專利名稱：風(fēng)能離心泵模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于節(jié)水灌溉和新能源利用領(lǐng)域，特指風(fēng)能離心泵模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國(guó)偏遠(yuǎn)落后的西部地區(qū)由于電網(wǎng)不易到達(dá)，地下水資源利用率極低，導(dǎo)致土地沙化，生態(tài)環(huán)境日益惡化，農(nóng)作物減產(chǎn)，甚至很多無(wú)電人口連生活用水都沒(méi)有徹底解決，這些問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了我國(guó)西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。然而在這些地區(qū)風(fēng)能資源豐富，開(kāi)發(fā)潛力大，利用風(fēng)能驅(qū)動(dòng)水泵提取地下水將能大大緩解我國(guó)西部無(wú)電貧困地區(qū)百姓飲水和農(nóng)牧業(yè)用水問(wèn)題。風(fēng)能泵系統(tǒng)是快速發(fā)展起來(lái)的一種綠色新能源利用技術(shù)，其關(guān)鍵設(shè)備深井泵的水力性能與風(fēng)電動(dòng)力系統(tǒng)匹配問(wèn)題直接影響系統(tǒng)的效率與穩(wěn)定性。長(zhǎng)期以來(lái)，風(fēng)電提水系統(tǒng)中水泵一般都是直接從現(xiàn)有產(chǎn)品中進(jìn)行選型，其設(shè)計(jì)與試驗(yàn)多是在額定工況下進(jìn)行，導(dǎo)致深井泵與風(fēng)電系統(tǒng)的性能匹配常常達(dá)不到最佳。然而，由于風(fēng)速、方向和能量隨季節(jié)、 海拔高度、地域、地表粗糙度不同而變化，風(fēng)能泵工作時(shí)，它的運(yùn)行工況是不斷變化的，對(duì)深井泵工作的效率、穩(wěn)定與可靠性影響很大。當(dāng)在室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，多數(shù)試驗(yàn)所測(cè)量的設(shè)計(jì)工況下的性能參數(shù)不能真正反映風(fēng)能泵實(shí)際應(yīng)用中的性能，因此，考慮試驗(yàn)的成本與操作方便，有必要設(shè)計(jì)一種能夠模擬風(fēng)能離心泵工作狀態(tài)的試驗(yàn)裝置。經(jīng)檢索，目前還沒(méi)有相關(guān)的申報(bào)專利。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是模擬風(fēng)能泵系統(tǒng)實(shí)際工作狀態(tài)，在變工況下對(duì)風(fēng)能用深井水泵進(jìn)行試驗(yàn)，解決風(fēng)能泵實(shí)驗(yàn)時(shí)風(fēng)能條件難以滿足試驗(yàn)要求等在室內(nèi)試驗(yàn)所不能考慮到的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，方便地為風(fēng)能泵的多工況設(shè)計(jì)與運(yùn)行可靠性研究提供試驗(yàn)條件。風(fēng)能離心泵模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括測(cè)量控制系統(tǒng)、風(fēng)力模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和水力循環(huán)管路系統(tǒng)；風(fēng)力模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與水力循環(huán)管路系統(tǒng)連接，又分別與測(cè)量控制系統(tǒng)連接，通過(guò)測(cè)量控制系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程中的壓力、流量等的控制與數(shù)據(jù)采集、分析；其中測(cè)量控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集儀、配電柜、出口壓力變送器、流量計(jì)、出口流量調(diào)節(jié)閥，計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集儀與配電柜串聯(lián)在一起，數(shù)據(jù)采集儀分別與出口壓力變送器、流量計(jì)相連，用來(lái)采集試驗(yàn)中的壓力與流量數(shù)據(jù)。其中風(fēng)力模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括風(fēng)力模擬電機(jī)、風(fēng)力模擬控制器、發(fā)電機(jī)、變頻控制器，數(shù)據(jù)采集儀與風(fēng)力模擬電機(jī)連接，用風(fēng)力模擬控制器調(diào)節(jié)風(fēng)力模擬電機(jī)模擬風(fēng)能，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)與深井水泵相連，并通過(guò)變頻控制器對(duì)深井水泵實(shí)施變頻調(diào)速控制，驅(qū)動(dòng)深井水栗工作。其中水力循環(huán)管路系統(tǒng)包括深井水泵、泵出水管、水池，深井水泵放置于水池中，上端接泵出水管，泵出水管上依次設(shè)有出口壓力變送器、流量計(jì)、出口流量調(diào)節(jié)閥，泵出水管終端接入水池中構(gòu)成循環(huán)回路。本實(shí)用新型的原理與使用方法為搭建水泵測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，用風(fēng)力模擬控制器根據(jù)不同風(fēng)速條件下風(fēng)カ機(jī)的特性曲線驅(qū)動(dòng)風(fēng)カ模擬電機(jī)模擬風(fēng)能，通過(guò)變頻控制器對(duì)水泵實(shí)施變頻調(diào)速控制，驅(qū)動(dòng)深井水泵在變エ況下工作，最后利用數(shù)據(jù)采集儀通過(guò)出口壓カ變送器、流量計(jì)測(cè)得所需的壓力、流量等試驗(yàn)參數(shù)，測(cè)試深井水泵的性能及運(yùn)行特性。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，完全模擬風(fēng)能離心泵的實(shí)際工作狀態(tài)，試驗(yàn)不受天氣、風(fēng)速等的氣候條件影響，成本低，完善了風(fēng)能泵試驗(yàn)裝置。

圖I為風(fēng)能離心泵模擬試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖；圖中，I.計(jì)算機(jī)，2.數(shù)據(jù)采集儀，3.風(fēng)カ模擬電機(jī)，4.風(fēng)カ模擬控制器，5.發(fā)電機(jī)，6.變頻控制器，7.配電柜，8.出口壓カ變送器，9.流量計(jì)，10.深井水泵，11.出口流量調(diào)節(jié)閥，12.泵出水管，13.水池。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型包括計(jì)算機(jī)1，數(shù)據(jù)采集儀2，風(fēng)カ模擬電機(jī)3，風(fēng)カ模擬控制器4，發(fā)電機(jī)5，變頻控制器6，配電柜7，出口壓カ變送器8，流量計(jì)9，深井水泵10，出口流量調(diào)節(jié)閥11，泵出水管12，水池13等部分。風(fēng)能離心泵模擬試驗(yàn)系統(tǒng)由測(cè)量控制系統(tǒng)、風(fēng)力模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、水力循環(huán)管路系統(tǒng)組成，風(fēng)カ模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與水力循環(huán)管路系統(tǒng)連接，又分別與測(cè)量控制系統(tǒng)連接，通過(guò)測(cè)量控制系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程中的壓力、流量等的控制與數(shù)據(jù)采集、分析。測(cè)量控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)I、數(shù)據(jù)采集儀2、配電柜7、出口壓カ變送器8、流量計(jì)9、出口流量調(diào)節(jié)閥11，計(jì)算機(jī)I、數(shù)據(jù)采集儀2與配電柜7串聯(lián)在一起，數(shù)據(jù)采集儀2分別與出ロ壓カ變送器8、流量計(jì)9相連，分別用于測(cè)試深井水泵10的出ロ壓力、流量，出ロ流量調(diào)節(jié)閥11用于調(diào)節(jié)深井水泵10的流量；風(fēng)力模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括風(fēng)カ模擬電機(jī)3、風(fēng)カ模擬控制器4、發(fā)電機(jī)5、變頻控制器6，風(fēng)カ模擬電機(jī)3左邊與數(shù)據(jù)采集儀2連接，用風(fēng)カ模擬控制器4根據(jù)不同風(fēng)速條件下風(fēng)カ機(jī)的特性曲線驅(qū)動(dòng)風(fēng)カ模擬電機(jī)3模擬風(fēng)能，進(jìn)而帶動(dòng)右邊的發(fā)電機(jī)5，發(fā)電機(jī)5右邊與深井水泵10相連，并通過(guò)變頻控制器6對(duì)深井水泵10實(shí)施變頻調(diào)速控制，驅(qū)動(dòng)深井水泵10工作；水力循環(huán)管路系統(tǒng)包括深井水泵10、泵出水管12、水池13，深井水泵10放置于水池13中，上端接泵出水管12，泵出水管12上依次設(shè)有出ロ壓カ變送器8、流量計(jì)9、出口流量調(diào)節(jié)閥11，泵出水管12終端接入水池13中構(gòu)成循環(huán)回路。工作過(guò)程為根據(jù)不同風(fēng)速條件下風(fēng)カ機(jī)的特性曲線，由風(fēng)カ模擬控制器4驅(qū)動(dòng)風(fēng)カ模擬電機(jī)3工作，風(fēng)カ模擬電機(jī)3帶動(dòng)發(fā)電機(jī)5，通過(guò)變頻控制器6對(duì)深井水泵10實(shí)施變頻調(diào)速控制，驅(qū)動(dòng)深井水泵10變エ況工作；水由水池13被泵入深井水泵10，被測(cè)深井水泵10的出水經(jīng)出ロ壓カ變送器8、流量計(jì)9及出ロ流量調(diào)節(jié)閥11流回水池，形成ー個(gè)回路。壓カ變送器8完成出口壓カ的測(cè)量，流量計(jì)9則完成流量的測(cè)量。改變不同エ況，并通過(guò)出ロ流量調(diào)節(jié)閥11調(diào)節(jié)深井水泵10的流量，由數(shù)據(jù)采集儀2對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，然后通過(guò)計(jì)算軟件對(duì)深井水泵的壓力、流量、效率等性能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，生成相應(yīng)的試驗(yàn)性能曲線。實(shí)施例本實(shí)用新型的風(fēng)能離心泵模擬試驗(yàn)系統(tǒng)在江蘇大學(xué)流體機(jī)械多功能水泵試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了試驗(yàn)研究，首先搭建如圖I所示的試驗(yàn)臺(tái)，試驗(yàn)用泵為本単位自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的深井離心泵，性能參數(shù)為額定轉(zhuǎn)速為600r/min，額定揚(yáng)程H=15m，額定流量Q=20m3/h ；通過(guò)風(fēng)力模擬控制器設(shè)置模擬風(fēng)機(jī)參數(shù)為風(fēng)能利用系數(shù)0. 40 ;葉尖速比4. 2 ;額定風(fēng)速為8 m/s。試驗(yàn)初始風(fēng)速為6m/s,4s后風(fēng)速增加到8 m/s, IOs后迅速降到4 m/s,試驗(yàn)結(jié)果如下風(fēng)速穩(wěn)定期，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，機(jī)組達(dá)到較高效率，在額定風(fēng)速8 m/s下，發(fā)電效率達(dá)到45%,實(shí)測(cè)水泵流量為Q=18m3/h,揚(yáng)程為H=10m。在低風(fēng)速區(qū)(4 m/s 6m/s),雖然泵的流量和揚(yáng)程均有所下降，但機(jī)組最高效率仍高于全國(guó)平均水平，說(shuō)明該系統(tǒng)具有較寬的高效運(yùn)行區(qū)間，水泵與模擬風(fēng)機(jī)匹配良好。 實(shí)踐表明，本實(shí)用新型的風(fēng)能離心泵模擬試驗(yàn)系統(tǒng)能完全模擬風(fēng)能離心泵的實(shí)際工作狀態(tài)，試驗(yàn)效果好，成本低，不受天氣、風(fēng)速等的氣候條件影響，為日常風(fēng)能離心泵的試驗(yàn)研究提供了便利條件。
權(quán)利要求1.風(fēng)能離心泵模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于包括測(cè)量控制系統(tǒng)、風(fēng)力模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和水力循環(huán)管路系統(tǒng)；風(fēng)力模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與水力循環(huán)管路系統(tǒng)連接，又分別與測(cè)量控制系統(tǒng)連接，通過(guò)測(cè)量控制系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程中的壓力、流量等的控制與數(shù)據(jù)采集、分析； 其中測(cè)量控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集儀、配電柜、出口壓力變送器、流量計(jì)、出口流量調(diào)節(jié)閥，計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集儀與配電柜串聯(lián)在一起，數(shù)據(jù)采集儀分別與出口壓力變送器、流量計(jì)相連，用來(lái)采集試驗(yàn)中的壓力與流量數(shù)據(jù)； 其中風(fēng)力模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括風(fēng)力模擬電機(jī)、風(fēng)力模擬控制器、發(fā)電機(jī)、變頻控制器，數(shù)據(jù)采集儀與風(fēng)力模擬電機(jī)連接，用風(fēng)力模擬控制器調(diào)節(jié)風(fēng)力模擬電機(jī)模擬風(fēng)能，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)與深井水泵相連，并通過(guò)變頻控制器對(duì)深井水泵實(shí)施變頻調(diào)速控制，驅(qū)動(dòng)深井水栗工作；其中水力循環(huán)管路系統(tǒng)包括深井水泵、泵出水管、水池，深井水泵放置于水池中，上端接泵出水管，泵出水管上依次設(shè)有出口壓力變送器、流量計(jì)、出口流量調(diào)節(jié)閥，泵出水管終 端接入水池中構(gòu)成循環(huán)回路。
專利摘要本實(shí)用新型風(fēng)能離心泵模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，屬于節(jié)水灌溉和新能源利用領(lǐng)域。它包括風(fēng)力模擬電機(jī)、風(fēng)力模擬控制器、發(fā)電機(jī)、變頻控制器、出口壓力變送器、流量計(jì)、深井水泵、出口流量調(diào)節(jié)閥、泵出水管、水池，其中用風(fēng)力模擬控制器根據(jù)不同風(fēng)速條件下風(fēng)力機(jī)的特性曲線驅(qū)動(dòng)風(fēng)力模擬電機(jī)模擬風(fēng)能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，通過(guò)變頻控制器對(duì)水泵實(shí)施變頻調(diào)速控制，驅(qū)動(dòng)深井水泵在變工況下工作，最后利用數(shù)據(jù)采集儀通過(guò)出口壓力變送器、流量計(jì)測(cè)得所需的壓力、流量等試驗(yàn)參數(shù)，測(cè)試深井水泵的性能及運(yùn)行特性。試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，完全模擬風(fēng)能離心泵的實(shí)際工作狀態(tài)，試驗(yàn)不受天氣、風(fēng)速等的氣候條件影響，成本低，完善了風(fēng)能泵試驗(yàn)裝置。
文檔編號(hào)F04D15/00GK202520575SQ20122006854
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者周嶺, 張華 , 徐焰棟, 施衛(wèi)東, 李偉, 蔣小平 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)