CN104132759A - 一种潮流能发电叶片敞水试验装置 - Google Patents

一种潮流能发电叶片敞水试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种潮流能发电叶片敞水试验装置，包括导流体、水密壳体、测量装置和轴头，测量装置设置水密壳体内。测量装置的空心传动轴由推力轴承固定在水密壳体内的安装板上，空心传动轴前端与水密壳体前端轴头的轴壳键连接，轴壳圆柱侧面设置可以安装不同数量叶片的叶片安装孔，空心传动轴后端通过联轴器连接扭矩传感器，扭矩传感器固定在安装板上，扭矩传感器的信号电缆从水密壳体后端引出，连接测试装置外部的水上数据采集系统。本发明涉及的试验装置固定在水槽上面的运动拖车上，由拖车带动在水中匀速移动，测量由水流驱动的叶片转动的机械动能，达到分析不同均匀流速下的不同翼型、升角和不同数量叶片的一级能量转换效率。

Description

一种潮流能发电叶片敞水试验装置
技术领域
本发明涉及潮流能发电测试装置，特别是涉及潮流能发电叶片能量转换效率测试装置。
背景技术
中国近海海域潮流能资源丰富，开发和利用潮流能成为了国内能源研究机构的一个重要任务。潮流能发电装置的研发符合我国可持续发展战略，对海洋可再生能源的利用具有重大意义。叶片是俘获潮流能量的核心部件，多个叶片构成的旋浆在潮流推动下转动，进而通过转轴带动发电机电枢转动并发电。叶片在将潮流能转变为机械能的一级能量转换中至关重要，国内众多能源类科研院所已开展高获能叶片的研发工作。研发过程中，不同翼型、升角和不同数量叶片俘获的能量即潮流能转变为机械能的一级能量转换效率测试尤其重要。然而，目前国内尚未研制出用于测量潮流能发电叶片一级能量转换效率的装置，直接影响了潮流能发电叶片从试验阶段走向工程应用的进展。
发明内容
针对现有技术无法实现潮流能发电叶片能量转换效率测试的现状，本发明推出一种用于潮流能发电叶片一级能量转换效率的测试装置，其目的在于，在具有导流体和流线型结构的测试装置上设置能安装不同数量叶片的轴头，测试装置内设置与水上数据采集系统连接的扭矩传感器，以便将测试验装置放于具有造流功能的水槽敞水试验装置上，测试不通均匀流速环境下叶片的一级能量转换效率。敞水试验装置可以测试安装不同翼型、升角和不同数量的叶片实现的各种均匀流速状态下的一级能量转换效率。
本发明涉及的潮流能发电叶片敞水试验装置，包括导流体、水密壳体、测量装置和轴头。导流体固定在水密壳体的上侧，测量装置设置在水密壳体内，水密壳体前端连接轴头。测量装置的空心传动轴固定在水密壳体内的安装板上，空心传动轴前端与轴头的轴壳键连接，轴壳圆柱侧面设置可以安装不同数量叶片的叶片安装孔，空心传动轴后端通过联轴器连接扭矩传感器，扭矩传感器固定在安装板上，连接扭矩传感器的信号电缆从水密壳体后端引出，连接测试装置外部的水上数据采集系统。
导流体呈扁平状，垂直固定在水密壳体外壳的上侧，两扁平状侧面与水密壳体中轴线平行。导流体上端部设置螺栓孔。
水密壳体呈圆筒状，前后两端分别由端盖密封，端盖上配有O型密封圈。水密壳体内设置安装板，安装板为长方形，固定在水密壳体上。
安装板置于水密壳体中轴线以下并与中轴线平行。安装板两端与水密壳体前后端盖通过金属连接棒插接固定。安装板两端各设一个圆弧形槽，两根金属连接棒插入圆弧形槽中，金属连接棒插入水密壳体前后端盖上设置的安装孔内。
测量装置包括空心传动轴、扭矩传感器、联轴器，联轴器连接空心传动轴和扭矩传感器。
空心传动轴为变径空心型，沿水密壳体中轴线设置，由推力轴承固定在安装板上。空心传动轴后端通过联轴器连接扭矩传感器，扭矩传感器固定在安装板上。
连接扭矩传感器的信号电缆从水密壳体后端的端盖引出，连接测试装置外部的水上数据采集系统。
空心传动轴从水密壳体前端的端盖穿出，与水密壳体前端的轴头连接。
轴头由轴壳与导流罩组成，圆凸状的导流罩固定在轴壳的前侧。
轴壳末端与空心传动轴键连接实现传动功能，导流罩用于调整潮流流场。
轴壳呈短圆柱状，空心传动轴端部插进轴壳中心，实现键连接。轴壳圆柱侧面设置叶片安装孔，可以通过双头螺柱安装不同数量的叶片。
本发明涉及的潮流能发电叶片敞水试验装置进行测试时，将待测叶片安装在轴头的轴壳上，通过导流体上端部的螺栓孔将敞水试验装置固定在水槽上面的运动拖车上，将水密壳体后端引出的信号电缆连接水上数据采集系统。水槽上面的运动拖车带动试验装置在水中匀速移动，宛如试验装置处在匀速的水流中，流线型导流体和轴头的导流罩使试验装置所处的流场稳定，安装待测叶片的轴头在水中旋转，带动空心传动轴转动，与空心传动轴连接的扭矩传感器测量空心传动轴的转速，空心传动轴的转速由信号电缆传递给测试装置外部的水上数据采集系统，水上数据采集系统显示传叶片将水流速到机械转速的一级能量转换效率。
本发明涉及的潮流能发电叶片敞水试验装置测量潮流能驱动叶片转动的机械动能，达到分析不同均匀流速下的不同翼型、升角和不同数量叶片的一级能量转换效率，对于高获能叶片的设计研发具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的潮流能发电叶片敞水试验装置结构示意图；
图2为本发明的潮流能发电叶片敞水试验装置内部结构示意图；
图3为导流体剖面图；
图4为轴壳结构示意图；
图5为安装六叶片的轴头结构示意图。
图中标记说明：
1、导流体       2、信号电缆
3、水密壳体     4、叶片
5、导流罩       6、轴壳
7、螺栓孔       8、前端盖
9、推力轴承     10、空心传动轴
11、安装板      12、联轴器
13、扭矩传感器  14、后端盖
15、叶片安装孔  16、导流罩安装孔
17、轴壳孔
具体实施方式
结合附图对本发明的技术方案进一步说明。如图所示，本发明涉及的潮流能发电叶片敞水试验装置，包括导流体1、水密壳体3、测量装置和轴头。导流体1固定在水密壳体3的上侧，测量装置设置水密壳体3内，水密壳体3前端连接轴头。
导流体1呈扁平状，垂直固定在水密壳体3外壳的上侧，两扁平状侧面与水密壳体3中轴线平行。导流体1上端部设置螺栓孔7。
水密壳体3呈圆筒状，前后两端分别由前端盖8和后端盖14密封，前端盖8和后端盖14上配有O型密封圈。水密壳体3内设置安装板11，安装板11为长方形，固定在水密壳体3的壳体上。
安装板11置于水密壳体3中轴线以下并与中轴线平行。安装板11两端与水密壳体3前端盖8和后端盖14通过金属连接棒插接固定。安装板11两端各设一个圆弧形槽，两根金属连接棒插入圆弧形槽中，金属连接棒也插入水密壳体3的前端盖8和后端盖14上设置的安装孔内。测量装置包括空心传动轴10、扭矩传感器13、联轴器12，联轴器12连接空心传动轴10和扭矩传感器13。
空心传动轴10为变径空心型，沿水密壳体3中轴线设置，由推力轴承9固定在安装板11上。空心传动轴10后端通过联轴器12连接扭矩传感器13，扭矩传感器13固定在安装板11上。
扭矩传感器13的信号电缆2从水密壳体3的后端盖14引出，连接测试装置外部的水上数据采集系统。
空心传动轴10从水密壳体3前端盖8穿出，与水密壳体3前端的轴头连接。
轴头由轴壳6与导流罩5组成，圆凸状的导流罩5通过导流罩安装孔16固定在轴壳6的前侧。
轴壳6呈短圆柱状，空心传动轴端部插进轴壳中心的轴壳孔17，实现键连接。轴壳6圆柱侧面设置叶片安装孔15，可以通过双头螺柱安装不同数量的叶片。

Claims (6)

1.一种潮流能发电叶片敞水试验装置，其特征在于，包括导流体、水密壳体、测量装置和轴头，导流体固定在水密壳体的上侧，测量装置设置水密壳体内，水密壳体前端连接轴头；测量装置的空心传动轴固定在水密壳体内的安装板上，空心传动轴前端与轴头的轴壳键连接，轴壳圆柱侧面设置可以安装不同数量叶片的叶片安装孔，空心传动轴后端通过联轴器连接扭矩传感器，扭矩传感器固定在安装板上，连接扭矩传感器的信号电缆从水密壳体后端引出，连接测试装置外部的水上数据采集系统。
2.根据权利要求1所述的潮流能发电叶片敞水试验装置，其特征在于，所述导流体呈扁平状，垂直固定在水密壳体外壳的上侧，两扁平状侧面与水密壳体中轴线平行。
3.根据权利要求1所述的潮流能发电叶片敞水试验装置，其特征在于，所述水密壳体呈圆筒状，前后两端分别由端盖密封，端盖上配有O型密封圈。
4.根据权利要求1所述的潮流能发电叶片敞水试验装置，其特征在于，所述水密壳体内的安装板置于水密壳体中轴线以下并与中轴线平行；安装板两端与水密壳体前后端盖通过金属连接棒插接固定。
5.根据权利要求1所述的潮流能发电叶片敞水试验装置，其特征在于，所述空心传动轴为变径空心型，由推力轴承固定在水密壳体内的安装板上，沿水密壳体中轴线设置。
6.根据权利要求1所述的潮流能发电叶片敞水试验装置，其特征在于，所述轴头由轴壳与导流罩组成，圆凸状的导流罩固定在轴壳的前侧。
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