祝俊杰,方 舟,王 樂

(嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)校,浙江 嘉興 314000)

一種新型半遮蔽式潮流能發(fā)電裝置設(shè)計*

?？〗?方 舟,王 樂

(嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)校,浙江 嘉興 314000)

潮流能資源是未來能源的重要補充,特別是在解決海島的能源供應(yīng)上意義重大.目前潮流能發(fā)電裝置的獲能效率較低,而垂直軸發(fā)電裝置的優(yōu)點在于可以在潮流方向相反時均能進行發(fā)電,具有一定的優(yōu)勢.半遮蔽垂直軸潮流能發(fā)電裝置能有效提高潮流能發(fā)電裝置的效率及潮流能的利用率,促進潮流能這種新能源的開發(fā)利用.

潮流能;半遮蔽;水輪機;發(fā)電裝置

潮流能是非常有前景的可再生新能源之一,尤其進入能源短缺的21世紀,其發(fā)電利用技術(shù)一直是各國學(xué)者研究的熱點.相比于成熟的風(fēng)力發(fā)電技術(shù),潮流能發(fā)電有著無可比擬的自然條件優(yōu)勢.我國潮流能蘊藏量極為豐富,但潮流能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展卻遠遠落后于發(fā)達國家,近年來,國內(nèi)各科研單位對潮流發(fā)電進行了大量有益的探索,但進入工程實用領(lǐng)域的卻屈指可數(shù).因此,從經(jīng)濟技術(shù)的可行性和可持續(xù)發(fā)展的角度考慮,開發(fā)和利用潮流能發(fā)電具有重要的戰(zhàn)略意義.本文旨在設(shè)計一種新型的半遮蔽潮流能發(fā)電裝置,通過特殊的導(dǎo)流裝置及陣列排列,匯聚水流.對葉輪進行改善,對葉片進行加強筋設(shè)計,并加上類似船舶中運用的襟翼舵,能夠使水流更好地沖擊葉面.同時,設(shè)備采用載水艙及樁腿噴沖孔設(shè)計,使設(shè)備更加人性化,不必花費太大的精力去為設(shè)備的移動及清理所煩惱.

圖1所示為一種新型的半遮蔽潮流能發(fā)電裝置.

圖1 一種新型的半遮蔽潮流能發(fā)電裝置

浙江近岸均為強潮區(qū),所在的舟山群島占我國潮流能量的50%左右,開發(fā)潛力較大.按獲能裝置工作原理的不同,潮流能發(fā)電裝置可分為水平軸葉輪式、垂直軸葉輪式、振蕩式和其他形式等.本文旨在設(shè)計一種新型的半遮蔽潮流能發(fā)電裝置,通過特殊的導(dǎo)流裝置及陣列排列匯聚水流.通過對葉輪進行改善,對葉片進行加強筋設(shè)計,并加上類似船舶中運用的襟翼舵,能夠使水流更好地沖擊葉面.

1 裝置設(shè)計思路

1.1 半遮蔽式導(dǎo)流罩設(shè)計

半遮蔽式導(dǎo)流罩外側(cè)為平面,靠近葉輪的內(nèi)側(cè)由3塊面板組成,前后2塊面板由前后兩端向中部呈流線型逐漸變寬,以起到匯聚水流的作用;中部的面板以半圓弧形凹槽面與前后2塊面板相連接.半圓弧形凹槽面使旋轉(zhuǎn)軸一側(cè)的葉輪被遮蔽,另外暴露在外的一半水輪受到匯聚水流的沖擊旋轉(zhuǎn),帶動整個水輪旋轉(zhuǎn)發(fā)電.圖2為導(dǎo)流裝置示意圖.

圖2 導(dǎo)流裝置示意圖

1.2 襟翼式水輪機葉片設(shè)計

船舶襟翼舵原理應(yīng)用于水輪機,通過改變襟翼偏轉(zhuǎn)角度,可降低不同方向的水流對水輪機的影響,提高水輪機扭轉(zhuǎn)力矩,反向潮流也可以同樣有效地發(fā)電,提高潮流能利用率.

1.3 壓載水艙及樁腿噴沖孔設(shè)計

殼體具有水密性,其頂部和底部設(shè)計有壓載水入口,通過抽出或打入海水控制該發(fā)電裝置的上浮和下沉,方便裝置安裝、水面拖帶移動和維護樁腿與殼體相連通,內(nèi)部管系控制樁腿噴沖孔排出高壓水流疏散海底泥沙,方便裝置拆卸、維修、安裝.

1.4 裝置陣列式設(shè)計

單組裝置遮蔽導(dǎo)流殼體的外側(cè)面平直,可以先進行標準化設(shè)計制造,然后根據(jù)不同水域?qū)挾葘⒍嘟M裝置進行橫向陣列式對接安裝,使潮流能發(fā)電實現(xiàn)規(guī)?；?

2 總結(jié)

普通的垂直軸水輪機有一個不足就在于,潮流流動方向垂直于水輪機軸向的時候,水輪機的葉片轉(zhuǎn)動方向?qū)⒂幸话氲臅r間與來流方向相反,來流反而阻礙水輪機的轉(zhuǎn)動.假設(shè)水輪機設(shè)計工況為順時針轉(zhuǎn)動,當水輪機葉片轉(zhuǎn)到左側(cè)時,旋轉(zhuǎn)方向?qū)⑴c潮流流動方向相反,阻礙水輪機的轉(zhuǎn)動,降低其獲能效率.而如果采用本項目的裝置后,潮流能經(jīng)過導(dǎo)流裝置的作用,其流動方向?qū)l(fā)生改變,水流將更多地垂直沖擊水輪機葉片,并且不會有水流方向與水輪機葉片旋轉(zhuǎn)方向相反的情況.本裝置可以多個并行,一方面便于制造,另一方面相對的2個導(dǎo)流裝置會產(chǎn)生互相有利的作用,進一步提升水輪機的獲能效率.

潮流能資源是未來能源的重要補充,特別是在解決海島的能源供應(yīng)上意義重大.當前潮流能發(fā)電裝置的獲能效率較低,而垂直軸發(fā)電裝置則具有一定的優(yōu)勢--可以在潮流方向相反時均能進行發(fā)電.本設(shè)計中的半遮蔽垂直軸潮流能發(fā)電裝置不僅能夠有效提高潮流能發(fā)電裝置的效率,還能夠提高潮流能的利用率,進而促進潮流能這種新能源的開發(fā)利用.

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祝俊杰(1995-),船舶工程技術(shù)專業(yè),從事船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計制造研究.

〔編輯:劉曉芳〕

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.124

2095-6835(2017)22-0124-02

浙江省大學(xué)生新苗人才計劃(編號:2016R472002)