CN105952570B - 一种螺旋转轮水力实验台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种螺旋转轮水力实验台，磁粉制动器、扭矩仪、半圆形槽、轴承装置A和轴承装置B均固定在支架体上；磁粉制动器的输出轴与扭矩仪的输入轴相连接；扭矩仪的输出轴通过联轴器与螺旋转轮输入轴连接；螺旋转轮两端通过轴承装置A和轴承装置B支撑；所述螺旋转轮置于半圆形槽中；上水箱置于半圆型槽的进水侧；所述下水箱置于半圆型槽的出水侧；下水箱右侧设置有明渠，且明渠低于下水箱；水池置于上水箱、下水箱和明渠的下方；水池中设置有水泵；水泵的输出端装有管道，管道与上水箱底部相通并固定连接；支架体上置有轴承装置B的一侧通过刚性绳与滑轮相连接；支架体上置有轴承装置A的一侧的底面通过铰链与上水箱相连接。

Description

一种螺旋转轮水力实验台
技术领域
本发明涉及水力发电实验台，具体涉及一种螺旋转轮水力实验台。
背景技术
公元前三世纪，阿基米德发明了螺旋管并在农业领域得到了广泛应用，极大地提高了排水灌溉的效率。数千年的历史中，该发明得到了后人不断的研究改进，并衍生出了螺旋泵、螺旋输送器、人工心脏泵等众多产品。进入21世纪，随着可再生能源开发力度的不断加大，螺旋转轮也开始应用于水力发电领域，并在众多微型水力发电设备中显示出了诸多优势。
尽管螺旋转轮水力设备在欧洲、澳大利亚等地区得到了较广泛的应用，但是关于它的水力设计和性能研究都还未成熟，在实际应用中往往借鉴螺旋泵的相关经验。国外的调查、研究表明，入流水位、下游淹没深度、安放角度、转速和流量对螺旋转轮水力发电装置的效率有显著影响，但在这些方面目前还缺乏详细而系统的研究。
为了提高螺旋转轮水力发电装置的效率，亟需仔细研究入流水位、下游淹没深度、安放角度、转速和流量对其发电性能的影响。
发明内容
本发明为了详细而系统的研究入流水位、下游淹没深度、安放角度、转速和流量对螺旋转轮水力发电效率的影响，通过对螺旋转轮实验台的设计可以有效测出螺旋转轮的流量、水头落差、转矩和转速等参数，同时该实验台还可以调节上下游水位、安放角度、转速和流量，从而模拟出多种应用场合，便于系统地探索入流水位、下游淹没深度、安放角度、转速和流量与发电效率之间的关系。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种螺旋转轮水力实验台，包括上水箱、下水箱、水池、明渠、水泵、磁粉制动器、扭矩仪、螺旋转轮、支架体和半圆形槽；
所述磁粉制动器、扭矩仪、半圆形槽、轴承装置A和轴承装置B均固定在支架体上；
所述磁粉制动器的输出轴与扭矩仪的输入轴相连接；扭矩仪的输出轴通过联轴器与螺旋转轮输入轴连接；所述螺旋转轮两端通过轴承装置A和轴承装置B支撑；所述螺旋转轮置于半圆形槽中；
所述上水箱置于半圆形槽的进水侧；所述下水箱置于半圆形槽的出水侧；
所述下水箱右侧设置有明渠，且明渠低于下水箱；
所述水池置于上水箱、下水箱和明渠的下方；
所述水池中设置有水泵；水泵的输出端装有管道，管道与上水箱底部相通并固定连接；
所述支架体上置有轴承装置B的一侧通过刚性绳与滑轮相连接；
所述支架体上置有轴承装置A的一侧的底面通过铰链与上水箱相连接。
进一步的，所述上水箱右侧开设有圆形凹槽。
进一步的，所述上水箱一侧设置有可调挡板A。
进一步的，所述下水箱一侧设置有可调挡板B。
进一步的，所述上水箱、下水箱和明渠中都设置有刻度尺。
进一步的，所述支架体与水平地面的夹角为15°～45°。
进一步的，所述明渠为矩形或倒梯形。
进一步的，所述螺旋转轮轴为空心圆筒。
有益效果：
1.螺旋转轮轴设计为空心圆筒可以减轻重量、节省材料，螺旋叶片均匀分布使得结构简单、便于加工。
2.上、下水箱带有可调挡板和刻度尺，便于改变水位深度和读数，可以详细研究入流水位和下游淹没深度与发电效率的关系。
3.滑轮配合铰链能有效调节螺旋转轮的安放角度，可以系统的探索安放角度与发电效率的关系。
4.矩形或倒梯形明渠用来测量螺旋转轮的流量，简单、有效又节约成本。
5.选取磁粉制动器作为负载，能有效调节螺旋转轮的转速和流量，便于探索转速、流量与发电量效率的关系。
6.选取扭矩仪测量不同安装角度的螺旋转轮的发电功率，代替发电机，更经济有效。
7.上水箱右侧壁设计成圆形凹槽状，可以使上水箱的水很容易的流入半圆形槽的入口，且方便支架体的固定和定位。
附图说明
附图1为螺旋转轮水力实验台的示意图；
附图2为螺旋转轮水力实验台上水箱右视图。
附图标记如下：
1-磁粉制动器；2-扭矩仪；3-联轴器；4-轴承装置A；5-螺旋转轮；6-半圆形槽；7-支架体；8-铰链；9-滑轮；10-上水箱；11-下水箱；12-明渠；13-水池；14-水泵；15-可调挡板A；16-轴承装置B；17-可调挡板B。
具体实施方式
为对本发明技术方案做进一步的描述，现结合附图说明：
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。
一种螺旋转轮水力实验台，磁粉制动器1、扭矩仪2、半圆形槽6、轴承装置A4和轴承装置B16均固定在支架体7上；
磁粉制动器1的输出轴与扭矩仪2的输入轴相连接；扭矩仪2的输出轴通过联轴器3与螺旋转轮5输入轴连接；所述螺旋转轮5两端通过轴承装置A4和轴承装置B16支撑；所述螺旋转轮5置于半圆形槽6中；上水箱10置于半圆形槽6的进水侧；所述下水箱11置于半圆形槽6的出水侧；下水箱11右侧设置有明渠12，且明渠12低于下水箱11；水池13置于上水箱10、下水箱11和明渠12的下方；水池13中设置有水泵14；水泵14的输出端装有管道，管道与上水箱10底部相通并固定连接；支架体7上置有轴承装置B16的一侧通过刚性绳与滑轮9相连接；支架体7上置有轴承装置A4的一侧的底面通过铰链8与上水箱10右侧壁面相连接。
实施例：一种螺旋转轮水力发电机实验台，如图1所示，包括磁粉制动器1、扭矩仪2、联轴器3、轴承装置A、螺旋转轮5、半圆形槽6、支架体7、铰链8、滑轮9、上水箱10、下水箱11、明渠12、水池13和水泵14；所述磁粉制动器1、扭矩仪2、螺旋转轮5依次同轴连接；所述螺旋转轮5由单叶片垂直缠绕空心圆筒而成，两端由轴承装置A和轴承装置B固定在半圆型槽6内，并保留一定间隙；所述支架体7支撑磁粉制动器1、扭矩仪2、轴承装置A、轴承装置B、和半圆形槽6；所述铰链8连接在支架体7靠近螺旋转轮进口处的位置，所述滑轮9连接支架体7的下端，相互配合使螺旋转轮5与水平成28°安放。所述上水箱1、下水箱11分别置于半圆形槽的6进出口处；所述明渠12截面设计为矩形，且置于下水箱11的下游；所述水池13置于整个装置的下方。另外，上水箱10、下水箱11和明渠12及水池13中都设置有刻度尺用来测量水位；上水箱1和下水箱11的侧壁上设置有可调挡板A15及可调挡板B17，用来调节上水箱10和下水箱11的水位，以适应刚性绳通过滑轮9的拉伸带来的支架体与水平底面的夹角的变化。
图2中上水箱10右侧壁设计成圆形凹槽状，可以用来实现上水箱10的水能够很容易的流入半圆形槽6的入口，另外，上水箱10右侧壁设置成凹槽状，方便支架体7在其右侧壁的固定和定位。
实验时，水泵14由水池13往上水箱10供水，调节磁粉制动器1、可调挡板A15、可调挡板B17和滑轮9使水流趋于稳定。读取扭矩仪2，得到螺旋转轮5的转矩T和转速n，计算出发电功率P，通过刻度尺读出上水箱10、下水箱11的水位h2、h3，计算上下游水头落差H，H＝h1+h2-h3；通过读取明渠12水位、查询资料得到螺旋转轮的流量Q；最后求出螺旋转轮的水力效率η，类似的，调节磁粉制动器1、挡板高度和滑轮9来改变转速、流量、入流水位、下游淹没深度和安放角，获得多组实验数据，系统地探索它们与不同安装角度螺旋转轮发电效率的关系。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种螺旋转轮水力实验台，其特征在于：包括上水箱(10)、下水箱(11)、水池(13)、明渠(12)、水泵(14)、磁粉制动器(1)、扭矩仪(2)、螺旋转轮(5)、支架体(7)、半圆形槽(6)；
所述磁粉制动器(1)、扭矩仪(2)、半圆形槽(6)、轴承装置A(4)和轴承装置B(16)均固定在支架体(7)上；
所述磁粉制动器(1)的输出轴与扭矩仪(2)的输入轴相连接；扭矩仪(2)的输出轴通过联轴器(3)与螺旋转轮(5)输入轴连接；所述螺旋转轮(5)两端通过轴承装置A(4)和轴承装置B(16)支撑；所述螺旋转轮(5)置于半圆形槽(6)中；
所述上水箱(10)置于半圆形槽(6)的进水侧；所述下水箱(11)置于半圆形槽(6)的出水侧；
所述下水箱(11)右侧设置有明渠(12)，且明渠(12)低于下水箱(11)；
所述水池(13)置于上水箱(10)、下水箱(11)和明渠(12)的下方；
所述水池(13)中设置有水泵(14)；水泵(14)的输出端装有管道，管道与上水箱(10)底部相通并固定连接；
所述支架体(7)上置有轴承装置B(16)的一侧通过刚性绳与滑轮(9)相连接；
所述支架体(7)上置有轴承装置A(4)的一侧的底面通过铰链(8)与上水箱(10)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋转轮水力实验台，其特征在于，所述上水箱(10)右侧开设有圆形凹槽。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋转轮水力实验台，其特征在于，所述上水箱(10)一侧设置有可调挡板A(15)。
4.根据权利要求1所述的一种螺旋转轮水力实验台，其特征在于，所述下水箱(11)一侧设置有可调挡板B(17)。
5.根据权利要求1所述的一种螺旋转轮水力实验台，其特征在于，所述上水箱(10)、下水箱(11)和明渠(12)中都设置有刻度尺。
6.根据权利要求1所述的一种螺旋转轮水力实验台，其特征在于，所述支架体(7)与水平地面的夹角为15°～45°。
7.根据权利要求1所述的一种螺旋转轮水力实验台，其特征在于，所述明渠(12)为矩形或倒梯形。
8.根据权利要求1所述的一种螺旋转轮水力实验台，其特征在于，所述螺旋转轮(5)轴为空心圆筒。
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