本發(fā)明涉及海浪發(fā)電領(lǐng)域。具體地說是一種葉輪直驅(qū)式潮流發(fā)電實驗裝置。

背景技術(shù)：

海洋的波浪能發(fā)電是一種重要的新能源。海洋波浪能發(fā)電主要有潮汐發(fā)電、波浪發(fā)電、溫差發(fā)電和鹽差發(fā)電。目前應(yīng)用前景最好的是潮汐發(fā)電，波浪發(fā)電次之。潮汐發(fā)電包括月球引力引起的潮流發(fā)電和風(fēng)吹水面引起的潮流發(fā)電。海上的潮流和波浪的能量密度比風(fēng)能密度高很多。因此，海浪發(fā)電是當(dāng)今世界新能源發(fā)展的新趨勢，其中潮流發(fā)電有著廣闊的應(yīng)用前景。在潮流發(fā)電方面，國內(nèi)外已有多種發(fā)電裝置。在各種潮流發(fā)電裝置中，葉輪直驅(qū)式潮流發(fā)電裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，成本低的優(yōu)勢。在研究其葉輪的優(yōu)化設(shè)計，潮流能轉(zhuǎn)換效率，潮流發(fā)電機效率，及發(fā)電機能量處理方面，在葉輪直驅(qū)式潮流發(fā)電的前期研究中海上測試存在許多困難。因此，本發(fā)明提出的葉輪直驅(qū)式潮流發(fā)電實驗裝置，對于開發(fā)潮流發(fā)電具有十分重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為此，本發(fā)明提出一種葉輪直驅(qū)式潮流發(fā)電實驗裝置，這種裝置至少能在較大部分上解決或者緩解潮流發(fā)電測試技術(shù)中存在的問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種葉輪直驅(qū)式潮流發(fā)電實驗裝置，包括：驅(qū)動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)。變頻器、電動機、減速機、雙向葉輪泵、導(dǎo)流筒、聯(lián)接法蘭、透明有機玻璃導(dǎo)流筒，引線密封件、葉輪直驅(qū)式發(fā)電機組。計算機控制系統(tǒng)主要包含PC機、單片機控制部分、流速傳感器。PC機與單片機之間有通信連接。單片機控制變頻器的輸出頻率和轉(zhuǎn)向，變頻器控制電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，電動機驅(qū)動雙向葉輪泵，葉輪泵驅(qū)動水流在水管中流動，水流驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。

所述的驅(qū)動系統(tǒng)，單片機根據(jù)計算機計算數(shù)據(jù)，給出變頻器的頻率和轉(zhuǎn)向信號，變頻器控制電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，電動機驅(qū)動雙向葉輪泵轉(zhuǎn)動，葉輪驅(qū)動水流在水管中流動，水流驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。

所述的機械系統(tǒng)，由雙向葉輪泵、導(dǎo)流筒、透明有機玻璃導(dǎo)流筒、彎筒、聯(lián)接法蘭構(gòu)成的一種水流閉合回路。透明有機玻璃導(dǎo)流筒內(nèi)安裝雙向葉輪和發(fā)電機組。透明有機玻璃導(dǎo)流筒外壁安裝三個引線密封件。

所述的計算機控制系統(tǒng)，包括PC機、單片機、流速傳感器。PC機與單片機之間有通信連接，單片機與變頻器之間有通信連接，單片機與流速傳感器之間電連接。

本發(fā)明技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：

所述的葉輪直驅(qū)式潮流發(fā)電實驗裝置是一種由計算機控制的，通過變頻器控制電動機，電動機帶動雙向葉輪泵，在水管構(gòu)成的閉合回路中產(chǎn)生期望的水流。水流速度和方向均可以被控制。實現(xiàn)了模擬不同潮流對應(yīng)的水流。為潮流發(fā)電機的研究提供了必要的實驗手段。葉輪直驅(qū)式潮流發(fā)電實驗裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占地空間小，使用方便，成本降低。

附圖說明

為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易、更清楚地被理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中

圖1為本發(fā)明實施例中，葉輪直驅(qū)式潮流發(fā)電實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中，雙向葉輪泵的外形示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中，雙向葉輪泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例中，引線密封件示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例中，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1中附圖標(biāo)記表示為：1-電動機和減速機(即減速機電機)，2-雙向葉輪泵，3-聯(lián)接法蘭，4-導(dǎo)流筒，5-透明有機玻璃導(dǎo)流筒，6-葉輪直驅(qū)式發(fā)電機，7-引線密封件，8-流速傳感器。9-彎管。圖1主要說明由雙向葉輪泵、聯(lián)接法蘭、導(dǎo)流筒、彎管和透明有機玻璃導(dǎo)流筒構(gòu)成的水流閉合回路。

圖2中附圖標(biāo)記表示為：1-電動機和減速機，2-雙向葉輪泵。圖2主要說明雙向葉輪泵外形。

圖3中附圖標(biāo)記表示為：1-減速機電機，10-柔性聯(lián)軸器，11-軸承，12-軸承座，13-機封壓蓋，14-機械密封件，15-軸，16-泵體，17-雙向葉輪，18-水中軸承，19-水中軸套，20-鎖緊螺栓。圖3主要說明雙向葉輪泵的結(jié)構(gòu)及其密封。

圖4中附圖標(biāo)記表示為：21-發(fā)電機出線孔，22-密封圓弧面。引線密封件的下端面是一個圓弧面，圓弧面的直徑與導(dǎo)流筒外徑相同。引線密封件中間有一個圓孔，孔徑略大于發(fā)電機引出線的外徑。引線密封件用膠粘在透明有機玻璃導(dǎo)流筒外側(cè)，發(fā)電機引出線從引線密封件中間圓孔引出，再將圓孔內(nèi)灌滿密封膠。流速傳感器的支桿也是利用同樣的方法密封。

圖5中附圖標(biāo)記表示為，23-PC機，24-變頻器，25-單片機，26-流速傳感器，27-減速機電機，28-雙向葉輪泵，29-導(dǎo)流筒及發(fā)電機。圖5主要說明計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)實施方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系是基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“聯(lián)接”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種葉輪直驅(qū)式潮流發(fā)電實驗裝置，包括：電動機，減速機，雙向葉輪泵，聯(lián)接法蘭，導(dǎo)流筒，彎管，透明有機玻璃導(dǎo)流筒，葉輪直驅(qū)式發(fā)電機，引線密封件，流速傳感器。由此構(gòu)成水流閉合回路。

如圖5所示，本發(fā)明提供一種葉輪直驅(qū)式潮流發(fā)電實驗裝置的計算機控制系統(tǒng)，包括：PC機，變頻器，單片機，流速傳感器。由此構(gòu)成葉輪直驅(qū)式潮流發(fā)電實驗裝置的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

按照上述結(jié)構(gòu)和連接方式，可實現(xiàn)水流的計算機閉環(huán)控制。

首先，根據(jù)波浪能參數(shù)，計算水流速度參數(shù)。

根據(jù)波浪能量譜理論，波浪能可表示為

式中，W_h--波浪能(kW/m)；

H_1/3--有效波高(m)；

T_1/3--有效波周期(s)。

導(dǎo)流筒內(nèi)水流動能W_v為

W_v＝1/2×mv² (2)

式中，m為水質(zhì)量，v為水流速度。根據(jù)導(dǎo)流筒的幾何尺寸，及質(zhì)量和流量的關(guān)系，可換算出水流動能為

W_v＝kv³ (3)

式中，k為系數(shù)，v為水流速度。將公式(2)和(3)聯(lián)立，可得

式中，k_g為總體系數(shù)。

由上式，即可計算出水流速度。再把計算數(shù)據(jù)送給單片機。由單片機控制變頻器的輸出頻率，變頻器驅(qū)動電動機，電動機帶動雙向葉輪泵，產(chǎn)生期望的水流。導(dǎo)流筒中流速傳感器將流速信號反饋給單片機。單片機將反饋信號與給定信號比較，再調(diào)節(jié)變頻器的頻率，從而使流速函數(shù)接近給定值。

潮流的方向和大小是周期變化的。計算機控制系統(tǒng)通過變頻器來控制電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速做周期變化。水泵是雙向葉輪泵，水泵正轉(zhuǎn)，水流朝一個方向流動；水泵反轉(zhuǎn)，水流朝反方向流動。利用變頻器調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，就是調(diào)節(jié)水流速度。從而實現(xiàn)了模擬不同海浪對應(yīng)的水流。水流推動發(fā)電機組的葉輪旋轉(zhuǎn)，帶動兩邊的發(fā)電機發(fā)電。

在研究潮流發(fā)電過程中，海上試驗成本高，發(fā)電機測試難度大。本發(fā)明為研究潮流發(fā)電中葉輪優(yōu)化設(shè)計、葉輪的能量轉(zhuǎn)換效率、潮流發(fā)電機效率，以及發(fā)電機能量處理，提供了必要的實驗條件。為葉輪直驅(qū)式潮流發(fā)電的海上試驗奠定了基礎(chǔ)。