陳登曜　李維維　劉彭聽

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300222）

潮流發(fā)電機(jī)全向?qū)Я髡衷O(shè)計(jì)

陳登曜李維維劉彭聽

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300222）

為了適應(yīng)我國海洋潮流低速的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種可以顯著提高捕能效率的新型全向?qū)Я髡?。為了降低制造成本，全向?qū)Я髡衷O(shè)計(jì)成對稱式結(jié)構(gòu)。全向?qū)Я髡诌m用于豎軸潮流發(fā)電機(jī)，通過罩在水輪機(jī)的外圍，可以對任意方向的來流進(jìn)行導(dǎo)流，顯著提高了水輪機(jī)的捕能效率。

潮流能；潮流發(fā)電機(jī)；導(dǎo)流罩

1　引言

隨著傳統(tǒng)能源的日益減少和人們環(huán)境保護(hù)意識的，新能源的開發(fā)與利用的工作正如火如荼的展開。我國海洋潮流能資源比較豐富，但流速普遍不高［1-4］。為了提高潮流能的捕獲效率，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)提出了在水輪機(jī)外圍加裝導(dǎo)流罩的解決方案［5-6］。本文設(shè)計(jì)了一種新型的全向?qū)Я髡郑梢詫?shí)現(xiàn)低成本、有效提高捕能效率的目的。

2　導(dǎo)流罩設(shè)計(jì)方案

導(dǎo)流罩是罩在潮流發(fā)電機(jī)水輪機(jī)外部的導(dǎo)流裝置，根據(jù)流體動力學(xué)原理，一般為流線型殼體，能引導(dǎo)潮流流進(jìn)水輪機(jī)，通過提高潮流速度來提高潮流發(fā)電裝置的發(fā)電效率?，F(xiàn)有技術(shù)中的導(dǎo)流罩大多固定對著某個(gè)方向。如果要調(diào)整方向，需要安裝復(fù)雜的調(diào)向裝置。因此，為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，需要設(shè)計(jì)一種能夠?qū)Ω鱾€(gè)方向的來流均能進(jìn)行導(dǎo)流的導(dǎo)流罩。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域存在的問題，本文設(shè)計(jì)了全向?qū)Я髡?，解決了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝復(fù)雜等問題。全向由導(dǎo)流罩框架、上蓋板、下蓋板和四個(gè)導(dǎo)流片拼接組成。

全向?qū)Я髡挚蚣苡傻乳L度的角鐵焊接而成，構(gòu)成正方體的框架，并在表面涂防銹漆。四個(gè)導(dǎo)流片的形狀相同且為圓弧狀周向?qū)ΨQ分布，并在表面涂有防銹漆。四個(gè)導(dǎo)流片的根部平行固定安裝在導(dǎo)流罩框架的四根豎梁上。上蓋板、下蓋板形狀相同且上下對稱安裝，可由不銹鋼板板沖壓而成，并在表面涂有防銹漆。上蓋板、下蓋板的四周邊分別和導(dǎo)流罩框架的上、下四根橫梁固定在一起。全向?qū)Я髡挚蚣?、上蓋板、下蓋板和四個(gè)導(dǎo)流片之間的聯(lián)接方式采用鉚接或者焊接固定。

全向?qū)Я髡值脑O(shè)計(jì)方案如圖1～圖7所示。圖中標(biāo)注：1-全向?qū)Я髡挚蚣埽?-導(dǎo)流片；3-上蓋板；4-下蓋板。全向?qū)Я髡挚蚣懿捎玫乳L度的角鐵焊接而成，構(gòu)成正方體的框架，并在表面涂有防銹漆。四個(gè)導(dǎo)流片的形狀相同且為圓弧狀周向?qū)ΨQ分布，可以采用不銹鋼板沖壓而成，并在表面涂防銹漆，也可以采用工程塑料或者有機(jī)玻璃。四個(gè)導(dǎo)流片的根部平行固定安裝在導(dǎo)流罩框架的四根豎梁上。上蓋板、下蓋板形狀相同且上下對稱安裝，可由不銹鋼板沖壓而成，并在表面涂有防銹漆，也可以采用工程塑料或者有機(jī)玻璃。上蓋板、下蓋板的四周邊分別和導(dǎo)流罩框架的上、下四根橫梁焊接或者鉚接固定在一起。導(dǎo)流罩框架、上蓋板、下蓋板和四個(gè)導(dǎo)流片之間的聯(lián)接方式采用焊接或者鉚接固定。由于海水腐蝕性較大，在實(shí)際工作環(huán)境中，每一個(gè)部位都應(yīng)該涂上防銹漆，同時(shí)也能夠防止海洋生物的附著。

圖1　全向?qū)Я髡种饕晥D

圖2　全向?qū)Я髡指┮晥D

圖3　全向?qū)Я髡制室晥D

圖4　全向?qū)Я髡制室晥D

圖5　全向?qū)Я髡挚蚣艿慕Y(jié)構(gòu)圖

圖6　全向?qū)Я髡炙膫€(gè)導(dǎo)流片結(jié)構(gòu)圖

圖7　全向?qū)Я髡稚仙w板和下蓋板結(jié)構(gòu)圖

3　結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的全向?qū)Я髡?，設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡單，全方位導(dǎo)流，導(dǎo)流面積大，可以采用角鐵和不銹鋼板制作完成，極大地降低了制造成本、安裝成本和維護(hù)成本，便于市場化推廣。

［1］ 陳金瑞.膠州灣潮流發(fā)電高分辨率模擬數(shù)值研究［J］.中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（2）：153-156.

［2］ 姜勁.基于遺傳算法的豎軸變攻角潮流能水輪機(jī)性能優(yōu)化研究［J］.哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（4）：121-127.

［3］ 呂新剛.海洋潮流能資源的數(shù)值估算［J］.太陽能學(xué)報(bào)，2010（6）：8-41.

［4］ 李志川，張學(xué)偉.垂直軸潮流能水輪機(jī)研究與利用現(xiàn)狀［J］.應(yīng)用能源技術(shù)，2011（11）：43-49.

［5］ 荊豐梅，張亮，張鵬遠(yuǎn)，等.潮流能發(fā)電增速導(dǎo)流罩研究［J］.哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，33（4）：409-413.

［6］ 劉羽，陳正壽，趙陳，等.潮流能水輪機(jī)導(dǎo)流罩的水動力性能研究［J］.浙江海洋學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，33（3）：199-208.

Design of full guide diffuser for tidal current generator

In order to adapt to the characteristics of the low speed of the tidal current， a new type of full guide diffuser which can significantly improve the efficiency of energy harvesting is designed. In order to reduce the manufacturing cost， the full guide diffuser is designed to be symmetrical structure. The full guide diffuser is applied to the vertical axis tidal current generator， which can be used to guide the flow of any direction from the outside of the turbine， which can significantly improve the efficiency of the energy harvesting efficiency of the turbine.

Tidal current energy； tidal current generator； guide diffuser

KT730

B

1008-1151（2016）03-0047-02

2016-02-11

2015年地方高校國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“鱗狀潮流發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)”（201510066023）。

陳登曜（1993-），男，浙江樂清人，天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院學(xué)生，研究方向?yàn)闄C(jī)械維修及檢測技術(shù)教育。