CN206722961U - 一种基于康达效应引流增升的潮流能发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于康达效应引流增升的潮流能发电装置，包括主叶轮、驱动叶轮、低扬程大流量离心泵、分路器、电磁阀、转轴、发电机、支撑杆、密封盖、导流管、轴承、基座，所述主叶轮通过转轴连接到发电机，支撑杆空心，固定在基座上，与转轴同心，两者间有轴承保证相对转动。驱动叶轮通过轴承安装在支撑杆上，利用主叶轮尾流带动低扬程大流量离心泵抽水，分路器安装在泵入口，支路外围安装有导流管，分路器内置电磁阀，跟随主叶轮转速控制不同流道开合。据此所制造的表面引流增升的潮流能发电装置，能保证抽水水流产生康达效应，增加升力面流速，提高升力，同时在导流管的聚能作用下，进一步增大流速，在潮流能发电中有较高运行效率。

Description

一种基于康达效应引流增升的潮流能发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种潮流能发电装置，具体地说是一种基于康达效应引流增升的潮流能发电装置，属于流体机械及水电工程设备技术领域。

背景技术

传统潮流能发电装置要求海域内有一定流速以保证稳定、充足的发电量，但是相较于国外，我国很多海域流速并不高，传统潮流能发电装置大部分处于试验阶段，效率低，发电成本高。若能保证足够流速，为叶轮提供足够升力，则可解决这一问题，促进潮流能的研究和开发。传统潮流能发电装置只含有一个叶轮直接带动发电机发电，尾流能量全部浪费，同时因为潮流流速慢，能量密度低，现有的叶轮形式普遍存在效率低下的缺点，为了提高发电量，必须增大叶轮直径，增加潮流能发电装置数量，导致发电成本很高。

流体流经叶片表面时，会产生康达效应，又称附壁效应，即流体会顺着叶片表面流动。传统潮流能叶轮做工后的尾流仍然有一定流速和能量，该能量难以直接用来高效发电，却可以驱动泵抽吸叶片升力面水流，不仅直接产生康达效应，引导叶片升力面产生更大流速，还诱导周围水流一同产生增生效果，同时由于康达效应，水流流动方向沿叶片形状发生偏转，则会给叶片一个反作用力，配合导流管增加流速，大大提高发电效率和出力稳定。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，设计一种结构简单、经济成本低、效率高的表面引流增升的潮流能发电设备，也可供平原、溪流、尾水等微水头条件下发电使用，充分利用可再生能源。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的:

一种基于康达效应引流增升的潮流能发电装置，其特征在于，包括主叶轮、分路器、低扬程大流量离心泵、驱动叶轮、支撑杆、基座、发电机、转轴和轴承，其中：

发电机置于基座内，支撑杆与发电机连接，支撑杆为空心杆结构，转轴一端伸入支撑杆中，并与支撑杆同轴，转轴与支撑杆的连接处通过轴承传力；转轴与支撑杆一体转动，带动发电机发电；

驱动叶轮转动设置于靠近支撑杆的转轴上，转轴的另一端连接主叶轮，主叶轮与驱动叶轮之间的转轴上依次设置分路器和低扬程大流量离心泵，所述低扬程大流量离心泵由驱动叶轮带动转动，所述分路器设置于低扬程大流量离心泵入口处，主叶轮与驱动叶轮之间的距离不小于0.5倍的主叶轮直径。

本实用新型所述分路器安装在低扬程大流量离心泵入口，分路器由主腔和支路组成，所述电磁阀安装在支路与主腔连接处，根据主叶轮转速制定支路启闭规律，保证主叶轮叶片升力面始终在抽吸水流中。抽吸叶片升力面水流，在康达效应作用下，潮流加速沿升力面流动，周围流体受诱导也沿叶片流动，大大提高升力，同时康达效应使潮流沿叶片形状偏转，给叶片反作用力，也增加了升力。

本实用新型所述转轴与支撑杆之间有轴承保证相对转动并防止转轴摆动，所述驱动叶轮通过轴承安装在支撑杆上。在水下因为浮力的存在，又因支撑杆为空心结构，轴承、轴以及基座受力减小，装置的安装、支撑难度降低。

优选地，所述驱动叶轮与主叶轮直径相等。驱动叶轮利用尾流能量，驱动低扬程大流量离心泵，抽吸水流。

进一步地，所述分路器由主腔和支路组成，主腔和支路的连接处设置电磁阀。

更进一步地，所述分路器支路个数为主叶轮叶片数的整数倍，至少为倍以提高引流精度，支路将主叶轮扫略区域均分，主叶轮转至其中一个区域，该区域位于转动方向前的支路开启，使叶片升力面流速提高，增大升力，支路外围安装导流管进一步提高流速。

进一步地，在轴承、转轴与驱动叶轮连接处设置流线型的密封盖。

优选地，所述分路器支路为导叶形状以降低水力损失，每条支路正对叶片处开有进水口。

本实用新型工作原理为：

潮流驱动主叶轮转动,主叶轮的转动带动转轴及支撑杆转动，经过导流管的聚能作用，带动发电机发电；尾流经过主叶轮和驱动叶轮间的距离，恢复到来流速度的50％以上，带动驱动叶轮旋转，为低扬程大流量离心泵抽吸水流提供动力，抽吸的水流对主叶轮升力面潮流进行引流，在康达效应作用下，潮流加速沿升力面流动，周围流体受诱导也沿叶片流动，大大提高升力，同时康达效应使潮流沿叶片形状偏转，给叶片反作用力，也增加了升力，最终实现潮流能的高效利用。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的一种基于康达效应引流增升的潮流能发电装置，驱动叶轮利用主叶轮尾流剩余能量，驱动离心泵抽水，在电磁阀启闭规律控制下，对主叶轮升力面潮流引流，在康达效应和导流管协同作用下升力面潮流流速提升，升力增大，从而提高发电效率，增加了对潮流能的利用率。

本实用新型的一种基于康达效应引流增升的潮流能发电装置结构简单，加工制造和维护都很方便，同时针对潮流能特点，也可用于平原、溪流、尾水等微水头条件下发电。

附图说明

图1是本实用新型的装置整体结构示意图。

图2是本实用新型的无导流管示意图。

图3是本实用新型的驱动叶轮处连接示意图。

图4是分路器内部结构示意图。

图5是叶片叶轮扫略面积示意图。

具体实施方案

如图1、图2所示，本实用新型的一种基于康达效应引流增升的潮流能发电装置，包括主叶轮1、分路器2、低扬程大流量离心泵3、驱动叶轮4、密封盖5、支撑杆6、基座7、发电机8、转轴9、导流管10、轴承11、电磁阀12等技术特征。

如图2所示，发电机8置于基座7内，支撑杆6与发电机8连接，支撑杆6为空心杆结构，转轴9一端伸入支撑杆6中，并与支撑杆6同轴，转轴9与支撑杆6的连接处通过轴承11传力；转轴9与支撑杆6一体转动，带动发电机8发电；

驱动叶轮4转动设置于支撑杆6上，转轴9的另一端连接主叶轮1，主叶轮1与驱动叶轮4之间的转轴9上设置分路器2，主叶轮1与驱动叶轮4之间的支撑杆6上设置低扬程大流量离心泵3，主叶轮1与驱动叶轮4之间的距离不小于0.5倍的主叶轮1直径。

如图3所示，转轴与支撑杆之间有轴承保证相对转动并防止转轴摆动，驱动叶轮4通过轴承安装在支撑杆上。

如图2所示，密封盖安装在轴承与转轴、驱动叶轮连接处，为流线型。

如图2、图4所示，驱动叶轮安装在支撑杆上，驱动叶轮与主叶轮大小相当，驱动叶轮利用尾流能量，驱动低扬程大流量离心泵3抽吸水流。因为潮流经过主叶轮做功发电后，尾流能量已经大大衰减，流场不稳定，直接驱动发电机的话，无法提供充足、稳定的力矩，发电机偏离最优工况，损害发电设备且电能品质低，得不偿失，而尾流却足以驱动泵抽水，泵担任了蓄能器的角色，将不稳定的尾流能量转换为稳定的水流能量，对主叶轮表面流速起到增速作用，提高能量利用率和发电效率，节省发电机和控制系统投资。驱动叶轮安装位置与主叶轮保持一定距离，给予尾流一定的能量恢复。这个距离不小于0.5倍的主叶轮直径，距离越大，尾流流速恢复越多，驱动叶轮表面流速越接近来流速度，在这个距离接近一倍主叶轮直径时，尾流流速基本等于来流速度，流速恢复随距离变化很慢了，增加距离收效不大，并且此时支撑结构过长，会降低潮流能发电装置的结构强度，增加不必要的投资。为了利用尾流，达到能量充分利用的目的，只要保证尾流恢复到来流速度的50％以上即可。

如图2、图4所示，分路器2安装在低扬程大流量离心泵入口，所述分路器2由主腔和支路2.b组成，主腔2.a和支路的连接处设置电磁阀12，如图5所示，分路器将三叶片叶轮扫略面积均分为6部分，以图示位置为例，主叶轮转动至1’、3’、5’区域时，分路器中的1、3、5路电磁阀开启，抽吸水流，达到引流增升效果。主叶轮在额定工况下的转速为n,升力面从某一区域转动至下一区域的时间间隔为3600/2πn秒，1、3、5和2、4、6分路器轮流开启和关闭，保证主叶轮叶片升力面始终在抽吸水流中。主叶轮叶片升力面水流在康达效应作用下，潮流加速沿升力面流动，周围流体受诱导也沿叶片流动，大大提高升力，同时康达效应使潮流沿叶片形状偏转，给叶片反作用力，也增加了升力。

如图1、图2所示，分路器支路为导叶形状以降低水力损失，提高驱动叶轮的尾流利用率，每条支路正对叶片处开有进水口。

如图1所示，分路器支路个数为主叶轮叶片数的整数倍，至少为2倍以提高引流精度，支路个数越多则对升力面引流增升精度越高。分路器支路将主叶轮扫略区域均分，主叶轮转至其中一个区域，该区域位于转动方向前的支路就开启，使叶片升力面流速提高，增大升力。

如图1所示，支路外围安装导流管10聚能，进一步提高流速。

本实用新型通过增加一个驱动叶轮，利用尾流能量驱动泵，通过抽吸水流对主叶轮表面潮流引流，产生康达效应，增加主叶轮升力，提高潮流能利用率。与现有潮流能发电装置相比，在发出同样电能的前提下，可减少潮流能发电装置数量，减少发电机、水工结构、控制系统等的投资，极大的提高了潮流能的利用率，降低了成本。

本实用新型中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于康达效应引流增升的潮流能发电装置，其特征在于，包括主叶轮(1)、分路器(2)、低扬程大流量离心泵(3)、驱动叶轮(4)、支撑杆(6)、基座(7)、发电机(8)、转轴(9)和轴承(11)，其中：

发电机(8)置于基座(7)内，支撑杆(6)与发电机(8)连接，支撑杆(6)为空心杆结构，转轴(9)一端伸入支撑杆(6)中，并与支撑杆(6)同轴，转轴(9)与支撑杆(6)的连接处通过轴承(11)传力；转轴(9)与支撑杆(6)一体转动，带动发电机(8)发电；

驱动叶轮(4)转动设置于靠近支撑杆(6)的转轴(9)上，转轴(9)的另一端连接主叶轮(1)，主叶轮(1)与驱动叶轮(4)之间的转轴(9)上依次设置分路器(2)和低扬程大流量离心泵(3)，所述低扬程大流量离心泵(3)由驱动叶轮(4)带动转动，所述分路器(2)设置于低扬程大流量离心泵(3)入口处，主叶轮(1)与驱动叶轮(4)之间的距离不小于0.5倍的主叶轮(1)直径。

2.根据权利要求1所述的基于康达效应引流增升的潮流能发电装置，其特征在于：所述驱动叶轮(4)与主叶轮(1)直径相等。

3.根据权利要求1所述的基于康达效应引流增升的潮流能发电装置，其特征在于：所述分路器(2)由主腔(2.a)和支路(2.b)组成，主腔(2.a)和支路(2.b)的连接处设置电磁阀(12)。

4.根据权利要求3所述的基于康达效应引流增升的潮流能发电装置，其特征在于：所述分路器支路(2.b)为导叶形状，每条支路(2.b)正对叶片处开有进水口。

5.根据权利要求4所述的基于康达效应引流增升的潮流能发电装置，其特征在于：所述分路器支路(2.b)个数为主叶轮(1)叶片数的整数倍，且至少为2倍以上。

6.根据权利要求1所述的基于康达效应引流增升的潮流能发电装置，其特征在于：在轴承(11)、转轴(9)与驱动叶轮(4)连接处设置流线型的密封盖(5)。