潮流發(fā)電機全向導流罩設計

陳登曜　李維維　劉彭聽

（天津職業(yè)技術師范大學機械工程學院，天津 300222）

潮流發(fā)電機全向導流罩設計

陳登曜李維維劉彭聽

（天津職業(yè)技術師范大學機械工程學院，天津 300222）

為了適應我國海洋潮流低速的特點，設計了一種可以顯著提高捕能效率的新型全向導流罩。為了降低制造成本，全向導流罩設計成對稱式結構。全向導流罩適用于豎軸潮流發(fā)電機，通過罩在水輪機的外圍，可以對任意方向的來流進行導流，顯著提高了水輪機的捕能效率。

潮流能；潮流發(fā)電機；導流罩

1　引言

隨著傳統(tǒng)能源的日益減少和人們環(huán)境保護意識的，新能源的開發(fā)與利用的工作正如火如荼的展開。我國海洋潮流能資源比較豐富，但流速普遍不高［1-4］。為了提高潮流能的捕獲效率，國內外學者已經(jīng)提出了在水輪機外圍加裝導流罩的解決方案［5-6］。本文設計了一種新型的全向導流罩，可以實現(xiàn)低成本、有效提高捕能效率的目的。

2　導流罩設計方案

導流罩是罩在潮流發(fā)電機水輪機外部的導流裝置，根據(jù)流體動力學原理，一般為流線型殼體，能引導潮流流進水輪機，通過提高潮流速度來提高潮流發(fā)電裝置的發(fā)電效率?，F(xiàn)有技術中的導流罩大多固定對著某個方向。如果要調整方向，需要安裝復雜的調向裝置。因此，為了解決現(xiàn)有技術所存在的問題，需要設計一種能夠對各個方向的來流均能進行導流的導流罩。

為了克服現(xiàn)有技術領域存在的問題，本文設計了全向導流罩，解決了結構復雜、安裝復雜等問題。全向由導流罩框架、上蓋板、下蓋板和四個導流片拼接組成。

全向導流罩框架由等長度的角鐵焊接而成，構成正方體的框架，并在表面涂防銹漆。四個導流片的形狀相同且為圓弧狀周向對稱分布，并在表面涂有防銹漆。四個導流片的根部平行固定安裝在導流罩框架的四根豎梁上。上蓋板、下蓋板形狀相同且上下對稱安裝，可由不銹鋼板板沖壓而成，并在表面涂有防銹漆。上蓋板、下蓋板的四周邊分別和導流罩框架的上、下四根橫梁固定在一起。全向導流罩框架、上蓋板、下蓋板和四個導流片之間的聯(lián)接方式采用鉚接或者焊接固定。

全向導流罩的設計方案如圖1～圖7所示。圖中標注：1-全向導流罩框架；2-導流片；3-上蓋板；4-下蓋板。全向導流罩框架采用等長度的角鐵焊接而成，構成正方體的框架，并在表面涂有防銹漆。四個導流片的形狀相同且為圓弧狀周向對稱分布，可以采用不銹鋼板沖壓而成，并在表面涂防銹漆，也可以采用工程塑料或者有機玻璃。四個導流片的根部平行固定安裝在導流罩框架的四根豎梁上。上蓋板、下蓋板形狀相同且上下對稱安裝，可由不銹鋼板沖壓而成，并在表面涂有防銹漆，也可以采用工程塑料或者有機玻璃。上蓋板、下蓋板的四周邊分別和導流罩框架的上、下四根橫梁焊接或者鉚接固定在一起。導流罩框架、上蓋板、下蓋板和四個導流片之間的聯(lián)接方式采用焊接或者鉚接固定。由于海水腐蝕性較大，在實際工作環(huán)境中，每一個部位都應該涂上防銹漆，同時也能夠防止海洋生物的附著。

圖1　全向導流罩主視圖

圖2　全向導流罩俯視圖

圖3　全向導流罩剖視圖

圖4　全向導流罩剖視圖

圖5　全向導流罩框架的結構圖

圖6　全向導流罩四個導流片結構圖

圖7　全向導流罩上蓋板和下蓋板結構圖

3　結論

本文設計的全向導流罩，設計合理、結構簡單，全方位導流，導流面積大，可以采用角鐵和不銹鋼板制作完成，極大地降低了制造成本、安裝成本和維護成本，便于市場化推廣。

［1］ 陳金瑞.膠州灣潮流發(fā)電高分辨率模擬數(shù)值研究［J］.中國海洋大學學報，2011（2）：153-156.

［2］ 姜勁.基于遺傳算法的豎軸變攻角潮流能水輪機性能優(yōu)化研究［J］.哈爾濱工程大學學報，2010（4）：121-127.

［3］ 呂新剛.海洋潮流能資源的數(shù)值估算［J］.太陽能學報，2010（6）：8-41.

［4］ 李志川，張學偉.垂直軸潮流能水輪機研究與利用現(xiàn)狀［J］.應用能源技術，2011（11）：43-49.

［5］ 荊豐梅，張亮，張鵬遠，等.潮流能發(fā)電增速導流罩研究［J］.哈爾濱工程大學學報，2012，33（4）：409-413.

［6］ 劉羽，陳正壽，趙陳，等.潮流能水輪機導流罩的水動力性能研究［J］.浙江海洋學院學報（自然科學版），2014，33（3）：199-208.

Design of full guide diffuser for tidal current generator

In order to adapt to the characteristics of the low speed of the tidal current， a new type of full guide diffuser which can significantly improve the efficiency of energy harvesting is designed. In order to reduce the manufacturing cost， the full guide diffuser is designed to be symmetrical structure. The full guide diffuser is applied to the vertical axis tidal current generator， which can be used to guide the flow of any direction from the outside of the turbine， which can significantly improve the efficiency of the energy harvesting efficiency of the turbine.

Tidal current energy； tidal current generator； guide diffuser

KT730

B

1008-1151（2016）03-0047-02

2016-02-11

2015年地方高校國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目“鱗狀潮流發(fā)電機設計”（201510066023）。

陳登曜（1993-），男，浙江樂清人，天津職業(yè)技術師范大學機械工程學院學生，研究方向為機械維修及檢測技術教育。