CN108798977B - 一种深海洋流发电模拟检测实验的方法 - Google Patents

一种深海洋流发电模拟检测实验的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种深海洋流发电模拟检测实验的方法，其包括以下步骤：(1)将发电机固定安装在模拟水箱上，同时将负载安装在发电机的稳压输出端。(2)向模拟水箱内注水至模拟水箱被注满。(3)开启安装在模拟水箱上的水泵，使水泵产生水流并模拟洋流环境。(4)水流推动发电机发电并带动负载，观察负载的运行状态并记录数据，选取记录的数据生成报表，打印实验报告。该实验方法操作简单便捷，省去了复杂的操作步骤，节省了实验人员的时间，提高了实验效率。实验过程中参数动态响应快，实验数据可以实时采集存储，提高了实验的准确性和实时性。实验输出稳定可靠，增加了实验数据的可靠性，进一步提高实验的准确性。

Description

一种深海洋流发电模拟检测实验的方法
技术领域
本发明涉及深海洋流检测技术领域的一种模拟实验方法，具体为一种深海洋流发电模拟检测实验的方法。
背景技术
当今社会对能源的需求与日俱增，煤炭、石油等传统能源属于不可再生能源，经过长期的开采和使用，地球上的传统能源储备日趋减少。目前电力的来源主要是由火力发电、水力发电和核能发电提供，人类越来越重视新能源的发展。海洋面积占地球总面积的三分之二，海洋中有许多能量人类还没有进行充分的开发利用，洋流能就是其中一种。洋流能的利用很少，因此拥有广阔的开发发展空间。也正是如此，进行深海洋流模拟检测实验对于将来开发深海洋流具有重要的意义，而目前缺乏一种深海洋流模拟检测实验的方法。
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模拟检测实验的方法，具备简单、高速和稳定等优点，解决了缺乏深海洋流模拟检测实验方法的问题。
(二)技术方案
为实现上述简单、高速和稳定的目的，本发明提供如下技术方案：一种深海洋流发电模拟检测实验的方法，其通过一种用于深海洋流发电的实验模型水洞装置来实现，所述水洞装置包括：模拟水箱；安装在模拟水箱上的至少一台水泵；安装在模拟水箱内，且包括叶轮机构、至少一个发电机的实验模型平台；
所述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；所述发电机与旋转轴相对应，通过与相应旋转轴的同轴连接将水流的动能转化为电能；
其包括以下步骤：
(1)将负载安装在所述发电机的稳压输出端；
(2)向模拟水箱内注水至模拟水箱被注满；
(3)开启所述水泵，使所述水泵产生水流并模拟洋流环境；
(4)水流推动所述发电机发电并带动负载，观察负载的运行状态并记录数据，选取记录的数据生成报表，打印实验报告。
作为上述方案的进一步改进，所述实验模型平台还包括与至少一个发电机相对应的至少一个测试机构，所述测试机构测量与相应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，所述水洞装置还包括设置在模拟水箱下方的储水箱、两端分别连通模拟水箱和储水箱的导流结构；所述水泵将储水箱内的水输送给模拟水箱；所述导流结构将模拟水箱的水回收至储水箱。
进一步地，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。
优选地，出水口通往储水箱的水路上设置罩体。
优选地，出水口的数量为多个，且在模拟水箱上呈栅格状分布。
优选地，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，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，观察所述负载的运行状态时使用万能表对所述负载进行测量，测量的参数包括电压和电流。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供的深海洋流发电模拟检测实验的方法，具备以下有益效果：
深海洋流发电模拟检测实验方法操作简单便捷，省去了复杂的操作步骤，节省了实验人员的时间，提高了实验效率。实验过程中参数动态响应快，实验数据可以实时采集存储，提高了实验的准确性和实时性。实验输出稳定可靠，增加了实验数据的可靠性，进一步提高实验的准确性。实验可以模拟不同流速下发电的情况，从而提高了实验的范围，使实验数据的更广，使实验能够最大模拟化。
附图说明
图1为用于深海洋流发电的实验模型水洞装置的结构示意图，本发明深海洋流发电模拟检测实验的方法通过所述实验模型水洞装置来实现；
图2为图1中用于深海洋流发电的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
下面将结合本发明的实施例，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。
本发明的深海洋流发电模拟检测实验的方法，主要通过一种用于深海洋流发电的实验模型水洞装置来实现。请参阅图1-3，所述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。
故，本发明的深海洋流发电模拟检测实验的方法，其步骤如下：
(1)将负载安装在动力传输装置即发电机的稳压输出端。模拟水箱3是采用耐压材料制成的水箱，其不会因为水流的作用而变形。因为在水压水流的作用下，普通水箱容易变形，从而影响实验的准确性，因而采用耐压材料，保证实验数据的稳定可靠。
在其他实施例中，发电机可包括转轮、发电机、稳压器。转轮的底端安装在模拟水箱3的底壁上，其另一端安装在发电机的转轴上。当水流经过转轮时，水流就推动转轮进行转动，进而使发电机的转轴转动，发电机发电。发电机安装在模拟水箱3的顶部，其输出端与稳压器的输入端电连接。发电机发电后通过稳压器将电压稳定，从而给负载提供电源。
(2)向模拟水箱3内注水至模拟水箱3被注满。模拟水箱3注满水后，其状态如同没有洋流的深海。
(3)开启安装在模拟水箱3上的水泵，使水泵产生水流并模拟洋流环境。水泵的数量至少两组。可以先开启第一组水泵，此时水泵的功率比较小，因此模拟水箱3内的水流也比较小，此时模拟水箱3内水流如同低速状态的洋流。为提高洋流的速度，可以开启第二组水泵。如果需要进一步提高洋流及改变洋流的方向，可以设置多组水泵进行工作。
(4)水流推动动力传输装置发电并带动负载，观察负载的运行状态并记录数据，选取记录的数据生成报表，打印实验报告。
负载采用LED灯，在观察负载的运行状态时，如果LED灯一直处于熄灭状态，说明动力传输装置发电效率过低，达不到LED灯的最低功率要求，也有可能是线路连接出现断路或其他故障，需要检查后再重新进行实验。如果LED灯处于忽明忽暗的状态，说明动力传输装置的结构不稳定，转轮转速波动过大，也有可能是稳压器出现故障，可以更换稳压输出装置的结构后再重新进行实验。如果LED灯处于正常发光状态，则说明动力传输部分设计合理，可以进行实验。LED灯正常工作时，使用万能表对负载进行测量，其中测量的参数包括电压和电流，进而可以计算出水流产生的功率。
本实验方法的操作简单便捷，省去了复杂的操作步骤，节省了实验人员的时间，提高了实验效率。实验过程中参数动态响应快，实验数据可以实时采集存储，提高了实验的准确性和实时性。实验输出稳定可靠，增加了实验数据的可靠性，进一步提高实验的准确性。实验可以模拟不同流速下发电的情况，从而提高了实验的范围，使实验数据的更广，使实验能够最大模拟化。
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 (6)

1.一种深海洋流发电模拟检测实验的方法，其特征在于：其通过一种用于深海洋流发电的实验模型水洞装置来实现，所述水洞装置包括：模拟水箱(3)；设置在模拟水箱(3)下方的储水箱(2)；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)的数量为多个，且在模拟水箱(3)上呈栅格状分布；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)；两端分别连通模拟水箱(3)和储水箱(2)的导流结构，出水口(7)、储水箱(2)朝外延伸的一端构成所述导流结构，所述导流结构将模拟水箱(3)的水回收至储水箱(2)；安装在模拟水箱(3)上的至少一台水泵；所述水泵将储水箱(2)内的水输送给模拟水箱(3)；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；安装在模拟水箱(3)内，且包括叶轮机构、至少一个发电机的实验模型平台；
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；
其包括以下步骤：
(1)将负载安装在所述发电机的稳压输出端；
(2)向模拟水箱(3)内注水至模拟水箱(3)被注满；
(3)开启所述水泵，使所述水泵产生水流并模拟洋流环境；
(4)水流推动所述发电机发电并带动负载，观察负载的运行状态并记录数据，选取记录的数据生成报表，打印实验报告。
2.根据权利要求1所述的一种深海洋流发电模拟检测实验的方法，其特征在于：所述实验模型平台还包括与至少一个发电机相对应的至少一个测试机构，所述测试机构测量与相应发电机电性连接的负载的运行参数。
3.根据权利要求1所述的一种深海洋流发电模拟检测实验的方法，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1所述的一种深海洋流发电模拟检测实验的方法，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。
5.根据权利要求1所述的一种深海洋流发电模拟检测实验的方法，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)。
6.根据权利要求1所述的一种深海洋流发电模拟检测实验的方法，其特征在于：观察所述负载的运行状态时使用万能表对所述负载进行测量，测量的参数包括电压和电流。
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