申请/专利权人：广东海洋大学

申请日：2022-05-30

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN115163410B

主分类号：F03D9/00

分类号：F03D9/00;F03D9/25;F03D1/04;F03B13/22

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2022.10.28#实质审查的生效;2022.10.11#公开

摘要：一种风阵涡轮双模发电系统，设置有用于将风能转化成电能的风力发电装置、漂浮部和用于将双向的波浪能转化成电能的涡轮发电装置，所述风力发电装置固定装配于所述漂浮部的上底面，所述涡轮发电装置装配于所述漂浮部的下底面；在正常工作时，所述风力发电装置位于海面上方，所述涡轮发电装置位于海面下方。本发明的风阵涡轮双模发电系统通过风力发电装置和涡轮发电装置实现了水上水下同时发电，而且通过在漂浮部的下方增加涡轮发电装置，使重心降低，从而提高了风力发电装置的稳定性。本发明的涡轮发电装置能从两个方向收集波浪能，故能提高能量的利用率，从而提高波浪能向电能的转化效率。

主权项：1.一种风阵涡轮双模发电系统,其特征在于：设置有用于将风能转化成电能的风力发电装置、漂浮部和用于将双向的波浪能转化成电能的涡轮发电装置，所述风力发电装置固定装配于所述漂浮部的上底面，所述涡轮发电装置装配于所述漂浮部的下底面；在正常工作时，所述风力发电装置位于海面上方，所述涡轮发电装置位于海面下方；所述风力发电装置设置有至少一个风机阵列单元，每个所述风机阵列单元均设置有多个风机；所述涡轮发电装置设置有连接部、发电机和用于将双向的波浪能转化为动能的双脉冲涡轮机，所述连接部的一端固定装配于所述漂浮部的下底面，所述发电机装配于所述连接部的另一端的内部，所述发电机与所述双脉冲涡轮机传动连接；所述双脉冲涡轮机设置有引流壳、转子叶轮和用于将水流从单一方向引流至所述转子叶轮的导流叶轮组，所述引流壳与所述连接部的另一端装配，所述导流叶轮组装配于所述引流壳的内部，所述转子叶轮与所述发电机传动连接，且所述转子叶轮位于所述导流叶轮组的内部；所述导流叶轮组设置有上导流叶轮和下导流叶轮，所述上导流叶轮和所述下导流叶轮依次从上到下固定装配于所述引流壳的内部，所述转子叶轮可转动装配于所述上导流叶轮和所述下导流叶轮之间；所述上导流叶轮设置有第一轮体和多片第一引导叶片，多片所述第一引导叶片以单一方向环绕分布于所述第一轮体的外表面；所述下导流叶轮设置有第二轮体和多片第二引导叶片，多片所述第二引导叶片以单一方向环绕分布于所述第二轮体的外表面；所述转子叶轮设置有第三轮体和多片弧形片，多片所述弧形片以单一方向环绕分布于所述第三轮体的外表面；以沿与垂直于所述转子叶轮转动轴方向的虚拟平面对所述第三轮体进行平分，将该虚拟平面定义为基准面；所述下导流叶轮和所述上导流叶轮以所述基准面呈镜面对称；所述弧形片均被所述基准面平分成上下两半,并将上下两半分别定义上子片和下子片，将所述第一引导叶片和所述第二引导叶片均与所述基准面形成的夹角A，所述上子片与所述下子片均与所述基准面形成的夹角B，且所述夹角A与所述夹角B呈互成补角；所述夹角B的角度的确定、所述第一引导叶片的数量的确定和所述第二引导叶片的数量的确定均在soildworks建模建立仿真模型，然后将仿真模型在ansysfluent仿真进行确定；所述夹角B的角度确定方法，包括步骤有：步骤a.1、在soildworks中建立多个包括有转子叶轮、上导流叶轮、下导流叶轮和引流壳组成的第一仿真模型，多个第一仿真模型中的夹角B均不相同，且0°＜夹角B＜90°，且多个第一仿真模型的夹角B之间角度差为5a，a为正整数；步骤a.2、将步骤a.1得到的每个第一仿真模型均导入ansysfluent软件，并对第一仿真模型进行理想化处理，得到第一简化模型；步骤a.3、利用ufd对第一简化模型进行网格划分，其中网格的节点为大于260000，网格的单元大于820000，进入步骤a.4；步骤a.4、在第一简化模型中的引流壳的其中一个端面设置为进口面，将另一个端面设置有出口面，进入步骤a.5；步骤a.5、对第一简化模型进行流域设置，在引流壳的外部套设一个圆柱体，然后选择UserDefined功能选项；步骤a.6、在Model中的Viscous选项中选择流体类型为液态水；步骤a.7、分别设置多个不同的边界条件，所述边界条件为水流入口初速度，其中水流入口初速度的范围为0.1ms～2.0ms；步骤a.8、分别运行在不同边界条件下每组第一简化模型的流体工程，并对应得到多组第一数据组；步骤a.9、将步骤a.8得到的多组第一数据组导入Matlab进行数据分析，拟合得到关于不同边界条件下与转子叶轮转速的第一关系曲线；步骤a.10、在各个第一简化模型的第一关系曲线中，选择出转子叶轮转速均跟随边界条件增加而依次递增的第一简化模型，将该第一简化模型定义为最优解第一简化模型，将最优解第一简化模型对应的夹角B确定为所述涡轮发电装置的夹角B；所述第一引导叶片的数量和所述第二引导叶片的数量确定方法，包括步骤有：步骤b.1、在soildworks中建立多个包括有转子叶轮、上导流叶轮、下导流叶轮和引流壳组成的第二仿真模型，多个第二仿真模型中的第二引导叶片的数量均不相同，且第二引导叶片的数量的范围为20～36,且在每个第二仿真模型中的第二引导叶片的数量与第一引导叶片的数量相同，而转子叶轮则均相同；步骤b.2、将步骤b.1得的每个第二仿真模型均导入ansysfluent软件，并对第二仿真模型进行理想化处理，得到第二简化模型；步骤b.3、利用ufd对第二简化模型进行网格划分，其中网格的节点为大于260000，网格的单元大于820000；步骤b.4、将第二简化模型中的引流壳的其中一个端面设置为进口面，将另一个端面设置有出口面，进入步骤b.5；步骤b.5、对第二简化模型进行流域设置，在引流壳的外部套设一个圆柱体，然后选择UserDefined功能；步骤b.6、在Model中的Viscous选项中选择流体类型为液态水；步骤b.7、分别设置多个不同的边界条件，所述边界条件为水流入口初速度，其中水流入口初速度的范围为0.1ms～2.0ms；步骤b.8、分别运行在不同边界条件下每组第二简化模型的流体工程，并对应得到多组第二数据组；步骤b.9、将步骤b.8得到的多组第二数据组导入Matlab进行数据分析，拟合得到关于不同边界条件下与转子叶轮转速的第二关系曲线；步骤b.10、在各个第二简化模型的第二关系曲线中，选择出转子叶轮转速均跟随边界条件增加而依次递增的第二简化模型，将该第二简化模型定义为最优解第二简化模型，将最优解第二简化模型对应的第一引导叶片的数量确定为所述涡轮发电装置的第一引导叶片的数量；所述理想化处理为将上导流叶轮、下导流叶轮和引流壳结合成一个整体；所述第一关系曲线和所述第二关系曲线的拟合模型为多项式拟合、最小二乘法拟合、线性拟合、高斯曲线或平滑曲线。

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