一种适用于潮汐发电的立式水轮机的制作方法

本发明涉及发电设备，具体涉及一种适用于潮汐发电的立式水轮机。

背景技术：

1、水力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，已经在全球范围内得到了广泛关注。在水力发电系统中，水轮机机组是最重要、最基本的设备之一，水轮机可以通过直接利用水流的动能和势能来产生旋转运动，进而驱动发电机或其他机械结构进行工作。作为一种清洁、可再生的能源设备，水轮机已经在水电站、灌溉系统、泵站以及工业生产等领域发挥着重要作用。随着全球对可持续能源需求的不断增长，水轮机将在未来能源领域发挥更加重要的作用。我国作为小水电大国，我们拥有丰富的低水头水力资源，尤其是在南方地区，灌溉水力体系也比较完善，这种丰富的水资源为水轮机（特别是中小型水轮机）的发展提供了有利的条件。使得水轮机拥有着巨大的应用前景，可以有效地利用本地的水资源，满足当地的能源和农业需求，极大促进当地经济的发展。

2、目前，水轮机按照其叶轮旋转轴的朝向可分为卧式和立式两种类型。其中卧式水轮机的叶轮转轴为水平或接近水平，且其叶轮不能完全浸没在水中，适用于水流量大但水头较小的环境。相对应的，立式水轮机的转轴则是垂直于水平面，其叶轮机构一般需要浸入安装在水中，以直接接受水流的冲击作用，由于立式水轮机的叶轮直接暴露在水流中，可以更有效地利用水流的动能，能量转化率高；因此，立式水轮机越来越得到人们的青睐。

3、现有的一些普通立式水轮机，通常包括两个叶轮机构，其两个叶轮机构并排设置，叶轮机构包括叶片和中心轴，当水流通过时可推动叶片旋转，进而使叶片带动中心轴同步旋转，中心轴与发电机相连，并带动发电机发电。该类立式水轮机的结构具有以下不足之处：

4、1、 其叶轮机构在工作时对水流的方向性有要求，即水流只能从水轮机的前方向后方流动才能推动叶轮旋转，进而实现发电功能；当水流从后方向前方流动时，就不能很好的推动叶轮旋转，也就无法实现发电功能；因此，该结构的立式水轮机只能在水流方向固定的河流或者水渠中使用，而无法应用在海洋、湖泊等会发生潮汐、洋流现象而导致水流方向发生周期性变化的场景中，即其通用性还不够理想；

5、2、 这类水轮机一般是在两侧设置挡板，使水流只能集中从两个叶轮机构的中间流过，这对河流、水渠等水体中水的流量影响较大，而且水轮机受到的水流冲击力也更集中，对水轮机相关部位的结构稳定性的要求也更高；

6、3、 由于水流只能从水轮机的两个叶轮机构的中间流过，使得鱼类也只能从两个叶轮机构的中间穿过，但水流通过该类水轮机时其流速增加较大，导致水中鱼类溯洄产卵的难度增加，不利于生态保护；

7、4、 这类水轮机中，其叶轮机构的叶片需要在中部展开，两边收缩，使得叶轮机构的两根中心轴之间需要留出较多的距离，这样使得水轮机的支座的宽度也要设计的足够宽，这在一定程度上导致了水轮机体积的增大，使水轮机的结构不够紧凑，对水轮机的安装运输不利。

8、有鉴于此，本技术旨在提供一种新型的立式水轮机结构，该立式水轮机可以克服上述提出的一些不足。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种适用于潮汐发电的立式水轮机，其对水流方向的适应性强，可在潮汐、洋流等水流方向周期性变化的场景中正常使用。

2、本发明的技术方案是：一种适用于潮汐发电的立式水轮机，包括支座和叶轮机构，叶轮机构包括中心轴、叶片和角度调节机构，所述角度调节机构用于调节叶轮机构上各叶片的展开与收缩状态；使得叶片在水流的推动下带动中心轴旋转；所述叶轮机构有多个，且当水流分别从支座的前后两个不同方向流向水轮机时，均至少可以推动其中一个叶轮机构正常旋转，以实现发电功能。

3、进一步的，叶轮机构有两个，且两个叶轮机构并排设置。

4、进一步的，叶片安装在中心轴上，叶片包括叶轴和片体，片体有两块，且分别设置在叶轴的两侧；优选的，两块片体对称地设置在叶轴的两侧。

5、进一步的，角度调节机构包括偏心机构，所述偏心机构包括偏心盘和连杆，在偏心盘上设置有环槽，且环槽的中心与中心轴不同心（即两者保持偏心关系）；所述连杆的一端被限定在环槽中运动，连杆的另一端与叶轴固定连接。本发明中的偏心机构调节叶片旋转展开角度的工作原理是：连杆的一端被限定在环槽中，连杆的另一端与叶轴固定相连，由于偏心盘上的环槽与中心轴不同心，当叶片绕中心轴转动时，叶轴与环槽之间的相对距离会发生变化，而连杆的长度是固定不变的，因此在应力作用下，连杆只能发生偏转，进而带动叶轴同步偏转，使得对应叶片的展开角度发生变化。

6、进一步的，角度调节机构使得对应叶片在旋转过程中，当叶片靠近另一个叶轮机构的中心轴时收缩，当叶片远离另一个叶轮机构的中心轴时展开。这样使两根中心轴之间的安装距离可以更小，从而缩小固定板的尺寸，使水轮机的结构更紧凑，即水轮机的体积可以设计的更小，在一定程度上可以节约水轮机的生产、安装及运输成本。

7、进一步的，支座包括底板，在底板的中部设置有支架，支架包括第一立柱和第二立柱，且第一立柱和第二立柱分别前后并列设置，在第一立柱与第二立柱的上端设置有固定板，叶轮机构安装在固定板与底板之间。

8、进一步的，第一立柱的前方设置有挡水块，挡水块使水流分开流向两侧，而不会冲击两个叶轮机构的中间。优选的，挡水块为锥形；锥形挡水块的角度在30-60度之间。

9、进一步的，在第二立柱的后方设置有支撑件，支撑件可为支撑杆，支撑杆与第二立柱和底面形成稳定的三角结构。在实际应用中，支撑件和挡水块均可以实现对水流的引导，使水流更有效地冲击对应叶轮机构的叶片，以带动叶轮机构旋转；使水轮机在潮汐等水流方向发生180度切换的场景下均可实现发电功能。

10、进一步的，固定板上设置有偏心调节座，偏心盘通过偏心调节座安装在固定板下方，偏心调节座用于调整偏心盘与中心轴之间的相对位置，从而影响整个叶轮机构中叶片的展开及收缩情况。

11、进一步的，中心轴上套设有固定件，叶片通过固定件与中心轴连接。

12、进一步的，中心轴上的叶片分为多个小组，每组叶片的安装高度不同，不同小组中各叶片旋转时的展开角度相互错开，例如可以错开15度，使得中心轴上叶片的展开角度更丰富合理，可以更好的适应复杂的水流环境。

13、进一步的，固定件至少有两个，固定件的中心设置有与中心轴配合的中心孔，固定件的四周设置有与叶轴配合的安装孔。安装孔与中心孔的距离小于叶轴到片体端部的距离。在叶片的旋转过程中，当转到中心轴的某一位置时，该叶片的其中一个片体的端面可以直接抵接在中心轴上。这样可以使叶片更好的将水流的冲击动能转化为中心轴的旋转运动。

14、进一步的，片体为弧形，同一叶轴上的两个片体可以平滑连接形成一段圆弧，即两个片体一体成型；优选的，叶轴与两个片体均可以一体成型。

15、进一步的，一个叶轮机构中叶片的数量不宜过多，数量在3-4片之间为佳；使得叶轮机构在旋转过程中，相邻叶片之间可以出现一定的间隙，使某些鱼类可通过该间隙自由地从叶轮机构中穿过，从而方便完成溯洄产卵，有利于生态保护。

16、进一步的，底板的前部区域可以设置倒角。因为底板的前方需接受水流冲击，设置倒角后有利于使底板贴紧水流底面，使支座更稳定。

17、进一步的，角度调节机构也可以采用弹簧结构。弹簧水平设置，弹簧的一端与叶片一侧相连，弹簧的另一端与中心轴或固定件相连，使得自然状态下叶片会自动收缩，工作过程中，当叶片旋转到中心轴的某一侧时，叶片接受到水流的冲击后可自动展开，当叶片绕中心轴旋转到另一侧时，叶片在弹簧的作用下又会自动收缩，进而实现周期性的展开与收缩。角度调节机构也可以采用现有技术中的其它结构（比如连杆机构等），只要能实现叶片在一侧展开，在另一侧收缩的周期性变化即可。当然叶轮机构中也可以不包括角度调节机构，使叶片直接以固定的角度安装在中心轴上，只是这样就无法缩小叶轮的体积了。

18、在一些具体实施方式中，片体的外侧面上设置有凹凸结构，相邻叶片的片体上的凹凸结构形成互补配合，使得相邻叶片在旋转过程中角度被调节时，片体之间不会出现干涉。

19、进一步的，固定板的上方设置有增速器和发电机，所述中心轴的上端与增速器的输入端相连，增速器的输出端与发电机的主轴相连。增速器至少有两个输入端，且可以将不同中心轴的旋转运动均传递给发电机，使叶轮机在潮汐场景中正常发电。

20、进一步的，可将多个所述水轮机联合使用，呈一字排布，并在两个相邻水轮机之间的间隙中均设置挡水门，挡水门只能单向打开，这样在涨潮和退潮时，水流均可以集中冲击在对应方向的叶轮机构叶片，提高其工作效率，更好的利用水流能量。

21、与现有技术相比本发明的有益效果：

22、1、本发明中的立式水轮机通用性强；不仅可以在水流方向固定的河流或者水渠中使用，也可以在湖泊、海洋等会发生潮汐、洋流现象，而使得水流方向周期性变化的水域中应用；

23、2、在本发明中，角度调节机构还可以使叶片在旋转过程中，当靠近另一个叶轮机构的中心轴时叶片收缩，当远离另一个叶轮机构的中心轴时叶片展开，这样两个叶轮机构中心轴可以设置得更为接近，从而使得水轮机安装座的尺寸可以设计的更窄，使水轮机的整体结构更紧凑，体积相对更小，不但节省材料成本，且安装受到的水流阻力会更小，安装维护更方便；

24、3、本发明中的水轮机，在工作时水流是从两侧通过，相比现有从中间过水的水轮机，本发明的水轮机对水流流量的影响更小，且水流通过时流速增加较小，同时叶轮机构中叶片的数量合适，且在叶片旋转时，相邻叶片之间会出现固定的间隙，鱼儿可以从叶轮机构的间隙中自由穿过方便其进行溯洄产卵，有利于生态保护；

25、4、本发明中的水轮机可以安置在桥墩的前方（即迎水面），从而减少水流对桥墩的冲击，实现保护桥墩的功能；

26、5、本发明中叶轮机构的构造简洁，调节方便，也可以用作风力发电的叶片结构。