專利名稱：垂直循環(huán)水流試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及水流試驗(yàn)裝置，特別是涉及一種采用旋槳驅(qū)動水流垂直循環(huán)的試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
在海洋開發(fā)過程中，海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)、海洋能開發(fā)利用技術(shù)等高新技術(shù)的研究和發(fā)展是促進(jìn)海洋可持續(xù)開發(fā)利用的重要環(huán)節(jié)。然而，海洋環(huán)境是多變和復(fù)雜的，海流、風(fēng)、波浪等要素直接作用于海洋環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備與海洋能發(fā)電裝置之上，影響設(shè)備的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。因此，在海洋環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備和海洋能發(fā)電裝置研制過程中，室內(nèi)模擬試驗(yàn)是重要的研究手段之一，通過室內(nèi)海洋環(huán)境試驗(yàn)裝置可再現(xiàn)海洋環(huán)境，檢驗(yàn)海洋監(jiān)測儀器設(shè)備和海洋能發(fā)電裝置的技術(shù)指標(biāo)和環(huán)境適應(yīng)性，為海洋環(huán)境監(jiān)測和海洋能開發(fā)利用技術(shù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)海洋高新科技研發(fā)成果的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。海流是重要的海洋動力環(huán)境要素，模擬海流環(huán)境的水流試驗(yàn)水槽成為主要的室內(nèi)海洋環(huán)境試驗(yàn)裝置。目前，水流試驗(yàn)水槽主要形成水平循環(huán)水流，包括兩種工作方式，水泵驅(qū)動或旋槳驅(qū)動。在高流速、大流量工況下，水泵驅(qū)動方式消耗電機(jī)功率巨大，增加試驗(yàn)成本。電機(jī)帶動旋槳驅(qū)動的水平循環(huán)水流方式，試驗(yàn)設(shè)施占地面積太大，目前多為小規(guī)模設(shè)施。然而，小規(guī)模設(shè)施試驗(yàn)水槽中混流段短，試驗(yàn)區(qū)域不容易形成穩(wěn)定的流場，影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)模擬海流環(huán)境的水流試驗(yàn)水槽所存在的問題，本實(shí)用新型推出新型的旋槳驅(qū)動工作方式的垂直循環(huán)水流試驗(yàn)裝置，可以在高流速、大流量工況下實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)轉(zhuǎn)，同時減少試驗(yàn)設(shè)施建設(shè)的占地面積。本實(shí)用新型所涉及的垂直循環(huán)水流試驗(yàn)裝置包括試驗(yàn)水槽、驅(qū)動系統(tǒng)、采集控制系統(tǒng)。試驗(yàn)水槽由水槽本體和循環(huán)管道組成，水槽本體呈長方體形狀，固定在底座上，循環(huán)管道設(shè)置在水槽本體下部的底座內(nèi)，循環(huán)管道位于水槽本體正下方。水槽本體內(nèi)部充滿流水，兩端為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩端下部設(shè)置出水口和進(jìn)水口。 水槽本體中間為試驗(yàn)區(qū)域，兩側(cè)為鋼化玻璃結(jié)構(gòu)，便于觀察水槽本體內(nèi)試驗(yàn)過程。循環(huán)管道為密封管道，分段設(shè)計，每段兩端設(shè)有法蘭，法蘭用螺栓連接，連接處填充密封材料。循環(huán)管道兩端形成向上的彎管，兩端的彎管分別與水槽本體兩側(cè)端下部的出水口和進(jìn)水口連通。水槽本體兩側(cè)下部的出水口和進(jìn)水口分別設(shè)置格柵整流裝置。水槽本體與循環(huán)管道形成內(nèi)部連通的水流垂直循環(huán)回路。驅(qū)動系統(tǒng)包括電機(jī)和旋槳，電機(jī)安裝在水槽本體下部的底座上，電機(jī)與旋槳同軸連接。電機(jī)設(shè)置在水槽本體出水口下方的循環(huán)管道外側(cè)，旋槳設(shè)置在循環(huán)管道內(nèi)。電機(jī)軸沿循環(huán)管道中軸線穿過循環(huán)管道管壁連接旋槳，電機(jī)軸與循環(huán)管道管壁動密封連接。[0011]采集控制系統(tǒng)包括流量流速測量儀、計算機(jī)和變頻器。流量流速測量儀設(shè)置在試驗(yàn)水槽的流水中，連接計算機(jī)輸入端。計算機(jī)連接變頻器，變頻器連接驅(qū)動系統(tǒng)的電機(jī)。本實(shí)用新型所涉及的垂直循環(huán)水流試驗(yàn)裝置進(jìn)行流速試驗(yàn)時，首先在采集控制系統(tǒng)計算機(jī)中設(shè)定水槽中的水流速度，變頻器根據(jù)設(shè)定流速計算電機(jī)轉(zhuǎn)速，加電啟動電機(jī)，帶動旋槳同時旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動循環(huán)管道中水體沿管道流動，水流經(jīng)過水槽本體側(cè)端下面連接的進(jìn)水口進(jìn)入上面的水槽本體，然后，流水穿過水槽本體另一側(cè)端下面連接的出水口進(jìn)入循環(huán)管道，在循環(huán)管道中重新獲取旋槳的驅(qū)動力，繼續(xù)進(jìn)行水流循環(huán)。在水流循環(huán)過程中，流量流速測量儀測量試驗(yàn)水槽中的實(shí)際流速，并將測量數(shù)值輸入計算機(jī)，經(jīng)計算機(jī)運(yùn)算分析后， 輸出指令至變頻器，自動控制與調(diào)節(jié)電機(jī)與旋槳轉(zhuǎn)速，從而使試驗(yàn)水槽中的流速穩(wěn)定在預(yù)設(shè)數(shù)值范圍內(nèi)。本實(shí)用新型所涉及的垂直循環(huán)水流試驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了大流量、低功耗、高流速的設(shè)計，垂直循環(huán)水流回路減少試驗(yàn)設(shè)施建設(shè)的占地面積，為采用透平工作方式的海洋環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備和海洋能發(fā)電裝置開展水流試驗(yàn)提供了可靠的試驗(yàn)技術(shù)手段。

[0014]圖1為本實(shí)用新型涉及的垂直循環(huán)水流試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。[0015]圖中標(biāo)記說明[0016]1、水槽本體2、流水[0017]3、流量流速測量儀 4、出水口[0018]5、電機(jī)6、旋槳[0019]7、循環(huán)管道8、底座[0020]9、進(jìn)水口。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。圖1顯示了本實(shí)用新型涉及的垂直循環(huán)水流試驗(yàn)裝置的基本結(jié)構(gòu)。如圖1所示，本實(shí)用新型所涉及的垂直循環(huán)水流試驗(yàn)裝置包括試驗(yàn)水槽、驅(qū)動系統(tǒng)、采集控制系統(tǒng)。試驗(yàn)水槽由水槽本體1和循環(huán)管道7組成，水槽本體1和循環(huán)管道7固定在底座8上。水槽本體1內(nèi)部充滿流水2，循環(huán)管道7位于水槽本體1正下方，循環(huán)管道7兩端向上彎曲連接水槽本體1兩側(cè)端部的進(jìn)水口 9和出水口 4，水槽本體1和循環(huán)管道7構(gòu)成內(nèi)部水流相通的垂直循環(huán)回路。水槽本體1呈長方體形狀，兩端為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中間試驗(yàn)區(qū)域兩側(cè)為鋼化玻璃。循環(huán)管道7兩端形成向上的彎管，兩端向上的彎管分別與水槽本體1的出水口 4和進(jìn)水口 9連接，出水口 4和進(jìn)水口 9均設(shè)置格柵整流裝置。驅(qū)動系統(tǒng)包括電機(jī)5和旋槳6，電機(jī)5安裝在底座8上，電機(jī)5同軸連接旋槳6。 電機(jī)5設(shè)置在水槽本體1的出水口 4下方循環(huán)管道7的外側(cè)，旋槳6設(shè)置在循環(huán)管道7內(nèi)。 電機(jī)軸沿循環(huán)管道7中軸線穿過循環(huán)管道7管壁連接旋槳6，電機(jī)軸與循環(huán)管道7管壁動密封連接。采集控制系統(tǒng)包括流量流速測量儀3、計算機(jī)和變頻器。流量流速測量儀3放置在水槽本體1的流水2之中。流量流速測量儀3設(shè)置在試驗(yàn)水槽的流水2中，采集流量流速的實(shí)測數(shù)值，并傳輸給計算機(jī)，計算機(jī)控制變頻器，從而控制電機(jī)5與旋漿6的轉(zhuǎn)速，使水槽本體1內(nèi)的水流穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值。 流量流速測量儀3、計算機(jī)、變頻器和電機(jī)5之間，均采用軟線連接，輸送電信號。
權(quán)利要求1.一種垂直循環(huán)水流試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)水槽、驅(qū)動系統(tǒng)、采集控制系統(tǒng)，其特征在于 試驗(yàn)水槽由水槽本體和循環(huán)管道組成，水槽本體和循環(huán)管道固定在底座上，水槽本體內(nèi)部充滿水，循環(huán)管道位于水槽本體正下方，循環(huán)管道兩端向上彎曲并分別連接水槽本體端部的進(jìn)水口和出水口，水槽本體和循環(huán)管道構(gòu)成內(nèi)部水流相通的垂直循環(huán)回路；驅(qū)動系統(tǒng)包括電機(jī)和旋槳，電機(jī)和旋槳同軸連接，旋槳設(shè)置在循環(huán)管道內(nèi)；采集控制系統(tǒng)包括流量流速測量儀、計算機(jī)和變頻器，流量流速測量儀設(shè)置在試驗(yàn)水槽的流水中，并連接計算機(jī)輸入端，計算機(jī)連接變頻器，變頻器連接驅(qū)動系統(tǒng)的電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直循環(huán)水流試驗(yàn)裝置，其特征在于水槽本體呈長方體形狀，兩端為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中間試驗(yàn)區(qū)域兩側(cè)為鋼化玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直循環(huán)水流試驗(yàn)裝置，其特征在于驅(qū)動系統(tǒng)的電機(jī)安裝在底座上，設(shè)置在水槽本體出水口下方的循環(huán)管道外側(cè)，電機(jī)軸沿循環(huán)管道中軸線穿過循環(huán)管道管壁連接循環(huán)管道內(nèi)的旋槳，電機(jī)軸與循環(huán)管道管壁動密封連接。
專利摘要本實(shí)用新型所述的垂直循環(huán)水流試驗(yàn)裝置包括試驗(yàn)水槽、驅(qū)動系統(tǒng)、采集控制系統(tǒng)。試驗(yàn)水槽由水槽本體和循環(huán)管道組成，循環(huán)管道位于水槽本體下方，循環(huán)管道兩端向上彎曲并分別連接水槽本體端部的進(jìn)水口和出水口，構(gòu)成內(nèi)部水流相通的垂直循環(huán)回路。驅(qū)動系統(tǒng)包括電機(jī)和旋槳，電機(jī)和旋槳同軸連接。采集控制系統(tǒng)包括流量流速測量儀、計算機(jī)和變頻器。流量流速測量儀測量試驗(yàn)水槽中的實(shí)際流速，并將測量數(shù)值輸入計算機(jī)，經(jīng)計算機(jī)運(yùn)算分析后，輸出指令至變頻器，自動控制與調(diào)節(jié)電機(jī)與旋槳轉(zhuǎn)速，從而使試驗(yàn)水槽中的流速穩(wěn)定在預(yù)設(shè)數(shù)值范圍內(nèi)。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了大流量、低功耗、高流速的設(shè)計，為海洋環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備和海洋能發(fā)電裝置開展水流試驗(yàn)提供了可靠的試驗(yàn)技術(shù)手段。
文檔編號E02B1/02GK202208903SQ20112032330
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者司惠民, 宋雨澤, 朱曉陽, 李彥, 李超, 楊寧, 楊磊, 熊焰, 王士一, 王春誼, 王花梅, 王項南, 石建軍, 路寬 申請人:國家海洋技術(shù)中心