一种利用潮流能发电的斐波那契螺旋形水轮机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水轮机发电技术领域，特别是设及一种利用潮流能发电的斐波那契螺 旋形水轮机。
【背景技术】
[0002] 近些年来，随着海洋资源W及海洋权益日渐被关注，人类对于潮流能的探索和开 发在逐渐地升溫，潮流能作为海洋能的重要组成部分，具有可预测性、功率密度大及能量稳 定等突出优点，开发利用备受关注。
[0003] 潮流能的开发主要集中在发电技术领域，潮流能水轮机便是其核屯、能量转换装 置。按照结构分类，现有的潮流能水轮机主要有水平轴水轮机、垂直轴水轮机和振荡水翼， 运些潮流能水轮机各有利弊，水平轴水轮机技术比较成熟，获能效率较高，但是偏航损失严 重;垂直轴水轮机虽然结构简单，易于维修养护，但还存在着自启动困难、效率低的问题;振 荡水翼的研究起步较晚，还处在探索阶段。同时，运些水轮机的振动与噪声大，对鱼类、头足 类等海洋生物所赖W生存的海洋环境均有一定程度的影响与破坏。从已公布的专利技术来 看，也因存在前述不足而无法进入实用阶段。
[0004] 中国专利申请201210556394.X公开了 "复合式潮流能垂直轴水轮机"，该方案虽然 采用了外部Η型、内部S型的结构，具有快启动性能、稳定性较好等优点，但因叶片垂直轴方 向布置，使得整机效率较低，且对海洋生物有较大影响。中国专利申请201310291232.2公开 了 "一种叶片姿势可变的潮流能获能水轮机"，该方案通过链接方式将弧形叶片布置在主轴 上，叶片姿势可变，周期稳定性较好，但因其结构过于复杂，经济性较差，不具有实用价值。
[0005] 综上所述，如何克服现有技术的不足已成为当今水轮机发电技术领域中亟待解决 的重点难题之一。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种利用潮流能发电的斐 波那契螺旋形水轮机，本发明的水轮机巧妙地运用了呈二维斐波那契螺旋线形状螺旋形叶 片，W沿类锥形轮穀的轴向渐变拉伸形成空间扭曲形状均匀分布设置在类锥形轮穀的外周 上做匀速旋转运动，大大减少了水力摩擦碰撞，降低了入口水头损失，从而提高了水轮机获 能功效并很好地解决了使海洋鱼群顺利通过等难题。
[0007] 根据本发明提出的一种利用潮流能发电的斐波那契螺旋形水轮机，包括主轴、机 箱、推力轴承、联轴器、发电机、机架、底座、导水锥，所述机箱下方分别W机架和底座支撑； 其特征在于，还包括呈二维斐波那契螺旋线形状的螺旋形叶片、浸入水潮流中的类锥形轮 穀、密封罩;所述发电机通过联轴器及主轴与类锥形轮穀联接，在主轴与类锥形轮穀连接处 设置密封罩，在类锥形轮穀后侧的机箱尾部设置导水锥，所述螺旋形叶片通过推力轴承W 沿类锥形轮穀的轴向渐变拉伸形成空间扭曲形状均匀分布设置在类锥形轮穀的外周上;所 述螺旋形叶片在类锥形轮穀外周上的不同轴向距离下的截面翼型曲线上关键点的坐标W 如下方式表示，X和Υ分别代表螺旋形叶片截面翼型曲线上关键点的空间坐标值，距离类锥 形轮穀的前缘轴向55cm处的参数参见表1:
[000引 表1
[0009]
[0010] 拟合后的两条曲线方程分别为：
[0011 ]螺旋形叶片的左弦:y = -〇. 〇〇〇4χ3+〇. 〇?67χ2+〇. 1850X+4.5544;
[0012] 螺旋形叶片的右弦：y = -〇.〇〇〇lx2+〇.i664x-〇.0012;
[0013] 距离类锥形轮穀的前缘轴向110cm处的参数参见表2:
[0014] 表2
[0015]
[0016] 拟合后的两条曲线方程分别为：
[0017] 螺旋形叶片的左弦：y = 0.0002χ3-〇. 〇〇92χ2+〇. 1369X-4.5666;
[001 引螺旋形叶片的右弦:y = 0.0001x2+0.ii58x+0.0059;
[0019] 距离类锥形轮穀的前缘轴向165cm处的参数参见表3:
[0020] 表 3
[0021]
[0022]
[0023] 拟合后的两条曲线方程分别为：
[0024] 螺旋形叶片的左弦：y = 0. 〇〇〇2χ3+〇.〇?〇6χ2+ι. 0474X+6.0915;
[0025] 螺旋形叶片的右弦:y = 0.0003x2+l.〇570x+0.0197;
[0026] 距离类锥形轮穀的前缘轴向200cm处的参数参见表4:
[0027] 表 4 rn〇9Ri
[0029] 拟合后的两条曲线方程分别为:^' ' ' '
[0030] 螺旋形叶片的左弦：y = 0.0003x4+0.0?23χ3+0.2351χ2-4.1808χ+17.074;
[0031] 螺旋形叶片的右弦：y = -0.0002χ2-3.0288Χ-0.0072;
[0032] 距离类锥形轮穀的前缘轴向250cm处的参数参见表5:
[0033] 表 5
[0034]
[0035]
[0036] 拟合后的两条曲线方程分别为：
[0037] 螺旋形叶片的左弦:y = -〇.〇〇llx2+〇.〇〇6x-3.6110;
[0038] 螺旋形叶片的右弦：y = 0.0725X-0.0004。
[0039] 本发明的实现原理是:本发明的水轮机巧妙地运用了呈二维斐波那契螺旋线形状 螺旋形叶片，W沿类锥形轮穀的轴向渐变拉伸形成空间扭曲形状均匀分布设置在类锥形轮 穀的外周上，当水潮流流经本发明的水轮机时，水潮流质点则伴随着绕流螺旋形叶片做匀 速旋转运动，大大减少了水力摩擦碰撞，降低了入口水头损失，从而提高了水轮机获能功 效;其中，类锥形轮穀可根据潮流流速不同而设置成不同的高径比，呈二维斐波那契螺旋线 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 了转轮转动的稳定性;螺旋形叶片所受外力之后旋转，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。
[0040] 本发明与现有技术相比其显著优点是：
[0041] 第一，本发明的螺旋形叶片呈二维斐波那契螺旋线形状，W沿类锥形轮穀的轴向 渐变拉伸形成空间扭曲形状均匀分布设置在类锥形轮穀的外周上做匀速旋转运动，大大减 少了水力摩擦碰撞，降低了入口水头损失，从而提高了水轮机获能功效；
[0042] 第二，本发明的类锥形轮穀呈所述螺旋形叶片内缘的Ξ维斐波那契螺旋线绕轴向 旋转形成的类圆锥形状，与螺旋形叶片配合并协同作用，不仅大大减小了水轮机机组的振 动与噪声，而且可使海洋鱼群顺利通过，有效地解决了现有技术所存在的鱼类难于迁徙、对 海洋生态环境造成破坏W及潮流能水轮机与海洋生物难于共存的问题。
[0043] 第Ξ，本发明的水轮机结构填补了本技术领域的空白，它有效地解决了现有技术 所存在的自启动困难的难题，且类锥形轮穀可根据潮流流速不同设置成不同的高径比，螺 旋形叶片的截面形状可呈对称机翼型或非对称机翼型，运种W类锥形轮穀与螺旋形叶片协 同匹配所产生的推力，能够获得更多的潮流能。
[0044] 第四，本发明的水轮机结构稳定性好、有效工作时间长和效率高，可作为现有技术 的升级换代产品，适用于替代本领域利用潮流能发电的各种水轮机。
【附图说明】
[0045] 图1是本发明提出的一种利用潮流能发电的斐波那契螺旋形水轮机的结构剖视示 意图。
[0046] 图2是本发明提出的一种利用潮流能发电的斐波那契螺旋形水轮机的本体外形结 构示意图。
[0047] 图3是本发明提出的螺旋形叶片的斐波那契螺旋线示意图。
[0048] 图4是本发明提出的一种利用潮流能发电的斐波那契螺旋形水轮机的转轮外形结 构示意图。
[0049] 图5是本发明提出的单螺旋形叶片的外形结构示意图。
[0050] 图6是本发明提出的双螺旋形叶片组合的外形结构示意图。
[0051] 图7是本发明提出的螺旋形叶片的轴向不同位置截面示意图。
[0052] 图8是本发明提出的一种利用潮流能发电的斐波那契螺旋形水轮机距离类锥形轮 穀前缘轴向55cm处螺旋形叶片截面型线示意图。
[0053] 图9是本发明提出的一种利用潮流能发电的斐波那契螺旋形水轮机距离类锥形轮 穀前缘轴向110cm处螺旋形叶片截面型线示意图。
[0054] 图10是本发明提出的一种利用潮流能发电的斐波那契螺旋形水轮机距离类锥形 轮穀前缘轴向165cm处螺旋形叶片截面型线示意图。
[0055] 图11是本发明提出的一种利用潮流能发电的斐波那契螺旋形水轮机距离类锥形 轮穀前缘轴向200cm处螺旋形叶片截面型线示意图。
[0056] 图12是本发明提出的一种利用潮流能发电的斐波那契螺旋形水轮机距离类锥形 轮穀前缘轴向250cm处螺旋形叶片截面型线示意图。
【具体实施方式】
[0057] 下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0058] 结合图1-3,本发明提出的一种利用潮流能发电的斐波那契螺旋形水轮机，包括主 轴(3)、机箱(5)、推力轴承(6)、联轴器(7)、发电机(8)、机架(9)、底座（10)、导水锥（11)，所 述机箱(5)下方分别W机架(9)和底座（10)支撑;还包括呈二维斐波那契螺旋线形状的螺旋 形叶片（1)、浸入水潮流中的类锥形轮穀(2)、密封罩(4);所述发电机(8)通过联轴器(7)及 主轴(3)与类锥形轮穀(2)联接，在主轴(3)与类锥形轮穀(2)连接处设置密封罩(4)，在类锥 形轮穀(2)后侧的机箱(5)尾部设置导水锥(11)，所述螺旋形叶片（1)通过推力轴承(6) W沿 类锥形轮穀(2)的轴向渐变拉伸形成空间扭曲形状均匀分布设置在类锥形轮穀(2)的外周 上。
[0059] 结合图4-12,本发明所述螺旋形叶片（1)在类锥形轮穀(2)外周上的不同轴向距离 下的截面翼型曲线上关键点的坐标W如下方式表示，X和Y分别代表螺旋形叶片（1)截面翼 型曲线上关键点的空间坐标值，距离类锥形轮穀(2)的前缘轴向55cm处的参数参见表1:
[0060] 表 1
[0061] _____
[00创~拟合后的两条曲线方程分别为:
[0063] 螺旋形叶片（1)的左弦:y = -〇. 〇〇〇4χ3+〇. 〇167χ2+〇. 1850X+4.5544;
[0064] 螺旋形叶片（1)的右弦:y = -0.0001 χ2+〇. 1664Χ-0.0012;
[0065] 距离类锥形轮穀(2)的前缘轴向110cm处的参数参见表2:
[00