[发明专利]一种用于垂直轴水轮机的自适应导流加速装置

说明书

本发明一种用于垂直轴水轮机的自适应导流加速装置，包括两个半球壳状导流罩、竖向空心弧形导流罩、主轴、多个翼型转叶和连接轴；两个半球壳状导流罩分别位于竖向空心弧形导流罩的上端和下端，半球壳状导流罩和竖向空心弧形导流罩通过卡扣卡槽结构连接，主轴和多个翼型转叶竖直设置在竖向空心弧形导流罩中，其中，主轴的两端分别与对应的半球壳状导流罩转动连接，多个翼型转叶通过连接轴与主轴固定连接；主轴穿过上端球壳状导流罩与外部发电机相连，发电机可置于上端球壳状导流罩的墙体内；进入竖向空心弧形导流罩中的水流通过冲击翼型转叶带动主轴转动，进而带动与装置同轴的发电机发电，从而实现从水能到电能的转换。

技术领域

本发明属于能源动力领域，具体地说涉及一种用于垂直轴水轮机的自适应导流加速装置，可用于提高垂直轴水轮机能量捕获效率、适应性的潮流能导流加速装置。

背景技术

在能源危机与环境危机的双重压力下，海洋能作为一种蕴藏能源巨大的新型、绿色可再生能源逐步进入世界各国的视野。在海洋能中，潮流能由于其能流密度高、不占用土地资源、可预报、蕴含能量巨大的优点，成为当前海洋能能源开发技术领域最为活跃的分支之一。

目前，潮流能发电装置的发展主要基于垂直轴水轮机发电和水平轴水轮机。与水平轴水轮机相比，垂直轴水轮机具有更好的经济、环境效益。然而，目前垂直轴潮流发电装置面临着一些比较复杂的技术问题，例如：启动性能较差，需要有结构较为复杂的导流装置；整体转换效率较低，低于水平轴水轮机；由于其结构形式，垂直轴水轮机叶片易受到周期性载荷，同时由于主轴转矩是脉动的，因此容易使叶片和主轴容易产生疲劳等。进一步地，结合我国近海潮流流速较低的实际情况，在低流速下垂直轴水轮机装置自启性能较差的问题成为了垂直轴水轮机在低流速海域应用的阻碍。

潮流能发电装置追求的主要目标仍在提高转换效率、提高水轮发电机适应性、降低发电低成本、高可靠性、易于维护等方面，潮流能发电技术进一步发展仍需可适应不同来流方向和易于在低流速下启动的潮流能装置的应用。目前，应用于提升潮流能流速的装置是导流罩，其通过限制和引导水流流动从而起到提高流速的效果，与垂直轴水轮机适应较好，减小其启动流速，使垂直轴水轮机能在较低流速的海域工作；同时减小叶轮尺度并提高效率；导流的作用可降低叶轮流场的大尺度涡，改善叶轮的运行环境，使系统更平稳。但国内外对潮流能的研发主要集中在水平轴潮流能发电装置的研究，对于提高潮流能捕获效率的垂直轴水轮机的导流罩研究相对较少，装置中通过潮流加速以提高发电装置效率也是目前潮流能利用的一大难点。因此，开发一种适用于潮流能垂直轴水轮机的自适应导流加速装置，让垂直轴水轮机适应不同来流方向、也易于在低流速下启动，可提高水轮机对低流速海域的适应性，为垂直轴水轮机高效率、高适用性的研究应用奠定基础。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种用于垂直轴水轮机的自适应导流加速装置，可用于提高垂直轴水轮机能量捕获效率、适应性的潮流能导流加速装置。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：

一种用于垂直轴水轮机的自适应导流加速装置，包括两个半球壳状导流罩、竖向空心弧形导流罩、主轴、多个翼型转叶和连接轴。

两个半球壳状导流罩分别位于竖向空心弧形导流罩的上端和下端，半球壳状导流罩和竖向空心弧形导流罩通过卡扣卡槽结构连接，主轴和多个翼型转叶竖直设置在竖向空心弧形导流罩中，其中，主轴的两端分别与对应的半球壳状导流罩转动连接，多个翼型转叶通过连接轴与主轴固定连接；

所述主轴穿过上端球壳状导流罩与外部发电机相连，发电机可置于上端球壳状导流罩的墙体内；

进入竖向空心弧形导流罩中的水流通过冲击翼型转叶带动主轴转动，进而带动与装置同轴的发电机发电，从而实现从水能到电能的转换。

进一步改进，所述主轴的两端分别通过滚珠轴承与对应的半球壳状导流罩转动连接。