水流驱动制冰机的设计及仿真研究

发布时间：2020-06-18 00:36

【摘要】：目前冰在人类的生活中应用十分广泛,从食品行业到工业领域,冰已经成为不可缺少的物质。人类制冰的方式众多,但制冰的能源主要依靠电能,而水能是大量可再生资源中最易获取的能源之一,无污染且相对广泛的存在于地球上。水力驱动制冰机的研究可以充分利用低水位水能,通过对低水位水能的开发来满足人们对冰的需求,充分利用低水位水能制冰来为人类服务。本文针对我国江域及河流的水流速度现状,结合当前国家节能减排的基本国策,提出了一种能够利用低水位水能制冰的装置。文中首先对制冰机进行了总体设计,采用机械能-电能-机械能的转换方式,通过计算得出了设备的总功率及压缩机的功率,并对制冷系统的各个部件进行了计算选型,确定了制冷系统各部件的型号规格。其次,本文对水流驱动制冰机的动力驱动进行了设计,以贝茨理论和经典设计理论为基础,对叶轮的总体参数进行了设计和优化,保证叶轮能够在低速流动的水中获取足够的能量,获能的功率能够为发电机提供足够的机械能动力,从而使发电机工作并进行蓄能,驱动压缩机制冷。再选取NACA系列的翼形,优化叶轮参数,借助三维软件Solidworks建立叶轮的三维模型,并通过3D打印技术完成叶轮模型生成。对机械部分进行了设计和优化,对变速箱、主轴、和轴承等进行了强度校核和选型。由于设备在水下运行,所以对密封的要求极为严格,设备壳体连接部分都配有橡胶垫作为静密封,主轴部分通过齿形滑环式密封圈实现了主轴的动密封。同时对主轴部分进行了动平衡仿真,保证了设备在水下平稳的运转。最后本文基于Ansys Fluent软件对叶轮进行数值仿真分析,用ICEM进行前处理,对叶轮进行非结构化网格划分,对比了二叶片、三叶片和四叶片叶轮的水动力特性,证明了三叶片叶轮具有最佳的功率输出。本文初步设计了水力驱动制冰机的核心部件,并对叶轮进行了优化设计,借助有限元仿真技术,确保叶轮能为水力驱动制冰机提供足够的动力,从而能实现低水位的制冰。
【学位授予单位】：哈尔滨商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH69
【图文】：

系统原理图,水轮,制冰机,水能

８．发电机９．变速器１０．主轴１１．叶轮逡逑图２．１系统原理图逡逑图２．］为使用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ２０１６软件建立的水流驱动制冰机的Ｔｔ维示意图；整个装置逡逑将采用吊装的形式，整体布置于水下。通过水轮获取水能，利ｊ｜ｊ发电机和蓄电池的搭配逡逑使用，保证装置能够稳定输出制冷。逡逑整个系统的核心部件为水轮（叶轮），该水轮机可获得低水位势能的江河水、潮流逡逑的水能，Ｒ对水能的捕获转换效率较高。水流驱动制冰机的动力系统包括变速器、主轴逡逑以及轴承等相关附件，动力系统的Ｉ：作过程是通过水轮带动主轴转动，将能量传递给变逡逑７逡逑

蓄电池,发电机,实物,相关参数

２．１．４发电机的选择逡逑本文采用某品牌的直流发电机，该型号发电机采用纯铜机芯，具有体积小、重量轻逡逑和电压稳定等特点。发电机的相关参数如下表２－１所示，图２．２为电机的实物图：逡逑表２－１发电机相关参数逡逑发电机（直流发电机）逡逑额定功率逦２００Ｗ逡逑额定电压逦ＤＣ邋１２Ｖ－２４Ｖ（邋１５００Ｒ／ｍｉｎ－２６００Ｒ／ｍｉｎ）逡逑启动扭矩逦０．２Ｎ．Ｍ逡逑主机净重逦０．５２逡逑工作温度逦－４０°Ｃ至８０°Ｃ逡逑ｊｆｗｔ逡逑图２．２发电机实物图逡逑２．１．５蓄电池的选择逡逑蓄电系统主要由蓄电池及变压器等其它相关线路组成，本试验采用高容量锂电池，逡逑其端子口采用紫铜镀银端子，能保证与其它部件结束良好，并且具有良好的导电性，能逡逑最大限度的降低电量的消耗。主要由丁－本装置将在水下运行，工作环境可能会有由于温逡逑差导致一定的潮湿，因此蓄电池外端附有保护膜，可以避免带来的故障影响［４１１。电池的逡逑相关参数如下表２－２和图２．３所示：逡逑表２－２锂电池相关参数逡逑锂电池逡逑额定电压逦ＤＣ１２Ｖ逡逑额定容量逦ｌ５６００ｍＡｈ逡逑额定充电时间逦４小时逡逑１１逡逑

【参考文献】