[发明专利]一种机械式风力提水装置优化方法

说明书

本发明涉及风力提水装置技术领域，具体涉及一种利用风力压缩空气的机械式风力提水装置优化方法。该优化方法是先结构形式确定，再空气压缩机‑隔膜泵匹配性设计，然后风轮‑空气压缩机匹配性设计；最后整机形成匹配，得到整机设计的性能曲线。本发明通过空气压缩机产生压缩空气驱动远程水泵扬水，可实现水泵与风力机分离、用水区域与水源地分离，作业时可将风力机置于风资源较好的地区，将隔膜泵置于水源处，进行提水作业。

技术领域

本发明涉及风力提水装置技术领域，具体涉及一种利用风力压缩空气的机械式风力提水装置优化方法。

背景技术

风能的利用有两种形式：一种是风能转化为机械能，另一种是风能转化为机械能再转化为电能。风力提水机组属于风能直接转化为机械能，具有结构简单、应用灵活、维护方便等优点，提水作业对年平均风速和有效风速时数要求不高，可做到“零存整取，实时灌溉”。

我国地域辽阔，丘陵、山地、草原众多，很多地方存在用水困难，例如在丘陵地带，往往需要用水泵将水提至高位进行农田灌溉。由于需要用电，存在线路架设、电费较高及用电安全方面等问题。基于某些地区风力资源丰富，因而开发出各种利用风能来提水的风力提水装置。

现有的利用风力直接驱动水泵实现提水的形式，需要将风力机置于水源处，同时此种结构扬程较低，当水源与用水区域距离较远或扬程要求较高时，此种结构无法按照要求实现提水作业；现有对风力提水机组设计方法的研究在机械结构的优化上，旨在提高传动机构和风轮的效率；在风轮、气泵、水泵的匹配性上，通过选择合适的风轮、气泵、水泵提高系统工作效率。

发明内容

发明目的：

本发明旨在提出一种利用风力压缩空气的机械式风力提水装置优化方法，以解决现有技术中扬程较低的问题。本发明通过空气压缩机产生压缩空气驱动远程水泵扬水，可实现水泵与风力机分离、用水区域与水源地分离，作业时可将风力机置于风资源较好的地区，将隔膜泵置于水源处，进行提水作业。

技术方案：

一种机械式风力提水装置优化方法，该优化方法包括：

(1)结构形式确定：根据设计参数和设计要求确定总体结构形式；

(2)空气压缩机-隔膜泵匹配性设计：根据总体结构形式，确定隔膜泵参数、空气压缩机的选型，在空气压缩机型号确定后，进行匹配性设计，并验证空气压缩机参数是否满足要求；

(3)风轮-空气压缩机匹配性设计：在空气压缩机参数确定后，根据空气压缩机转速与所需驱动功率之间的关系，确定风轮参数；

(4)整机形成匹配：风轮参数确定之后，根据空气压缩机与风轮的曲线拟合与风速、风轮转速、以及空气压缩机转速与排气压力交叉点追踪确定空气压缩机与风轮的匹配性关系，风轮在额定转速下可正常驱动空压机，并保证空压机排气量与排气压力达到设计要求，则说明空气压缩机与风轮匹配性良好，得到整机设计的性能曲线。

进一步的，设计参数包括要求的扬程与流量、提水装置的应用场地以及水源地与用水区域之间的距离；设计要求包括根据风力机安装场地的风况确定风轮的形式以及相应的叶片数量，根据用水区域以及水源的可靠性确定水泵和气泵的组合形式。

进一步的，根据要求的扬程和流量以及提水装置的应用场地以及水源地与用水区域之间的距离，确定隔膜泵参数，得到隔膜泵的耗气量之后，再确定空气压缩机的选型；匹配性设计需要综合考虑排气量、功率、转速、排气压力，在排气量确定的情况下，流量与扬程之间为负相关，空气压缩机的排气量需大于匹配性设计的排气量，空气压缩机供气量满足隔膜泵提水需求，说明适配性良好，满足设计需求。

进一步的，风轮参数包括风轮与叶片的参数，风轮直径，风轮的额定转速；隔膜泵参数包括隔膜泵空气耗气量和耗气压力。

进一步的，隔膜泵的耗气量乘以1.2的富裕系数是空压机排气量的选型参数；