CN108716450A - 一种基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置 - Google Patents

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徐刚
王树齐
朱仁庆
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Abstract

本发明涉及一种基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置，包括主轴，以及至少两个平行设置在主轴上轮盘，所述轮盘上设置有若干个沿轮盘圆周方向等间距分布的轮辐机构，所述轮辐机构包括轮辐翼型板，以及分别设置于轮辐翼型板内端和外端的矩形形状轮辐平板和翼型形状轮辐平板；还包括错开连接上、下两轮盘上轮辐机构的螺旋型叶片，所述螺旋型叶片与轮辐机构中的翼型形状轮辐平板固定连接，且所述螺旋型叶片上还固定连接有若干个等间距分布的翼型整流片。本发明的优点在于：本发明基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置，结构简单，运行可靠，电能输出稳定，安装、拆换方便，适合工程应用。

Description

一种基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置
技术领域
本发明属于液力机械和液力发动机领域，特别涉及一种基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置。
背景技术
潮流能是一种可再生清洁能源，与潮汐的涨落相伴。我国可开发潮流能资源居世界之首。
潮流能转换过程中，潮流发电机的叶轮装置是潮流能开发和利用的关键水动力构件，其构成主要包括主轴、叶片以及相关的连接及调节控制机构等。根据来流方向与叶轮旋转轴之间的关系，可将潮流叶轮装置分为水平轴式和垂直轴式。水平轴潮流能叶轮装置的主轴平行于来流，来流方向垂直于叶轮盘面；垂直轴潮流能叶轮装置的主轴垂直于来流方向。目前，常规的垂直轴叶轮装置都是基于直叶片，即叶片展长平行于主轴。相对于水平轴叶轮装置而言，常规的垂直轴叶轮装置最突出的优点就是工作时不受来流方向改变的影响，不需要转向机构；但也存在明显的缺点，即叶轮在旋转一周的过程中，叶轮的瞬时载荷波动幅值较大，不利于叶轮运行的可靠性及电能输出的稳定性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置，欲通过该装置提高叶轮运行的可靠性及电能输出的稳定性。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置，其创新点在于：包括主轴，以及至少两个平行设置在主轴上轮盘，所述轮盘上设置有若干个沿轮盘圆周方向等间距分布的轮辐机构，所述轮辐机构包括轮辐翼型板，以及分别设置于轮辐翼型板内端和外端的矩形形状轮辐平板和翼型形状轮辐平板；还包括错开连接上、下两轮盘上轮辐机构的螺旋型叶片，所述螺旋型叶片与轮辐机构中的翼型形状轮辐平板固定连接，且所述螺旋型叶片上还固定连接有若干个等间距分布的翼型整流片。
进一步地，所述轮盘为两个，两个轮盘分别位于主轴下方和上方，下方轮盘底面与主轴底面平齐。
进一步地，所述轮辐机构中的轮辐翼型板的内端宽，外端窄，为梯形结构。
进一步地，所述轮辐机构中的轮辐翼型板选用截面为NACA0020翼型的轮辐翼型板，翼型形状轮辐平板选用截面为NACA0018翼型形状的平板。
进一步地，所述翼型整流片与螺旋型叶片的截面形状相同。
本发明的优点在于：
（1）本发明基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置，采用螺旋型叶片，有效提高了叶片自身的弯曲强度，同时，叶片为螺旋型，大大降低了叶轮运行过程中载荷和输出效率的波动幅值，且提高了叶轮的自启动能力；此外，螺旋型叶片上等距安装整流片，可减小水流沿螺旋型叶片螺旋方向的流动，提高螺旋型垂直轴叶轮能量利用率；本发明基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置，结构简单，运行可靠，电能输出稳定，安装、拆换方便，适合工程应用；
（2）本发明基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置，轮辐部分采用NACA0020翼型的轮辐板，既考虑了工程应用中强度需要，又减小了叶轮运行过程中的绕流影响。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置的结构示意图。
图2为图1中主轴及轮盘的连接结构示意图。
图3为图1中轮辐机构的结构示意图。
图4为图1中螺旋型叶片及翼型整流片的连接结构示意图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例
本实施例基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置，如图1和2所示，包括主轴1，以及两个平行设置在主轴1上的轮盘2，两个轮盘2分别位于主轴1下方和上方，下方轮盘2底面与主轴1底面平齐；在上方轮盘1的底面和下方轮盘2的上端面分别开有三个沿轮盘圆周方向等间距分布的连接槽10，且各连接槽10上开有两个槽连接孔11。
各轮盘2上设置有三个沿轮盘2圆周方向等间距分布的轮辐机构，如图1和3所示，轮辐机构包括轮辐翼型板5，轮辐翼型板5的内端和外端以焊接的方式固定连接矩形形状轮辐平板4和截面为NACA0018翼型形状的平板6。矩形形状轮辐平板4上开有两个轮辐平板连接孔12，通过连接螺栓3将轮辐平板连接孔12与槽连接孔11连接固定，进而使轮辐机构与轮盘2连接固定；实施例中，轮辐翼型板5一端宽，一端窄，为梯形结构，既有利于提高自身强度，又有利于减轻自身重量，且本实施例中轮辐翼型板5截面采用NACA0020，可以降低自身绕流影响，提高叶轮装置的性能。
本实施例基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置，如图1和4所示，还包括错开连接上、下两轮盘2上轮辐机构的螺旋型叶片8，翼型形状轮辐平板6上开有两个轮辐平板连接孔13，螺旋型叶片8的端部分别开有两个叶片连接孔14，通过连接螺栓7将叶片连接孔14与轮辐平板连接孔13连接固定，进而使螺旋型叶片8与轮辐机构中的翼型形状轮辐平板6固定连接，且螺旋型叶片8上还固定连接有三个等间距分布的翼型整流片9，翼型整流片9与螺旋型叶片8的截面形状相同，且翼型整流片9的尺寸是螺旋型叶片8截面翼型的2倍。
本实施例基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置，采用螺旋型叶片，有效提高了叶片自身的弯曲强度，同时，叶片为螺旋型，大大降低了叶轮运行过程中载荷和输出效率的波动幅值，且提高了叶轮的自启动能力；此外，螺旋型叶片上等距安装整流片，可减小水流沿螺旋型叶片螺旋方向的流动，提高螺旋型垂直轴叶轮能量利用率；本发明基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置，结构简单，运行可靠，电能输出稳定，安装、拆换方便，适合工程应用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置，其特征在于：包括主轴，以及至少两个平行设置在主轴上轮盘，所述轮盘上设置有若干个沿轮盘圆周方向等间距分布的轮辐机构，所述轮辐机构包括轮辐翼型板，以及分别设置于轮辐翼型板内端和外端的矩形形状轮辐平板和翼型形状轮辐平板；还包括错开连接上、下两轮盘上轮辐机构的螺旋型叶片，所述螺旋型叶片与轮辐机构中的翼型形状轮辐平板固定连接，且所述螺旋型叶片上还固定连接有若干个等间距分布的翼型整流片。
2.根据权利要求1所述的基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置，其特征在于：所述轮盘为两个，两个轮盘分别位于主轴下方和上方，下方轮盘底面与主轴底面平齐。
3.根据权利要求1所述的基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置，其特征在于：所述轮辐机构中的轮辐翼型板的内端宽，外端窄，为梯形结构。
4.根据权利要求3所述的基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置，其特征在于：所述轮辐机构中的轮辐翼型板选用截面为NACA0020翼型的轮辐翼型板，翼型形状轮辐平板选用截面为NACA0018翼型形状的平板。
5.根据权利要求1所述的基于螺旋型叶片的垂直轴潮流能叶轮装置，其特征在于：所述翼型整流片与螺旋型叶片的截面形状相同。
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