[发明专利]波浪发电厂中的与双向换向气流一起使用的冲击式空气涡轮机装置

说明书

技术领域

本发明大体上涉及一种波浪发电厂中的与双向换向气流(reversing bi-directional air flow)一起使用的冲击式空气涡轮机装置。本发明的实施方式涉及一种与由波能转换器生成的双向换向气流一起使用的冲击式空气涡轮机装置。因此，该冲击式空气涡轮机装置被用于电力生产。

背景技术

波浪发电厂利用波能转换器来将海浪的上升运动和下落运动转化成双向换向气流。在空气压缩机腔体中的波浪面的上升运动和下落运动产生的双向换向气流被广泛用于振荡水柱(Oscillating-water-column，OWC)波浪发电厂中。无论是OWC型或其他类型的波浪发电厂，包括利用双向换向气流来产生电力的动力输出装置。所述动力输出装置典型为必须在同一方向连续转动的空气涡轮机，而不管穿过涡轮机的气流方向如何。

韦尔斯涡轮机(Wells turbine)通常用于波浪发电厂尤其是OWC波浪发电厂中。韦尔斯涡轮机的涡轮机转子叶片包括不管气流方向如何而维持转子在同一方向转动的对称的翼。然而，韦尔斯涡轮机并不适用于大的流速，具体来说，在易于引起堵塞的高流速下操作。典型的韦尔斯涡轮机的操作有效性在50％和55％之间。

另一个已知的空气涡轮机是丹尼斯·奥尔德涡轮机(Dennis-Auld turbine)，丹尼斯·奥尔德涡轮机利用变螺距转子叶片来提高操作有效性，并且特定被设计用于OWC波浪发电厂。机械驱动系统用来改变转子叶片的安装角，但该系统增加了维护的负担，并且可导致可靠性的减小。还需要控制系统根据波浪剖面参数(例如波高、波形以及波动历时)的实时测量来控制机械驱动系统的操作。然而，OWC波浪发电厂通常遇到的是不规则的波浪剖面，当叶片安装角实际需要变动时会难以正确识别。

其他已知的涡轮机装置包括冲击式空气涡轮机(impulse air turbine)，最初气流被引导穿过一组周向隔开的导流叶片(circumferentially spaced guide vane)，又被以合适的角度和速度引导至涡轮机转子叶片上。为了处理波浪发电厂中遇到的双向换向气流，在涡轮机转子的每侧上放置一组周向隔开导流叶片。

周向隔开的导流叶片的安装角通常是固定的，这就意味着导流叶片的构形在穿过涡轮机的两个方向上不能优化气流。涡轮机转子的每侧的导流叶片的安装角通常可选地以最适宜的角度和速度引导转子叶片上的气流。因此，并不优化导流叶片的安装角以接受来自涡轮机转子下游侧的涡旋气流，这样会导致穿过导流叶片下游的压降增大并且降低了涡轮机的操作有效性。

在WO-A-2008/012530中描述了一种用于OWC波浪发电厂的变径冲击式空气涡轮机，以期克服该难点。所述涡轮机具有位于涡轮机转子的对立侧的两组相同的固定构形的周向隔开的导流叶片以及从各组导流叶片延伸至涡轮机转子的环形气流通道。对比上述拓扑结构，涡轮机转子的每侧上的导流叶片从比转子叶片更大的半径转子叶片径向偏移。涡轮机转子的导流叶片下游传递涡旋运动至气流，然后随着气流穿过朝向较小直径的涡轮机转子的上游环形气流通道时增速。随后在气流通过上流导流叶片前气流流经下游环形气流通道时，具有减速的机会。尽管这种冲击式空气涡轮机的操作有效性高于具有上述拓扑的冲击式空气涡轮机，但是其明显更加笨重且需要大直径管道和管来引导气流至导流叶片和从导流叶片引导空气流。

因此，需要提供一种与双向转向气流一起使用的改进的冲击式空气涡轮机装置来克服目前空气涡轮机中存在的上述部分或全部问题。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了一种波浪发电厂中的与双向转向气流一起使用的冲击式空气涡轮机装置，所述冲击式空气涡轮机装置包括：

被安装为绕涡轮机轴旋转的轴流式涡轮机转子；

安装在所述涡轮机转子的每侧上的引导所述双向气流流入及流出所述涡轮机转子的蜗壳(16，116；216)，每个蜗壳(16，116；216)相对于所述涡轮机轴在径向外口(18，118；218)和径向内口(20，120；220)之间周向延伸；

所述径向外口被定向为沿切向方向输出/输入所述气流，所述径向内口(20，120；220)轴向地定向以将涡旋气流冲击到所述涡轮机转子(10)上或从所述涡轮机转子(10)接收涡旋气流。

根据本发明的第二个方面，提供了一种波浪发电厂，所述波浪发电厂包括波能转换器以及根据前述第一个方面所述的冲击式空气涡轮机装置，所述波能转换器提供双向换向气流，所述冲击式空气涡轮机装置被所述双向换向气流(F1，F2)驱动并与发电机相连接从而驱动所述发电机。