[发明专利]二阶扭转的Darrieus叶轮及水轮机

说明书

本发明公开了一种二阶扭转的Darrieus叶轮及水轮机。该水轮机包括底端板、顶端板和三个叶片；所述底端板垂直于所述二阶扭转的Darrieus叶轮的旋转轴中心线；所述顶端板间隔开地位于所述底端板的正上方，且垂直于所述旋转轴中心线；三个所述叶片相对于所述旋转轴中心线螺旋旋转且中心对称地分布在所述底端板和所述顶端板之间，三个所述叶片的底端和顶端分别对应地与所述底端板和所述顶端板连接，三个所述叶片基于各自的螺旋基线进行二阶扭转构造而成，以使所述二阶扭转的Darrieus叶轮在一个旋转周期内的最小力矩和平均力矩得到提升。本发明既能有效启动又没有过多的功率损失。

技术领域

本发明涉及低速水流能工程技术领域，尤其是涉及一种二阶扭转的Darrieus叶轮及水轮机。

背景技术

近年来对于海流能的利用，进一步丰富了可再生能源结构。而对于流速较大、流向稳定、能量较为密集的海流利用，基本由发电效率较高的轴流式水轮机完成。对于流速较低、流向不稳定、能量分散的海域，在其附近对于各种信息的探测、监控等需要较为稳定、功率较低的供电来源。Darrieus叶轮作为风机被应用的过程由来已久，而近年来趋势是将其应用于水中发电。其安装通常以垂直轴的形式，这使得该叶轮能够有效利用各个方向来流的能量。然而该叶轮由于结构原因，在一个旋转周期内存在较大的力矩波动，部分来流方向下的力矩极小，这对于叶轮的启动与持续稳定运行是不利的。针对力矩波动这一缺点，将叶片沿着中心轴进行螺旋扭转，这一设计方法能够有效地让各个来流角度下各段叶片的力矩互补，有效改善特定来流角度下力矩低的问题。然而这一方法使得叶片倾斜，部分沿着翼展方向流动的来流能量不能被利用，降低了一个旋转周期内的平均扭矩。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种二阶扭转的Darrieus叶轮，既能有效启动又没有过多的功率损失。

根据本发明实施例的二阶扭转的Darrieus叶轮，包括：

底端板，所述底端板垂直于所述二阶扭转的Darrieus叶轮的旋转轴中心线；

顶端板，所述顶端板间隔开地位于所述底端板的正上方，且垂直于所述旋转轴中心线；

三个叶片，三个所述叶片相对于所述旋转轴中心线螺旋旋转且中心对称地分布在所述底端板和所述顶端板之间，三个所述叶片的底端和顶端分别对应地与所述底端板和所述顶端板连接，三个所述叶片基于各自的螺旋基线进行二阶扭转构造而成，以使所述二阶扭转的Darrieus叶轮在一个旋转周期内的最小力矩和平均力矩得到提升。

根据本发明实施例的二阶扭转的Darrieus叶轮，具有如下的优点，第一、在一阶螺旋扭转的基础上进行二阶扭转，让二阶扭转的Darrieus叶轮既能有效启动又让二阶扭转的Darrieus叶轮的功率相对于传统的一阶扭转(即螺旋扭转)的叶轮得到了提升；第二、结构简单、易于加工量产；第三、尤其适用于低流速、流向不确定水域的水流能利用装置，能够满足功率需求低、布置选址不以水流流速为第一要素的发电需求。

根据本发明的一些实施例，三个所述叶片是在沿着各自的螺旋基线进行旋转拉伸的基础上进行二阶扭转构造而成。

根据本发明的一些实施例，三个所述叶片的螺旋基线位于由所述二阶扭转的Darrieus叶轮的半径与所述旋转轴中心线构成的外围圆柱面上，所述二阶扭转的Darrieus叶轮的半径为所述叶片的翼型弦线中点至所述旋转轴中心线的距离。

根据本发明的一些实施例，同一所述叶片在所述二阶扭转的Darrieus叶轮的半高处的弦线与无扭转情况下方向相同，且所述叶片在旋转拉伸过程中，所述叶片在所述二阶扭转的Darrieus叶轮的半高处的弦线相对于所述旋转轴中心线的角度保持不变，而所述叶片在除去所述二阶扭转的Darrieus叶轮的半高处以外的其余不同高度处的弦线相对于所述旋转轴中心线的角度发生变化。