CN107524557A - 一种基于实时可调导流罩转角的多级潮流能水轮机 - Google Patents

一种基于实时可调导流罩转角的多级潮流能水轮机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于实时可调导流罩转角的多级潮流能水轮机，包括导流罩、固定设置在转动轴上的轮毂、固定设置在轮毂上的基础叶轮，其特征在于，还包括实时可调导流罩转角的支撑轴、带半径可变的双曲螺线螺旋形叶片的增能转轮，所述双曲螺线螺旋形叶片是根据双曲螺线的螺旋线沿转动轴的轴向逐渐拉伸，呈空间交叉扭曲形状并均匀分布设置在转动轴的周向内壁上，所述双曲螺线螺旋形叶片在转动轴外周上，X代表双曲螺线螺旋形叶片截面翼型曲线上关键点的空间横坐标值，Y代表双曲螺线螺旋形叶片截面翼型曲线上关键点的空间纵坐标值。本发明的结构简单，效率高，既可用于海洋潮流能发电，也可在山区、山泉以及塘坝溪水等微小潮流能条件下发电使用。

Description

一种基于实时可调导流罩转角的多级潮流能水轮机
技术领域
本发明属于流体机械及水电工程设备技术领域，特别是涉及一种基于实时可调导流罩转角的多级潮流能水轮机。
背景技术
当今世界各国把开发水电放在了能源开发的优先位置。我国水能资源总量十分丰富，不仅有中、高水头资源，而且还有约0.8～1.0亿千瓦的低水头资源(含潮流能)，开发利用新能源特别是开发利用海洋能源发电具有极大的发展潜力。海流能发电是依靠海潮流的冲击力使水轮机高速旋转，然后带动发电机发电，不需要较高水头来创造初始压力，仅依靠海潮流的流速就能实现发电，其经济价值十分显著。
水轮机叶轮作为海潮流发电机组最为关键的部件之一，叶轮的性能直接影响着整个机组的性能，其制造成本也占到了整个发电机组的20％左右。传统的低微水头水轮机的叶轮叶片一般采用不对称扭曲贯流式叶片，而海潮流能发电水轮机大多借鉴风机叶片，两者适用条件及运行范围不同，叶轮结构复杂，制造成本较高，且运行效率较低。
中国专利申请20131049613.9公开了“一种海流能发电具有导流罩的水轮机叶轮”，该方案包括转轴和轮毂以及安装固定在轮毂上的叶片，所述转轴、轮毂以及叶片均置于叶轮室内，叶轮室两端分别为进水侧和出水侧，水流从进水侧沿轴向流向出水侧，轮毂采用球面形，方便叶片的安装于固定，从而提高叶片的做功能力。但该方案还存在以下不足：一是导流罩的结构简单，不能根据入流角度实时调整导流罩的迎角，因此不能起到较好的聚能作用，直接影响经济性能；二是属于单级海流能水轮机，利用海流能发电的效率较低。
中国专利申请201310496522.0公开了一种海流能发电具有导流罩的水轮机双向叶轮，包括安装在叶轮室内的转轴和轮毂以及安装固定在轮毂上数量为5～7个的“S”型叶片；叶轮室两侧分别为进水侧和出水侧；正向发电时，水流经过导流罩从进水侧沿轴向流向出水侧，反向发电时，水流则是通过出水侧轴向流向进水侧。虽然该方案在双向流动的海流下，能够高效地转化海流动能，但还存在以下不足：一是属于单级海流能水轮机，利用海流能发电的效率较低；二是水轮机叶片设计仍然属于传统设计，翼型过于简单，不能很好的利用流经转轮的水体能量；三是导流罩的迎角设计受限，且导流罩无法实时可调。
中国专利申请20121034270.9公开了“带导流罩式椭圆轨迹竖轴潮流能水轮机发电机组，该装置包括导流罩、导轨支架、椭圆导轨、线性轴承、导向臂、直叶片等。虽然采用导流罩提高了对潮流能的聚能效果，但还存在以下不足：一是其垂直轴叶片采用单椭圆叶片设计，不能提供高效的输出功率；二是属于单级海流能水轮机，利用海流能发电的效率较低。
综上所述，如何克服现有技术所存在的不足已成为当今流体机械及水电工程设备技术领域中亟待解决的重点难题之一。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种基于实时可调导流罩转角的多级潮流能水轮机，本发明的结构简单，效率高，既可用于海洋潮流能发电的水轮机，也可在山区、平原、山泉以及塘坝溪水等微小潮流能条件下发电使用。
根据本发明提出的一种基于实时可调导流罩转角的多级潮流能水轮机，包括导流罩、固定设置在转动轴上的轮毂、固定设置在轮毂上的基础叶轮，所述转动轴、轮毂和基础叶轮均设置于导流罩内，其特征在于，还包括实时可调导流罩转角的支撑轴、带半径可变的双曲螺线螺旋形叶片的增能转轮，所述增能转轮位于导流罩的出口端，所述双曲螺线螺旋形叶片是根据双曲螺线的螺旋线沿转动轴的轴向逐渐拉伸，呈空间交叉扭曲形状并均匀分布设置在转动轴的周向内壁上，以所述转动轴为中心旋转面的双曲螺线螺旋形叶片的各截面的交点为原点建立坐标系，所述双曲螺线螺旋形叶片在转动轴外周上，不同轴向距离下的截面翼型曲线上半径最大处的关键点的坐标以如下方式表示，以X代表双曲螺线螺旋形叶片的截面翼型曲线上的关键点的空间横坐标值，以Y代表双曲螺线螺旋形叶片的截面翼型曲线上的关键点的空间纵坐标值，双曲螺线螺旋形叶片的截面翼型距离轮毂的前缘轴向102cm处的参数参见表1，
表1：
序号 X Y 序号 X Y
1 -11.6497 -8.4642 7 -10.5696 -10.1952
2 -12.9441 -9.4046 8 -11.8313 -11.2449
3 -15.533 -11.2855 9 -14.3449 -13.3561
4 -18.1219 -13.1664 10 -16.8479 -15.48
5 -20.7108 -15.0473 11 -19.3428 -17.6133
6 -23.2996 -16.9282 12 -21.8319 -19.7534
拟合后的两条曲线方程分别为：
双曲螺线螺旋形叶片的左弦：y＝-0.0001x3-0.0009x2+0.7187x-0.0273；
双曲螺线螺旋形叶片的右弦：y＝-0.0038x2+0.7609x-1.7670；
距离轮毂的前缘轴向132cm处的参数参见表2，
表2：
序号 X Y 序号 X Y
1 -49.9814 29.3239 7 -46.5993 33.8564
2 -55.5149 32.6196 8 -51.777 37.6182
3 -61.0502 35.9122 9 -56.9547 41.38
4 -66.587 39.2024 10 -62.1324 45.1418
5 -77.6637 45.7775 11 -72.4879 52.6655
6 -83.203 49.0634 12 -77.6656 56.4273
拟合后的两条曲线方程分别为：
双曲螺线螺旋形叶片的左弦：y＝-0.0002x2-0.6118x-0.8041；
双曲螺线螺旋形叶片的右弦：y＝-0.7267x+0.0004；
所述导流罩的两端分别为进水侧和出水侧，水流从所述进水侧沿轴向流向所述出水侧；所述基础叶轮包括3枚呈扭曲形状的叶片，导流罩的下端与实时可调导流罩转角的支撑轴固定连接，所述支撑轴的中部设有用于控制导流罩转角的液压转盘轴承；所述转动轴的直径Dh与基础叶轮的直径D0的比值为0.21～0.28，导流罩的中间段直径D1与基础叶轮的直径D0的比值为1.05～1.13，导流罩的进水侧的直径D2与基础叶轮的直径D0的比值为1.20～1.27，导流罩的出水侧的直径D3与基础叶轮的直径D0的比值为1.68～1.75；基础叶轮的叶片受到水流的冲击而与转动轴连动旋转。
本发明的实现原理是：本发明在应用过程中，当水流从导流罩进水口流入潮流能水轮机后，依次对基础转轮和增能转轮做功，转轮所受外力之后旋转，进而带动主轴旋转，然后将力矩传递给与之相连的发电机组发电，将潮流能转化为电能。其中呈双曲螺线螺旋线形状的螺旋形叶片可根据潮流流速不同设置成不同的螺距并调节空间扭曲度，极大的保证了增能转轮转动的稳定性；水流出增能转轮后，从导流罩出口流出。由于增能转轮能够将流出基础转轮的水流的动能再次转换成转轮的旋转机械能，从而很好地解决了水能多次能量转换的难题，提高了潮流能水轮机的输出功率，以增强潮流能水轮机的效率。同时，本发明的水轮机后方的双曲螺线螺旋形叶片在径向拥有变截面功能，其采用金属铰接的伸缩装置使得叶片半径可变，从而使得导流罩出口处流量可调节，进一步提升了水轮机的调节能力。本发明的多级潮流能水轮机的导流罩采用进口小和出口大的喇叭形状设计，能够提高潮流能的聚能作用，提高了潮流能水轮机的输出功率，以增强潮流能水轮机的效率。同时为实时调节迎流方向，本发明采用了用于调节导流罩转角的支撑轴及转动轴承装置以适应海洋流来流角的微小变化，使多级潮流能水轮机整体工作状态能够达到效率的最高点。
本发明与现有技术相比其显著优点是：
第一，本发明的一种带转角可调导流罩的多级潮流能水轮机，其基础叶轮采用3枚呈扭曲形状的叶片，由于该叶片的翼型从叶片中间向叶根和叶缘逐渐增大，因此能够产生较大的叶片扭矩，从而提高基础叶轮的出力，同时基础叶轮整体结构简单，从加工制造到安装都十分方便。
第二，本发明的一种带转角可调导流罩的多级潮流能水轮机，还包括在基础转轮潮流能利用的基础上增设增能转轮，使得在相同的潮流能情况下，本发明的多级潮流能水轮机对潮流能转换率在现有基础转轮的基础上明显增加，增能效果显著，从而提高了多级潮流能水轮机的发电功率。
第三，本发明的双曲螺线螺旋形叶片呈双曲螺线形状，以沿转动轴的轴向渐变拉伸形成空间扭曲形状均匀分布设置在转动轴的外周上做匀速旋转运动，大大减少了水力摩擦碰撞，降低了水流经过基础转轮后，再次利用的水流的能量损失，从而提高了多级潮流能水轮机获能的功效。
第四，本发明的一种带转角可调导流罩的多级潮流能水轮机，其导流罩采用进口小和出口大的喇叭形状设计，能够提高潮流能的聚能作用，不仅提高流经多级潮流能水轮机的潮流流速，而且改善入流效果，平稳水流，保证整机运行的稳定性；特别是通过采用调节导流罩转角的支撑轴及转动轴承装置，以利于适应潮流来流角的微小变化，使多级潮流能水轮机整体工作在最高效率点。
第五，本发明的一种带转角可调导流罩的多级潮流能水轮机，能够适应潮流能水流的特点，在水流流速1m/s以上就可以驱动发电机发电，既可保证低流速自启动，也可适用于0.2m-1.5m的微水头水流水能转化。
附图说明
图1是本发明的基础叶轮各部件尺寸关系的示意图。
图2是本发明的基础叶轮叶片的立体结构示意图。
图3是本发明的基础叶轮叶片的俯视图。
图4是本发明的基础叶轮叶片的左视图。
图5是本发明的基础叶轮叶片的正视图。
图6是本发明的双曲螺线螺旋形叶片的立体结构示意图。
图7是本发明的双曲螺线螺旋形叶片增能转轮叶片的双曲螺线的结构示意图。
图8是本发明的多级潮流能水轮机转轮的立体结构示意图。
图9是本发明在轮毂的前缘轴向102cm处采集的双曲螺线螺旋形叶片的截面型线的示意图。
图10是本发明在轮毂的前缘轴向132cm处采集的双曲螺线螺旋形叶片的截面型线的示意图。
图中编号说明：导流罩1、转动轴2、轮毂3、叶片4、基础叶轮的进水侧5、基础叶轮的出水侧6、支撑轴7、液压转盘轴承8、双曲螺线螺旋形叶片9、基础叶轮的直径D0、导流罩1的进口内径D1、导流罩1的进口外径D2、导流罩1的出口直径D3、轮毂3的直径Dh、轮毂3的长度L0、导流罩1的中间段长度L1、导流罩1的进口段长度L2、导流罩1的出口段长度L3、支撑轴7的直径Dp、支撑轴7的前端至导流罩1的入口截面距离L4、液压转盘轴承8至导流罩1下部的距离H1、液压转盘轴承8的高度Hp、双曲螺线螺旋形叶片9处于半径最小状态时叶片的最大半径Rmin、双曲螺线螺旋形叶片9处于半径最大状态时叶片的最大半径Rmax。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
实施例1：
结合图1至图10，本发明提出的一种基于实时可调导流罩转角的多级潮流能水轮机，包括导流罩1、固定设置在转动轴2上的轮毂3、固定设置在轮毂3上的基础叶轮，所述转动轴2、轮毂3和基础叶轮均设置于导流罩1内，其中：还包括实时可调导流罩1转角的支撑轴7、带半径可变的双曲螺线螺旋形叶片9的增能转轮，所述增能转轮位于导流罩1的出口端，所述双曲螺线螺旋形叶片9是根据双曲螺线的螺旋线沿转动轴2的轴向逐渐拉伸，呈空间交叉扭曲形状并均匀分布设置在转动轴2的周向内壁上，以所述转动轴2为中心旋转面的双曲螺线螺旋形叶片9的各截面的交点为原点建立坐标系，所述双曲螺线螺旋形叶片9在转动轴2外周上，不同轴向距离下的截面翼型曲线上半径最大处的关键点的坐标以如下方式表示，以X代表双曲螺线螺旋形叶片9的截面翼型曲线上的关键点的空间横坐标值，以Y代表双曲螺线螺旋形叶片9的截面翼型曲线上的关键点的空间纵坐标值，双曲螺线螺旋形叶片9的截面翼型距离轮毂3的前缘轴向102cm处的参数参见表1，
表1：
序号 X Y 序号 X Y
1 -11.6497 -8.4642 7 -10.5696 -10.1952
2 -12.9441 -9.4046 8 -11.8313 -11.2449
3 -15.533 -11.2855 9 -14.3449 -13.3561
4 -18.1219 -13.1664 10 -16.8479 -15.48
5 -20.7108 -15.0473 11 -19.3428 -17.6133
6 -23.2996 -16.9282 12 -21.8319 -19.7534
拟合后的两条曲线方程分别为：
双曲螺线螺旋形叶片9的左弦：y＝-0.0001x3-0.0009x2+0.7187x-0.0273；
双曲螺线螺旋形叶片9的右弦：y＝-0.0038x2+0.7609x-1.7670；
距离轮毂的前缘轴向132cm处的参数参见表2，
表2：
拟合后的两条曲线方程分别为：
双曲螺线螺旋形叶片9的左弦：y＝-0.0002x2-0.6118x-0.8041；
双曲螺线螺旋形叶片9的右弦：y＝-0.7267x+0.0004；
所述导流罩1的两端分别为进水侧5和出水侧6，水流从所述进水侧5沿轴向流向所述出水侧6；所述基础叶轮包括3枚呈扭曲形状的叶片4，导流罩1的下端与实时可调导流罩1转角的支撑轴7固定连接，所述支撑轴7的中部设有用于控制导流罩1转角的液压转盘轴承8；所述转动轴2的直径Dh与基础叶轮的直径D0的比值为0.21～0.28，导流罩1的中间段直径D1与基础叶轮的直径D0的比值为1.05～1.13，导流罩1的进水侧5的直径D2与基础叶轮的直径D0的比值为1.20～1.27，导流罩1的出水侧6的直径D3与基础叶轮的直径D0的比值为1.68～1.75；基础叶轮的叶片4受到水流的冲击而与转动轴2连动旋转。
实施例2：
结合图2至图5，本发明所述的呈扭曲形状的叶片4的每个截面的安装角的参数如表3所示，所述呈扭曲形状的叶片4的每个截面的弦长的参数如表4所示，
表3：
截面序号 安装角(°) 截面序号 安装角(°)
1002 40.14 1012 20.29
1003 38.23 1013 18.67
1005 35.27 1015 15.63
1006 32.69 1016 14.13
1007 30.23 1017 12.58
1008 27.94 1018 10.86
1009 25.81 1019 8.66
1010 23.84 1020 5.92
从叶根到叶尖安装角与截面个数为6次方拟合，安装角拟合方程为：
Y＝-9.21×10-7x6+8.33×10-5x5-3.71×10-3x4+8.39×10-2x3-0.899x2+2.06x+38.86；
表4：
呈扭曲形状的叶片4从叶根到叶尖叶片的弦长与截面个数为7次方拟合，弦长拟合方程为：
Y＝-9.60×10-8x7+6.85×10-6x6-1.99×10-4x5+3.07×10-3x4-2.64×10-2x3+1.21×10-1x2-2.18×10-1x+0.37。
实施例3：
结合图1，本发明所述的轮毂3的形状呈球面凸起，轮毂3的长度L0与导流罩1的中间段长度L1的比值为0.29～0.36，导流罩1的进口段长度L2与导流罩1的中间段长度L1的比值为0.08～0.15,导流罩1的出口段长度L3与导流罩1的中间段长度L1的比值为0.51～0.58，支撑轴7的直径Dp与导流罩1的总长度(L1+L2+L3)的比值为0.2～0.3，支撑轴7的中心至导流罩1的前端距离(L4+0.5Dp)与导流罩1的总长度(L1+L2+L3)的比值为0.45～0.65，液压转盘轴承8至导流罩1下部的距离H1与支撑轴7的直径Dp的比值为1.2～2.6，液压转盘轴承8的高度Hp与支撑轴7的直径Dp的比值为0.15-0.35；当来流方向不垂直于导流罩1的进水侧5入口平面时，支撑轴7中电机启动，通过液压转盘轴承8调节导流罩1的转角至最佳迎流角；考虑到结构稳定性及潮流微弱的来流变化，液压转盘轴承8调节导流罩1的角度为-8度至+8度。
实施例4：
结合图1，本发明所述的导流罩1的垂直来流方向的各个界面均为矩形，各个矩形的高度保持不变，垂直来流方向的界面中，导流罩1与轮毂3的中心轴对称；导流罩1的各个俯视截面相等、两段为喇叭形、中间通过流线形过渡到直线。
下面结合附图进一步公开本发明的主要部件尺寸的具体实施例。
实施例5：
结合图1，本发明所述导流罩1的进口直径为302cm、基础转轮直径为240cm，转动轴直径为50cm，导流罩1的中间段直径为270cm，导流罩1的出口段直径为238cm；导流罩1的进口段长度为22cm、中间段长度144cm、出口段长度为84cm。支撑轴7的长度为50cm，当来流方向与导流罩1的进水侧入口平面夹角为85度时，液压转盘轴承8调节导流罩1的相对初始角度为5度，使来流方向垂直于导流罩1的进水侧入口平面。
实施例6：
结合图1，本发明所述导流罩1的进口直径为453cm、基础转轮的直径为356cm，转动轴2的直径为75cm，导流罩1的中间段直径为405cm，导流罩1的出口段直径为624cm；导流罩1的进口段长度为33cm、中间段长度为216cm、出口段长度为125cm；支撑轴7的长度为110cm，当来流方向与导流罩1的进水侧入口平面夹角为82度时，液压转盘轴承8调节导流罩1的相对初始角度为8度，使来流方向垂直于导流罩1的进水侧入口平面。
经试验验证，本发明的一种基于实时可调导流罩转角的多级潮流能水轮机在1m/s以上的流速情况下即可自启动，并且具有高效率。相对于传统的筑坝发电，运用本发明的潮流能发电水轮机，不仅能够很好的保护自然环境，而且还大大降低了发电机组的造价成本，达到高效利用潮流能的目的。
本发明的具体实施方式中未涉及的说明属于本领域公知的技术，可参考公知技术加以实施。
本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。
以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种基于实时可调导流罩转角的多级潮流能水轮机技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于实时可调导流罩转角的多级潮流能水轮机，包括导流罩(1)、固定设置在转动轴(2)上的轮毂(3)、固定设置在轮毂(3)上的基础叶轮，所述转动轴(2)、轮毂(3)和基础叶轮均设置于导流罩(1)内，其特征在于，还包括实时可调导流罩(1)转角的支撑轴(7)、带半径可变的双曲螺线螺旋形叶片(9)的增能转轮，所述增能转轮位于导流罩(1)的出口端，所述双曲螺线螺旋形叶片(9)是根据双曲螺线的螺旋线沿转动轴(2)的轴向逐渐拉伸，呈空间交叉扭曲形状并均匀分布设置在转动轴(2)的周向内壁上，以所述转动轴(2)为中心旋转面的双曲螺线螺旋形叶片(9)的各截面的交点为原点建立坐标系，所述双曲螺线螺旋形叶片(9)在转动轴(2)外周上，不同轴向距离下的截面翼型曲线上半径最大处的关键点的坐标以如下方式表示，以X代表双曲螺线螺旋形叶片(9)的截面翼型曲线上的关键点的空间横坐标值，以Y代表双曲螺线螺旋形叶片(9)的截面翼型曲线上的关键点的空间纵坐标值，双曲螺线螺旋形叶片(9)的截面翼型距离轮毂(3)的前缘轴向102cm处的参数参见表1，
表1：
序号 X Y 序号 X Y 1 -11.6497 -8.4642 7 -10.5696 -10.1952 2 -12.9441 -9.4046 8 -11.8313 -11.2449 3 -15.533 -11.2855 9 -14.3449 -13.3561 4 -18.1219 -13.1664 10 -16.8479 -15.48 5 -20.7108 -15.0473 11 -19.3428 -17.6133 6 -23.2996 -16.9282 12 -21.8319 -19.7534
拟合后的两条曲线方程分别为：
双曲螺线螺旋形叶片(9)的左弦：y＝-0.0001x3-0.0009x+0.7187x-0.0273；
双曲螺线螺旋形叶片(9)的右弦：y＝-0.0038x2+0.7609x-1.7670；
距离轮毂的前缘轴向132cm处的参数参见表2，
表2：
序号 X Y 序号 X Y 1 -49.9814 29.3239 7 -46.5993 33.8564 2 -55.5149 32.6196 8 -51.777 37.6182 3 -61.0502 35.9122 9 -56.9547 41.38 4 -66.587 39.2024 10 -62.1324 45.1418 5 -77.6637 45.7775 11 -72.4879 52.6655 6 -83.203 49.0634 12 -77.6656 56.4273
拟合后的两条曲线方程分别为：
双曲螺线螺旋形叶片(9)的左弦：y＝-0.0002x2-0.6118x-0.8041；
双曲螺线螺旋形叶片(9)的右弦：y＝-0.7267x+0.0004；
所述导流罩(1)的两端分别为进水侧(5)和出水侧(6)，水流从所述进水侧(5)沿轴向流向所述出水侧(6)；所述基础叶轮包括3枚呈扭曲形状的叶片(4)，导流罩(1)的下端与实时可调导流罩(1)转角的支撑轴(7)固定连接，所述支撑轴(7)的中部设有用于控制导流罩(1)转角的液压转盘轴承(8)；所述转动轴(2)的直径Dh与基础叶轮的直径D0的比值为0.21～0.28，导流罩(1)的中间段直径D1与基础叶轮的直径D0的比值为1.05～1.13，导流罩(1)的进水侧(5)的直径D2与基础叶轮的直径D0的比值为1.20～1.27，导流罩(1)的出水侧(6)的直径D3与基础叶轮的直径D0的比值为1.68～1.75；基础叶轮的叶片(4)受到水流的冲击而与转动轴(2)连动旋转。
2.根据权利要求1所述的一种基于实时可调导流罩转角的多级潮流能水轮机，其特征在于，所述呈扭曲形状的叶片(4)的每个截面的安装角的参数如表3所示，所述呈扭曲形状的叶片(4)的每个截面的弦长的参数如表4所示，
表3：
截面序号 安装角(°) 截面序号 安装角(°) 1002 40.14 1012 20.29 1003 38.23 1013 18.67 1005 35.27 1015 15.63 1006 32.69 1016 14.13 1007 30.23 1017 12.58 1008 27.94 1018 10.86 1009 25.81 1019 8.66 1010 23.84 1020 5.92
从叶根到叶尖安装角与截面个数为6次方拟合，安装角拟合方程为：
Y＝-9.21×10-7x6+8.33×10-5x5-3.71×10-3x4+8.39×10-2x3-0.899x2+2.06x+38.86；
表4：
呈扭曲形状的叶片(4)从叶根到叶尖的弦长与截面个数为7次方拟合，弦长拟合方程为：
Y＝-9.60×10-8x7+6.85×10-6x6-1.99×10-4x5+3.07×10-3x4-2.64×10-2x3+1.21×10-1x2-2.18×10-1x+0.37。
3.根据权利要求2所述的一种基于实时可调导流罩转角的多级潮流能水轮机，其特征在于，所述轮毂(3)的形状呈球面凸起，轮毂(3)的长度L0与导流罩(1)的中间段的长度L1的比值为0.29～0.36，导流罩(1)的进口段的长度L2与导流罩(1)的中间段的长度L1的比值为0.08～0.15,导流罩(1)的出口段的长度L3与导流罩(1)的中间段的长度L1的比值为0.51～0.58，支撑轴(7)的直径Dp与导流罩(1)的总长度(L1+L2+L3)的比值为0.2～0.3，支撑轴(7)的中心至导流罩(1)的前端距离(L4+0.5Dp)与导流罩(1)的总长度(L1+L2+L3)的比值为0.45～0.65，液压转盘轴承(8)至导流罩(1)下部的距离H1与支撑轴(7)的直径Dp的比值为1.2～2.6，液压转盘轴承(8)的高度Hp与支撑轴(7)的直径Dp的比值为0.15-0.35；当来流方向不垂直于导流罩(1)的进水侧(5)入口平面时，支撑轴(7)中电机启动，通过液压转盘轴承(8)调节导流罩(1)的转角，该转角的角度为-8度至+8度。
4.根据权利要求3所述的一种基于实时可调导流罩转角的多级潮流能水轮机，其特征在于，所述导流罩(1)的垂直来流方向的各个界面均为矩形，各个矩形的高度保持不变，垂直来流方向的界面中，导流罩(1)与轮毂(3)的中心轴对称；导流罩(1)的各个俯视截面相等、两段为喇叭形、中间段通过流线形过渡到直线。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109322777A (zh) * 2018-11-29 2019-02-12 河海大学 一种用于增流式智能水轮机***的尾水流增流装置
CN109404200A (zh) * 2018-11-29 2019-03-01 河海大学 具有黄金螺线形尾水流增流装置的智能水轮机***
CN109440745A (zh) * 2018-11-28 2019-03-08 潘瑶麟 一种增压进水的农田水利灌溉沟渠的河水引进导流装置
CN109611264A (zh) * 2018-11-29 2019-04-12 河海大学 一种带渐伸线形尾水流增流装置的增流式智能水轮机***
CN109667699A (zh) * 2018-11-29 2019-04-23 河海大学 一种用于增流式智能水轮机***的尾水流状态控制器
CN109667695A (zh) * 2018-11-29 2019-04-23 河海大学 具有唢呐形尾水流增流装置的增流式水轮机***
CN109681366A (zh) * 2018-11-29 2019-04-26 河海大学 带有连锁线形尾水流增流装置的智能水轮机***
CN109681369A (zh) * 2018-11-29 2019-04-26 河海大学 一种带等径螺线形尾水流增流装置的增流式智能水轮机***
CN109854439A (zh) * 2018-11-29 2019-06-07 河海大学 带有伯努利螺线形尾水流增流装置的增流式水轮机***
CN109854440A (zh) * 2018-11-29 2019-06-07 河海大学 一种带流线形尾水流增流装置的增流式智能水轮机***

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH158916A (de) * 1931-10-20 1932-12-15 Weber Wilhelm Wasserturbine.
CN101918701A (zh) * 2007-11-16 2010-12-15 自然能技术有限公司 发电机
CN202832943U (zh) * 2012-09-25 2013-03-27 吴春根 一种水流发电机
DE102011116682A1 (de) * 2011-10-21 2013-04-25 Rüdiger Ufermann "Anordnung für ein Meeresströmungskraftwerk für geringe Strömungsgeschwindigkeiten"
CN105697224A (zh) * 2016-02-02 2016-06-22 河海大学 一种利用潮流能发电的斐波那契螺旋形水轮机
CN105736229A (zh) * 2016-02-02 2016-07-06 河海大学 一种带喇叭螺旋形叶片的水平轴潮流能水轮机

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NZ584908A (en) * 2007-10-04 2012-10-26 Stephen Mark West Turbine assembly with plural blades of different diameter in reversed orientation
CN101413472B (zh) * 2008-11-27 2010-09-29 上海交通大学 河道水流自由式发电装置
CN101737224A (zh) * 2009-12-22 2010-06-16 华南理工大学 内外套轴单灯泡体贯流式的两级转轮水轮机
EP2702265A1 (en) * 2011-04-27 2014-03-05 Jouni Jokela Hydraulic turbine and hydroelectric power plant
CN103939264B (zh) * 2014-05-04 2016-08-24 钟群明 水流发电机组
CN104179625A (zh) * 2014-07-31 2014-12-03 河海大学 直管式超微型水轮机
CN105736230B (zh) * 2016-02-02 2017-12-26 河海大学 一种带等速螺旋形叶片的水平轴潮流能水轮机

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH158916A (de) * 1931-10-20 1932-12-15 Weber Wilhelm Wasserturbine.
CN101918701A (zh) * 2007-11-16 2010-12-15 自然能技术有限公司 发电机
DE102011116682A1 (de) * 2011-10-21 2013-04-25 Rüdiger Ufermann "Anordnung für ein Meeresströmungskraftwerk für geringe Strömungsgeschwindigkeiten"
CN202832943U (zh) * 2012-09-25 2013-03-27 吴春根 一种水流发电机
CN105697224A (zh) * 2016-02-02 2016-06-22 河海大学 一种利用潮流能发电的斐波那契螺旋形水轮机
CN105736229A (zh) * 2016-02-02 2016-07-06 河海大学 一种带喇叭螺旋形叶片的水平轴潮流能水轮机

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109440745A (zh) * 2018-11-28 2019-03-08 潘瑶麟 一种增压进水的农田水利灌溉沟渠的河水引进导流装置
CN109322777A (zh) * 2018-11-29 2019-02-12 河海大学 一种用于增流式智能水轮机***的尾水流增流装置
CN109404200A (zh) * 2018-11-29 2019-03-01 河海大学 具有黄金螺线形尾水流增流装置的智能水轮机***
CN109611264A (zh) * 2018-11-29 2019-04-12 河海大学 一种带渐伸线形尾水流增流装置的增流式智能水轮机***
CN109667699A (zh) * 2018-11-29 2019-04-23 河海大学 一种用于增流式智能水轮机***的尾水流状态控制器
CN109667695A (zh) * 2018-11-29 2019-04-23 河海大学 具有唢呐形尾水流增流装置的增流式水轮机***
CN109681366A (zh) * 2018-11-29 2019-04-26 河海大学 带有连锁线形尾水流增流装置的智能水轮机***
CN109681369A (zh) * 2018-11-29 2019-04-26 河海大学 一种带等径螺线形尾水流增流装置的增流式智能水轮机***
CN109854439A (zh) * 2018-11-29 2019-06-07 河海大学 带有伯努利螺线形尾水流增流装置的增流式水轮机***
CN109854440A (zh) * 2018-11-29 2019-06-07 河海大学 一种带流线形尾水流增流装置的增流式智能水轮机***

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