CN106124161A - 一种针对水轮机进行试验的水槽 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种针对水轮机进行试验的水槽，包括水流区、试验区和动力系统；所述水流区由引流段、3组导流段、第一收缩段和第二收缩段构成；所述引流区一端依次通过导流段和第一收缩段与所述试验区连接；其另一端依次通过动力系统、第二收缩段和导流段与所述试验区连接，该水槽占据空间小、安装简便、运行成本小，能够提供比较稳定的水流，并且和潮流能水轮机试验相结合，简化了实验过程，更容易得到准确的实验结果。

Description

一种针对水轮机进行试验的水槽

技术领域

本发明属于潮流能试验研究领域，尤其涉及一种针对水轮机进行试验的水槽。

背景技术

海洋能作为一种清洁、可再生的能源，不仅资源丰富，而且对环境的影响甚微，不会产生三废污染，对缓解能源危机和环境污染具有重要意义。

潮流能试验研究多应用循环水槽，传统循环水槽多利用水泵作为动力系统，并且然而利用水泵作为循环水槽的推进系统有许多弊端。首先，水泵消耗能源高，效率低，使试验成本偏高；而且水泵抽排水速度调节不灵活，降低了水槽的适用性；水泵水流不易控制，水流流态容易紊乱，影响潮流能试验研究的结果。竖直型循环水槽循环过程中有水流动能和势能之间的转化，也不易产生平稳的水流。由此可见，循环水槽有待于进一步改进和提高。并且目前国内外尚未有循环水槽与潮流能试验结合，简化操作过程的装置。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种针对水轮机进行试验的水槽，该水槽占据空间小、安装简便、运行成本小，能够提供比较稳定的水流，并且和潮流能水轮机试验相结合，简化了实验过程，更容易得到准确的实验结果。

为了解决现有技术中存在技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种针对水轮机进行试验的水槽，包括水流区、试验区和动力系统；所述水流区由引流段、3组导流段、第一收缩段和第二收缩段构成；所述引流区一端依次通过导流段和第一收缩段与所述试验区连接；其另一端依次通过动力系统、第二收缩段和导流段与所述试验区连接。

所述动力系统主要由具有密封壳的发动机和伸入所述引流段的螺旋桨构成；所述发动机依次通过带隔水套的输出轴和转轴与所述螺旋桨连接，所述输出轴与所述转轴之间设置有橡胶垫。

试验区包括两条平行的滑轨和连杆；所述连杆两端通过螺栓与所述滑轨连接，所述连杆上设置有滑板。

所述第一收缩段为倒梯形结构。

所述第二收缩段为弧形弯道结构。

所述导流段上设置有内密外疏成等差数列分布的导流片。

所述试验区侧面采用明亮玻璃与钢架粘合而成。

所述螺旋桨由3～6个叶片构成。

本发明有益效果：

第一，本发明通过将水槽循环水平放置，节省空间；克服现有技术中需要将水泵放到高处的技术问题。

第二，本发明通过螺旋桨代替水泵，降低了运行成本；水流平稳，相比于竖直型循环水槽，不需要水动能和势能的转化，通过螺旋桨的动力能够得到连续不断更加平稳的水流。同时，水槽与潮流能水轮机试验相结合，简化试验步骤，能够模拟多种情况，通过数据采集直接得到水轮机的工作效率。

附图说明

图1是本发明一种针对水轮机进行试验的水槽结构示意图。

图2是本发明一种针对水轮机进行试验的水槽中试验区结构示意图。

图3是本发明一种针对水轮机进行试验的水槽中动力系统结构示意图。

附图标记

1--水流区 2—试验区 3—动力系统 11—引流段 13—第一说收缩段

14—第二收缩段 21—滑轨 22—连杆 23—滑板 24--螺栓31—发动机

32—螺旋桨 33—输出轴 35—橡胶垫 36—底座(121,122,123)---导流段

141—无水舱 142—弯道壁 331—隔水套

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出详细地说明：

如图1所示，本发明提供一种针对水轮机进行试验的水槽，包括水流区1、试验区2和动力系统3；所述水流区1由引流段11、3组导流段(121,122,123)、第一收缩段13和第二收缩段14构成；所述引流区11一端依次通过导流段(121,122)和第一收缩段13与所述试验区2连接；其另一端依次通过动力系统3、第二收缩段14和导流段123与所述试验区2连接。所述第一收缩段13为倒梯形结构。所述第二收缩段14为弧形弯道结构。所述导流段(121,122,123)上设置有内密外疏成等差数列分布的导流片12a。(请对等差数列进行说明)在水流区中3组导流段(121,122,123)。从图1中所示，即水槽中的第一拐角处设置导流段121，所述导流段121一端与所述引流段11连接，其另一端与设置在第二个拐角处的导流段122连接；所述导流段122一端还连接第一收缩段13，所述收缩段13与试验区2相接；所述试验区2的另一端还与设置在水槽的第三个拐角处的导流段123连接，导流段123的另一端与所述第二收缩段14相接；所述第二收缩段14外部设置有无水舱141，无水舱141中固定有动力系统3。

如图2所示，试验区2包括两条平行的滑轨21和连杆22；所述连杆22两端通过螺栓24与所述滑轨21连接，所述连杆22上设置有滑板23。所述试验区2侧面采用明亮玻璃与钢架粘合而成。所述连杆22数量根据实际对水轮机测试数量进行分布。通常情况下，连杆22设置有3～5根。实际中，试验区2主要是对水轮机进行测试的区域，试验区2可以通过锁紧螺栓24将水轮机固定在滑板23上，滑板23可以在连杆22上自由移动，根据水轮机测试要求，可以通过对滑板23的位置调整进行模拟不同的实际情况来进行试验。例如，当需要测试多个水轮机在一条直线上或不在同一直线等情况时，试验中，需要测得水轮机的工作效率，根据公式(1)可计算水轮机工作效率Cp。公式(1)的参数扭矩(T)、来转速(ω)、流速度(V)可以通过固定在滑板23上的扭矩仪、转速仪、流速仪分别测出；叶片扫掠面积(A)可以通过水轮机的高度、直径计算；流体密度(ρ)为1000kg/m³。

本发明通过水平式循环水槽，制造稳定的来流流速，带动水轮机转动，水轮机的工作效率Cp，根据公式(1)计算水轮机工作效率Cp，

$C_p=\frac{T\mathrm{\ω}}{\frac{1}{2}{\mathrm{\ρAV}}^3}---\left(1\right)$

其中Cp为水轮机工作效率；ρ是流体密度，单位是kg/m³；A是扫掠面积，单位是m²；V是来流速度，单位是m/s；T是扭矩，单位是Nm；ω是转速，单位是rad/s。我们可以通过固定在滑块上的扭矩仪测出T、流速仪测出V、转速仪测出ω，即可通过公式(1)求得水轮机工作效率。

如图3所示，所述动力系统3主要由具有密封壳311的发动机31和伸入所述引流段11的螺旋桨32构成；所述发动机31依次通过带隔水套331的输出轴33和转轴34与所述螺旋桨32连接，所述输出轴33与所述转轴34之间设置有橡胶垫35。从图1中所示，所述转轴34需要穿过第二收缩段14的弯道壁142，转轴34与弯道壁142之间为水密封连接。螺旋桨32由3～6个叶片构成。动力系统3工作过程：发动机在运行时，螺旋桨32高速旋转，推动水流运动，使水流能够在水槽中循环流动。5片的螺旋桨32能产生强大的推动力，帮助水流进行加速。所述密封壳311底部设置有底座36。

上述实例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、材料、连接方式都是可以有所变化的，凡是在本发明技术基础上进行的等同变换和改进，均不应该排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种针对水轮机进行试验的水槽，包括水流区、试验区和动力系统；其特征在于：所述水流区由引流段、3组导流段、第一收缩段和第二收缩段构成；所述引流区一端依次通过导流段和第一收缩段与所述试验区连接；其另一端依次通过动力系统、第二收缩段和导流段与所述试验区连接。

2.根据权利要求1所述的一种针对水轮机进行试验的水槽，其特征在于：所述动力系统主要由具有密封壳的发动机和伸入所述引流段的螺旋桨构成；所述发动机依次通过带隔水套的输出轴和转轴与所述螺旋桨连接，所述输出轴与所述转轴之间设置有橡胶垫。

3.根据权利要求1所述的一种针对水轮机进行试验的水槽，其特征在于：试验区包括两条平行的滑轨和连杆；所述连杆两端通过螺栓与所述滑轨连接，所述连杆上设置有滑板。

4.根据权利要求1所述的一种针对水轮机进行试验的水槽，其特征在于：所述第一收缩段为倒梯形结构。

5.根据权利要求1所述的一种针对水轮机进行试验的水槽，其特征在于：所述第二收缩段为弧形弯道结构。

6.根据权利要求1所述的一种针对水轮机进行试验的水槽，其特征在于：所述导流段上设置有内密外疏成等差数列分布的导流片。

7.根据权利要求1所述的一种针对水轮机进行试验的水槽，其特征在于：所述试验区侧面采用玻璃与钢架粘合而成。

8.根据权利要求2所述的一种针对水轮机进行试验的水槽，其特征在于：所述螺旋浆由3～6个叶片构成。