專利名稱：基于壓縮流體加速提取波浪能的方法及實(shí)現(xiàn)該方法的雙向水輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于壓縮流體加速高效提取波浪能的方法，還涉及實(shí)現(xiàn)該方法的雙向水輪機(jī)。
背景技術(shù)：
中國(guó)專利申請(qǐng)《一種基于海面波浪層和深海穩(wěn)定區(qū)海洋波浪能差動(dòng)能量提取的波浪能發(fā)電系統(tǒng)》(申請(qǐng)?zhí)?01110078071. X)公開(kāi)了一種波浪能發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)所采用的水輪機(jī)為雙向水輪機(jī)，它包括上、下兩端具有喇叭型開(kāi)口的圓筒狀機(jī)殼、設(shè)于機(jī)殼內(nèi)上部和內(nèi)下部的導(dǎo)流葉片和設(shè)于兩導(dǎo)流葉片之間的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子以水輪機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)軸為中心沿與中心旋轉(zhuǎn)軸相垂直的方向分布成圓盤(pán)渦輪形；在水輪機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)軸的外 表面分別設(shè)有錐體狀的上收縮體和錐體狀的下收縮體，上收縮體位于中心旋轉(zhuǎn)軸和上部導(dǎo)流葉片之間，下收縮體位于中心旋轉(zhuǎn)軸和下部導(dǎo)流葉片之間。該水輪機(jī)的工作原理是水輪機(jī)置于深海穩(wěn)定區(qū)，海面浮動(dòng)平臺(tái)隨波浪上下運(yùn)動(dòng)并通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)置于深海穩(wěn)定區(qū)中水輪機(jī)在垂直方向上隨波浪的起伏上下運(yùn)動(dòng)，水輪機(jī)在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)使得穩(wěn)定區(qū)水流不斷通過(guò)水輪機(jī)的上部和下部導(dǎo)流葉片，同時(shí)沖擊水輪機(jī)中部的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，受水流沖擊的作用力，當(dāng)水輪機(jī)受浮動(dòng)平臺(tái)垂直向上拉動(dòng)或受重力向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，受上部和下部?jī)山M導(dǎo)流葉片導(dǎo)引的作用，水流單方向作用水輪機(jī)的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，使水輪機(jī)中部的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子單向旋轉(zhuǎn)，并且?guī)?dòng)與浮動(dòng)平臺(tái)通過(guò)萬(wàn)向節(jié)連接的傳動(dòng)桿與水輪機(jī)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，將轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞到海面的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將海洋波浪能轉(zhuǎn)換為電能。上述結(jié)構(gòu)的水輪機(jī)可以利用波浪垂直方向的最大相對(duì)位移提取海洋中的波浪能量，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好，而且由于利用的是海水垂直方向的能量，所以當(dāng)多個(gè)波浪能提取裝置組成陣列時(shí)也并不會(huì)降低單個(gè)裝置的能量提取效率。但是，如何優(yōu)化上述水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步提高水輪機(jī)的輸出功率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)更大的發(fā)電能力是目前需要研究并亟待解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種基于壓縮流體加速提取波浪能的方法。本發(fā)明的目的通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種基于壓縮流體加速提取波浪能的方法，隨波浪上下波動(dòng)，在海面浮動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)下，置于深海穩(wěn)定區(qū)水輪機(jī)在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)使海水從被拖動(dòng)的雙向水輪機(jī)的機(jī)殼上、下兩端開(kāi)口分別流入機(jī)殼內(nèi)，并通過(guò)作為定子的上、下收縮體與機(jī)殼之間逐漸收窄的環(huán)形通道，其特征在于所述機(jī)殼開(kāi)口半徑R的范圍為0.3 15m，海水按照上、下收縮體根部半徑A與單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中央半徑r之比為
0.8 0. 99進(jìn)行壓縮，經(jīng)過(guò)壓縮的海水被加速后，高速?zèng)_擊單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，將往復(fù)雙向流經(jīng)的水流動(dòng)力轉(zhuǎn)換成單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的單方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)由萬(wàn)向節(jié)連接的傳動(dòng)桿同步旋轉(zhuǎn)，將轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞到設(shè)置在海面上海面浮動(dòng)平臺(tái)的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，以使海洋波浪能轉(zhuǎn)換為電能。本發(fā)明大大減小了海水在機(jī)殼內(nèi)的過(guò)流面積，大幅度提高了流體沖擊單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的速度，增大了單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，在本發(fā)明所述的各參數(shù)范圍內(nèi)，提高了水輪機(jī)的輸出功率，進(jìn)一步提高了發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，使進(jìn)入機(jī)殼內(nèi)的海水在所述環(huán)形通道內(nèi)同時(shí)流經(jīng)設(shè)于機(jī)殼內(nèi)壁上的弧狀長(zhǎng)形片體的導(dǎo)流葉片，由導(dǎo)流葉片將海水從垂直方向?qū)бD(zhuǎn)向而直接沖擊在單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的外緣的渦輪葉片上。本發(fā)明進(jìn)入機(jī)殼開(kāi)口內(nèi)的所有海水通過(guò)導(dǎo)流葉片被最大限度地導(dǎo)引到單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的外緣(即渦輪葉片)，降低了直接流過(guò)葉片或葉漿間隙的海水比例，增大了單位體積水流對(duì)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子沖擊的力矩，利用流體動(dòng)力學(xué)原理，進(jìn)一步增大了單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)、動(dòng)扭矩，大大提高了海水做功的效率，在上述海水被壓縮提速提高水輪機(jī)的輸出功率的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提聞了水輪機(jī)的輸出功率，進(jìn)而提聞了發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率。本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)上述基于壓縮流體加速提取波浪能的方法的雙向水輪機(jī)。本發(fā)明的第二個(gè)目的通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)包括機(jī)殼及設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)可單向旋轉(zhuǎn)的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，所述機(jī)殼為上、下兩端具有開(kāi)口的筒體，所述單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子以水輪機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)軸為中心沿與中心旋轉(zhuǎn)軸相垂直的方向分布成圓盤(pán)渦輪形，在單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的上方和下方分別設(shè)有正立錐體狀的上收縮體和倒立錐體狀的下收縮體，所述中心旋轉(zhuǎn)軸分別穿過(guò)上收縮體和下收縮體以將其固定在中心旋轉(zhuǎn)軸的外表面上，其特征在于所述機(jī)殼開(kāi)口半徑R的范圍為0. 3 < R < 15m，所述上收縮體和下收縮體的根部半徑為所述單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中央半徑為r,收縮系數(shù)mc/r, n取值范圍為0. 8 0. 99。所述上收縮體與下收縮體為圓錐體，所述上收縮體與下收縮體的中心軸線與中心旋轉(zhuǎn)軸的中心軸線位于同一直線上。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在所述機(jī)殼內(nèi)壁上部和下部各設(shè)一組導(dǎo)流葉片，每組導(dǎo)流葉片沿機(jī)殼圓周排布，所述上部導(dǎo)流葉片圍括所述上收縮體，而下部導(dǎo)流葉片則圍括所述下收縮體，所述兩組導(dǎo)流葉片以單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子所在的平面成鏡像設(shè)置，所述導(dǎo)流葉片為弧狀的長(zhǎng)形片體，導(dǎo)流葉片內(nèi)凹的方向與單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，且每組導(dǎo)流葉片具有相同的排列方向。作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的渦輪主要由安裝盤(pán)和分布在安裝盤(pán)周緣上的葉片組成，所述葉片為凹形片狀，葉片內(nèi)凹的方向與單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相同，且所述葉片具有相同的排列方向，所述兩組導(dǎo)流葉片將從機(jī)殼兩端開(kāi)口進(jìn)入的海水分別導(dǎo)引至葉片的內(nèi)凹面上以共同推動(dòng)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子單向轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的內(nèi)凹面即作為海水的沖擊作用面。作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的渦輪主要由安裝盤(pán)和分布在安裝盤(pán)周緣上的葉片組成，所述葉片為翼形塊狀體，所述葉片的縱向截面呈軸對(duì)稱的流線型，所述葉片的中心軸水平且葉片具有相同的排列方向，所述兩組導(dǎo)流葉片將從機(jī)殼兩端開(kāi)口進(jìn)入的海水分別以垂直于葉片的流線型斜面方向?qū)б谄渖弦怨餐苿?dòng)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子單向轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的流線型斜面即作為海水的沖擊作用面。本發(fā)明的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子渦輪的葉片類似于飛機(jī)的機(jī)翼。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述兩組導(dǎo)流葉片的上、下兩端分別為用于引入海水的進(jìn)水端和用于導(dǎo)出海水的出水端，所述上、下部?jī)山M導(dǎo)流葉片的出水端分別與單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的葉片上、下相承接，以使導(dǎo)流葉片將海水導(dǎo)引至葉片的沖擊作用面上。本發(fā)明在所述單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子安裝盤(pán)的上、下盤(pán)面上分別設(shè)有水平的導(dǎo)水隔板，所述上收縮體、下收縮體的根部分別對(duì)應(yīng)位于所述導(dǎo)水隔板上，所述中心旋轉(zhuǎn)軸穿過(guò)所述導(dǎo)水隔板，所述導(dǎo)水隔板與所述機(jī)殼內(nèi)壁之間具有環(huán)形間隙，所述單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的葉片位于該環(huán)形間隙的下方，導(dǎo)引的海水通過(guò)該環(huán)形間隙沖擊到單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的葉片上。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在所述水輪機(jī)的機(jī)殼外壁上設(shè)有多個(gè)附加浮筒，所述浮筒沿機(jī)殼的縱向延伸且沿機(jī)殼外壁按圓周分布，浮筒的上端筒口與下端筒口分別根據(jù)雙向運(yùn)作狀態(tài)交替作為進(jìn)水孔和排水孔。該浮筒可以通過(guò)注入不同體積的水，改變水輪機(jī)的自身重量，成為可調(diào)節(jié)重量，適應(yīng)高效、優(yōu)化和不同功率輸出容量的通用型的水輪機(jī)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述機(jī)殼上、下兩端的開(kāi)口為喇叭型，在所述開(kāi)口上覆蓋有過(guò)濾網(wǎng)，所述中心旋轉(zhuǎn)軸向上穿過(guò)過(guò)濾網(wǎng)，所述過(guò)濾網(wǎng)的網(wǎng)孔孔徑小于單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上相鄰葉片之間的距離。本發(fā)明的過(guò)濾網(wǎng)應(yīng)該能夠確保大于網(wǎng)孔的雜質(zhì)不能進(jìn)入水輪機(jī)，而且當(dāng)小于網(wǎng)孔的雜質(zhì)進(jìn)入后能夠順利通過(guò)水輪機(jī)內(nèi)部并排出。為了保證落在過(guò)濾網(wǎng)上體積較大的雜質(zhì)不會(huì)滯留，本發(fā)明所述位于機(jī)殼上端開(kāi)口的過(guò)濾網(wǎng)的中心部位向上凸起，形成空心錐體狀，錐體狀過(guò)濾網(wǎng)的中心部位高于上端開(kāi)口的口沿。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具是有如下顯著的效果⑴本發(fā)明的水輪機(jī)使得海水通過(guò)逐漸收窄的通道，并提供了關(guān)于收窄通道的具體參數(shù)范圍，利用流體理學(xué)原理，在該參數(shù)范圍內(nèi)，可大大減小流體過(guò)流面積，將流體沖擊單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的速度大幅度提高。⑵本發(fā)明還增設(shè)有導(dǎo)流葉片，所有海水過(guò)流被最大限度地導(dǎo)引到水輪機(jī)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子外緣的葉片上，增大了單位體積水流對(duì)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子渦輪沖擊的力矩。⑶利用流體動(dòng)力學(xué)關(guān)于單位直徑水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩增大的基本原理，增大單位直徑水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，最大限度得運(yùn)用了波浪能，大大提高了發(fā)電功率。⑷本發(fā)明的雙向水輪機(jī)是一種單機(jī)可以產(chǎn)生兆瓦級(jí)別的海洋能發(fā)電裝置，由于浮出海面部分可以通過(guò)改變浮筒結(jié)構(gòu)和附屬浮筒內(nèi)水體充斥的量，控制其露出海面部分的側(cè)面積小于整體側(cè)面積的10%，加上通過(guò)金屬傳動(dòng)桿在海水下10-20米處承載有數(shù)噸的水輪機(jī)的重力穩(wěn)定作用，風(fēng)阻系數(shù)不超過(guò)0. 1，受臺(tái)風(fēng)影響小，在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)期間也無(wú)須特別維護(hù)和附加工程作為特別防護(hù)。(5)本發(fā)明是一種理想的海洋能發(fā)電裝置，就各國(guó)的近海波浪能資源而言，就存在著可以提供足以滿足各國(guó)所需電力能源的潛力。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。圖I是本發(fā)明實(shí)施例I雙向水輪機(jī)的立體結(jié)構(gòu)部分剖視示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例I雙向水輪機(jī)的側(cè)面剖視示意圖3是本發(fā)明實(shí)施例2雙向水輪機(jī)的立體結(jié)構(gòu)部分剖視示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例2雙向水輪機(jī)的側(cè)面剖視示意圖；圖5是雙向水輪機(jī)的俯視示意圖(帶有浮筒);圖6是雙向水輪機(jī)設(shè)置在海面下的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是雙向水輪機(jī)設(shè)置在海面下計(jì)算數(shù)學(xué)模型的原理示意圖；圖8是雙向水輪機(jī)受波浪上下運(yùn)動(dòng)的牽引相對(duì)海平面位移的曲線圖；圖9是水輪機(jī)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子渦輪葉片所受力矩與入水口半徑的關(guān)系曲線圖；圖10是本發(fā)明加速層內(nèi)外半徑比與功率的關(guān)系曲線圖； 圖11是圖3、4中葉片的縱向截面示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I 11所示，是本發(fā)明一種基于壓縮流體加速提取波浪能的方法，隨波浪上下波動(dòng)，在海面浮動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)下，置于深海穩(wěn)定區(qū)水輪機(jī)在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)使海水從被拖動(dòng)的雙向水輪機(jī)的機(jī)殼I上端開(kāi)口 14、下端開(kāi)口 13分別進(jìn)入機(jī)殼I內(nèi)，通過(guò)作為定子的上收縮體4、下收縮體10與機(jī)殼I之間逐漸收窄的環(huán)形通道壓縮海水，其中，機(jī)殼I的開(kāi)口半徑R的范圍為0. 3 < R < 15m,海水按照上收縮體、下收縮體根部半徑A與單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7的中央半徑r之比為0. 8 0. 99進(jìn)行壓縮，與此同時(shí)，進(jìn)入機(jī)殼I內(nèi)的海水在環(huán)形通道內(nèi)流經(jīng)機(jī)殼I內(nèi)壁上的導(dǎo)流葉片5、9，由導(dǎo)流葉片5、9將海水從垂直方向?qū)бD(zhuǎn)向而直接沖擊在單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7外緣的渦輪葉片71上，從上、下兩端開(kāi)口進(jìn)入的海水水流共同朝同一方向推動(dòng)渦輪葉片71，而經(jīng)過(guò)壓縮后的海水被加速后，高速?zèng)_擊雙向水輪機(jī)的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7，將往復(fù)雙向流經(jīng)的水流動(dòng)力轉(zhuǎn)換成單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7的單方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),從而帶動(dòng)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7的中心旋轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)由萬(wàn)向節(jié)15連接的傳動(dòng)桿16同步旋轉(zhuǎn)，將轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞到設(shè)置在海面上海面浮動(dòng)平臺(tái)的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，以使海洋波浪能轉(zhuǎn)換為電能。一種實(shí)現(xiàn)上述基于壓縮流體加速提取波浪能的方法的雙向水輪機(jī)，包括機(jī)殼I及設(shè)置在機(jī)殼I內(nèi)可單向旋轉(zhuǎn)的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7，機(jī)殼I為具有上端開(kāi)口 14、下端開(kāi)口 13的筒體，上端開(kāi)口 14和下端開(kāi)口 13均為喇叭型，單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7以水輪機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)軸2為中心沿與中心旋轉(zhuǎn)軸2相垂直的方向分布成圓盤(pán)渦輪形，在單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7的上方和下方分別設(shè)有正立圓錐體狀的上收縮體4和倒立圓錐體的下收縮體10，中心旋轉(zhuǎn)軸2分別穿過(guò)上收縮體4和下收縮體10以將其固定在中心旋轉(zhuǎn)軸2的外表面上，上收縮體4和下收縮體10與機(jī)殼之間形成逐漸收窄的環(huán)形通道，海水水流流過(guò)該通道再?zèng)_擊至單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的葉片上，在本實(shí)施例中，上收縮體4與下收縮體10的中心軸線與中心旋轉(zhuǎn)軸2的中心軸線位于同一直線上，在機(jī)殼I內(nèi)壁上部和下部各設(shè)一組導(dǎo)流葉片，即上部的導(dǎo)流葉片5和下部的導(dǎo)流葉片9，每組導(dǎo)流葉片沿機(jī)殼I圓周排布，上部導(dǎo)流葉片5圍括上收縮體4，而下部導(dǎo)流葉片9圍括下收縮體10，兩組導(dǎo)流葉片以單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7所在的平面成鏡像設(shè)置，導(dǎo)流葉片為弧狀的長(zhǎng)形片體，導(dǎo)流葉片的一側(cè)長(zhǎng)邊固定在機(jī)殼內(nèi)壁上，導(dǎo)流葉片內(nèi)凹的方向與單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，且每組導(dǎo)流葉片具有相同的排列方向。參見(jiàn)圖1、2，是本發(fā)明中單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7的實(shí)施例1，單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7的渦輪主要由安裝盤(pán)和分布在安裝盤(pán)周緣上的葉片71組成，葉片71為凹形片狀，葉片內(nèi)凹的方向與單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7的旋轉(zhuǎn)方向相同，且葉片71具有相同的排列方向，在本實(shí)施例中，單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7的旋轉(zhuǎn)方向是順時(shí)針?lè)较?，葉片的內(nèi)凹方向也為順時(shí)針?lè)较?，即與單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7的旋轉(zhuǎn)方向相同，兩組導(dǎo)流葉片將從機(jī)殼兩端開(kāi)口進(jìn)入的海水分別導(dǎo)流至葉片的內(nèi)凹面上以共同推動(dòng)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子單向轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)凹面即作為海水的沖擊作用面。參見(jiàn)圖3、4及圖11，是本發(fā)明中單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7的實(shí)施例2，單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7的渦輪主要由安裝盤(pán)和分布在安裝盤(pán)周緣上的葉片組成，葉片71為翼形塊狀體，在本實(shí)施例中，葉片71類似于飛機(jī)的機(jī)翼，葉片71的縱向截面呈軸對(duì)稱的流線型，葉片71的中心軸水平且葉片71具有相同的排列方向，單 向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7的旋轉(zhuǎn)方向是順時(shí)針?lè)较颍~片71的流線型斜面朝向逆時(shí)針?lè)较騼A斜，兩組導(dǎo)流葉片將從機(jī)殼兩端開(kāi)口進(jìn)入的海水分別以垂直于葉片71的流線型斜面方向?qū)б谄渖弦怨餐苿?dòng)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7單向轉(zhuǎn)動(dòng)，流線型斜面即作為海水的沖擊作用面，沖擊作用面設(shè)置的最佳實(shí)施方式是沖擊作用面正對(duì)迎向海水水流。以上兩種實(shí)施例，兩組導(dǎo)流葉片的上、下兩端分別為用于引入海水的進(jìn)水端和用于導(dǎo)出海水的出水端，上、下部?jī)山M導(dǎo)流葉片的出水端分別與單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的葉片上、下相承接，以使導(dǎo)流葉片將海水導(dǎo)引至葉片的沖擊作用面上。機(jī)殼I喇叭型開(kāi)口的半徑R范圍為0. 3彡R彡15m,上收縮體4和下收縮體10的根部半徑為3V單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7的中央半徑為r,收縮系數(shù)n = r0/r, n取值范圍為0. 8
0.99 o上述參數(shù)范圍的確定根據(jù)流體力學(xué)原理得出，具體計(jì)算過(guò)程如下首先，如圖6所示，海洋發(fā)電裝置包括設(shè)置在海面浮動(dòng)平臺(tái)上的發(fā)電機(jī)、與海面波浪同步運(yùn)動(dòng)的海面浮動(dòng)平臺(tái)P、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)C和置于海水深處穩(wěn)流區(qū)S的水輪機(jī)T，海面浮動(dòng)平臺(tái)P漂浮于海面M上并受海水波浪起伏驅(qū)動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)C的一端與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸入端相連接，另一端與水輪機(jī)T單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中心旋轉(zhuǎn)軸相連接,海面浮動(dòng)平臺(tái)P隨波浪上下運(yùn)動(dòng)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)T帶動(dòng)置于海水深處穩(wěn)流區(qū)的水輪機(jī)T在垂直方向上下運(yùn)動(dòng)，水輪機(jī)T在垂直方向上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)海水深處穩(wěn)流區(qū)S水流與海面波浪層D相對(duì)反向運(yùn)動(dòng)，并沿水輪機(jī)T的上、下導(dǎo)流葉片進(jìn)入水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)T的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，水輪機(jī)T的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)C驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)發(fā)電。參見(jiàn)圖7，建立雙向水輪機(jī)的數(shù)學(xué)模型平面PO為海面浮動(dòng)平臺(tái)參考海平面標(biāo)準(zhǔn)OM處的高程,平面Pl為水輪機(jī)上端入水口(即指上端開(kāi)口，同時(shí)也作為出水口)處平面，平面P2為水輪機(jī)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子平面，平面P3為水輪機(jī)下端入水口(即指下端開(kāi)口，同時(shí)也作為出水口)處平面，P3位于Pl下的深度為H，即是水輪機(jī)機(jī)殼的高度。模型中使用各參量說(shuō)明列表如下，進(jìn)入水輪機(jī)的海水質(zhì)量m的變化率；
dtV1，海水上涌時(shí)，從水輪機(jī)上端開(kāi)口進(jìn)入平面Pl或海水下沉?xí)r從水輪機(jī)下端開(kāi)口進(jìn)入平面P3的速度；V2,海水經(jīng)過(guò)水輪機(jī)的上、下收縮體，海水水流被壓縮加速，水流加速后通過(guò)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子渦輪P2平面的速度；t，水流在同一方向上持續(xù)的沖擊時(shí)間(半個(gè)波浪運(yùn)動(dòng)周期)；
P，水輪機(jī)所在水域中海水的質(zhì)量密度；R，水輪機(jī)上、下兩端開(kāi)口的半徑；r，水輪機(jī)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中央半徑；IV水輪機(jī)上、下收縮體根部半徑(即最大半徑)，上、下收縮體作為定子，該半徑也是進(jìn)入機(jī)殼內(nèi)流體的壓縮半徑。海面浮動(dòng)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)平面PO在一個(gè)完整周期內(nèi)相對(duì)海平面的位置變化如圖8所示，假設(shè)在時(shí)間tl時(shí)，PO平臺(tái)到達(dá)最高點(diǎn)，t2時(shí)PO平臺(tái)相對(duì)海平面到達(dá)位移最低點(diǎn)，t3時(shí)，PO到達(dá)下一個(gè)周期中的最高點(diǎn)。從tl至t3可以視為PO平臺(tái)的一個(gè)完整運(yùn)動(dòng)周期，這種周期也是波浪能發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的主要運(yùn)動(dòng)周期和過(guò)程。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，中國(guó)沿海的平均波浪為2 3米/周期，因此，以下分析計(jì)算按照2 米波浪進(jìn)行分析，而在波浪較高的情形下，海洋發(fā)電裝置的發(fā)電能力將極大提高。根據(jù)科學(xué)觀測(cè)，海洋波浪(涌浪)周期較為穩(wěn)定，通常情況下主體波浪(涌浪)夏季約每6秒一個(gè)周期，冬季約8秒一個(gè)周期。以下分析按照起伏各Im (波動(dòng)幅值)的海洋波浪(涌浪)進(jìn)行具體的計(jì)算，由于海洋的波浪(涌浪)驅(qū)動(dòng)的海面浮動(dòng)平臺(tái)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡與正弦波類似，因此可以擬合為正弦波進(jìn)行分析。列出計(jì)算單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子渦輪力矩的計(jì)算公式設(shè)定一,受深部海水重力穩(wěn)定作用，進(jìn)入水輪機(jī)的水流速度與水輪機(jī)向上移動(dòng)速度相等；水輪機(jī)上部或下部外的水體不會(huì)被水輪機(jī)的上下移動(dòng)影響，同樣在水輪機(jī)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)也不會(huì)推動(dòng)外部的流體向下運(yùn)動(dòng)，即進(jìn)入水輪機(jī)的水全部流過(guò)水輪機(jī)上收縮體和下收縮體與機(jī)殼之間形成逐漸收窄的環(huán)形通道，沖擊水輪機(jī)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子渦輪做功。設(shè)定二，水的體積不可壓縮。設(shè)定三，水體加速動(dòng)能全部作用于單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子渦輪葉片的中心上。M=FXL①F = m*a = m*v2/1②L = (r+r0) /2③F*L = R2* p *vl*t*v2/t* (r+r。)/2④其中，F(xiàn)—單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子葉輪被水流沖擊所受作用力L —力臂，即水流沖擊點(diǎn)至單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子渦輪葉片中心的距離在一個(gè)波浪周期內(nèi)，海面浮動(dòng)平臺(tái)獲取的能量為PO平面的受頂部波浪(涌浪)拉動(dòng)產(chǎn)生位移所帶來(lái)的勢(shì)能及動(dòng)能，即作用于海面浮動(dòng)平臺(tái)底部的總拉力乘以其作用的距離(即海面浮動(dòng)平臺(tái)向上的位移)。獲得力矩M為
d , IM = I xL = TlR piy —--(5)
2(r-r0)設(shè)k為水輪機(jī)轉(zhuǎn)化效率系數(shù)(目前我國(guó)所制造的水輪機(jī)，其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)92%)，則
扭矩與輸出功率的關(guān)系為
. R0P = MxN = k^pv"~-———(6)
‘ (r -)在其他條件不變的情況下，如圖9所示力矩M與入水口半徑R的關(guān)系曲線圖，力矩M與入水口半徑R呈指數(shù)型關(guān)系，隨著入水口半徑R的增大,力矩M快速增大，即發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率能夠得到極大地提高。本發(fā)明的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)可以是任意規(guī)模和具有不同發(fā)電容量的系統(tǒng)，但是，考慮到制造成本和發(fā)電容量的投入產(chǎn)出比，在海洋觀測(cè)儀器和航標(biāo)燈級(jí)別的小型發(fā)電系統(tǒng)通常采用入水口半徑不小于0. 3米的水輪機(jī)，這是因?yàn)?，如果半徑太小，扭矩就小，力矩M與入水口半徑R呈指數(shù)型關(guān)系的優(yōu)勢(shì)沒(méi)有得到體現(xiàn)和利用，所以單位功率造價(jià)相對(duì)較高；當(dāng)需要使用大型水輪機(jī)的場(chǎng)合，則要考慮三個(gè)因素，其一，水輪機(jī)入水口半徑過(guò)大，制造成本顯著提高，運(yùn)輸成本顯著提高，維護(hù)成本也將顯著提高；其二，水輪機(jī)體積過(guò)大，勢(shì)必需要更大面積的海面浮動(dòng)平臺(tái)，根據(jù)海浪的周期特點(diǎn)，海面浮動(dòng)平臺(tái)半徑不應(yīng)超過(guò)15米，否則，將出現(xiàn)對(duì)海浪的濾波作用，減少海浪的升降對(duì)浮體的作用力，進(jìn)而影響發(fā)電效率，因此，機(jī)殼喇叭型開(kāi)口的半徑R范圍為0.3彡R彡15m。根據(jù)公式⑥，海水的壓縮比(即收縮系數(shù)n = r0/r)決定海水流過(guò)水輪機(jī)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的流速，為了確保壓縮水流在盡可能穩(wěn)定地沖擊水輪機(jī)葉片同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)水體擁堵現(xiàn)象而影響效率，壓縮后的海水流速應(yīng)該控制在30米/秒以下，為此，根據(jù)不同海域的波浪高度，n取值范圍為0. 8 0. 99，可以確保水輪機(jī)的工作穩(wěn)定性和對(duì)自然海洋的最小擾動(dòng)，同時(shí)也保證水輪機(jī)不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，減少了維護(hù)成本。綜上，公式⑥是本發(fā)明提高水輪機(jī)功率的以高效利用水力動(dòng)力的機(jī)理函數(shù)，分析該公式可以得到以下結(jié)論一方面，水輪機(jī)的功率與水輪機(jī)的上、下兩端開(kāi)口的半徑成六次方指數(shù)關(guān)系，因此，在加工、運(yùn)輸、安置可能的前提下，水輪機(jī)可以盡可能的做大，以提高輸出功率；另一方面，參見(jiàn)圖10，海水通過(guò)收窄的環(huán)形通道被壓縮，以實(shí)現(xiàn)海水加速，水輪機(jī)的功率與收縮系數(shù)成指數(shù)關(guān)系，即收縮系數(shù)n=r(l/r，該收縮系數(shù)愈接近1，水輪機(jī)的輸出功率呈指數(shù)增加。為了說(shuō)明本發(fā)明的發(fā)電功率特性，根據(jù)公式⑥，做以下具體分析，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)換效率考慮為k = 0. 5。設(shè)波浪為2米，波浪周期為6秒，海水流進(jìn)入水口(上、下兩端開(kāi)口)時(shí)的入口速度V1為4m/6s，即V1=O. 66m/s，設(shè)水輪機(jī)上、下兩端開(kāi)口的直徑為5米，單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的直徑為4米，流體進(jìn)入上、下收縮體與機(jī)殼之間的環(huán)形通道進(jìn)行壓縮，上、下收縮體根部半徑A與單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中央半徑r之比為收縮系數(shù)n,收縮系數(shù)mc/r, n = 0. 97,即R=2. 5 米，r=2 米，r0=l. 94 米，可見(jiàn)，V1 = 0. 66m/s的海水被加速到超過(guò)26倍入口速度的流速，此時(shí)海水加速至17. 44m/s, k = 0. 5，根據(jù)公式⑥，發(fā)電機(jī)的輸出功率為P=O. 5 X 462262. 5X2. 56X0. 663/24=1013936ff發(fā)電機(jī)的輸出功率大于1麗，可實(shí)現(xiàn)兆瓦級(jí)的發(fā)電。根據(jù)流體力學(xué)原理，本發(fā)明提高水輪機(jī)功率的機(jī)理具體而言，就是通過(guò)用于引導(dǎo)流體的上部、下部?jī)山M導(dǎo)流葉片及上、下收縮體，實(shí)現(xiàn)了對(duì)進(jìn)入水輪機(jī)P1平面的水流進(jìn)行流態(tài)壓縮，使得該流體通過(guò)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子時(shí)被加速，利用流體能量原理，沖擊作用力能量與沖擊轉(zhuǎn)子流速呈3次方指數(shù)關(guān)系，同時(shí)，流體受擠壓，也最大可能被導(dǎo)流至單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的外緣葉片上,力矩直接增加,從而加大了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的扭力和扭矩,達(dá)到大大提高發(fā)電功率的目的；由于受過(guò)流斷面面積愈小，水體受阻力量愈大的機(jī)制，在不導(dǎo)致海水被整體提出運(yùn)動(dòng)中、的？工平面的前提下，海水不可能被無(wú)限制的加速，所以，分析水輪機(jī)的上、下收縮體根部直徑和水輪機(jī)的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子直徑的關(guān)系，就是一臺(tái)直徑確定后的水輪機(jī)在特定海浪高度前提下的動(dòng)力特性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)。參見(jiàn)圖5，本發(fā)明在水輪機(jī)的機(jī)殼外壁上設(shè)有多個(gè)附加浮筒20，浮筒20沿機(jī)殼I的縱向延伸且沿機(jī)殼I外壁按圓周分布，浮筒20的上端筒口與下端筒口分別根據(jù)雙向運(yùn)作狀態(tài)交替作為進(jìn)水孔和排水孔。該浮筒可以通過(guò)注入不同體積的水，改變水輪機(jī)的自身重量，成為可調(diào)節(jié)重量，適應(yīng)高效、優(yōu)化和不同功率輸出容量的通用型的水輪機(jī)。參見(jiàn)圖I 4，在單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7安裝盤(pán)的上、下盤(pán)面上分別設(shè)有水平的導(dǎo)水隔板6、8，上收縮體、下收縮體的根部分別對(duì)應(yīng)位于導(dǎo)水隔板6、8上，中心旋轉(zhuǎn)軸2穿過(guò)導(dǎo)水隔板
6、8，導(dǎo)水隔板6、8與機(jī)殼I內(nèi)壁之間具有環(huán)形間隙，單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7的葉片71位于該環(huán)形間隙的下方，導(dǎo)引的海水通過(guò)該環(huán)形間隙沖擊到單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子7的葉片71上。在機(jī)殼I上、下兩端開(kāi)口上覆蓋有過(guò)濾網(wǎng)，分別為位于上端的過(guò)濾網(wǎng)3和位于下端 的過(guò)濾網(wǎng)U，中心旋轉(zhuǎn)軸穿過(guò)過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)濾網(wǎng)的網(wǎng)孔孔徑小于單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上相鄰葉片之間的距離。本發(fā)明的過(guò)濾網(wǎng)應(yīng)該能夠確保大于網(wǎng)孔的雜質(zhì)不能進(jìn)入水輪機(jī)，而且當(dāng)小于網(wǎng)孔的雜質(zhì)進(jìn)入后能夠順利通過(guò)水輪機(jī)內(nèi)部并排出。為了保證落在過(guò)濾網(wǎng)上體積較大的雜質(zhì)不會(huì)滯留，位于機(jī)殼上端開(kāi)口的過(guò)濾網(wǎng)的中心部位向上凸起，形成空心錐體狀，錐體狀過(guò)濾網(wǎng)的中心部位高于上端開(kāi)口的口沿。本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于壓縮流體加速提取波浪能的方法，隨波浪上下波動(dòng)，在海面浮動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)下，置于深海穩(wěn)定區(qū)水輪機(jī)在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)使海水從被拖動(dòng)的雙向水輪機(jī)的機(jī)殼上、下兩端開(kāi)口分別流入機(jī)殼內(nèi)，并通過(guò)作為定子的上、下收縮體與機(jī)殼之間逐漸收窄的環(huán)形通道，其特征在于所述機(jī)殼開(kāi)口半徑R的范圍為0. 3 < 15m，海水按照上、下收縮體根部半徑A與單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中央半徑r之比為0. 8 0. 99進(jìn)行壓縮，經(jīng)過(guò)壓縮的海水被加速后，高速?zèng)_擊單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，將往復(fù)雙向流經(jīng)的水流動(dòng)力轉(zhuǎn)換成單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的單方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)由萬(wàn)向節(jié)連接的傳動(dòng)桿同步旋轉(zhuǎn)，將轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞到設(shè)置在海面上海面浮動(dòng)平臺(tái)的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，以使海洋波浪能轉(zhuǎn)換為電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于壓縮流體加速提取波浪能的方法，其特征在于使進(jìn)入機(jī)殼內(nèi)的海水在所述環(huán)形通道內(nèi)同時(shí)流經(jīng)設(shè)于機(jī)殼內(nèi)壁上的弧狀長(zhǎng)形片體的導(dǎo)流葉片，由導(dǎo)流葉片將海水從垂直方向?qū)бD(zhuǎn)向而直接沖擊在單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的外緣的渦輪葉片上。
3.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I所述基于壓縮流體加速提取波浪能方法的雙向水輪機(jī)，包括機(jī)殼及設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)可單向旋轉(zhuǎn)的單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，所述機(jī)殼為上、下兩端具有開(kāi)口的筒體，所述單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子以水輪機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)軸為中心沿與中心旋轉(zhuǎn)軸相垂直的方向分布成圓盤(pán)渦輪形，在單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的上方和下方分別設(shè)有正立錐體狀的上收縮體和倒立錐體狀的下收縮體，所述中心旋轉(zhuǎn)軸分別穿過(guò)上收縮體和下收縮體以將其固定在中心旋轉(zhuǎn)軸的外表面上，其特征在于所述機(jī)殼開(kāi)口半徑R的范圍為0. 3 < R < 15m，所述上收縮體和下收縮體的根部半徑為IV所述單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中央半徑為r，收縮系數(shù)n=r(l/r，n取值范圍為0. 8 0. 99 o
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙向水輪機(jī)，其特征在于所述上收縮體與下收縮體為圓錐體，所述上收縮體與下收縮體的中心軸線與中心旋轉(zhuǎn)軸的中心軸線位于同一直線上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙向水輪機(jī)，其特征在于在所述機(jī)殼內(nèi)壁上部和下部各設(shè)一組導(dǎo)流葉片，每組導(dǎo)流葉片沿機(jī)殼圓周排布，所述上部導(dǎo)流葉片圍括所述上收縮體，而下部導(dǎo)流葉片則圍括所述下收縮體，所述兩組導(dǎo)流葉片以單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子所在的平面成鏡像設(shè)置，所述導(dǎo)流葉片為弧狀的長(zhǎng)形片體，導(dǎo)流葉片內(nèi)凹的方向與單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，且每組導(dǎo)流葉片具有相同的排列方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙向水輪機(jī)，其特征在于所述單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的渦輪主要由安裝盤(pán)和分布在安裝盤(pán)周緣上的葉片組成，所述葉片為凹形片狀，葉片內(nèi)凹的方向與單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相同，且所述葉片具有相同的排列方向，所述兩組導(dǎo)流葉片將從機(jī)殼兩端開(kāi)口進(jìn)入的海水分別導(dǎo)引至葉片的內(nèi)凹面上以共同推動(dòng)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子單向轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的內(nèi)凹面即作為海水的沖擊作用面。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙向水輪機(jī)，其特征在于所述單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的渦輪主要由安裝盤(pán)和分布在安裝盤(pán)周緣上的葉片組成，所述葉片為翼形塊狀體，所述葉片的縱向截面呈軸對(duì)稱的流線型，所述葉片的中心軸水平且葉片具有相同的排列方向，所述兩組導(dǎo)流葉片將從機(jī)殼兩端開(kāi)口進(jìn)入的海水分別以垂直于葉片的流線型斜面方向?qū)б谄渖弦怨餐苿?dòng)單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子單向轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的流線型斜面即作為海水的沖擊作用面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的雙向水輪機(jī)，其特征在于所述兩組導(dǎo)流葉片的上、下兩端分別為用于引入海水的進(jìn)水端和用于導(dǎo)出海水的出水端，所述上、下部?jī)山M導(dǎo)流葉片的出水端分別與單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的葉片上、下相承接，以使導(dǎo)流葉片將海水導(dǎo)引至葉片的沖擊作用面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙向水輪機(jī)，其特征在于在所述單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子安裝盤(pán)的上、下盤(pán)面上分別設(shè)有水平的導(dǎo)水隔板，所述上收縮體、下收縮體的根部分別對(duì)應(yīng)位于所述導(dǎo)水隔板上，所述中心旋轉(zhuǎn)軸穿過(guò)所述導(dǎo)水隔板，所述導(dǎo)水隔板與所述機(jī)殼內(nèi)壁之間具有環(huán)形間隙，所述單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的葉片位于該環(huán)形間隙的下方，導(dǎo)引的海水通過(guò)該環(huán)形間隙沖擊到單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的葉片上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的雙向水輪機(jī)，其特征在于所述機(jī)殼上、下兩端的開(kāi)口為喇叭型，在所述開(kāi)口上覆蓋有過(guò)濾網(wǎng)，所述中心旋轉(zhuǎn)軸向上穿過(guò)過(guò)濾網(wǎng)，所述過(guò)濾網(wǎng)的網(wǎng)孔孔徑小于單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上相鄰葉片之間的距離，其中，所述位于機(jī)殼上端開(kāi)口的過(guò)濾網(wǎng)的中心部位向上凸起，形成空心錐體狀，錐體狀過(guò)濾網(wǎng)的中心部位高于上端開(kāi)口的口沿。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于壓縮流體加速提取波浪能的方法，隨波浪上下波動(dòng)，在海面浮動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)下，置于深海穩(wěn)定區(qū)水輪機(jī)在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)使海水從被拖動(dòng)的雙向水輪機(jī)的機(jī)殼上、下兩端開(kāi)口分別流入機(jī)殼內(nèi)，并通過(guò)作為定子的上、下收縮體與機(jī)殼之間逐漸收窄的環(huán)形通道，所述機(jī)殼開(kāi)口半徑R的范圍為0.3≤R≤15m，海水按照上、下收縮體根部半徑r0與單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的中央半徑r之比為0.8～0.99進(jìn)行壓縮。還公開(kāi)了實(shí)現(xiàn)上述方法的雙向水輪機(jī)。本發(fā)明大大減小了海水在機(jī)殼內(nèi)的過(guò)流面積，大幅度提高了流體沖擊單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的速度，增大了單向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，在本發(fā)明所述的各參數(shù)范圍內(nèi)，提高了水輪機(jī)的輸出功率，進(jìn)一步提高了發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率。
文檔編號(hào)F03B11/02GK102720628SQ201210199180
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者梁健, 王麗娟, 鄭力銘, 鄭貴林 申請(qǐng)人:鄭貴林