本發明涉及海浪發電領域。具體地說是一種葉輪直驅式潮流發電實驗裝置。

背景技術：

海洋的波浪能發電是一種重要的新能源。海洋波浪能發電主要有潮汐發電、波浪發電、溫差發電和鹽差發電。目前應用前景最好的是潮汐發電，波浪發電次之。潮汐發電包括月球引力引起的潮流發電和風吹水面引起的潮流發電。海上的潮流和波浪的能量密度比風能密度高很多。因此，海浪發電是當今世界新能源發展的新趨勢，其中潮流發電有著廣闊的應用前景。在潮流發電方面，國內外已有多種發電裝置。在各種潮流發電裝置中，葉輪直驅式潮流發電裝置具有結構緊湊，效率高，成本低的優勢。在研究其葉輪的優化設計，潮流能轉換效率，潮流發電機效率，及發電機能量處理方面，在葉輪直驅式潮流發電的前期研究中海上測試存在許多困難。因此，本發明提出的葉輪直驅式潮流發電實驗裝置，對于開發潮流發電具有十分重要的意義。

技術實現要素：

為此，本發明提出一種葉輪直驅式潮流發電實驗裝置，這種裝置至少能在較大部分上解決或者緩解潮流發電測試技術中存在的問題。

本發明采用的技術方案如下：

一種葉輪直驅式潮流發電實驗裝置，包括：驅動系統、機械系統、計算機控制系統。變頻器、電動機、減速機、雙向葉輪泵、導流筒、聯接法蘭、透明有機玻璃導流筒，引線密封件、葉輪直驅式發電機組。計算機控制系統主要包含PC機、單片機控制部分、流速傳感器。PC機與單片機之間有通信連接。單片機控制變頻器的輸出頻率和轉向，變頻器控制電動機的轉速和轉向，電動機驅動雙向葉輪泵，葉輪泵驅動水流在水管中流動，水流驅動發電機發電。

所述的驅動系統，單片機根據計算機計算數據，給出變頻器的頻率和轉向信號，變頻器控制電動機的轉速和轉向，電動機驅動雙向葉輪泵轉動，葉輪驅動水流在水管中流動，水流驅動發電機發電。

所述的機械系統，由雙向葉輪泵、導流筒、透明有機玻璃導流筒、彎筒、聯接法蘭構成的一種水流閉合回路。透明有機玻璃導流筒內安裝雙向葉輪和發電機組。透明有機玻璃導流筒外壁安裝三個引線密封件。

所述的計算機控制系統，包括PC機、單片機、流速傳感器。PC機與單片機之間有通信連接，單片機與變頻器之間有通信連接，單片機與流速傳感器之間電連接。

本發明技術方案具有以下優點：

所述的葉輪直驅式潮流發電實驗裝置是一種由計算機控制的，通過變頻器控制電動機，電動機帶動雙向葉輪泵，在水管構成的閉合回路中產生期望的水流。水流速度和方向均可以被控制。實現了模擬不同潮流對應的水流。為潮流發電機的研究提供了必要的實驗手段。葉輪直驅式潮流發電實驗裝置結構緊湊，占地空間小，使用方便，成本降低。

附圖說明

為了使本發明的內容更容易、更清楚地被理解，下面根據本發明的具體實施例并結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中

圖1為本發明實施例中，葉輪直驅式潮流發電實驗裝置的結構示意圖；

圖2為本發明實施例中，雙向葉輪泵的外形示意圖；

圖3為本發明實施例中，雙向葉輪泵的內部結構示意圖；

圖4為本發明實施例中，引線密封件示意圖；

圖5為本發明實施例中，控制系統結構示意圖。

圖1中附圖標記表示為：1-電動機和減速機(即減速機電機)，2-雙向葉輪泵，3-聯接法蘭，4-導流筒，5-透明有機玻璃導流筒，6-葉輪直驅式發電機，7-引線密封件，8-流速傳感器。9-彎管。圖1主要說明由雙向葉輪泵、聯接法蘭、導流筒、彎管和透明有機玻璃導流筒構成的水流閉合回路。

圖2中附圖標記表示為：1-電動機和減速機，2-雙向葉輪泵。圖2主要說明雙向葉輪泵外形。

圖3中附圖標記表示為：1-減速機電機，10-柔性聯軸器，11-軸承，12-軸承座，13-機封壓蓋，14-機械密封件，15-軸，16-泵體，17-雙向葉輪，18-水中軸承，19-水中軸套，20-鎖緊螺栓。圖3主要說明雙向葉輪泵的結構及其密封。

圖4中附圖標記表示為：21-發電機出線孔，22-密封圓弧面。引線密封件的下端面是一個圓弧面，圓弧面的直徑與導流筒外徑相同。引線密封件中間有一個圓孔，孔徑略大于發電機引出線的外徑。引線密封件用膠粘在透明有機玻璃導流筒外側，發電機引出線從引線密封件中間圓孔引出，再將圓孔內灌滿密封膠。流速傳感器的支桿也是利用同樣的方法密封。

圖5中附圖標記表示為，23-PC機，24-變頻器，25-單片機，26-流速傳感器，27-減速機電機，28-雙向葉輪泵，29-導流筒及發電機。圖5主要說明計算機控制系統的結構及連接關系。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的技術實施方案進行清楚、完整地描述。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系是基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“聯接”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

如圖1所示，本發明提供一種葉輪直驅式潮流發電實驗裝置，包括：電動機，減速機，雙向葉輪泵，聯接法蘭，導流筒，彎管，透明有機玻璃導流筒，葉輪直驅式發電機，引線密封件，流速傳感器。由此構成水流閉合回路。

如圖5所示，本發明提供一種葉輪直驅式潮流發電實驗裝置的計算機控制系統，包括：PC機，變頻器，單片機，流速傳感器。由此構成葉輪直驅式潮流發電實驗裝置的閉環控制系統。

按照上述結構和連接方式，可實現水流的計算機閉環控制。

首先，根據波浪能參數，計算水流速度參數。

根據波浪能量譜理論，波浪能可表示為

式中，W_h--波浪能(kW/m)；

H_1/3--有效波高(m)；

T_1/3--有效波周期(s)。

導流筒內水流動能W_v為

W_v＝1/2×mv² (2)

式中，m為水質量，v為水流速度。根據導流筒的幾何尺寸，及質量和流量的關系，可換算出水流動能為

W_v＝kv³ (3)

式中，k為系數，v為水流速度。將公式(2)和(3)聯立，可得

式中，k_g為總體系數。

由上式，即可計算出水流速度。再把計算數據送給單片機。由單片機控制變頻器的輸出頻率，變頻器驅動電動機，電動機帶動雙向葉輪泵，產生期望的水流。導流筒中流速傳感器將流速信號反饋給單片機。單片機將反饋信號與給定信號比較，再調節變頻器的頻率，從而使流速函數接近給定值。

潮流的方向和大小是周期變化的。計算機控制系統通過變頻器來控制電動機的轉向和轉速做周期變化。水泵是雙向葉輪泵，水泵正轉，水流朝一個方向流動；水泵反轉，水流朝反方向流動。利用變頻器調節水泵轉速，就是調節水流速度。從而實現了模擬不同海浪對應的水流。水流推動發電機組的葉輪旋轉，帶動兩邊的發電機發電。

在研究潮流發電過程中，海上試驗成本高，發電機測試難度大。本發明為研究潮流發電中葉輪優化設計、葉輪的能量轉換效率、潮流發電機效率，以及發電機能量處理，提供了必要的實驗條件。為葉輪直驅式潮流發電的海上試驗奠定了基礎。