[发明专利]一种Π型悬臂式垂直轴潮流水轮机

说明书

本发明提供一种Π型悬臂式垂直轴潮流水轮机，在主轴的上端设置有法兰、下端设置有水密转盘，所述水密转盘的周向上等间距设置有至少三个弧板，每个弧板上设置有两个开孔侧板，两个开孔侧板的端部间设置有顶板，顶板、弧板、两个开孔侧板构成框架式结构，在每个框架式结构的上端设置有叶片座，叶片座上设置有控制电机，控制电机的输出端连接有叶片轴，每个叶片轴上设置有测力传感器，每个叶片轴的端部连接有叶片。本发明能量转换效率高，启动性能好，环境适应能力强，结构简单，便于建造和海上安装维护，生产和制造成本低，能够全水深工作，可使发电机组等机电构件位于水面以上，便于维护、检修和运行管理，适用于潮流能转换。

技术领域

本发明涉及一种Π型悬臂式垂直轴潮流水轮机，属于液力机械和液力发电机领域。

背景技术

潮流能是一种清洁无污染的绿色可再生新能源，具有储量大、分布广、可预测性强等优点。开发利用潮流能对于缓解能源紧张，降低环境污染，发展沿海及岛屿经济，巩固海防等具有重要意义。

潮流能利用的核心装置为水轮机，根据其结构形式，主要有水平轴式和垂直轴式。水平轴式水轮机易实现变桨控制运行，具有能量转换效率高、设计理论和技术相对成熟等优点，但其水下结构和密封复杂，往往需要加设对流换向机构，且叶梢处空化和叶片振动问题突出；垂直轴式水轮机结构相对简单，流向适应性强，对水深要求不高，一直是研究和应用的热点机型。目前应用的垂直轴潮流水轮机多为固定偏角的“H型”和“Φ型”水轮机，叶轮的水下结构相对复杂，启动流速高，运行工况控制困难，能量转换效率低，渔网或海草等缠绕问题难于克服，安装维护成本较高。为此，本专利发明了一种“Π型”悬臂式垂直轴潮流水轮机，该水轮机克服了现有垂直轴潮流水轮机的不足，具有如下优点：

(1)叶轮结构呈Π型，整体结构简单，生产和制造成本低。

(2)连接叶片与叶轮主轴的轮辐位于水面以上，叶轮转动时轮辐不产生水阻力能量耗散，叶轮的能量转换效率高。

(3)采用了水上支臂和水密转盘以及水下悬臂叶片等独特结构设计，实现了叶片偏角的主动控制，进一步提高了水轮机的能量转换效率。

(4)实现了叶轮启动、正常运行和刹车等不同工况的主动控制，降低了水轮机的启动流速和过载风险，水轮发电机组的环境适应能力更强。

(5)除叶片以外，所有构件位于水面以上运行，降低了水密难度和水轮机的故障率，便于安装、维护、检修和运行管理。

(6叶片的水下部分没有轮辐或其它连接构件，解决了渔网和海草缠绕难以清除的问题，且便于叶片安装、维护、检修和叶片表面海生物清除等海上作业，长期运维成本低；

(7)悬臂式非等截面、近似于等应力直翼叶片设计，叶根舷长和厚度较大，保证了叶片根部的耐载荷能力。

(8)主轴、轮盘、支臂、叶片座和叶片，采用没考好结构设计和活连接形式，不仅方便于运输安装、维护检修，还能够实现叶轮直径的调整。

经检索发现，公布号为CN201010101286.4的发明专利文件中公开了一种垂直轴潮流发电机的叶轮装置。包括主轴及轮盘部分、轮辐部分和叶片及叶片连接部分。其特征是：主轴及轮盘部分包括主轴、轮盘、连接槽、槽连接孔；轮辐部分包括轮辐板、轮辐板连接孔、限位腿、角度调节螺栓；叶片及叶片连接部分包括叶片、叶片箍、限位座；主轴及轮盘部分通过连接螺栓与轮辐部分连接，轮辐部分与叶片及叶片连接部分转动相连。本发明可调整叶片的迎流攻角或控制叶片的摆角范围，可根据潮流环境更换轮辐部分，改变叶轮转动半径，是一种结构简单，安装、调节、拆换方便，运行可靠，适合工程应用的叶轮装置，用于潮流能转换。本发明专利所涉及的一种Π型悬臂式垂直轴潮流水轮机与公布号为CN201010101286.4的发明专利文件中公开的水轮机存在以下不同：