潮流能是一种蕴藏量大、能量密度高的新型绿色可再生能源。潮流能发电水轮机是一种潮流能转换装置,近年来相关研究逐步深入,其中应用形式比较常见的是水平轴式水轮机。潮流能发电领域目前主要的研究方向有:发电机组可靠性分析、功率稳定性分析、恶劣环境下的生存能力及提高潮流能利用率等方面的研究。传统的水平轴定桨水轮机的相关研究已很丰富,但是其启动性能较差、能量利用率较低的缺点限制了水平轴定桨水轮机的发展,而变桨技术可以适应不同流速和提高能量利用率,有更广阔的应用和发展。本文对一种水平轴直驱式水轮机的变桨部分进行了研究,其主要研究内容如下:将PRO/E模型导入ICEM进行结构化网格划分,运用专业的流体分析软件CFX分析不同转速和流速下水轮机的水动力性能,得到水轮机载荷、功率系数、扭矩系数等参数。运用叶素理论、动力学等相关知识对水轮机进行了变桨载荷分析,为后续变桨部分结构分析提供了数据支撑。根据实际工况条件和设计要求,设计了 1OOkW潮流能发电水轮机的变桨机构,主要由变桨电机、减速器、转盘轴承和配套的连接件组成。运用动量理论及相关水动力学理论对水轮机的能量转换原理进行了分析,并得到了能量利用率的理论最大值。根据变桨原理和变桨特点,结合本文研究的水轮机轮毂和桨叶结构,对桨叶及限位装置的安装方式进行了详细设计。在对螺栓连接结构进行必要的简化后,建立接触问题有限元分析模型,引入非线性接触分析理论,考虑了零件间的接触和螺栓预紧力的作用。通过分析得到螺栓连接最大的变形、应力、应变和压力分布,校核受力最大的螺栓是否满足设计要求。采用有限元方法对变桨驱动齿轮进行了动态强度分析,验证有限元方法的可行性和所选齿轮的可靠性。通过理论计算得出啮合齿轮的相关参数,计算了变桨轴承的寿命。使用流固耦合的有限元方法分析水轮机在水中的湿模态,得到干、湿模态的前10阶固有频率和振型,结果表明水轮机附近流体使得水轮机固有频率明显降低,本文设计的水轮机不存在共振现象,为后续水轮机分析和研究奠定了一定的基础。进行了质量不平衡载荷条件下的动态响应分析,进一步验证结构的合理性。