基本信息
- 項目名稱：
- 豎軸變槳距潮流發(fā)電水輪機
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 在分析和比較現(xiàn)有葉片調距機構的基礎上，設計了一種新型的豎軸變漿距潮流能發(fā)電水輪機，它是以雙轉塊機構作為該偏心盤式調距機構的基本原理方案，實現(xiàn)了葉片方向角的周期性變化，從而實現(xiàn)葉片漿距調整，根據(jù)基本原理方案對該水輪機進行了工作原理、自由度等分析，并給出了設計裝配圖。該新型水輪機為潮流能發(fā)電提供一種有益且行之有效的水輪機結構方式，可以連續(xù)平穩(wěn)工作、簡單實用，成本低廉。
- 詳細介紹：
- 為了進行豎直軸潮流發(fā)電水輪機的水動力性能模型試驗研究，需要重點研究水輪機的葉片變槳距機構。目前，比較先進的豎軸水輪機大多可實現(xiàn)變攻角，但其葉片控制點的偏心率及偏心方向卻無法改變，以至于其只能在特定流速、來流方向、負載的情況下達到最高的能量捕獲效率，一旦流速、來流方向或負載改變，能量捕獲效率就會大大降低。 在分析和比較現(xiàn)有葉片調距機構的基礎上，設計了一種新型的豎軸變槳距潮流能發(fā)電水輪機，它是以雙轉塊機構作為該偏心盤式調距機構的基本原理方案，使其可以根據(jù)水流速度、方向、負載大小適時地改變偏心方向以及偏心率的大小，使水輪機始終保持最大的能量捕獲效率，而且本水輪機還具有啟動方便，對水深要求不高，控制機構簡單等特點。根據(jù)基本原理方案對該水輪機進行了工作原理分析，給出了設計裝配圖，并進行了模型樣機的加工。水槽試驗驗證了該方案設計的合理性，試驗結果表明模型樣機達到了預期的目的。該新型水輪機為潮流能發(fā)電提供一種有益且行之有效的水輪機結構方式，可以連續(xù)平穩(wěn)工作、簡單實用。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 設計制作目的： 為解決目前能源緊缺問題，設計一種高效率的潮流能捕獲裝置——豎軸變槳距潮流發(fā)電水輪機，可以連續(xù)平穩(wěn)工作、簡單實用，成本低廉。 基本思路： 在對國內外各類水輪機結構、設計與制造技術進行系統(tǒng)分析基礎上，經(jīng)過對雙曲柄機構、雙轉塊機構等典型機構的分析與綜合，設計一套全新的偏心盤式水輪機調距機構(圖1)，以及葉片控制點（圖2中N 點）偏心率及偏心方向的調整機構。然后利用PRO/E軟件對兩種機構進行建模、分析，并設計水輪機整體模型，最終完成水輪機原理樣機機械結構方面以及電氣控制方面的制作并進行相關試驗。 創(chuàng)新之處： （1）基于雙轉塊機構原理的葉片控制點偏心調整機構的設計使水輪機葉片控制點偏心率及偏心方向可調。 （2）新型偏心盤式調距機構的設計。 技術關鍵： （1）水輪機調距機構的設計； （2）水輪機葉片控制點的偏心調整機構設計； （3）以上兩方面機構的整合以及水輪機整體的綜合設計； （4）水輪機的控制系統(tǒng)以及電能轉換、存儲裝置的設計。 主要技術指標： （1） 水輪機模型在1.5m/s的水流速度下可以安全平穩(wěn)運行。 （2） 水輪機的最高能量捕獲效率達30%以上。 （3） 水輪機的最大發(fā)電功率達到90W。 由于試驗條件有限，目前我們只做了流速在0.65m/s情況下，不同負載對應每一種偏心率下的發(fā)電情況。由試驗看出，不同負載時最大發(fā)電功率對應的偏心率是不同的。試驗時最高發(fā)電功率為5.7W，能量捕獲效率達33.8%且試驗過程中水輪機運行平穩(wěn)。
科學性、先進性
- 通過查閱資料可知，豎軸潮流發(fā)電水輪機是目前廣泛實驗和研究的潮流能轉換裝置。 與橫軸水輪機相比較： 豎軸水輪機具有對水深和流速的要求不高，不受來流方向變化的影響，不需要額外的偏航對流機構，結構簡單，工作可靠，可實現(xiàn)自啟動，能量利用率高等優(yōu)點。 與現(xiàn)有豎軸水輪機相比較： 目前，比較先進的豎軸水輪機大多可實現(xiàn)變攻角但其葉片控制點的偏心率及偏心方向卻無法改變、葉片擺角范圍無法改變，以至于其只能在特定流速、特定來流方向、特定負載的情況下達到最高的能量捕獲效率，一旦流速或來流方向改變，能量捕獲效率就會大大下降。由于本水輪機設計了葉片控制點的偏心調整機構，所以其可以在任意流速、來流方向以及負載下達到最大的能量捕獲效率。
獲獎情況及鑒定結果
- 2010年12月 哈爾濱**大學首屆新能源應用設計大賽 一等獎 2011年05月 哈爾濱**大學“慶懋杯”科技作品創(chuàng)新設計大賽 特等獎 2011年05月 哈爾濱**大學第十七屆“五四杯”科技創(chuàng)新設計大賽 一等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 模型、現(xiàn)場演示、圖片、錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本作品是一種可實現(xiàn)葉片控制點偏心可調的豎軸變槳距水輪機，可根據(jù)水流速度和來流方向以及負載情況自動或者手動調節(jié)偏心率和偏心方向，使水輪機達到最大的能量捕獲效率。本作品還有起動力矩小、適用范圍大、簡單實用，成本低廉等優(yōu)點，是適合我國經(jīng)濟發(fā)展水平和社會需求的結構緊湊、小巧輕便、功能適合的潮流能發(fā)電水輪機，特別適合近海、邊遠海島、江河等電力供應不足或輸電不便的地區(qū)應用，具有很大的市場潛力和推廣前景。
同類課題研究水平概述
- 在國內，上世紀80年代，哈爾濱**大學率先開始了豎軸潮流發(fā)電水輪機的研究工作。經(jīng)過20多年的積淀，在國家863計劃支持下，該校研發(fā)團隊在浙江建造了我國第一臺“萬向Ⅰ”70千瓦漂浮式潮流實驗電站和“萬向Ⅱ”40千瓦座海底式潮流電站（如圖6所示），并成功通過了海洋試驗。 在國外，熟知的豎軸Darrieus水輪機的葉片槳距是固定的,它在低葉片密實度高速運行時性能優(yōu)良,但難以自啟動。意大利Ponte di Archimede S.p.A（PDA）公司設計的Kobold水輪機如圖7所示，實驗測得該種水輪機能量捕獲系數(shù)在0.23左右，2005年在墨西哥建成的漂浮式電站，水輪機直徑6m，高5m，電站發(fā)電接入當?shù)仉娋W(wǎng)，這是世界上第一個接入電網(wǎng)的豎軸潮流能水輪機。從國內外研究情況可以看出，目前無論是科研院所還是各高校都十分重視水輪機的開發(fā)與研制，而目前水輪機研究的關鍵所在就是如何提高其能量捕獲效率。
