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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 豎軸變槳距潮流發(fā)電水輪機(jī)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 在分析和比較現(xiàn)有葉片調(diào)距機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新型的豎軸變漿距潮流能發(fā)電水輪機(jī)，它是以雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)作為該偏心盤式調(diào)距機(jī)構(gòu)的基本原理方案，實(shí)現(xiàn)了葉片方向角的周期性變化，從而實(shí)現(xiàn)葉片漿距調(diào)整，根據(jù)基本原理方案對該水輪機(jī)進(jìn)行了工作原理、自由度等分析，并給出了設(shè)計(jì)裝配圖。該新型水輪機(jī)為潮流能發(fā)電提供一種有益且行之有效的水輪機(jī)結(jié)構(gòu)方式，可以連續(xù)平穩(wěn)工作、簡單實(shí)用，成本低廉。
- 詳細(xì)介紹：
- 為了進(jìn)行豎直軸潮流發(fā)電水輪機(jī)的水動(dòng)力性能模型試驗(yàn)研究，需要重點(diǎn)研究水輪機(jī)的葉片變槳距機(jī)構(gòu)。目前，比較先進(jìn)的豎軸水輪機(jī)大多可實(shí)現(xiàn)變攻角，但其葉片控制點(diǎn)的偏心率及偏心方向卻無法改變，以至于其只能在特定流速、來流方向、負(fù)載的情況下達(dá)到最高的能量捕獲效率，一旦流速、來流方向或負(fù)載改變，能量捕獲效率就會(huì)大大降低。 在分析和比較現(xiàn)有葉片調(diào)距機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新型的豎軸變槳距潮流能發(fā)電水輪機(jī)，它是以雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)作為該偏心盤式調(diào)距機(jī)構(gòu)的基本原理方案，使其可以根據(jù)水流速度、方向、負(fù)載大小適時(shí)地改變偏心方向以及偏心率的大小，使水輪機(jī)始終保持最大的能量捕獲效率，而且本水輪機(jī)還具有啟動(dòng)方便，對水深要求不高，控制機(jī)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。根據(jù)基本原理方案對該水輪機(jī)進(jìn)行了工作原理分析，給出了設(shè)計(jì)裝配圖，并進(jìn)行了模型樣機(jī)的加工。水槽試驗(yàn)驗(yàn)證了該方案設(shè)計(jì)的合理性，試驗(yàn)結(jié)果表明模型樣機(jī)達(dá)到了預(yù)期的目的。該新型水輪機(jī)為潮流能發(fā)電提供一種有益且行之有效的水輪機(jī)結(jié)構(gòu)方式，可以連續(xù)平穩(wěn)工作、簡單實(shí)用。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)制作目的： 為解決目前能源緊缺問題，設(shè)計(jì)一種高效率的潮流能捕獲裝置——豎軸變槳距潮流發(fā)電水輪機(jī)，可以連續(xù)平穩(wěn)工作、簡單實(shí)用，成本低廉。 基本思路： 在對國內(nèi)外各類水輪機(jī)結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)與制造技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析基礎(chǔ)上，經(jīng)過對雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)等典型機(jī)構(gòu)的分析與綜合，設(shè)計(jì)一套全新的偏心盤式水輪機(jī)調(diào)距機(jī)構(gòu)(圖1)，以及葉片控制點(diǎn)（圖2中N 點(diǎn)）偏心率及偏心方向的調(diào)整機(jī)構(gòu)。然后利用PRO/E軟件對兩種機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模、分析，并設(shè)計(jì)水輪機(jī)整體模型，最終完成水輪機(jī)原理樣機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)方面以及電氣控制方面的制作并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。 創(chuàng)新之處： （1）基于雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)原理的葉片控制點(diǎn)偏心調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)使水輪機(jī)葉片控制點(diǎn)偏心率及偏心方向可調(diào)。 （2）新型偏心盤式調(diào)距機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 技術(shù)關(guān)鍵： （1）水輪機(jī)調(diào)距機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)； （2）水輪機(jī)葉片控制點(diǎn)的偏心調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； （3）以上兩方面機(jī)構(gòu)的整合以及水輪機(jī)整體的綜合設(shè)計(jì)； （4）水輪機(jī)的控制系統(tǒng)以及電能轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)裝置的設(shè)計(jì)。 主要技術(shù)指標(biāo)： （1） 水輪機(jī)模型在1.5m/s的水流速度下可以安全平穩(wěn)運(yùn)行。 （2） 水輪機(jī)的最高能量捕獲效率達(dá)30%以上。 （3） 水輪機(jī)的最大發(fā)電功率達(dá)到90W。 由于試驗(yàn)條件有限，目前我們只做了流速在0.65m/s情況下，不同負(fù)載對應(yīng)每一種偏心率下的發(fā)電情況。由試驗(yàn)看出，不同負(fù)載時(shí)最大發(fā)電功率對應(yīng)的偏心率是不同的。試驗(yàn)時(shí)最高發(fā)電功率為5.7W，能量捕獲效率達(dá)33.8%且試驗(yàn)過程中水輪機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 通過查閱資料可知，豎軸潮流發(fā)電水輪機(jī)是目前廣泛實(shí)驗(yàn)和研究的潮流能轉(zhuǎn)換裝置。 與橫軸水輪機(jī)相比較： 豎軸水輪機(jī)具有對水深和流速的要求不高，不受來流方向變化的影響，不需要額外的偏航對流機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，可實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)，能量利用率高等優(yōu)點(diǎn)。 與現(xiàn)有豎軸水輪機(jī)相比較： 目前，比較先進(jìn)的豎軸水輪機(jī)大多可實(shí)現(xiàn)變攻角但其葉片控制點(diǎn)的偏心率及偏心方向卻無法改變、葉片擺角范圍無法改變，以至于其只能在特定流速、特定來流方向、特定負(fù)載的情況下達(dá)到最高的能量捕獲效率，一旦流速或來流方向改變，能量捕獲效率就會(huì)大大下降。由于本水輪機(jī)設(shè)計(jì)了葉片控制點(diǎn)的偏心調(diào)整機(jī)構(gòu)，所以其可以在任意流速、來流方向以及負(fù)載下達(dá)到最大的能量捕獲效率。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年12月 哈爾濱**大學(xué)首屆新能源應(yīng)用設(shè)計(jì)大賽 一等獎(jiǎng) 2011年05月 哈爾濱**大學(xué)“慶懋杯”科技作品創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽 特等獎(jiǎng) 2011年05月 哈爾濱**大學(xué)第十七屆“五四杯”科技創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽 一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 模型、現(xiàn)場演示、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本作品是一種可實(shí)現(xiàn)葉片控制點(diǎn)偏心可調(diào)的豎軸變槳距水輪機(jī)，可根據(jù)水流速度和來流方向以及負(fù)載情況自動(dòng)或者手動(dòng)調(diào)節(jié)偏心率和偏心方向，使水輪機(jī)達(dá)到最大的能量捕獲效率。本作品還有起動(dòng)力矩小、適用范圍大、簡單實(shí)用，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，是適合我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和社會(huì)需求的結(jié)構(gòu)緊湊、小巧輕便、功能適合的潮流能發(fā)電水輪機(jī)，特別適合近海、邊遠(yuǎn)海島、江河等電力供應(yīng)不足或輸電不便的地區(qū)應(yīng)用，具有很大的市場潛力和推廣前景。
同類課題研究水平概述
- 在國內(nèi)，上世紀(jì)80年代，哈爾濱**大學(xué)率先開始了豎軸潮流發(fā)電水輪機(jī)的研究工作。經(jīng)過20多年的積淀，在國家863計(jì)劃支持下，該校研發(fā)團(tuán)隊(duì)在浙江建造了我國第一臺(tái)“萬向Ⅰ”70千瓦漂浮式潮流實(shí)驗(yàn)電站和“萬向Ⅱ”40千瓦座海底式潮流電站（如圖6所示），并成功通過了海洋試驗(yàn)。 在國外，熟知的豎軸Darrieus水輪機(jī)的葉片槳距是固定的,它在低葉片密實(shí)度高速運(yùn)行時(shí)性能優(yōu)良,但難以自啟動(dòng)。意大利Ponte di Archimede S.p.A（PDA）公司設(shè)計(jì)的Kobold水輪機(jī)如圖7所示，實(shí)驗(yàn)測得該種水輪機(jī)能量捕獲系數(shù)在0.23左右，2005年在墨西哥建成的漂浮式電站，水輪機(jī)直徑6m，高5m，電站發(fā)電接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，這是世界上第一個(gè)接入電網(wǎng)的豎軸潮流能水輪機(jī)。從國內(nèi)外研究情況可以看出，目前無論是科研院所還是各高校都十分重視水輪機(jī)的開發(fā)與研制，而目前水輪機(jī)研究的關(guān)鍵所在就是如何提高其能量捕獲效率。
