叶片姿势可变潮流能水轮机水动力性能实验研究

发布时间：2020-07-10 19:41

【摘要】：潮流能水轮机是潮流能发电的核心装置,传统结构形式的垂直轴水轮机存在着自启动性能差、获能效率低等问题。为解决、改善以上问题,有学者发明了一种新结构形式的潮流能发电装置——叶片姿势可变潮流能水轮机。本文将采用模型实验的方法对该结构形式的水轮机进行研究。本文以叶片姿势可变潮流能水轮机水动力性能为研究重点,分析了水轮机结构特点和工作特性,设计搭建了水动力性能实验平台,进行了叶片姿势可变潮流能水轮机水动力性能实验研究,实验结果验证了该种结构形式水轮机的可行性和优越性。本文主要研究工作如下:(1)对叶片姿势可变潮流能水轮机的结构和工作原理进行了分析,理论研究了叶片姿势可变潮流能水轮机自启动性、获能性能、扭矩输出规律等水动力性能。初步探讨了相关参数对水动力性能的影响。(2)设计了叶片姿势可变潮流能水轮机实验样机,并基于循环水槽搭建了水轮机水动力性能实验平台。实验样机整体结构采用水轮机转子和测量控制系统平行的方式进行布置,充分利用了水下空间,并解决了水下密封问题。实验样机加工装配后,进行了样机调试,实验样机运行良好,满足实验要求。(3)开展了叶片姿势可变潮流能水轮机水动力性能实验研究。实验结果表明,叶片姿势可变潮流能水轮机启动流速低,启动扭矩大,自启动性能良好;水轮机转子具有独特的扭矩输出规律和叶片运动规律;导流罩聚能效果明显,不仅提高了水轮机的获能效率,还改变了反向流状态下转子扭矩输出规律和叶片运动规律;实验样机最佳流量系数约0.4,获能系数为0.28-0.35。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV136.1
【图文】：

水轮机,转子

图邋１－２邋Ｓａｖｏｎｉｕｓ邋转子逡逑瑞典Ｓｅａ邋Ｐｏｗｅｒ邋ＩｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌＡＢ公司根据Ｓａｖｏｎｉｕｓ转子研制^u发了邋ＥＸＩＭ水逡逑轮机，如图１－３所示。ＥＸＩＭ转子截面为Ｓ型，采用多级转子串联的方式，改善逡逑了自启动性能受转子位子影响较大和运行中扭矩波动较大的问题。２００３年在逡逑Ｓｈｅｔｌａｎｄ附近海域完成了邋ＥＸＩＭ水轮机的性能测试，结果表明，在２ｍ／ｓ的＾逡逑下其功率达到２ｋＷ［９］。逡逑Ｄｋ？ｃｔ＾Ａ逦１邋Ｊ逡逑ｚ＾ＮｌV/丨一－逡逑＇：＞）逦Ｌ．逡逑图１－３邋ＥＸＩＭ水轮机逡逑印度理工学院为解决Ｓａｖｏｎｉｕｓ转子运行过程中扭矩波动较大的问题，将逡逑Ｓａｖｏｎｉｕｓ转子叶片改成螺旋形叶片，如图１－４所示。实验结果表明，螺旋式逡逑Ｓａｖｏｎｉｕｓ转子在任意转角位置均能启动，输出扭矩较平稳，最大获能效率可达逡逑２０％［丨０］。逡逑３逡逑

转子,水轮机,获能,偏角

图邋１－５邋Ｄａｖｉｓ邋Ｈｙｄｒｏ邋水轮机逡逑为改善固定偏角式水轮机启动性能差、获能效率低的问题，意大利ＩＮＳＥＡＮ逡逑研究所和ＰｏｎｔｅｄｉＡｒｃｈｍｉｍｉｍｅｄｅＳ．ｐ．Ａ公司合作设计了邋Ｋｏｂｏｌｄ水轮机，如图１－６逡逑所示。Ｋｏｂｏｌｄ水轮机运转过程中叶片在一定的范围内可以调节其偏角，从而改逡逑善自启动性能，提高获能效率。Ｋｏｂｏｌｄ水轮机是世界上第一个接入电网的垂直逡逑轴潮流能发电装置，发电设备的总体效率可达２５％［１２，１３］。逡逑４逡逑

水轮机运转,水轮机,轴向力,美国

煖碰逡逑图ｌ－６Ｋｏｂｏｌｄ水轮机逡逑１９９８年美国Ｇｏｒｌｏｖ邋Ｈｅｌｉｃａｌ公司推出了邋ＧＨＴ水轮机，如图１－７所示。该水轮逡逑机叶片为螺旋形并有一定的扭转角，在运转中可以充分利用水流对其产生的阻力逡逑和升力，ＧＨＴ水轮机自启动性能好，运行比较平稳，其缺点是叶片旋向单一，逡逑运行过程中产生较大的轴向力［１４’１５］。逡逑ｒｊｎｒ邋＾逡逑图１－７邋ＧＨＴ水轮机逡逑为改善ＧＨＴ水轮机运转过程中产生较大轴向力的问题，美国Ｏｃｅａｎ逡逑Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ邋Ｐｏｗｅｒ公司研制了邋ＯＣＧｅｎ［ｌ６Ｖ＿Ｒ轮机，如图１－８所小？。该水轮机将旋向逡逑相反的两个转子同轴布置，从而确保了转子轴向受力平衡。逡逑５逡逑

【参考文献】