本發(fā)明屬于潮流能試驗(yàn)研究領(lǐng)域，尤其涉及一種針對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)的水槽。

背景技術(shù)：

海洋能作為一種清潔、可再生的能源，不僅資源豐富，而且對(duì)環(huán)境的影響甚微，不會(huì)產(chǎn)生三廢污染，對(duì)緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染具有重要意義。

潮流能試驗(yàn)研究多應(yīng)用循環(huán)水槽，傳統(tǒng)循環(huán)水槽多利用水泵作為動(dòng)力系統(tǒng)，并且然而利用水泵作為循環(huán)水槽的推進(jìn)系統(tǒng)有許多弊端。首先，水泵消耗能源高，效率低，使試驗(yàn)成本偏高；而且水泵抽排水速度調(diào)節(jié)不靈活，降低了水槽的適用性；水泵水流不易控制，水流流態(tài)容易紊亂，影響潮流能試驗(yàn)研究的結(jié)果。豎直型循環(huán)水槽循環(huán)過程中有水流動(dòng)能和勢能之間的轉(zhuǎn)化，也不易產(chǎn)生平穩(wěn)的水流。由此可見，循環(huán)水槽有待于進(jìn)一步改進(jìn)和提高。并且目前國內(nèi)外尚未有循環(huán)水槽與潮流能試驗(yàn)結(jié)合，簡化操作過程的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種針對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)的水槽，該水槽占據(jù)空間小、安裝簡便、運(yùn)行成本小，能夠提供比較穩(wěn)定的水流，并且和潮流能水輪機(jī)試驗(yàn)相結(jié)合，簡化了實(shí)驗(yàn)過程，更容易得到準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種針對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)的水槽，包括水流區(qū)、試驗(yàn)區(qū)和動(dòng)力系統(tǒng)；所述水流區(qū)由引流段、3組導(dǎo)流段、第一收縮段和第二收縮段構(gòu)成；所述引流區(qū)一端依次通過導(dǎo)流段和第一收縮段與所述試驗(yàn)區(qū)連接；其另一端依次通過動(dòng)力系統(tǒng)、第二收縮段和導(dǎo)流段與所述試驗(yàn)區(qū)連接。

所述動(dòng)力系統(tǒng)主要由具有密封殼的發(fā)動(dòng)機(jī)和伸入所述引流段的螺旋槳構(gòu)成；所述發(fā)動(dòng)機(jī)依次通過帶隔水套的輸出軸和轉(zhuǎn)軸與所述螺旋槳連接，所述輸出軸與所述轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置有橡膠墊。

試驗(yàn)區(qū)包括兩條平行的滑軌和連桿；所述連桿兩端通過螺栓與所述滑軌連接，所述連桿上設(shè)置有滑板。

所述第一收縮段為倒梯形結(jié)構(gòu)。

所述第二收縮段為弧形彎道結(jié)構(gòu)。

所述導(dǎo)流段上設(shè)置有內(nèi)密外疏成等差數(shù)列分布的導(dǎo)流片。

所述試驗(yàn)區(qū)側(cè)面采用明亮玻璃與鋼架粘合而成。

所述螺旋槳由3～6個(gè)葉片構(gòu)成。

本發(fā)明有益效果：

第一，本發(fā)明通過將水槽循環(huán)水平放置，節(jié)省空間；克服現(xiàn)有技術(shù)中需要將水泵放到高處的技術(shù)問題。

第二，本發(fā)明通過螺旋槳代替水泵，降低了運(yùn)行成本；水流平穩(wěn)，相比于豎直型循環(huán)水槽，不需要水動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化，通過螺旋槳的動(dòng)力能夠得到連續(xù)不斷更加平穩(wěn)的水流。同時(shí)，水槽與潮流能水輪機(jī)試驗(yàn)相結(jié)合，簡化試驗(yàn)步驟，能夠模擬多種情況，通過數(shù)據(jù)采集直接得到水輪機(jī)的工作效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種針對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)的水槽結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一種針對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)的水槽中試驗(yàn)區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明一種針對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)的水槽中動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記

1--水流區(qū) 2—試驗(yàn)區(qū) 3—?jiǎng)恿ο到y(tǒng) 11—引流段 13—第一說收縮段

14—第二收縮段 21—滑軌 22—連桿 23—滑板 24--螺栓31—發(fā)動(dòng)機(jī)

32—螺旋槳 33—輸出軸 35—橡膠墊 36—底座(121,122,123)---導(dǎo)流段

141—無水艙 142—彎道壁 331—隔水套

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)地說明：

如圖1所示，本發(fā)明提供一種針對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)的水槽，包括水流區(qū)1、試驗(yàn)區(qū)2和動(dòng)力系統(tǒng)3；所述水流區(qū)1由引流段11、3組導(dǎo)流段(121,122,123)、第一收縮段13和第二收縮段14構(gòu)成；所述引流區(qū)11一端依次通過導(dǎo)流段(121,122)和第一收縮段13與所述試驗(yàn)區(qū)2連接；其另一端依次通過動(dòng)力系統(tǒng)3、第二收縮段14和導(dǎo)流段123與所述試驗(yàn)區(qū)2連接。所述第一收縮段13為倒梯形結(jié)構(gòu)。所述第二收縮段14為弧形彎道結(jié)構(gòu)。所述導(dǎo)流段(121,122,123)上設(shè)置有內(nèi)密外疏成等差數(shù)列分布的導(dǎo)流片12a。(請(qǐng)對(duì)等差數(shù)列進(jìn)行說明)在水流區(qū)中3組導(dǎo)流段(121,122,123)。從圖1中所示，即水槽中的第一拐角處設(shè)置導(dǎo)流段121，所述導(dǎo)流段121一端與所述引流段11連接，其另一端與設(shè)置在第二個(gè)拐角處的導(dǎo)流段122連接；所述導(dǎo)流段122一端還連接第一收縮段13，所述收縮段13與試驗(yàn)區(qū)2相接；所述試驗(yàn)區(qū)2的另一端還與設(shè)置在水槽的第三個(gè)拐角處的導(dǎo)流段123連接，導(dǎo)流段123的另一端與所述第二收縮段14相接；所述第二收縮段14外部設(shè)置有無水艙141，無水艙141中固定有動(dòng)力系統(tǒng)3。

如圖2所示，試驗(yàn)區(qū)2包括兩條平行的滑軌21和連桿22；所述連桿22兩端通過螺栓24與所述滑軌21連接，所述連桿22上設(shè)置有滑板23。所述試驗(yàn)區(qū)2側(cè)面采用明亮玻璃與鋼架粘合而成。所述連桿22數(shù)量根據(jù)實(shí)際對(duì)水輪機(jī)測試數(shù)量進(jìn)行分布。通常情況下，連桿22設(shè)置有3～5根。實(shí)際中，試驗(yàn)區(qū)2主要是對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行測試的區(qū)域，試驗(yàn)區(qū)2可以通過鎖緊螺栓24將水輪機(jī)固定在滑板23上，滑板23可以在連桿22上自由移動(dòng)，根據(jù)水輪機(jī)測試要求，可以通過對(duì)滑板23的位置調(diào)整進(jìn)行模擬不同的實(shí)際情況來進(jìn)行試驗(yàn)。例如，當(dāng)需要測試多個(gè)水輪機(jī)在一條直線上或不在同一直線等情況時(shí)，試驗(yàn)中，需要測得水輪機(jī)的工作效率，根據(jù)公式(1)可計(jì)算水輪機(jī)工作效率Cp。公式(1)的參數(shù)扭矩(T)、來轉(zhuǎn)速(ω)、流速度(V)可以通過固定在滑板23上的扭矩儀、轉(zhuǎn)速儀、流速儀分別測出；葉片掃掠面積(A)可以通過水輪機(jī)的高度、直徑計(jì)算；流體密度(ρ)為1000kg/m³。

本發(fā)明通過水平式循環(huán)水槽，制造穩(wěn)定的來流流速，帶動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，水輪機(jī)的工作效率Cp，根據(jù)公式(1)計(jì)算水輪機(jī)工作效率Cp，

$C_p=\frac{T\mathrm{\ω}}{\frac{1}{2}{\mathrm{\ρAV}}^3}---\left(1\right)$

其中Cp為水輪機(jī)工作效率；ρ是流體密度，單位是kg/m³；A是掃掠面積，單位是m²；V是來流速度，單位是m/s；T是扭矩，單位是Nm；ω是轉(zhuǎn)速，單位是rad/s。我們可以通過固定在滑塊上的扭矩儀測出T、流速儀測出V、轉(zhuǎn)速儀測出ω，即可通過公式(1)求得水輪機(jī)工作效率。

如圖3所示，所述動(dòng)力系統(tǒng)3主要由具有密封殼311的發(fā)動(dòng)機(jī)31和伸入所述引流段11的螺旋槳32構(gòu)成；所述發(fā)動(dòng)機(jī)31依次通過帶隔水套331的輸出軸33和轉(zhuǎn)軸34與所述螺旋槳32連接，所述輸出軸33與所述轉(zhuǎn)軸34之間設(shè)置有橡膠墊35。從圖1中所示，所述轉(zhuǎn)軸34需要穿過第二收縮段14的彎道壁142，轉(zhuǎn)軸34與彎道壁142之間為水密封連接。螺旋槳32由3～6個(gè)葉片構(gòu)成。動(dòng)力系統(tǒng)3工作過程：發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，螺旋槳32高速旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)水流運(yùn)動(dòng)，使水流能夠在水槽中循環(huán)流動(dòng)。5片的螺旋槳32能產(chǎn)生強(qiáng)大的推動(dòng)力，幫助水流進(jìn)行加速。所述密封殼311底部設(shè)置有底座36。

上述實(shí)例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、材料、連接方式都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)該排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。