專利名稱：具有收縮擴(kuò)張流道的分布排列式流體動能發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用流體(水或風(fēng))的動能來發(fā)電的裝置，特別是一種具有收 縮擴(kuò)張流道結(jié)構(gòu)的分布排列式流體動能發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
與風(fēng)類似，湍流不停的江河水以及海洋中由于存在溫度、鹽度的不同或是風(fēng)的 吹拂而引起的水平運(yùn)動的海流同樣會產(chǎn)生巨大的能量從而也可被利用來發(fā)電。水流中的 能量與其流速的平方和流量成正比，一般來說，最大流速在2米/秒以上的水道，其水流 能均具有可開發(fā)利用的價(jià)值。而這樣的區(qū)域在地球上分布較為廣泛，因此水流能是一種 非常豐富的可再生能源資源。據(jù)理論估算，全球海流能可高達(dá)5TW。近幾年來，海流 能的利用得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，許多發(fā)達(dá)國家都投入巨額資金用于海流能的開發(fā)和海 流能發(fā)電裝置的研制。尤其是在英國，全尺寸的海流能發(fā)電裝置已經(jīng)通過了海上測試并 實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；_發(fā)海流能的時(shí)代即將到來。我國海域中海流的流速多在每小時(shí)0.5海里，且流量變化不大，流向較為穩(wěn)定。 如果以平均流量每秒100立方米計(jì)算，僅我國近海和沿岸海流的能量就可達(dá)到一億千瓦 以上。其中遼寧、山東、浙江、福建和臺灣沿海的海流能較為豐富，不少水道的能量密 度約為15 30kW/m2，如浙江的舟山群島的金塘、龜山和西候門水道，平均功率密度均在 20kW/m2以上，而這些區(qū)域都為沿海較為發(fā)達(dá)地區(qū)，利用水流能(風(fēng)力)發(fā)電可為滿足 這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會快速發(fā)展所需要的電力提供有力保障?，F(xiàn)有的垂直軸利用流體動能發(fā)電的渦輪機(jī)，如圖1是S型渦輪機(jī)，圖2是多S型 渦輪機(jī)，圖3是杯翼型渦輪機(jī)，對于這幾種渦輪機(jī)，當(dāng)流體(水或風(fēng))的流向?yàn)閺淖笙蛴?時(shí)，葉輪上半段與下半段都受到向右的流體作用力，但上半段(AUG)的力顯然會比下 半段大，渦輪機(jī)將會順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，葉輪轉(zhuǎn)過上半段時(shí)做功，是順風(fēng)段，做功過程，葉輪 轉(zhuǎn)過下半段(GDA)也叫逆風(fēng)段，通過消耗一定的能量，使流體的動能恢復(fù)到做功段， 是耗功過程，也就是說，葉輪下半段所對應(yīng)的流體的能量，不但沒有得到利用，反而起 到了消耗能量的作用。圖4是一種遮蔽式板翼型渦輪機(jī)。這種裝置，使得葉輪下半段(逆風(fēng)段)所對 應(yīng)的流體將不再直接擊打在葉片上從而不再阻礙葉輪的轉(zhuǎn)動，但這部分流體中的能量也 將全部損失掉。圖5是一種聚能增速遮蔽排列分布式裝置。在這種裝置中，渦輪機(jī)處在 有遮蔽板、遮蔽-聚能板和聚能板構(gòu)成的流體通道的下游處，遮蔽板和遮蔽-聚能板對渦 輪機(jī)葉輪下半段的葉片起到了阻擋來流的作用，從而減小了渦輪機(jī)上能量的損耗。雖然 在這種裝置中渦輪機(jī)前方聚能板和遮蔽-聚能板構(gòu)成的收縮流道可以對來流起到一定的 加速作用，但是渦輪機(jī)處于流道的出口，也就是說，渦輪機(jī)出口的壓力就是環(huán)境壓力， 渦輪機(jī)處的壓力不能有效降低，速度自然也就很難提高，因此，這種裝置的能量利用率 沒有達(dá)到很高的水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對上述裝置的問題而提出一種具有收縮擴(kuò)張流道的分布排列 式流體(水或風(fēng))動能發(fā)電裝置，這種裝置不但能夠最大程度地收集水流(風(fēng))能，并 利用擴(kuò)壓段，有效降低收縮擴(kuò)張流道喉部的壓力，提高喉部處流體的流動速度，從而可 進(jìn)一步提高上述類型渦輪機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種具有收縮擴(kuò)張流道的分布排列式流體動能發(fā)電裝置，包括由渦輪機(jī)及其驅(qū)動的 發(fā)電機(jī)組成的流體動能發(fā)電機(jī)組，其特征在于有多個(gè)發(fā)電機(jī)組單元排列分布，每個(gè)渦輪 機(jī)單元的順風(fēng)段位于由其前部及后方的遮蔽板、遮蔽-聚能板、聚能-擴(kuò)壓板和擴(kuò)壓板共 同構(gòu)成的收縮擴(kuò)張流道的喉部。上述遮蔽板與聚能-擴(kuò)壓板，聚能-遮蔽板與擴(kuò)壓板的形狀可完全相同，一個(gè)渦 輪機(jī)單元的遮蔽板正好就是相鄰渦輪機(jī)單元的聚能_擴(kuò)壓板。上述功能板的型線均由一段或多段弧線組成的光滑曲線構(gòu)成，其弧線的曲率圓 心與所遮蔽的渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)中心在同一側(cè)，曲率半徑是渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子半徑的1.005-100倍， 其弧長是渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子半徑的1.2-200倍。上述渦輪機(jī)后部的擴(kuò)壓段，有效降低收縮擴(kuò)張流道喉部的壓力，提高喉部的流 體速度，從而可進(jìn)一步提高上述類型渦輪機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率。上述渦輪機(jī)前方的遮蔽板及遮蔽-聚能板可有效地對渦輪機(jī)葉輪逆風(fēng)段葉片進(jìn) 行遮蔽，使來流不能直接擊打在該段葉片上。上述渦輪機(jī)是S型、多S型、板翼型或杯翼型。因?yàn)榱黧w的方向不變，上述每個(gè)遮蔽板、遮蔽-聚能板、聚能-擴(kuò)壓板以及擴(kuò)壓 板可固定在支撐機(jī)構(gòu)上，不再需要安裝復(fù)雜的控制結(jié)構(gòu)實(shí)施對流，因而這種裝置的結(jié)構(gòu)簡單。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的實(shí)質(zhì)性突出特點(diǎn)和顯著的優(yōu) 點(diǎn)渦輪機(jī)的順風(fēng)段處在由遮蔽板、遮蔽-聚能板、聚能-擴(kuò)壓板和擴(kuò)壓板共同構(gòu)成的 收縮擴(kuò)張流道的喉部。由于流道后部存在一個(gè)擴(kuò)壓段，該流道中流體的壓力一直低于周 邊的環(huán)境壓力，喉部壓力最低，只有在出口處壓力才恢復(fù)到環(huán)境壓力，因此，喉部流體 的增速效果顯著。


圖1是已有技術(shù)的S型渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是已有技術(shù)的多S型渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是已有技術(shù)的杯翼型渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖4是已有技術(shù)的遮蔽式板翼型渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是已有技術(shù)的聚能增速遮蔽排列分布式利用流體動能發(fā)電裝置示意圖； 圖6是本發(fā)明具有收縮擴(kuò)張流道的分布排列式流體動能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是用于圖6所示流體動能發(fā)電裝置的主視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下
實(shí)施例一參見圖6和圖7，本具有收縮擴(kuò)張流道的分布排列式流體動能發(fā)電裝置， 包括由渦輪機(jī)及其驅(qū)動的發(fā)電機(jī)組成的流體動能發(fā)電機(jī)組；
實(shí)施例二本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下所述下方遮蔽板2與上 方聚能_擴(kuò)壓板4的形狀完全相同，前部遮蔽-聚能板1與后部擴(kuò)壓板5的形狀完全相同 且對稱，一個(gè)渦輪機(jī)單元的下方遮蔽板2正好就是相鄰渦輪機(jī)單元上方的聚能_擴(kuò)壓板 4 ；
實(shí)施例三本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下本實(shí)施例是該流體動能 發(fā)電裝置采用2個(gè)直徑為5m的多S型(2個(gè)S型)垂直軸渦輪機(jī)3與發(fā)電機(jī)6，如圖7， 聚能-遮蔽板1、遮蔽板2、聚能-擴(kuò)壓板4及擴(kuò)壓板5均由一段圓弧構(gòu)成，圓弧的直徑 都為22.5m,圓心與所遮渦輪機(jī)圓心在同一側(cè)。板1、和5在水平方向(CD方向上)的長 度為4m。構(gòu)成收縮擴(kuò)張流道的遮蔽-聚能板1、遮蔽板2、聚能-擴(kuò)壓板4和擴(kuò)壓板5 直接固定在支撐機(jī)構(gòu)7上。
權(quán)利要求
1.一種具有收縮擴(kuò)張流道的分布排列式流體動能發(fā)電裝置，包括由渦輪機(jī)(3)及其 驅(qū)動的發(fā)電機(jī)(6)組成的流體動能發(fā)電機(jī)組，其特征在于有多個(gè)流體動能發(fā)電機(jī)組單元 分布排列，每個(gè)渦輪機(jī)單元安裝于由遮蔽-聚能板(1)，遮蔽板(2)、聚能-擴(kuò)壓板(4)和擴(kuò)壓板(5)共同構(gòu)成的收縮擴(kuò)張流道中，使渦輪機(jī)(3)的順風(fēng)段安裝在該收 縮擴(kuò)張流道的喉部，而渦輪機(jī)(3)的逆風(fēng)段安裝在遮蔽-聚能板(1)和遮蔽板(2) 構(gòu)成結(jié)構(gòu)的下游，確保來流不能直接擊打在渦輪機(jī)(3)的逆風(fēng)段上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有收縮擴(kuò)張流道的分布排列式流體動能發(fā)電裝置，其特 征在于下方遮蔽板(2)與上方聚能-擴(kuò)壓板(4)的形狀可完全一樣，而渦輪機(jī)前部 遮蔽-聚能板(1)以及渦輪機(jī)后部的擴(kuò)壓板(5)的形狀則可完全對稱，一個(gè)阻力型 渦輪機(jī)單元(3)的遮蔽板(2)也正好就是相鄰渦輪機(jī)單元(3)上方的聚能-擴(kuò)壓板(4)；而上述板(1)、 (2)、 (4)和(5)的型線均由一段或多段弧線組成的光滑 曲線構(gòu)成，曲率半徑是渦輪機(jī)(3)轉(zhuǎn)子半徑的1.005-100倍，其弧長是渦輪機(jī)(3)轉(zhuǎn) 子半徑的1.2-200倍；所述的遮蔽板(2)與遮蔽-聚能板(1) 一起形成對渦輪機(jī)(3) 下半段葉片的遮蔽結(jié)構(gòu)，使來流不能直接擊打在葉輪的下半段葉片上；每個(gè)遮蔽-聚能 板(1)及其固定連接的遮蔽板(2)和聚能-擴(kuò)壓板(4)、擴(kuò)壓板(5)均可根據(jù)來流 方向固定在支撐機(jī)構(gòu)(7)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有收縮擴(kuò)張流道的分布排列式流體(水或風(fēng))動能發(fā)電裝置。它包括由渦輪機(jī)及其驅(qū)動的發(fā)電機(jī)組成的流體動能發(fā)電機(jī)組，有多個(gè)發(fā)電機(jī)組單元排列分布，每個(gè)渦輪機(jī)單元將安裝于其前方和后部的遮蔽板、遮蔽-聚能板、聚能-擴(kuò)壓板和擴(kuò)壓板構(gòu)成的收縮擴(kuò)張通道的喉部。當(dāng)收縮擴(kuò)張流道的流體通過渦輪機(jī)的順風(fēng)段所在位置時(shí)，由于收縮擴(kuò)張通道的作用，流體在流道內(nèi)先增速，到達(dá)喉部時(shí)速度最大，壓力降低，流過喉部以后，隨著流道擴(kuò)張，壓力慢慢回升，從而可較大幅度地提高通過渦輪機(jī)的流體速度；此外前方的遮蔽板與遮蔽-聚能板同時(shí)還具有減小渦輪機(jī)逆風(fēng)段葉輪上能量損耗的作用，因此該設(shè)計(jì)的裝置能更高效地實(shí)現(xiàn)將流體動能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電能的這一能量轉(zhuǎn)換過程。
文檔編號F03B11/00GK102011674SQ20101058196
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者孫曉晶, 黃典貴 申請人:上海大學(xué)