水轮机部件和机构设计作为海洋能发电技术发展研究热点之一,水轮机叶片参数化设计、发电机性能以及导流罩的结构参数越来越成为众多学者研究的重点。本文在现有海洋能发电轮机研制的基础上,提出一种浪流发电轮机装置,以提高能量捕获效率和能量转换效率为主要研究目的。主要研究内容如下:基于水轮机设计原理,提出直驱式永磁发电轮机。将轮机叶片与电机转轴直接耦合,制造成一体化结构,将叶片的转动直接传递到叶片,带动发电机发电,大大降低了整体系统的能耗,外加带有扩口的导流罩,提高了整体系统的获能效率。为较少定子铁芯的损耗,定子铁芯由硅钢片压制而成,电机转子采用内转子结构;半开口式定子槽结构增加了线圈绕组的结构空间。本文设计的电机安装永磁体,其磁场的由永磁体提供,去除了励磁绕组,无电刷结构,磁通密度增加,使得电机的体积可以进一步减小,整个装置更加紧凑,减少能耗的同时,电机工作的稳定性,提升了工作效率。基于风力发电机翼型的设计理论,结合水轮机的水动力特性,研制一种适合海洋能发电的水轮机“S”型叶片。根据参数设计以及流体力学相关理论,得到叶片各个叶素的参数后,利用三维制图软件Solidworks进行绘图,得到叶片的三维模型。然后通过研究叶片参数的合理性以及分析不同叶片数目对水轮机性能的影响,采用数值模拟的方法,与ANSYS仿真相结合,得到不同叶片的速度矢量图和压力云图,对速度云图和压力云图进行分析。结合风力扩散器的设计原理,设计出不同张角的导流罩。对导流罩采用数值模拟的方式,利用Fluent软件对导流罩的扩口角度参数进行分析,设定导流罩扩口角度为15°、20°、25°、30°、35°。研究分析表明:在一定范围内,随着扩口角度的增加,导流罩内部形成的流场因所受到流体内部湍流作用效果降低,内部形成的低压区较为明显,加速流体的速度。在对导流罩进行Ansys仿真时发现,导流罩流线图导流罩的上下两侧存在着一定的涡流。当来流的方向在一定范围内变化时,就会导致导流罩径向方向产生不对称的力,叶片能量吸收效率也下降。根据模拟试验的输出功率和效率图可看出,随着张角在一定范围内逐渐增大,输出功率和发电效率先增后减,在导流罩扩口张角在25°时,此时输出功率和发电效率最大,整体轮机系统的发电效率最高达到35%。基于以上结构设计与仿真,对电机进行性能测试,对水轮机进行水槽试验与海上试验。考虑到水轮机因浪流不稳定而导致产生的电能不稳定的状况,利用MATLAB仿真的方法,设计出电能的处理仿真系统。通过水槽试验和海试验证,S型叶片具有对来流的双向适应性,电机具有较好的低流速自启动性能。本文通过参数化设计、ANSYS仿真以及MATLAB建模的方法,设计了一种浪流发电轮机,通过电机测试、水槽试验和海上试验,验证了水轮机的性能,为研究海洋发电轮机的改进提供参考价值。