系统设计与运行

应用水轮机设计

由 威廉·巴克斯利，体育硕士
附属家庭校园: 港分公司
所属部门: 东南国家海洋可再生能源中心
活学者: 亚历克西斯·克拉克和杰夫·科尔
REU学者家庭机构: 佛罗里达理工学院

项目

从流动的河流中收集能量可能会为世界上沿河系统的偏远地区提供电力，这些地区在历史上没有电力供应. 内河水轮机, 由于靠近海岸, 不用面对海流涡轮机所面临的一些主要障碍，比如基础设施成本和电子返回陆地的运输. 然而, 在成功部署和运行河流涡轮机阵列的道路上存在一个主要障碍, 碎片字段. 该项目的范围是开发一种专利的分离附着系统，用于水流涡轮机上的水翼叶片，以克服河流环境中碎片对涡轮机的影响问题. 为了设计分离叶片系统, 叶片附着点处的力必须精确计算. 设计了一套试验装置，便于在设计流速下对全尺寸叶片进行物理试验.

试验装置由应变试验段和水翼桨叶组成. 在物理测试期间，设计了一个固定装置，用于将测试设备悬挂在驳船的前部. 利用Matlab设计应变试验段，研究不同尺寸管道的应变与壁厚的关系. 这些数据被用来确定测试截面的物理尺寸. 生成CAD模型，并进行有限元分析仿真，确保在试验段避免材料失效，达到设计应变. 一旦建立了, 测试部分配备了应变片，可以电测量叶片从0到90度旋转时产生的应变. 然后可以根据收集到的应变计数据计算作用在系统上的力. 水翼叶片是3D打印的，并用环氧树脂加固，使其足够坚硬，可以承受物理测试. 旋转叶片，从不同角度采集数据, 一个线性驱动器配有连杆，可以在三维空间中平移. 然后将叶片固定在应变测试截面上，为物理测试做准备. 物理测试将通过将安装的设备固定在测试驳船上并在驳船以设计速度行驶时将叶片放入水中来进行.

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