?？〗?方 舟,王 樂(lè)

(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(jì)*

?？〗?方 舟,王 樂(lè)

(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(lái)能源的重要補(bǔ)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(diǎn)在于可以在潮流方向相反時(shí)均能進(jìn)行發(fā)電,具有一定的優(yōu)勢(shì).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(jìn)潮流能這種新能源的開發(fā)利用.

潮流能;半遮蔽;水輪機(jī);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(jìn)入能源短缺的21世紀(jì),其發(fā)電利用技術(shù)一直是各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn).相比于成熟的風(fēng)力發(fā)電技術(shù),潮流能發(fā)電有著無(wú)可比擬的自然條件優(yōu)勢(shì).我國(guó)潮流能蘊(yùn)藏量極為豐富,但潮流能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家,近年來(lái),國(guó)內(nèi)各科研單位對(duì)潮流發(fā)電進(jìn)行了大量有益的探索,但進(jìn)入工程實(shí)用領(lǐng)域的卻屈指可數(shù).因此,從經(jīng)濟(jì)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(jì)一種新型的半遮蔽潮流能發(fā)電裝置,通過(guò)特殊的導(dǎo)流裝置及陣列排列,匯聚水流.對(duì)葉輪進(jìn)行改善,對(duì)葉片進(jìn)行加強(qiáng)筋設(shè)計(jì),并加上類似船舶中運(yùn)用的襟翼舵,能夠使水流更好地沖擊葉面.同時(shí),設(shè)備采用載水艙及樁腿噴沖孔設(shè)計(jì),使設(shè)備更加人性化,不必花費(fèi)太大的精力去為設(shè)備的移動(dòng)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(qiáng)潮區(qū),所在的舟山群島占我國(guó)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(jì)一種新型的半遮蔽潮流能發(fā)電裝置,通過(guò)特殊的導(dǎo)流裝置及陣列排列匯聚水流.通過(guò)對(duì)葉輪進(jìn)行改善,對(duì)葉片進(jìn)行加強(qiáng)筋設(shè)計(jì),并加上類似船舶中運(yùn)用的襟翼舵,能夠使水流更好地沖擊葉面.

1 裝置設(shè)計(jì)思路

1.1 半遮蔽式導(dǎo)流罩設(shè)計(jì)

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(dòng)整個(gè)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(jī)葉片設(shè)計(jì)

船舶襟翼舵原理應(yīng)用于水輪機(jī),通過(guò)改變襟翼偏轉(zhuǎn)角度,可降低不同方向的水流對(duì)水輪機(jī)的影響,提高水輪機(jī)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(jì)

殼體具有水密性,其頂部和底部設(shè)計(jì)有壓載水入口,通過(guò)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(dòng)和維護(hù)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(jì)

單組裝置遮蔽導(dǎo)流殼體的外側(cè)面平直,可以先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)制造,然后根據(jù)不同水域?qū)挾葘⒍嘟M裝置進(jìn)行橫向陣列式對(duì)接安裝,使潮流能發(fā)電實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?

2 總結(jié)

普通的垂直軸水輪機(jī)有一個(gè)不足就在于,潮流流動(dòng)方向垂直于水輪機(jī)軸向的時(shí)候,水輪機(jī)的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)⒂幸话氲臅r(shí)間與來(lái)流方向相反,來(lái)流反而阻礙水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng).假設(shè)水輪機(jī)設(shè)計(jì)工況為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)水輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)到左側(cè)時(shí),旋轉(zhuǎn)方向?qū)⑴c潮流流動(dòng)方向相反,阻礙水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng),降低其獲能效率.而如果采用本項(xiàng)目的裝置后,潮流能經(jīng)過(guò)導(dǎo)流裝置的作用,其流動(dòng)方向?qū)l(fā)生改變,水流將更多地垂直沖擊水輪機(jī)葉片,并且不會(huì)有水流方向與水輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)方向相反的情況.本裝置可以多個(gè)并行,一方面便于制造,另一方面相對(duì)的2個(gè)導(dǎo)流裝置會(huì)產(chǎn)生互相有利的作用,進(jìn)一步提升水輪機(jī)的獲能效率.

潮流能資源是未來(lái)能源的重要補(bǔ)充,特別是在解決海島的能源供應(yīng)上意義重大.當(dāng)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(shì)--可以在潮流方向相反時(shí)均能進(jìn)行發(fā)電.本設(shè)計(jì)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(jìn)而促進(jìn)潮流能這種新能源的開發(fā)利用.

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?？〗?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(jì)制造研究.

〔編輯:劉曉芳〕

TK73

A

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(jì)劃(編號(hào):2016R472002)