CN108533443A - 一种深海洋流发电实验模型水洞装置 - Google Patents

一种深海洋流发电实验模型水洞装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于深海洋流发电的实验模型水洞装置。所述水洞装置包括储水箱、模拟水箱、至少一台水泵、导流结构、实验模型平台。实验模型平台安装在模拟水箱内，且包括叶轮机构、至少一个发电机、至少一个测试机构。叶轮机构包括安装在模拟水箱底壁上的至少一个支撑架，转动安装在支撑架内并能相对支撑架转动的至少一个旋转轴，固定安装在旋转轴的外壁上并环绕旋转轴布局的多个叶片框，转动安装在叶片框内并能相对相应叶片框旋转的叶片。本发明能模拟水面下的暗流或者洋流环境，并进行发电，而且能量利用率较高，不但减少中试环节的投入，降低实验成本，同时还提高了实验的准确性，还不影响生态环境，也方便进行实验安装和测试。

Description

一种深海洋流发电实验模型水洞装置
技术领域
本发明涉及洋流发电实验技术领域的一种水洞装置，具体为一种深海洋流发电实验模型水洞装置。
背景技术
洋流发电装置是一种安装在深海或者暗流处，利用水流带动叶轮结构转动从而带动发电机转轴转动发电的装置。开发深海洋流并进行发电，这符合国家建设资源节约型和环境友好型社会的号召，同时可以有效地改善我国能源结构，缓解能源紧缺的现状。现有的洋流发电装置普遍设备庞大，造价昂贵且安装复杂，造成了洋流发电装置安装风险大，试验成本高的问题。因此，在项目投资建设之前可以通过搭建实验模型对项目进行模拟实验，收集实验数据并进行测试和评估方案。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种深海洋流发电实验模型水洞装置，其具备成本低廉、安装方便和节能等优点，解决了洋流发电装置安装风险大，试验成本高的问题。
(二)技术方案
为实现上述成本低廉、安装方便和节能的目的，本发明提供如下技术方案：一种深海洋流发电实验模型水洞装置，所述水洞装置包括：
储水箱；
模拟水箱，其设置在储水箱上方；
至少一台水泵，其将储水箱内的水输送给模拟水箱并在模拟水箱内产生水流；
导流结构，其两端分别连通模拟水箱和储水箱，将模拟水箱的水回收至储水箱；以及
实验模型平台，其安装在模拟水箱内，且包括叶轮机构、至少一个发电机、至少一个测试机构；
叶轮机构包括安装在模拟水箱底壁上的至少一个支撑架，转动安装在支撑架内并能相对支撑架转动的至少一个旋转轴，固定安装在旋转轴的外壁上并环绕旋转轴布局的多个叶片框，转动安装在叶片框内并能相对相应叶片框旋转的叶片；其中，所有叶片框垂直安装在旋转轴上且以旋转轴为中心呈放射状布局，同一叶片框内的叶片通过平铺在相应叶片框内的方式，遮断流过相应叶片框的水流，还通过相对相应叶片框旋转的方式导通水流流过相应叶片框；
发电机与至少一个旋转轴相对应，通过与相应旋转轴的同轴连接将水流的动能转化为电能；以及
测试机构测量与所述发电机电性连接的负载的运行参数。
作为上述方案的进一步改进，模拟水箱的一侧侧壁开设至少一个出水口，储水箱与出水口位于同一侧的一端朝外延伸，用于接收来自出水口的水流，出水口、储水箱朝外延伸的一端构成所述导流结构。
进一步地，出水口通往储水箱的水路上设置罩体。
再进一步地，模拟水箱上的出水口呈栅格状分布。
再进一步地，模拟水箱的相对另一侧侧壁上开设呈三角形分布且有一定分布间隔的三个进水口，储水箱与进水口位于同一侧的侧壁上开设与三个进水口对应分布的三个取水口，每个取水口与相应的进水口之间采用一台所述水泵连通。
作为上述方案的进一步改进，旋转轴、叶片框、叶片均垂直于模拟水箱底壁。
作为上述方案的进一步改进，同一叶片框内的叶片呈阵列式布局。
作为上述方案的进一步改进，叶片的表面设置相互平行的若干导流凸条，导流凸条垂直旋转轴。
作为上述方案的进一步改进，每个支撑架包括底架、四个支撑柱、顶架；底架安装在模拟水箱的底壁上，四个支撑柱的底端分别安装在底架的四角上，顶架安装在四个支撑柱的顶端并与底架呈上下对称设置；旋转轴的两端分别安装在顶架和底架中心处。
作为上述方案的进一步改进，所述叶轮机构还包括两个加强框，其中一个加强框固定在旋转轴的一端，且连接所有叶片框的一端，其中另一个加强框固定在旋转轴的相对另一端，且连接所有叶片框的相对另一端。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供的深海洋流发电实验模型水洞装置，具备以下有益效果：
本发明的深海洋流发电实验模型水洞装置，通过控制多个水泵的功率进而控制水流的流速，从而模拟了水面下的暗流或者洋流环境，并进行发电，并且能量利用率较高，提高了实验的准确性，同时不影响生态环境，方便进行实验安装和测试。本发明的水洞装置和所述平台成本更低，加工方便，并且可以根据工作的水泵数量控制水的流速来模拟水域的实际情况，使测试结果更加全面，得到更加准确的数据以及结论。
附图说明
图1为本发明实施例1中深海洋流发电实验模型水洞装置的结构示意图；
图2为图1中深海洋流发电实验模型水洞装置的结构示意图；
图3为图1中导流结构的结构示意图；
图4为图1中叶轮机构的结构示意图。
符号说明：
2 储水箱 9 旋转轴
3 模拟水箱 10 叶片框
4 罩体 11 叶片
5 支撑架 51 底架
6 进水口 52 支撑柱
7 出水口 53 顶架
8 取水口 54 加强框
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本实施例中的深海洋流发电实验模型水洞装置包括储水箱 2、模拟水箱3、导流结构、水泵和实验模型平台。
储水箱2用于储存实验用水，储水箱2的形状可以为含有腔体的长方体，也可以为设有内腔的棱柱体，还可以为设有内腔的圆柱体，只要能够保证足够的储水能力即可。
模拟水箱3设置在储水箱2上方，模拟水箱3的容积可以与储水箱2的体积相等，并且设置为上表面开口的水箱。模拟水箱3的一侧侧壁开设出水口7，出水口7的数量可以为多个。储水箱2与出水口7位于同一侧的一端朝外延伸，用于接收来自出水口7的水流，出水口7、储水箱2朝外延伸的一端构成导流结构。出水口7通往储水箱2的水路上设置罩体4。其中，模拟水箱 3上的出水口7可以呈栅格状分布，这样有利于水均匀地从模拟水箱3中流出。
导流结构的两端分别连通模拟水箱3和储水箱2，将模拟水箱3的水回收至储水箱2。导流结构可以采用两端设置开口的箱体，只要能够使得模拟水箱 3和储水箱2之间连通即可。同时，导流结构的水流量不小于所有出水口7的水流量。
水泵的进水端与储水箱2内壁开设的取水口8衔接，其出水端与模拟水箱3一端的内壁上开设的进水口6衔接。水泵将储水箱2内的水输送给模拟水箱3并使模拟水箱3内产生水流，同时通过控制水泵的功率从而控制水流的大小，进而模拟洋流。
水泵和取水口8的数量都是三个，实现一个水泵通过一个取水口8从储水箱2中取水，从一个进水口6中进水至模拟水箱3。并且，所有进水口6的水流量与所有出水口7的水流量相等。这样使得水洞装置的实验用水能够在模拟水箱3和储水箱2之间进行循环利用，最大化地利用了资源，避免水资源的浪费，同时通过控制水泵的数量和水泵的功率，实现对洋流环境的模拟。水洞装置设备结构简单，这样降低了实验设备的成本，同时也提高了实验设备安装的速度，提高了实验的效率。
模拟水箱3的相对另一侧侧壁上开设呈三角形分布且有一定分布间隔的三个进水口6，储水箱2与进水口6位于同一侧的侧壁上开设与三个进水口6 对应分布的三个取水口8，每个取水口8与相应的进水口6之间采用一台水泵连通。
实验模型平台安装在模拟水箱3内，其包括叶轮机构、发电机和测试机构。
叶轮机构包括支撑架5、旋转轴9、叶片框10、叶片11、加强框54。支撑架5安装在模拟水箱3底壁上，其数量可以为多个，并用于支撑整个实验模型平台。旋转轴9转动安装在相应的支撑架5内并能相对支撑架5转动，叶片框10固定安装在相应的旋转轴9的外壁上并环绕旋转轴9布局。叶片11 转动安装在相应的叶片框10内并能相对相应叶片框10旋转。加强框54的数量为两个，其中一个加强框54固定在旋转轴9的一端，且连接所有叶片框10 的一端，其中另一个加强框54固定在旋转轴9的相对另一端，且连接所有叶片框10的相对另一端。
其中，每个支撑架5包括底架51、四个支撑柱52、顶架53。底架51安装在模拟水箱3的底壁上，四个支撑柱52的底端分别安装在底架51的四角上，顶架53安装在四个支撑柱52的顶端并与底架51呈上下对称设置。旋转轴9的两端分别安装在顶架53和底架51中心处。
旋转轴9、叶片框10、叶片11均垂直于模拟水箱3底壁。叶片11的表面设置相互平行的若干导流凸条12，导流凸条12垂直旋转轴9。所有叶片框 10垂直安装在旋转轴9上且以旋转轴9为中心呈放射状布局。同一叶片框10 内的叶片11通过平铺在相应叶片框10内的方式且呈阵列式布局，遮断流过相应叶片框10的水流，还通过相对相应叶片框10旋转的方式导通水流流过相应叶片框10。叶轮机构主要是利用水流的冲击作用，将水流的动能转化为叶轮机构的机械能。
发电机与一个旋转轴9相对应，通过与相应旋转轴9的同轴连接将水流的动能转化为电能。
测试机构测量与发电机电性连接的负载的运行参数。测试结构包括负载和测量装置。负载与发电机的输出端电性连接，可以通过接线柱进行连接。负载的数量可以为两个，两个负载均采用LED灯。通过发电机发电带动负载运行，更直观地观察洋流的模拟情况，同时可以判断实验装置的安装是否正确，还可以根据LED灯的亮灯程度判断水泵的功率和数量是否达到要求。测量装置用于测量负载的运行参数，可以采用万能表，也可以采用示波器，还可以采用其他测量仪器。进行测量时，用测量装置测量负载的电压、电流等参数，从而完成实验。
在进行实验时，首先根据实验需要，向水洞装置注水，保证模拟水箱3、导流结构、储水箱2含有足够的水。其次，启动水泵，水泵将储水箱2内的水输送至模拟水箱3内，并在模拟水箱3内产生模拟洋流的水流。然后，水流带动叶轮机构的叶片11和旋转轴9转动，进而带动发电机进行发电。最后，发电机发电使负载进行工作，利用测量装置测量负载的电压电流等参数，完成实验数据记录和分析。
综上，本发明的深海洋流发电实验模型水洞装置，通过控制多个水泵的功率进而控制水流的流速，从而模拟了水面下的暗流或者洋流环境，并进行发电，并且能量利用率较高，提高了实验的准确性，同时不影响生态环境，方便进行实验安装和测试。本发明的水洞装置和平台成本更低，加工方便，并且可以根据工作的水泵数量控制水的流速来模拟水域的实际情况，使测试结果更加全面，得到更加准确的数据以及结论。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于深海洋流发电的实验模型水洞装置，其特征在于：所述水洞装置包括：
储水箱(2)；
模拟水箱(3)，其设置在储水箱(2)上方；
至少一台水泵，其将储水箱(2)内的水输送给模拟水箱(3)并在模拟水箱(3)内产生水流；
导流结构，其两端分别连通模拟水箱(3)和储水箱(2)，将模拟水箱(3)的水回收至储水箱(2)；以及
实验模型平台，其安装在模拟水箱(3)内，且包括叶轮机构、至少一个发电机、至少一个测试机构；所述叶轮机构包括安装在模拟水箱(3)底壁上的至少一个支撑架(5)，转动安装在支撑架(5)内并能相对支撑架(5)转动的至少一个旋转轴(9)，固定安装在旋转轴(9)的外壁上并环绕旋转轴(9)布局的多个叶片框(10)，转动安装在叶片框(10)内并能相对相应叶片框(10)旋转的叶片(11)；其中，所有叶片框(10)垂直安装在旋转轴(9)上且以旋转轴(9)为中心呈放射状布局，同一叶片框(10)内的叶片(11)通过平铺在相应叶片框(10)内的方式，遮断流过相应叶片框(10)的水流，还通过相对相应叶片框(10)旋转的方式导通水流流过相应叶片框(10)；所述发电机与旋转轴(9)相对应，通过与相应旋转轴(9)的同轴连接将水流的动能转化为电能；所述测试机构测量与所述发电机电性连接的负载的运行参数。
2.根据权利要求1所述的一种用于深海洋流发电的实验模型水洞装置，其特征在于：模拟水箱(3)的一侧侧壁开设至少一个出水口(7)，储水箱(2)与出水口(7)位于同一侧的一端朝外延伸，用于接收来自出水口(7)的水流，出水口(7)、储水箱(2)朝外延伸的一端构成所述导流结构。
3.根据权利要求2所述的一种用于深海洋流发电的实验模型水洞装置，其特征在于：出水口(7)通往储水箱(2)的水路上设置罩体(4)。
4.根据权利要求2所述的一种用于深海洋流发电的实验模型水洞装置，其特征在于：出水口(7)的数量为多个，且在模拟水箱(3)上呈栅格状分布。
5.根据权利要求2所述的一种用于深海洋流发电的实验模型水洞装置，其特征在于：模拟水箱(3)的相对另一侧侧壁上开设呈三角形分布且有一定分布间隔的三个进水口(6)，储水箱(2)与进水口(6)位于同一侧的侧壁上开设与三个进水口(6)对应分布的三个取水口(8)，每个取水口(8)与相应的进水口(6)之间采用一台所述水泵连通。
6.根据权利要求1所述的一种用于深海洋流发电的实验模型水洞装置，其特征在于：旋转轴(9)、叶片框(10)、叶片(11)均垂直于模拟水箱(3)底壁。
7.根据权利要求1所述的一种用于深海洋流发电的实验模型水洞装置，其特征在于：同一叶片框(10)内的叶片(11)呈阵列式布局。
8.根据权利要求1所述的一种用于深海洋流发电的实验模型水洞装置，其特征在于：叶片(11)的表面设置相互平行的若干导流凸条(12)，导流凸条(12)垂直旋转轴(9)。
9.根据权利要求1所述的一种用于深海洋流发电的实验模型水洞装置，其特征在于：每个支撑架(5)包括底架(51)、四个支撑柱(52)、顶架(53)；底架(51)安装在模拟水箱(3)的底壁上，四个支撑柱(52)的底端分别安装在底架(51)的四角上，顶架(53)安装在四个支撑柱(52)的顶端并与底架(51)呈上下对称设置；旋转轴(9)的两端分别安装在顶架(53)和底架(51)中心处。
10.根据权利要求1所述的一种用于深海洋流发电的实验模型水洞装置，其特征在于：所述叶轮机构还包括两个加强框(54)，其中一个加强框(54)固定在旋转轴(9)的一端，且连接所有叶片框(10)的一端，其中另一个加强框(54)固定在旋转轴(9)的相对另一端，且连接所有叶片框(10)的相对另一端。
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