[发明专利]一种吸收潮汐能的多级叶轮转动装置

说明书

技术领域

本发明涉及水力发电领域，特别是涉及潮汐能利用发电领域。

背景技术

随着经济高速发展，能源需求量与日俱增，特别在电力行业经常会出现电力供应不足现象，所以充分利用能源十分必要，潮汐能作为清洁能源已得到广泛应用。潮汐电站通常采用灯泡贯流式机组为发电装置，此装置在结构上只于发电机灯泡侧设有活动导叶，以实现泄水工况对来流流量的有效调控，充水工况则不能达到有效控制效果；机组运行时，水流推动单级叶轮转动即由尾水管排出，不再进行处理，其能量没有得到有效利用，造成了浪费。

水轮机是动力原动机，运行工况及负载多变，这对机组灵活控制进水量提出要求。灯泡贯流式机组作为现阶段潮汐电站普遍使用的发电装置，在结构上只在泄水工况对进水流量进行控制，充水工况仅依靠闸门调控，降低了机组工况切换的灵活性。贯流式水轮机运行过程中，来流冲击单级转轮转动即由尾水管排出，其能量不能得到有效吸收，这是由于水轮机构造形式受到限制，没有形成对来流能量高效利用的环境。

本发明利用扩张导流管对水流收集并加速，通过活动导叶方便灵活控制进水流量，构造多级转轮吸收来流能量，提供了一种吸收潮汐能的转动装置，提高了水能的利用效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单且方便控制的用于提高水能利用效率的一种吸收潮汐能的多级叶轮转动装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种吸收潮汐能的多级叶轮转动装置，其特征在于：包括扩张导流管、组合叶轮转动体以及支架，所述扩张导流管采用卧式布置，包括两级扩口段和一级中间段，所述扩口段的导流管截面积沿轴线发生变化，呈喇叭状，两级扩口段对称分布在中间段两侧，喇叭口朝向两端；所述中间段导流管截面积为定值，夹在两级扩口段中间；在所述中间段内布置所述组合叶轮转动体，组合叶轮转动体的轴线与扩张导流管中心轴线重合；所述组合叶轮转动体包括两级发电机舱、两级导叶、两级旋转叶轮和一级固定叶轮；所述两级导叶分别设置在所述两级发电机舱外表面，所述一级固定叶轮位于所述两级发电机舱的中间，在每级发电机舱与固定叶轮之间设置一个旋转叶轮，每个旋转叶轮与对应的发电机舱内的发电机连接，所述导叶用于导向流入两级旋转叶轮中前一级旋转叶轮中的水流姿态，所述固定叶轮用于导向流入两级旋转叶轮中后一级旋转叶轮中的水流姿态。

所述导叶为具有转轴的活动导叶，导叶相对于扩张导流管保持非旋转状态，可根据自身转轴调节安放角度，改变流体流量和流动方向。

所述两级发电机舱呈子弹头型结构，对称布置在组合叶轮转动体两侧。

所述两级活动导叶对称布置在两级旋转叶轮两侧；所述两级旋转叶轮分别与两根同轴线主轴固定连接，对称布置在固定叶轮两侧；所述固定叶轮通过支架安装在扩张导流管中间段中心位置，与主轴互不影响运动状态。

所述活动导叶叶片截面为细长的水滴形状，与发电机舱相邻。

所述两级旋转叶轮的叶片截面均为两端薄中间厚的月牙形，安装方式完全相同；所述固定叶轮与两级旋转叶轮结构相同，布置方式相反，且相对于扩张导流管保持非旋转状态。

所述两级旋转叶轮分别固定在两根转轴上，独立旋转；所述两根转轴穿过相邻的一级活动导叶，一端通过轴承固定叶轮，一端与发电机舱内的发电机或齿轮箱相连。

本发明多级叶轮转动装置，流体进入扩张导流管后，首先经过第一级扩口段，然后再经过中间段。在中间段依次经过第一级子弹头型发电机舱、第一级导叶、第一级旋转叶轮、固定叶轮、第二级旋转叶轮、第二级导叶和第二级发电机舱，最后由第二级扩口段流出。

以充水工况为例解释该技术方案的发电原理。海水由海洋侧流向水库侧，水库水位上升。受扩张导流管扩口段管外壁型线干扰，进水口附近水体流场发生变化，进入管道的水体体积增大。水流进入导流管扩口段，过水断面逐渐收缩。由连续性方程可知，不可压缩流体在管道流动时，管径越小，断面上平均流速越大；同时，由伯努利方程，管内流体位置势能不变，动能增大，压力势能降低，即扩张导流管的中间段会生成一个低压区域，内外压差产生抽吸作用，使水流加速。活动导叶根据电站运行工况调节安放角度，对水流过流量及进入叶轮流道角度进行控制，使作用在叶片的转动力矩尽量大，且实际工作过程中，任意工况下的两级活动导叶开度同步。水流经活动导叶后改变流场，冲击旋转叶轮叶片，产生阻力差，与叶片进行动量交换，推动其旋转，带动两级叶轮旋转。各级旋转叶轮转动带动齿轮及各轴旋转，带动发电机输出功率，尾流由扩张导流管另一扩口段排出管道。两级旋转叶轮流经的水体流速不同，独立旋转，充分利用水能。