一种新型半遮蔽式潮流能发电装置设计*

祝俊杰,方 舟,王 乐

(嘉兴南洋职业技术学校,浙江 嘉兴 314000)

一种新型半遮蔽式潮流能发电装置设计*

祝俊杰,方 舟,王 乐

(嘉兴南洋职业技术学校,浙江 嘉兴 314000)

潮流能资源是未来能源的重要补充,特别是在解决海岛的能源供应上意义重大.目前潮流能发电装置的获能效率较低,而垂直轴发电装置的优点在于可以在潮流方向相反时均能进行发电,具有一定的优势.半遮蔽垂直轴潮流能发电装置能有效提高潮流能发电装置的效率及潮流能的利用率,促进潮流能这种新能源的开发利用.

潮流能;半遮蔽;水轮机;发电装置

潮流能是非常有前景的可再生新能源之一,尤其进入能源短缺的21世纪,其发电利用技术一直是各国学者研究的热点.相比于成熟的风力发电技术,潮流能发电有着无可比拟的自然条件优势.我国潮流能蕴藏量极为丰富,但潮流能发电技术的发展却远远落后于发达国家,近年来,国内各科研单位对潮流发电进行了大量有益的探索,但进入工程实用领域的却屈指可数.因此,从经济技术的可行性和可持续发展的角度考虑,开发和利用潮流能发电具有重要的战略意义.本文旨在设计一种新型的半遮蔽潮流能发电装置,通过特殊的导流装置及阵列排列,汇聚水流.对叶轮进行改善,对叶片进行加强筋设计,并加上类似船舶中运用的襟翼舵,能够使水流更好地冲击叶面.同时,设备采用载水舱及桩腿喷冲孔设计,使设备更加人性化,不必花费太大的精力去为设备的移动及清理所烦恼.

图1所示为一种新型的半遮蔽潮流能发电装置.

图1 一种新型的半遮蔽潮流能发电装置

浙江近岸均为强潮区,所在的舟山群岛占我国潮流能量的50%左右,开发潜力较大.按获能装置工作原理的不同,潮流能发电装置可分为水平轴叶轮式、垂直轴叶轮式、振荡式和其他形式等.本文旨在设计一种新型的半遮蔽潮流能发电装置,通过特殊的导流装置及阵列排列汇聚水流.通过对叶轮进行改善,对叶片进行加强筋设计,并加上类似船舶中运用的襟翼舵,能够使水流更好地冲击叶面.

1 装置设计思路

1.1 半遮蔽式导流罩设计

半遮蔽式导流罩外侧为平面,靠近叶轮的内侧由3块面板组成,前后2块面板由前后两端向中部呈流线型逐渐变宽,以起到汇聚水流的作用;中部的面板以半圆弧形凹槽面与前后2块面板相连接.半圆弧形凹槽面使旋转轴一侧的叶轮被遮蔽,另外暴露在外的一半水轮受到汇聚水流的冲击旋转,带动整个水轮旋转发电.图2为导流装置示意图.

图2 导流装置示意图

1.2 襟翼式水轮机叶片设计

船舶襟翼舵原理应用于水轮机,通过改变襟翼偏转角度,可降低不同方向的水流对水轮机的影响,提高水轮机扭转力矩,反向潮流也可以同样有效地发电,提高潮流能利用率.

1.3 压载水舱及桩腿喷冲孔设计

壳体具有水密性,其顶部和底部设计有压载水入口,通过抽出或打入海水控制该发电装置的上浮和下沉,方便装置安装、水面拖带移动和维护桩腿与壳体相连通,内部管系控制桩腿喷冲孔排出高压水流疏散海底泥沙,方便装置拆卸、维修、安装.

1.4 装置阵列式设计

单组装置遮蔽导流壳体的外侧面平直,可以先进行标准化设计制造,然后根据不同水域宽度将多组装置进行横向阵列式对接安装,使潮流能发电实现规模化.

2 总结

普通的垂直轴水轮机有一个不足就在于,潮流流动方向垂直于水轮机轴向的时候,水轮机的叶片转动方向将有一半的时间与来流方向相反,来流反而阻碍水轮机的转动.假设水轮机设计工况为顺时针转动,当水轮机叶片转到左侧时,旋转方向将与潮流流动方向相反,阻碍水轮机的转动,降低其获能效率.而如果采用本项目的装置后,潮流能经过导流装置的作用,其流动方向将发生改变,水流将更多地垂直冲击水轮机叶片,并且不会有水流方向与水轮机叶片旋转方向相反的情况.本装置可以多个并行,一方面便于制造,另一方面相对的2个导流装置会产生互相有利的作用,进一步提升水轮机的获能效率.

潮流能资源是未来能源的重要补充,特别是在解决海岛的能源供应上意义重大.当前潮流能发电装置的获能效率较低,而垂直轴发电装置则具有一定的优势--可以在潮流方向相反时均能进行发电.本设计中的半遮蔽垂直轴潮流能发电装置不仅能够有效提高潮流能发电装置的效率,还能够提高潮流能的利用率,进而促进潮流能这种新能源的开发利用.

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祝俊杰(1995-),船舶工程技术专业,从事船舶与海洋结构物设计制造研究.

〔编辑:刘晓芳〕

TK73

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.124

2095-6835(2017)22-0124-02

浙江省大学生新苗人才计划(编号:2016R472002)