一种新型的大功率垂直轴潮流能水轮机的制作方法

一种新型的大功率垂直轴潮流能水轮机
1.技术领域：
1.本发明属于潮流能转换装置的技术领域；
2.

背景技术：

2.根据国标gb/t 37551-2019，第18页，潮流能转换装置，现有技术接收海洋潮流能转换装置，4.3.6.1水平轴潮流能水轮机；4.3.6.2垂直轴潮流能水轮机；垂直轴潮流能水轮机转轮轴线基本上垂直于水流方向；
3.现有技术的垂直轴潮流能水轮机安装叶片与转轮轴线垂直导致现有技术的垂直轴潮流能水轮机接收潮流水的功率几乎为零，比如中国古代的水车；
4.现有技术的垂直轴潮流能水轮机没有安装主轴的轴线与转轮轴线基本上重合使现有技术的垂直轴潮流能水轮机在工作状态主轴振动；3.本

技术实现要素：

5.如图1，为了克服现有技术垂直轴潮流能水轮机接收潮流水动能的功率低下的问题，当其他条件确定且满足垂直轴潮流能水轮机正常工作的情况下，本发明技术安装垂直轴潮流能水轮机的叶片与转轮轴线基本上成45度夹角以使垂直轴潮流能水轮机的叶片在工作状态在海洋潮流水中的捕获面积最大从而使垂直轴潮流能水轮机接收海洋潮流水的动能的功率有可能最大；为了克服现有技术垂直轴潮流能水轮机在工作状态主轴振动，本发明技术安装主轴的轴线与转轮轴线基本上重合以使本发明水轮机在工作状态运行稳定、避免振动，本发明提出新的技术方案，1.一种新型的大功率垂直轴潮流能水轮机，包含了转轮轴线(1)、主轴(2)、叶片(3)，其技术特征在于，安装所述叶片(3)与所述转轮轴线(1)基本上成 45度夹角；2.根据技术特征1所述，优化地，安装所述主轴(2)的轴线与所述转轮轴线 (1)基本上重合；
附图说明：
图1是本发明的许多实施案例中的一个案例的俯视图；图2是本发明的实施案例1的平视图；图3是本发明的实施案例2的平视图。实施案例：
7.实施案例1，如图2，海洋潮流水的流水方向垂直纸面向内，其他条件确定且满足垂直轴潮流能水轮机正常工作，在有海洋潮流水的海岸边的岸上，按照技术特征1所述和技术特征2所述安装本发明，安装主轴(2)与叶片(3)连接，安装本发明的主轴(2)穿过轴承(7)内孔，安装轴承(7)在轴承座(8)内部，安装轴承座(8)与海岸边的大地连接，安装本发明的主轴(2)的轴线基本上在海平面(12)上，海平面(12)与水平面基本上重合，安装转轮轴线(1)与海洋中的潮流水的流水方向基本上垂直，安装叶片(3)与转轮轴线(1)基本上形成β度夹角，0度＜β＜90度，叶片(3)在海洋潮流水中、被流动的潮流水推动、以叶片(3)为母线、以转
轮轴线(1)为轴旋转运动半周形成的扫掠面(9)是半个圆锥面，β是扫掠面(9)圆锥面的半顶角，扫掠面积(10)是扫掠面(9)的面积；根据国标gb/t37551-2019，本发明的捕获面积(11)是本发明的叶片(3)的扫掠面积(10)在潮流水的流速方向投影的面积；
8.国标gb/t37551-2019：第17页，4.3.1捕获面积，潮流能转换装置水流动能捕获部件的扫掠面积在流速方向投影的面积；本发明的叶片(3)就是gb/t37551-2019所述的潮流能转换装置水流动能捕获部件；
9.经计算，本发明的捕获面积(11)等于2倍的以叶片(3)的长度l(13)为斜边的以β角为顶角的直角三角形(14)的面积，2倍的直角三角形(14)的面积等于以叶片(3)的长度l(13)为对角线的矩形(15)的面积，当β＝45度时，矩形(15)是正方形；
10.几何定理证明，对角线长度一定时，矩形中的正方形的面积最大；所以，当安装本发明的叶片(3)与转轮轴线(1)基本上形成45度夹角，叶片(3)在海洋潮流水中的捕获面积(11)最大；
11.海洋潮流水是牛顿流体，适用贝茨定律；贝茨定律证明，使用能量转换装置捕获牛顿流体的流动动能的能量，能量转换装置捕获动能的功率p与能量转换装置的捕获面积s成正比：p＝(ρ/4)*(v1*v1-v2*v2)*(v1+v2)*s所以，p
∝
sρ：海洋潮流水密度v1：潮流水接触叶片(3)之前的流速v2：潮流水接触叶片(3)之后的流速p：垂直轴潮流能水轮机接收潮流水动能的功率s：垂直轴潮流能水轮机的叶片在潮流水中的捕获面积
12.当其他条件确定且满足垂直轴潮流能水轮机正常工作的情况下，本发明安装叶片(3)与转轮轴线(1)基本上形成45度夹角、在工作状态可以使得本发明的叶片(3)在海洋潮流水中的捕获面积(11)最大从而使得本发明接收海洋潮流水的动能的功率p有可能最大；
13.实施案例2，如图3，在有海洋潮流水的海洋中，海洋潮流水的流水方向垂直纸面向内，其他条件确定且满足垂直轴潮流能水轮机正常工作，按照技术特征1所述和技术特征2所述安装本发明，安装主轴(2)与叶片(3)连接，安装本发明的主轴(2)穿过轴承(7)内孔，安装轴承(7)在轴承座(8)内部，安装轴承座(8)与海水中的海床连接，安装本发明的转轮轴线(1)与海平面(12)基本上垂直，安装转轮轴线(1)与海洋中的潮流水的流水方向基本上垂直，安装叶片(3)与转轮轴线(1)基本上形成θ度夹角，0度＜θ＜90度，叶片(3)浸在海洋潮流水中、被流动的潮流水推动、以叶片(3)为母线、以转轮轴线(1)为轴旋转运动一周形成的扫掠面(16)是圆锥面，θ是扫掠面(16)圆锥面的半顶角，扫掠面积(17)是扫掠面(16)的面积；根据国标gb/t37551-2019，本发明的捕获面积(18)是本发明的叶片(3)的扫掠面积(17)在潮流水的流速方向投影的面积；
14.国标gb/t37551-2019：第17页，4.3.1捕获面积，潮流能转换装置水流动能捕获部件的扫掠面积在流速方向投影的面积；本发明的叶片(3)就是gb/t37551-2019所述的潮流能转换装置水流动能捕获部件；
15.经计算，本发明的捕获面积(18)等于4倍的以叶片(3)的长度l(13)为斜边的以θ
角为顶角的直角三角形(19)的面积，4倍的直角三角形(19)的面积等于以叶片(3)的长度l(13)为对角线的矩形(20)的面积的2倍，当θ＝45度时，矩形(20)是正方形；几何定理证明，对角线长度一定时，矩形中的正方形的面积最大；所以，当安装本发明的叶片(3)与转轮轴线(1)基本上形成45度夹角，叶片(3)在海洋潮流水中的捕获面积(18)最大；
16.海洋潮流水是牛顿流体，适用贝茨定律；贝茨定律证明，使用能量转换装置捕获牛顿流体的流动动能的能量，能量转换装置捕获动能的功率p与能量转换装置的捕获面积s成正比：p＝(ρ/4)*(v1*v1-v2*v2)*(v1+v2)*s所以，p
∝
sρ：海洋潮流水密度v1：潮流水接触叶片(3)之前的流速v2：潮流水接触叶片(3)之后的流速p：垂直轴潮流能水轮机接收潮流水动能的功率s：垂直轴潮流能水轮机的叶片在潮流水中的捕获面积
17.当其他条件确定且其他条件满足垂直轴潮流能水轮机正常工作的情况下，本发明安装叶片(3)与转轮轴线(1)基本上形成45度夹角、在工作状态可以使得本发明的叶片(3)在海洋潮流水中的捕获面积(18)最大从而使得本发明接收海洋潮流水的动能的功率p有可能最大；
18.通过多次实验发现，安装主轴(2)的轴线与转轮轴线(1)基本上重合，使得本发明水轮机在工作状态运行稳定，避免振动。

技术特征：
1.一种新型的大功率垂直轴潮流能水轮机，包含了转轮轴线(1)、主轴(2)、叶片(3)，其特征在于，安装所述叶片(3)与所述转轮轴线(1)基本上成45度夹角。2.根据权利要求1所述，优化地，安装所述主轴(2)的轴线与所述转轮轴线(1)基本上重合。

技术总结
1.技术领域：本发明属于潮流能转换装置的技术领域；2.解决的技术问题：本发明解决了现有技术垂直轴潮流能水轮机接收潮流水动能的功率低下的问题、解决了现有技术垂直轴潮流能水轮机工作状态主轴振动的问题；3.技术要点：1.一种新型的大功率垂直轴潮流能水轮机，包含了转轮轴线(1)、主轴(2)、叶片(3)，其特征在于，安装所述叶片(3)与所述转轮轴线(1)基本上成45度夹角以使本发明的叶片(3)在工作状态在海洋潮流水中的捕获面积最大从而使本发明接收海洋潮流水的动能的功率有可能最大；2.本发明安装所述主轴(2)的轴线与所述转轮轴线(1)基本上重合以使所述水轮机工作状态运行稳定、避免主轴振动；4.用途：本发明用于制造及使用一种新型的大功率垂直轴潮流能水轮机。种新型的大功率垂直轴潮流能水轮机。种新型的大功率垂直轴潮流能水轮机。


技术研发人员：李军
受保护的技术使用者：李军
技术研发日：2021.11.21
技术公布日：2023/5/24