專利名稱：用于海流能發(fā)電的變幾何水輪機和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋能源利用領(lǐng)域的裝置，具體是一種用于海流發(fā)電的變幾何水輪機。
背景技術(shù)：
海流能是指海水流動的動能，主要是指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動以及由于潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律的海水流動所產(chǎn)生的能量，是一種以動能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。用于海流發(fā)電的水輪機主要有兩類水平軸和垂直軸。但是從國內(nèi)外目前的研究水平來分析，這兩類水輪機的效率都未達到人們所期望的水平，因此，如何提高海流發(fā)電的效率，是海流能發(fā)展亟待解決的一個關(guān)鍵問題。海流發(fā)電效率較低是由于兩方面的原因造成的。一方面，海流能量密度低，存在分散，是一種熵已經(jīng)徹底變大的狀態(tài)；另一方面，海流發(fā)電系統(tǒng)中一些關(guān)鍵設(shè)備，尤其是對水輪機的研究明顯滯后?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)圖表所依據(jù)的物理條件，是與該類水輪機所面臨的物理環(huán)境是不相同的。另一方面，對于葉輪機械優(yōu)化設(shè)計課題，近年來，隨著計算流體力學(xué)、優(yōu)化算法及計算機硬件的迅速發(fā)展，國內(nèi)外不少研究人員對該問題做了很有意義的探討，但應(yīng)用于工程實際的全局優(yōu)化設(shè)計尚有一定差距。海流的特點是在流速變動的同時，流向隨時間也有很大變動，作為海中大型構(gòu)件也必須能夠根據(jù)流向變化而進行調(diào)整，因此對能量轉(zhuǎn)換裝置來說如何適應(yīng)海流的流動特點以及如何對海流能加以有效的轉(zhuǎn)換也是一個必須解決的課題。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，專利申請?zhí)?6103849，專利名稱為利用海水勢能發(fā)電及提取冷海水的方法，該發(fā)明是把浮筒、引水管、引水管內(nèi)的水輪機、發(fā)電機等設(shè)備錨系在等壓面傾斜的海洋中，并把引水管的引水口放在等壓面高的海洋深處，引水管的出水口露出等壓面低的海面的條件下，利用錨系的引水管抵消柯氏力的作用的同時把等壓面高的冷海水輸送到等壓面低的海面，以及冷海水推動水輪機組發(fā)電。然而該專利的不足之處在于，整個裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不利于復(fù)雜海洋環(huán)境中的應(yīng)用，其次，水輪機沒有針對海水流動的特點專門進行設(shè)計，因此，其效率以及運行壽命都會受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種利用海流能發(fā)電的變幾何水輪機和方法，能夠完全適應(yīng)海流流速小、手頭低、海水流動方向不確定的特性，并且該水輪機應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、振動小的特點。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種利用海流能發(fā)電的變幾何水輪機，包括輪轂、葉片、傳動軸。其中，葉片通過傳動軸與輪轂連接，并可繞該傳動軸自由轉(zhuǎn)動，傳動軸通過法蘭與輪轂連接。所述葉片的數(shù)目為4、6或8個。一種利用海流能發(fā)電的方法，采用上述的利用海流能發(fā)電的變幾何水輪機來實現(xiàn)，具體工作過程為當(dāng)水流沖擊透平時，所述水輪機工作側(cè)的葉片逐漸打開，當(dāng)葉片根部垂直于輪轂時，葉片完全打開，葉片在水流的沖擊下推動輪轂旋轉(zhuǎn)；當(dāng)輪轂轉(zhuǎn)到阻力測時， 葉片在水流沖擊下逐漸閉合。本發(fā)明中涉及的水輪機由多個可自由轉(zhuǎn)動的葉片組成。葉片通過傳動軸與輪轂相連。當(dāng)水流沖擊透平時，水輪機一側(cè)(稱為工作側(cè))的葉片會逐漸打開，當(dāng)葉片根部垂直于輪轂時，葉片完全打開。同時，葉片在水流的沖擊下推動輪轂旋轉(zhuǎn)。當(dāng)輪轂轉(zhuǎn)到另一側(cè)時 (稱為阻力測)，受到水流的沖擊，葉片此時會逐漸閉合，這樣，使得水流以最小的阻力流過水輪機，解決了部分葉片阻礙水輪機旋轉(zhuǎn)的問題。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果(I)變幾何水輪機對來流的方向沒有任何要求，任何方向的來流均可以產(chǎn)生同一方向的扭矩。(2)變幾何水輪機減小了水輪機運轉(zhuǎn)的阻力，從而減小了水輪機的振動。(3)由于變幾何水輪機的結(jié)構(gòu)，大大提高了水輪機的水力效率。(4)葉片數(shù)目、部件數(shù)量少，易于維修和保養(yǎng)。投資小，適用范圍廣。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中I傳動軸，2葉片，3輪轂
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖I所示，本實施例所提供的變幾何水輪機，包括傳動軸I、葉片2、輪轂3。其中，葉片2通過傳動軸I與輪轂3連接，并可繞該傳動軸I自由轉(zhuǎn)動。傳動軸I通過法蘭與輪轂3連接。本實施例的水輪機由六個葉片構(gòu)成，本發(fā)明所提供的變幾何水輪機在工作時，當(dāng)水流沖擊透平時，水輪機一側(cè)(稱為工作側(cè))的葉片2會逐漸打開，當(dāng)葉片2根部垂直于輪轂3時，葉片2完全打開。同時，葉片2在水流的沖擊下推動輪轂3旋轉(zhuǎn)。當(dāng)輪轂3轉(zhuǎn)到另一側(cè)時(稱為阻力測)，受到水流的沖擊，葉片2此時會逐漸閉合，這樣，使得水流以最小的阻力流過水輪機，解決了部分葉片阻礙水輪機旋轉(zhuǎn)的問題。當(dāng)海流速度為2m/s時，本發(fā)明所提供的利用海流能發(fā)電的變幾何水輪機的能量轉(zhuǎn)換效率可以達到30%以上。
權(quán)利要求
1.一種利用海流能發(fā)電的變幾何水輪機，其特征在于，包括葉片、輪轂以及傳動軸， 其中，葉片通過傳動軸與輪轂連接，并可繞該傳動軸自由轉(zhuǎn)動，傳動軸通過法蘭與輪轂連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用海流能發(fā)電的變幾何水輪機，其特征在于，所述葉片的數(shù)目為4、6或8個。
3.一種利用海流能發(fā)電的方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求I所述的利用海流能發(fā)電的變幾何水輪機來實現(xiàn)，具體工作過程為當(dāng)水流沖擊透平時，所述水輪機工作側(cè)的葉片逐漸打開，當(dāng)葉片根部垂直于輪轂時，葉片完全打開，葉片在水流的沖擊下推動輪轂旋轉(zhuǎn)； 當(dāng)輪轂轉(zhuǎn)到阻力測時，葉片在水流沖擊下逐漸閉合。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用海洋能發(fā)電的變幾何水輪機和方法，包括葉片、輪轂以及傳動軸，其中，葉片通過傳動軸與輪轂連接，并可繞該傳動軸自由轉(zhuǎn)動，傳動軸通過法蘭與輪轂連接；當(dāng)水流沖擊透平時，水輪機工作側(cè)的葉片會逐漸打開，當(dāng)葉片根部垂直于輪轂時，葉片完全打開，同時，葉片在水流的沖擊下推動輪轂旋轉(zhuǎn)；當(dāng)輪轂轉(zhuǎn)到阻力測時，葉片在水流沖擊下逐漸閉合，這樣，使得水流以最小的阻力流過水輪機，解決了部分葉片阻礙水輪機旋轉(zhuǎn)的問題。本發(fā)明所提供的水輪機和方法，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且大大提高了水輪機的轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號F03B3/00GK102588187SQ201210029339
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者楊波, 王清峰, 程林, 谷傳綱 申請人:上海交通大學(xué)