种是采用变桨技术，即透平和发电机不动，只有透平上的叶片旋转180度来适应来流，目前的海洋能潮流发电设备的变桨技术是一种靠电动或液压驱动的变桨技术，结构复杂，需要动密封，成本高，故障率高。
发明内容
本发明的目的：改变目前变桨技术的弊端，不依靠电动或液压驱动，不耗费其他能源，只用潮流做动力，不用动密封，结构简单，实现高效变桨，实现透平对潮流的双向适应及高效转化。
本发明是一种海洋潮流能发电系统中使用的能量转化装置，它能够实现对双向潮流的高效利用，在潮流的水动力作用下，让叶片自动弯曲，实现变桨。主要构造是一种带转轴的可弯曲叶片，它的前端有一个安装转轴，可以通过这个转轴把叶片安装到透平上，同时，叶片可以围绕此转轴左右摆动，中部有一个大转轴，叶片的前部和尾部可以绕这个大转轴小角度转动，叶片前部和尾部的夹角不会小于150度，达到150度时，叶片前部和尾部限位会顶在一起。在叶片的尾部左右两侧有两个限位柱，它们用于限制叶片摆动的角度。当左侧来流时，叶片在水流作用下会摆动到右侧，到达限位柱后，叶片会发生弯曲，弯曲到最佳设定角度后停止，根据流体力学可知，叶片弯曲后，水动力性能更好，升阻比增大，能量转化效率会提高很多。同理可知右侧来流情形。
使用时仅需要把本装置的安装轴与透平固定，限位柱与透平固定。
本发明主要优点：可以非常容易的加装到潮流能发电系统中，构建叶轮透平，主要适用于往返的双向潮流区域，实现透平高效变桨，高效转化，成本低廉，不需要动密封，不需额外能源驱动，结构简单，机械强度高，性能可靠，重量轻，可以依据不同的功率需要制造不同的规格，寿命长,不怕海水腐蚀，可实现免维护。
附图说明
图1是可弯曲叶片处于中轴线上的位置状态示意图；
图2是当左侧来流时可弯曲叶片所处位置状态示意图；
图3是当右侧来流时可弯曲叶片所处位置状态示意图。
其中：1叶片安装转轴、 2叶片前部、 3叶片中部大转轴、 4叶片尾部 、 5左侧限位柱 、 6右侧限位柱。
具体实施方式
图1是可弯曲叶片处于中轴线上的位置状态。叶片安装转轴1处于可弯曲叶片前端，叶片安装转轴1可以固定到潮流能透平叶片轮毂上，叶片分为前部2及尾部4两部分，叶片前部2套装在叶片安装转轴1上，整个叶片可以围绕叶片安装转轴1左右摆动，叶片前部2与叶片尾部4通过叶片中部大转轴3链接在一起，叶片前部2与叶片尾部4可以围绕叶片中部大转轴3小角度转动，叶片前部2与叶片尾部4夹角不会小于150度。达到150度时，由于限位，叶片前部2与叶片尾部4会触碰到一起，所以停止转动。在叶片尾部4下端左右两侧有左侧限位柱5和右侧限位柱6与透平固定，用于限制叶片摆动的角度。当左侧来流时，可弯曲叶片在水流作用下会摆动到右侧，叶片尾部4到达右侧限位柱6后，停止摆动，但在水流推力作用下，叶片中部会发生弯曲，即叶片前部2和叶片尾部4会绕叶片中部大转轴3转动，弯曲到最佳设定角度后停止，如图2所示。当右侧来流时，叶片在水流作用下会摆动到左侧，叶片尾部4到达左侧限位柱5后，停止摆动，但在水流推力作用下，叶片中部会发生弯曲，即叶片前部2和叶片尾部4会绕叶片中部大转轴3转动，弯曲到最佳设定角度后停止，如图3所示。根据流体力学可知，叶片弯曲后，水动力性能更好，升阻比增大，能量转化效率会提高很多。

Claims (1)

1.水动力自动变桨透平的可弯曲叶片，其特征是叶片安装转轴（1）处于可弯曲叶片前端，固定到潮流能透平叶片轮毂上，叶片分为前部（2）及尾部（4）两部分，叶片前部（2）套装在叶片安装转轴（1）上，整个叶片能够围绕叶片安装转轴（1）左右摆动，叶片前部（2）与叶片尾部（4）通过叶片中部大转轴（3）链接在一起，叶片前部（2）与叶片尾部（4）能够围绕叶片中部大转轴（3）小角度转动，叶片前部（2）与叶片尾部（4）夹角不小于150度，达到150度时，由于限位，叶片前部（2）与叶片尾部（4）会触碰到一起，停止转动，在叶片尾部（4）下端左右两侧有左侧限位柱（5）和右侧限位柱（6），左侧限位柱（5）和右侧限位柱（6）与透平固定，当左侧来流时，可弯曲叶片在水流作用下会摆动到右侧，叶片尾部（4）到达右侧限位柱（6）后，停止摆动，在水流推力作用下，叶片中部会发生弯曲，即叶片前部（2）和叶片尾部（4）会绕叶片中部大转轴（3）转动，弯曲到设定角度后停止，当右侧来流时，叶片在水流作用下会摆动到左侧，叶片尾部（4）到达左侧限位柱（5）后，停止摆动，在水流推力作用下，叶片中部会发生弯曲，即叶片前部（2）和叶片尾部（4）会绕叶片中部大转轴（3）转动，弯曲到设定角度后停止。
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