偏心盘式竖轴变桨距潮流发电水轮机设计与性能研究

摘要

对可再生能源潮流能的开发和利用可以很好的缓解世界能源危机和减少对生态环境的破坏,因此受到广泛关注和研究。竖轴水轮机作为潮流能的能量转换装置启动方便但难以自启动,不同来流速度下能量捕获效率不高。为了提高竖轴潮流发电水轮机的自启动能力和能量捕获效率,本文设计了一种变桨距水轮机,为提高潮流能水轮机发电效率提供了技术支持。
　　在分析竖轴变桨距水轮机变桨距原理的基础上提出了基于双转块机构的偏心盘式变桨距机构的基本原理方案,并对变桨距机构进行了方案设计和机构自由度分析,完成了水轮机的结构设计并建立了水轮机的Pro/E三维模型;进行了变桨距机构的运动学分析及仿真,验证了偏心盘式变桨距机构设计的合理性。
　　通过分析竖轴变桨距水轮机的叶片受力和运动情况,得到表征其水动力性能的偏角、攻角、能量利用率系数等重要参数表达式,由动量定理求解出横向诱导速度系数,编写了MATLAB程序求解出了诱导速度系数、偏角、能量利用率系数等水动力相关参数,进而完成了“竖轴变桨距潮流发电水轮机水动力分析及模拟”图形用户界面的设计,分析表明变桨距水轮机具有较高的能量捕获效率。
　　研制了偏心盘式竖轴变桨距潮流发电水轮机样机,进行了样机的实验研究,得到了能量利用率系数等实验参数,实验结果表明在不同大小和方向来流速度下水轮机的能量利用率系数都较高,验证了变桨距水轮机较好的自启动性能和较高的能量捕获效率。
　　本文设计的竖轴变桨距水轮机工作连续平稳,自启动性能较好,能量捕获效率较高,并且简单实用价格低廉,适合近海、边远海岛、江河等电力供应不足的地区,具有很大市场潜力和推广前景。

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第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题的研究背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 论文的主要研究内容

第2章 偏心盘式竖轴变桨距水轮机的机构设计

2.1 偏心盘式变桨距机构原理

2.2 偏心盘式变桨距机构方案设计

2.3 偏心盘式变桨距机构自由度分析

2.4 水轮机的机械结构设计

2.5 本章小结

第3章 变桨距机构运动学分析及仿真

3.1 变桨距机构运动学分析

3.2 变桨距机构运动学仿真

3.3 本章小结

第4章 偏心盘式竖轴变桨距水轮机水动力学分析

4.1 水动力性能分析

4.2 水动力数值计算及分析

4.3 基于MATLAB的图形用户界面设计

4.4 本章小结

第5章 偏心盘式竖轴变桨距水轮机样机研制及实验研究

5.1 样机研制

5.2 实验研究

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及取得的科研成果

致谢

附录A 符号定义

附录B 在不同雷诺数时NACA 0018叶片翼型的升力系数和阻力系数实验值

附录C 求解横向诱导速度系数u的MATLAB程序