CN110005566A - 垂直轴水轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种垂直轴水轮机，包括转子、上盖板、下盖板以及弧形挡流板，转子包括转轴以及多个叶片，多个叶片固定在转轴的侧面上；上盖板垂直设置在转轴的上端；下盖板穿过转轴的下端，设置在叶片的下端；弧形挡流板的一端与上盖板的边缘连接，另一段与下盖板的边缘连接。该垂直轴水轮机，在垂直轴水轮机的上盖板与下盖板之间安装弧形挡流板，因为水流或海流流动方向固定，因为阻塞效应，使其与上下盖板形成加速通道，通过水轮机转子的水流速度可得到明显增加，进而提高转子叶片的做功性能，提升水轮机整体的输出功率；进而使该水轮机在有限空间里能更高效地实现将流体动能转换为机械能，进而转化为电能的这一能量转换过程。

Description

垂直轴水轮机
技术领域
本发明涉及水轮机领域，具体涉及一种垂直轴水轮机。
背景技术
水流能是指海水或河水在水平流动中蕴藏的动能，是可再生能源中的一种。一般来说水流速度大于2米每秒的河流、海底水道或海峡中以及由于潮汐导致的有规律的海水流动地区内的海流能资源都具有可开发利用的价值。由于与风力发电的原理相似，目前大多数研制中的水流能发电装置也是将流水的动能转换为机械能进而用于发电，因此其结构形式也与风力机类似，可分为水平轴式和垂直轴式两类，垂直轴式的水流能装置(水轮机)的发电设备可安装在水面以上甚至是岸边，从而大大减小了水流对这些关键部件的侵蚀破坏，进而降低了系统的维护费用。此外，垂直轴式海流能水轮机的迎流面积为矩形从而在安装时受到水深高度的制约性较小，因此比水平轴装置更适用于流速大，水深较浅的流道中。
尽管垂直轴水流能水轮机与水平轴装置相比有诸多优点，但是这种水轮机的能量转换效率较低，迄今为止其普遍性仍低于水平轴式装置，而提高垂直轴式水流能水轮机的能量转换效率是使这种发电装置得到更广泛应用的关键。
目前提高垂直轴式水轮机的方法可分为主动式和被动式两类，主动式的可在水轮机转子叶片上通过射流、振动薄片或吹、吸气的方法通过局部能量的输入，改善叶片表面的流动状态，提高叶片的做功性能，但这类方法需要消耗能量而且机构复杂，不适合严酷和复杂多变的河流和海洋环境。
被动式方法在叶片上加装附属小结构如肋条、圆柱、优化叶片几何形状等，这类方法不需要消耗能量，无需额外添加装置或系统因此结构简单。但是，目前利用附属小结构如肋条、圆柱、优化叶片几何形状等改善叶片做功性能的被动式方法需要在转子叶片表面直接进行加装，在实际应用中的变工况性能较差，不能根据主流工况的变化进行相应的调整，在某些工况下因为改变了叶片的几何外形反而会增大流动阻力，降低水轮机叶片的水动力特性。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种垂直轴水轮机。
本发明提供了一种垂直轴水轮机，包括转子、上盖板、下盖板以及弧形挡流板，转子包括转轴以及多个叶片，多个叶片固定在转轴的侧面上；上盖板垂直设置在转轴的上端；下盖板穿过转轴的下端，设置在叶片的下端；弧形挡流板的一端与上盖板的边缘连接，另一段与下盖板的边缘连接。
本发明所提供的垂直轴水轮机，在垂直轴水轮机的上盖板与下盖板之间安装弧形挡流板，因为水流或海流流动方向固定，因为阻塞效应，使其与上下盖板形成加速通道，通过水轮机转子的水流速度可得到明显增加，进而提高转子叶片的做功性能，提升水轮机整体的输出功率；进而使该水轮机在有限空间里能更高效地实现将流体动能转换为机械能，进而转化为电能的这一能量转换过程。
在本发明提供的垂直轴水轮机中，还可以具有这样的特征：其中，弧形挡流板的高度与叶片的高度相同，因此，弧形挡流板能够与上、下盖板形成加速通道。
在本发明提供的垂直轴水轮机中，还可以具有这样的特征：其中，弧形挡流板的弧长为上盖板的周长的八分之一～五分之一。
在本发明提供的垂直轴水轮机中，还可以具有这样的特征：其中，盖板的直径为转子的直径的1.1～1.3倍。
在本发明提供的垂直轴水轮机中，还可以具有这样的特征，还包括：齿轮箱与发电机，其中，转轴的下端与齿轮箱的齿轮箱连接，齿轮箱与发电机连接。
附图说明
图1是本发明的实施例中垂直轴水轮机的立面图；
图2是本发明的实施例中垂直轴水轮机的立面图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明弧形两件式屏蔽罩作具体阐述。
图1是本发明的实施例中垂直轴水轮机的立面图；图2是本发明的实施例中垂直轴水轮机的立面图。
如图1、2所示，垂直轴水轮机100包括转子10、上盖板20、下盖板30、弧形挡流板40、齿轮箱50以及发电机60。
转子10为三叶片的升力性转子，具有转轴11以及三个叶片12。三个叶片12等角度分布固定设置在转轴11的侧面上，三个叶片12中任意两两叶片12之间的角度均为120°。
上盖板20为圆形盖板，设置在转轴11的上端，也就是设置三个叶片12的上端。
下盖板30为圆形盖板，穿过转轴11的下端设置在三个叶片12的下端。上盖板20与下盖板30的直径相同，均为转轴11到叶片12的距离的1.3倍。
弧形挡流板40的一端与上盖板20的边缘固定连接，另一端与下盖板30的边缘固定连接。图2中箭头方向为水流方向，弧形挡流板40垂直设置在上盖板20与下盖板30之间的迎流方向上。
该弧形挡流板40的材质与上盖板20以及下盖板30的材质相同。高度与叶片12的高度相同。弧形挡流板40的弧长(与上盖板20的接触的长度)为上盖板20的周长的六分之一。当弧形挡流板40的弧长为上盖板20的周长的六分之一时，垂直轴水轮机100的转子10的水流速度得到的提升最高，从而提高性能的效果达到最佳。
齿轮箱50设置在转轴11的下端，输出轴与转轴11的下端连接。
发电机60与齿轮箱50连接。
在本实施例中，在垂直轴水轮机的上盖板与下盖板之间的迎流方向上加装了弧形挡流板。在实际生活中，因为水流的方向是固定的，将弧形挡流板设置在迎流方向上，由于阻塞效应，该弧形挡流板与上盖板以及下盖板之间形成了加速通道，使流体通过时能够提高流体的速度，增加转子上叶片的做功性能，进而使该垂直轴水轮机能够在有限空间里更高效地实现将流体动能转换为机械能，进而转化为电能的这一能量转换过程。
不仅如此，采用本发明中的在上盖板与下盖板之间的迎流方向上加装弧形挡流板的这种方案，水轮机转子直径可以适当减小。当需要多个水轮机成群布置，规模化开发利用水流能时，可有效提高狭隘河道或海峡里的空间利用率。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求极其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种垂直轴水轮机，包括转子、上盖板、下盖板以及弧形挡流板，其特征在于：
所述转子包括转轴以及多个叶片，多个所述叶片固定在所述转轴的侧面上；
上盖板垂直设置在所述转轴的上端；
下盖板穿过所述转轴的下端，设置在所述叶片的下端；
所述弧形挡流板的一端与所述上盖板的边缘连接，另一段与所述下盖板的边缘连接。
2.根据权利要求1所述的垂直轴水轮机，其特征在于：
其中，所述弧形挡流板的高度与所述叶片的高度相同。
3.根据权利要求1所述的垂直轴水轮机，其特征在于：
其中，所述弧形挡流板的弧长为所述上盖板的周长的八分之一～五分之一。
4.根据权利要求1述的垂直轴水轮机，其特征在于：
其中，所述盖板的直径为所述转子的直径的1.1～1.3倍。
5.根据权利要求1述的垂直轴水轮机，其特征在于，还包括：
齿轮箱与发电机，
其中，所述转轴的下端与所述齿轮箱的输出端连接，所述齿轮箱与所述发电机连接。
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