專利名稱：潮流能水輪機(jī)葉片實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于新能源領(lǐng)域，涉及一種潮流能水輪機(jī)葉片實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
潮流能是可利用的可再生能源，在能源緊缺和環(huán)境惡化雙重壓力下，潮流能已成為能源開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域最為活躍的分支。潮流能水輪機(jī)是潮流發(fā)電系統(tǒng)的核心組成部分，根據(jù)其結(jié)構(gòu)運(yùn)行的情況，潮流能水輪機(jī)可分為水平軸和垂直軸兩類。潮流能水輪機(jī)與傳統(tǒng)水力發(fā)電站水輪機(jī)的工作原理不同，是一種無(wú)壓降或低水頭的水輪機(jī)，與風(fēng)力機(jī)的基本原理相近，將流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，有著“水下風(fēng)車”之稱。葉片是水輪機(jī)的核心部件，葉片的型線(行業(yè)內(nèi)簡(jiǎn)稱為葉型)、葉片的外形結(jié)構(gòu)、表面粗糙度和 材料特性等直接影響著水輪機(jī)的水力性能。為了開發(fā)研究適合潮流能水輪機(jī)的葉片，實(shí)驗(yàn)研究工作是十分基本和必要的，仍是現(xiàn)有的理論分析和數(shù)值計(jì)算方法所無(wú)法替代的。目前潮流能水輪機(jī)葉片的水力性能實(shí)驗(yàn)方法有三種，其一是進(jìn)行潮流能水輪機(jī)整機(jī)性能實(shí)驗(yàn)，但設(shè)備費(fèi)用高、周期長(zhǎng)，尤其是在葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，很難測(cè)到葉片附近的流場(chǎng)特性，只能得到水輪機(jī)的整體性能；其二是在空氣風(fēng)洞上進(jìn)行葉片型線的吹風(fēng)實(shí)驗(yàn)，雖然在風(fēng)洞上進(jìn)行葉型實(shí)驗(yàn)有較成熟的方法，易于實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片表面和葉片附近流場(chǎng)的詳細(xì)測(cè)量，且費(fèi)用較低，周期較短，但由于空氣和水這兩種工質(zhì)的不同，粘性和可壓縮性的差別對(duì)葉片性能的影響無(wú)法得到準(zhǔn)確驗(yàn)證；其三是在閉式循環(huán)水洞上進(jìn)行葉片性能實(shí)驗(yàn)，但目前進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)主要是針對(duì)傳統(tǒng)水力發(fā)電站水輪機(jī)的葉片性能，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是多個(gè)葉片組成的葉柵性能，由于潮流能水輪機(jī)與傳統(tǒng)水力發(fā)電站水輪機(jī)的工作原理不同，存在著測(cè)試工況與水輪機(jī)真實(shí)工作工況差別比較大的問題，更是無(wú)法測(cè)量潮流能水輪機(jī)葉片間的相互干涉作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)情況差異較大，應(yīng)用價(jià)值不高。由于潮流能水輪機(jī)與傳統(tǒng)水力發(fā)電站水輪機(jī)的工作原理不同，為了解決潮流能水輪機(jī)葉片的水力性能測(cè)試問題，提出一種潮流能水輪機(jī)葉片實(shí)驗(yàn)裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決潮流能水輪機(jī)的葉片水力性能測(cè)試問題，提出一種潮流能水輪機(jī)葉片實(shí)驗(yàn)裝置，包括臺(tái)架、靜葉片軸、靜葉片、變位支架上臂、變位支架下臂、變位支架軸、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片。靜葉片安裝在靜葉片軸上，通過靜葉片軸與臺(tái)架連接；變位支架上臂、變位支架下臂、變位支架軸連接成一個(gè)整體，通過變位支架軸與臺(tái)架連接；轉(zhuǎn)動(dòng)葉片安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸上，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸通過變位支架上臂和變位支架下臂的通孔與變位支架上臂和變位支架下臂相連接。臺(tái)架為整個(gè)裝置的連接基礎(chǔ)，是一塊平板。變位支架上臂是橫截面為矩形的長(zhǎng)桿件，在其上開有3飛個(gè)直徑為15mm的通孔。變位支架下臂是橫截面為三角形的長(zhǎng)桿件，在其上開有3飛個(gè)直徑為15mm的通孔，孔的位置與變位支架上臂的孔位置相同。[0010]變位支架軸是一個(gè)長(zhǎng)桿件，一端帶有圓盤。本實(shí)用新型的有益效果本裝置安裝在開式水槽上，相比于閉式水洞上和風(fēng)洞上的葉片性能實(shí)驗(yàn)來(lái)說，該裝置能夠比較真實(shí)地模擬潮流能水輪機(jī)葉片的工作工況，測(cè)試的葉片性能數(shù)據(jù)更接近潮流能水輪機(jī)葉片的真實(shí)情況，能夠完成潮流能水輪機(jī)的葉片之間相互干涉作用測(cè)試、不同安裝角測(cè)試、不同相位角測(cè)試，同時(shí)還具有易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)；相比于潮流能水輪機(jī)的整機(jī)性能實(shí)驗(yàn)來(lái)說，具有測(cè)試周期短、測(cè)試成本低、測(cè)試方便的優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖
和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。圖I為潮流能水輪機(jī)葉片實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為靜葉片、靜葉片軸的連接示意圖。圖3為轉(zhuǎn)動(dòng)葉片、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸的連接示意圖。 圖4為變位支架上臂、變位支架下臂、變位支架軸的連接示意圖。圖5為潮流能水輪機(jī)葉片的各種角度定義圖，圖中X— X為臺(tái)架的中心線，箭頭表示水流方向，a為葉片的相位角，b為葉片的安裝角，i為葉片的沖角。各角度定義為變位支架上臂中心線與整個(gè)裝置中心線的夾角定義為相位角a，葉片前緣點(diǎn)與尾緣點(diǎn)連線與變位支架上臂中心線的夾角定義為安裝角b，葉片中弧線前緣切線方向與水流方向的夾角定義為沖角i。圖中1臺(tái)架、2靜葉片軸、3靜葉片、4變位支架上臂、5變位支架下臂、6變位支架軸、7轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸、8轉(zhuǎn)動(dòng)葉片。
具體實(shí)施方式
如圖所示，本實(shí)用新型的潮流能水輪機(jī)葉片實(shí)驗(yàn)裝置由臺(tái)架I、靜葉片軸2、靜葉片3、變位支架上臂4、變位支架下臂5、變位支架軸6、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸7、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片8組成。靜葉片3安裝在靜葉片軸2上(如圖2)，通過靜葉片軸2與臺(tái)架I連接；變位支架上臂4、變位支架下臂5、變位支架軸6連接成一個(gè)整體(如圖4)，通過變位支架軸6與臺(tái)架I連接；轉(zhuǎn)動(dòng)葉片8安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸7上(如圖3)，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸7通過變位支架上臂4和變位支架下臂5的通孔與其相連接。本裝置安裝在開式水槽的上部，安裝時(shí)應(yīng)確保水流方向如圖5所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放置在臺(tái)架上部，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括測(cè)力天平、皮托管測(cè)速裝置、葉片表面壓力傳感器等等。實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)靜葉片軸2、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸7、變位支架軸7，調(diào)整靜葉片3和轉(zhuǎn)動(dòng)葉片8的不同位置，能夠模擬潮流能水輪機(jī)在不同工況下的葉片附近流場(chǎng)，進(jìn)行葉片水力性能的測(cè)試。現(xiàn)舉例幾個(gè)具體實(shí)施方案進(jìn)行說明。具體實(shí)施例I潮流能水輪機(jī)的葉片變攻角性能測(cè)試。由于靜葉片安裝在靜葉片軸上，通過靜葉片軸的旋轉(zhuǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)靜葉片沖角i的改變，在不同沖角值的葉片位置進(jìn)行葉片性能測(cè)試，完成潮流能水輪機(jī)葉片在不同沖角下的葉片性能測(cè)試。具體實(shí)施例2在不同安裝角下的葉片性能測(cè)試。由于轉(zhuǎn)動(dòng)葉片安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸的旋轉(zhuǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)葉片安裝角b的改變，能夠進(jìn)行潮流能水輪機(jī)葉片在不同安裝角下的性能測(cè)試。具體實(shí)施例3水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)的葉片性能測(cè)試。通過轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸和變位支架軸的配合旋轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的不同安裝角b和不同相位角a的不同組合，進(jìn)行潮流能水輪機(jī)葉片在不同周向位置時(shí)的性能測(cè)試，進(jìn)而得到潮流能水輪機(jī)葉片在旋轉(zhuǎn)一周時(shí)的性能。具體實(shí)施例4水輪機(jī)葉片之間相互干涉作用的性能測(cè)試。通過改變轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸在變位支架上臂和變位支架下臂的不同孔的安裝位置，調(diào)整靜葉片與轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的距離，進(jìn)一步可以通過靜葉片軸和轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸的配合旋轉(zhuǎn)，能夠模擬在不同水流方向的條件下，上游葉片尾跡對(duì)下游葉片的性能影響區(qū)域，完成潮流能水輪機(jī)葉片之間相互干涉作用的性能測(cè)試。 綜上所述，本裝置能夠模擬潮流能水輪機(jī)工作時(shí)的大部分真實(shí)工作工況，完成葉片變攻角性能測(cè)試、在不同安裝角下的葉片性能測(cè)試、水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)的葉片性能測(cè)試、水輪機(jī)葉片之間相互干涉作用的性能測(cè)試。解決了潮流能水輪機(jī)葉片水力性能測(cè)試?yán)щy、測(cè)試周期長(zhǎng)、測(cè)試工況與真實(shí)工作工況差別比較大的問題，具有測(cè)試周期短、測(cè)試成本低、測(cè)試方便的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。使用本裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)，當(dāng)然還存在著由于非定常效應(yīng)造成的轉(zhuǎn)動(dòng)工況與測(cè)試工況的差別，不過在葉片的水力性能方面，這個(gè)因素比較次要。
權(quán)利要求1.一種潮流能水輪機(jī)葉片實(shí)驗(yàn)裝置，包括臺(tái)架(I)、靜葉片軸(2)、靜葉片(3)、變位支架上臂(4)、變位支架下臂(4)、變位支架軸(6)、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸(7)和轉(zhuǎn)動(dòng)葉片(8);其特征在于靜葉片(3)安裝在靜葉片軸(2)上，通過靜葉片軸(2)與臺(tái)架(I)連接；變位支架上臂(4 )、變位支架下臂(5 )和變位支架軸(6 )連接成一個(gè)整體，通過變位支架軸(6 )與臺(tái)架(I)連接；轉(zhuǎn)動(dòng)葉片(8)安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸(7)上，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸(7)通過變位支架上臂(4)和變位支架下臂(5)的通孔與變位支架上臂和變位支架下臂相連接；變位支架上臂(4)是橫截面為矩形的長(zhǎng)桿件，在其上開有3飛個(gè)直徑為15mm的通孔；變位支架下臂(5)是橫截面為三角形的長(zhǎng)桿件，在其上開有3飛個(gè)直徑為15mm的通孔，孔的位置與變位支架上臂(4)的孔位置相同；變位支架軸(6)是一個(gè)長(zhǎng)桿件，一端帶有圓盤。
專利摘要本實(shí)用新型屬于新能源領(lǐng)域，涉及一種潮流能水輪機(jī)葉片實(shí)驗(yàn)裝置，包括臺(tái)架、靜葉片軸、靜葉片、變位支架上臂、變位支架下臂、變位支架軸、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片。本裝置安裝在開式水槽上，實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)靜葉片軸、轉(zhuǎn)動(dòng)葉片軸、變位支架軸，調(diào)整靜葉片和轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的不同位置，能夠比較真實(shí)地模擬潮流能水輪機(jī)葉片的工作工況，完成葉片變攻角性能測(cè)試、在不同安裝角下的葉片性能測(cè)試、水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)的葉片性能測(cè)試、水輪機(jī)葉片之間相互干涉作用的性能測(cè)試。解決了潮流能水輪機(jī)葉片水力性能測(cè)試?yán)щy、測(cè)試周期長(zhǎng)、測(cè)試工況與真實(shí)工作工況差別比較大的問題。
文檔編號(hào)G01M13/00GK202533256SQ20122021379
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者孫濤, 王曉放, 田夫, 謝蓉, 趙廣 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)