[发明专利]一种模拟半潜式潮流能水轮机的实验装置

说明书

本发明公开了一种模拟半潜式潮流能水轮机的实验装置，包括控制箱、浮式平台和水轮机，控制箱设于浮式平台上方，与浮式平台通过中心轴固定连接；所述浮式平台通过锚链连接水底；所述水轮机设于浮式平台下方，包括竖直方向的叶轮主轴，叶轮主轴转动安装于中心轴内部，其下端伸出中心轴；所述控制箱内固定设有转速调节装置和加速度感应装置，转速调节装置与叶轮主轴相连接，叶轮主轴连接有扭矩仪。本发明通过浮式平台为水轮机提供浮力，通过系泊系统限定水轮机的最大位移；运行过程中利用转速调节装置主动控制叶轮转速，可以定量研究水轮机的六自由度运动变化，以及水轮机旋转速度对流场或水轮机性能的影响。

技术领域

本发明涉及一种水轮机实验装置，尤其涉及一种模拟半潜式潮流能水轮机的实验装置。

背景技术

潮流能作为最有开发前景的可再生能源之一，具有清洁、密度高和可预测性强等优点。合理开发利用潮流能对于缓解全球能源危机和改善环境污染问题具有重大意义。目前，潮流能水轮机发电装置主要有坐底式潮流能水轮机和漂浮式潮流能水轮机。坐底式潮流能水轮机安装在海底，维护以及安装成本较高；而漂浮式潮流能水轮机即半潜式潮流能水轮机安装在水面，可提取到高流速的表面层流，能源捕获率高，且安装和维护成本较低。在实际运用中，因为受到波浪和潮流变化的影响，漂浮式潮流能水轮机会发生摇摆，从而影响水轮机后方的尾流场形成及其能源提取性能。

目前，对于漂浮式潮流能水轮机的实验当前较少，且多为限制运动，如专利号为CN114183290A的发明专利所公开的一种面向漂浮式水平轴水轮机的实验装置，该实验装置的旋转机构具有两种安装状态，分别带动水轮机组做纵向和横向往复摇摆运动，水轮机在水槽实验下按频率固定摆动，无法更大程度上的还原实际海况下六自由度位移带来的水轮机尾流场或者能源提取性能的影响。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供了一种可控制水轮机转速、可六自由度响应的模拟半潜式潮流能水轮机的实验装置。

技术方案：本发明所述的一种模拟半潜式潮流能水轮机的实验装置，包括控制箱、浮式平台和水轮机，控制箱设于浮式平台上方，与浮式平台通过中心轴固定连接；所述浮式平台通过锚链连接水底；所述水轮机设于浮式平台下方，包括竖直方向的叶轮主轴，叶轮主轴转动安装于中心轴内部，其下端伸出中心轴；所述控制箱内固定设有转速调节装置和加速度感应装置，转速调节装置与叶轮主轴相连接，叶轮主轴连接有扭矩仪。

优选地，所述转速调节装置包括控制电机和齿轮传动机构，叶轮主轴通过齿轮传动机构连接所述扭矩仪。

优选地，所述齿轮传动机构包括换向齿轮箱、变速齿轮箱和联轴器，所述控制电机输出端与变速齿轮箱连接，变速齿轮箱的输出端通过联轴器连接换向齿轮箱，换向齿轮箱的纵向输出端通过联轴器连接所述叶轮主轴，换向齿轮箱的水平输出端连接所述扭矩仪。

优选地，所述换向齿轮箱包括三组伞型齿轮，其中两组相对地水平放置，分别通过联轴器连接变速齿轮箱和扭矩仪，一组竖直放置在另外两组之间，其输出端伸入中心轴内通过联轴器连接叶轮主轴。

优选地，所述浮式平台包括三组浮筒，浮筒之间通过两组支撑杆两两相连；所述支撑杆上固定设有指向浮式平台中心轴的固定杆；所述中心轴对应位置设有两排与固定杆相配合的固定孔。

优选地，所述浮筒底部设有压舱板，压舱板可以提高浮式平台的稳定性，所述压舱板底部设有锚链连接点，通过锚链连接点与水底连接，限定整体结构位移。

优选地，所述浮筒顶部设有用于装填压载物的装载孔，通过装载孔放入压载物可以调节浮力以及稳定浮式浮台。

优选地，所述水轮机包括叶片和叶片连接杆，叶片通过至少两组叶片连接杆竖直安装在叶片主轴下端部。所述叶片设有四组，均匀安装在叶片主轴下端部。

优选地，所述中心轴和叶片主轴通过轴承转动连接。