[发明专利]一种带有换向机构的潮流能水轮机实验装置及实验方法

说明书

本发明公开了一种带有换向机构的潮流能水轮机实验装置及实验方法，包括安装在实验水槽中支柱和主体结构，主体结构转动设置在支柱顶部，机舱壳体的一侧设置有主机翼、另一侧设置有副机翼、尾部设有尾舵，其中主机翼与机舱壳体铰接；副机翼及尾舵与机舱壳体固定连接。本申请中，通过设置主副机翼和尾舵，将主体结构转动设置在支柱顶部，改变来流的方向，主机翼受到来流冲击后相对机舱壳体转动一定角度而打开，主体结构左右两侧受力不平衡，导致整个主体结构绕支柱发生转动，来流继而冲击主机翼和尾舵，实现水轮机换向。通过该装置对潮流能水轮机进行模型实验，为以后潮流能水轮机的换向研究提供帮助，更为潮流能水轮机的广泛应用打下实验基础。

技术领域

本发明属于流体机械技术领域，具体涉及一种带有换向机构的潮流能水轮机实验装置及实验方法。

背景技术

潮流能作为海洋能的一种，蕴藏量大，通过将水轮机设置在海洋中，水轮机在潮流的冲击作用下叶轮高速旋转，再通过传动机构带动发电机发电，最终实现潮流能的动能向电能的转化。水平轴式潮流能水轮机因其安装维修简单、技术相对成熟、效率高的特点，在潮流能开发利用中被广泛采用。

现有的水平轴式潮流能水轮机不具有换向功能，只能在固定的来流方向下才能工作，在潮涨潮落的过程中，某个区域中的海水的流动方向往往会发生变化，这样导致水轮机的效率低下。因此有必要对潮流能水轮机进行改进，增加换向装置进行模型实验，为潮流能水轮机的研究和广泛应用打下实验基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有换向机构的潮流能水轮机实验装置及实验方法，解决现有技术中潮流能水轮机不能随潮流变化而自动换向的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现：

一种带有换向机构的潮流能水轮机实验装置，包括安装在实验水槽中支柱和主体结构，所述支柱竖直设置，主体结构转动设置在支柱顶部，

所述主体结构包括轮毂和机舱壳体；机舱壳体中沿其长度方向通过轴承转动设置有转轴，转轴的前端伸出机舱壳体与轮毂固定连接，轮毂上设置有至少三个叶片；

所述机舱壳体的一侧设置有主机翼，另一侧设置有副机翼；其中主机翼与机舱壳体铰接；副机翼与机舱壳体固定连接。

本申请中，通过在设置机舱壳体两侧设置主机翼和副机翼，同时将主体结构转动设置在支柱顶部，改变来流的方向，主机翼受到来流冲击后相对机舱壳体转动一定角度而打开，继而冲击主机翼，主体结构左右两侧受力不平衡，导致整个主体结构绕支柱发生转动，和尾舵，实现水轮机换向。通过该装置对潮流能水轮机进行模型实验，为以后潮流能水轮机的换向研究提供帮助，更为潮流能水轮机的广泛应用打下实验基础。

进一步优化，所述机舱壳体与支柱之间通过推力轴承转动连接。

进一步优化，所述机翼与机舱壳体铰接处设置有限位挡板，主机翼能够在0°～90°的范围内转动。通过设置限位挡板，防止主机翼受来流冲击后相对机舱壳体转动180°后与机舱壳体切合。

进一步优化，所述主机翼包括第一弧形板和第二弧形板，第一弧形板为圆筒状管道侧壁的一部分，第二弧形板为圆台状管道侧壁的一部分；第一弧形板的一端与机舱壳体铰接，另一端和第二弧形板固定连接，第二弧形板与第一弧形板倾斜设置，且第一弧形板所在圆筒与第二弧形板所在圆台的中心线相重合。

通过将主机翼设计成弧形板，为了增加来流冲击面积，便于打开主机翼。

所述机舱壳体为外部轮廓呈圆柱状，主机翼闭合时，第一弧形板与机舱壳体外壁相切合，此时第二弧形板所在圆台的母线与机舱中心线夹角α在15°～75°之间。

通过倾斜设置第二弧形板，增大来流冲击面积，便于打开主机翼。

所述主机翼和副机翼的形状相同，副机翼的第一弧形板与机舱壳体外壁相切合。