[發明專利]一種機械式風力提水裝置優化方法

在審

• 申請號: 202010875150.2
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN111985063A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 陳雷;張明遠;邢作霞;徐健;陳明陽;王湘明;初建文
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;F03D9/17;F04B43/06
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

1.一種機械式風力提水裝置優化方法，其特征在于：該優化方法包括：

(1)結構形式確定：根據設計參數和設計要求確定總體結構形式；

(2)空氣壓縮機-隔膜泵匹配性設計：根據總體結構形式，確定隔膜泵參數、空氣壓縮機的選型，在空氣壓縮機型號確定后，進行匹配性設計，并驗證空氣壓縮機參數是否滿足要求；

(3)風輪-空氣壓縮機匹配性設計：在空氣壓縮機參數確定后，根據空氣壓縮機轉速與所需驅動功率之間的關系，確定風輪參數；

(4)整機形成匹配：風輪參數確定之后，根據空氣壓縮機與風輪的曲線擬合與風速、風輪轉速、以及空氣壓縮機轉速與排氣壓力交叉點追蹤確定空氣壓縮機與風輪的匹配性關系，風輪在額定轉速下可正常驅動空壓機，并保證空壓機排氣量與排氣壓力達到設計要求，則說明空氣壓縮機與風輪匹配性良好，得到整機設計的性能曲線。

2.根據權利要求1所述的一種機械式風力提水裝置優化方法，其特征在于：設計參數包括要求的揚程與流量、提水裝置的應用場地以及水源地與用水區域之間的距離；設計要求包括根據風力機安裝場地的風況確定風輪的形式以及相應的葉片數量，根據用水區域以及水源的可靠性確定水泵和氣泵的組合形式。

3.根據權利要求1或2所述的一種機械式風力提水裝置優化方法，其特征在于：根據要求的揚程和流量以及提水裝置的應用場地以及水源地與用水區域之間的距離，確定隔膜泵參數，得到隔膜泵的耗氣量之后，再確定空氣壓縮機的選型；

匹配性設計需要綜合考慮排氣量、功率、轉速、排氣壓力，在排氣量確定的情況下，流量與揚程之間為負相關，空氣壓縮機的排氣量需大于匹配性設計的排氣量，空氣壓縮機供氣量滿足隔膜泵提水需求，說明適配性良好，滿足設計需求。

4.根據權利要求1所述的一種機械式風力提水裝置優化方法，其特征在于：風輪參數包括風輪與葉片的參數，風輪直徑，風輪的額定轉速；隔膜泵參數包括隔膜泵空氣耗氣量和耗氣壓力。

5.根據權利要求4所述的一種機械式風力提水裝置優化方法，其特征在于：隔膜泵的耗氣量乘以1.2的富裕系數是空壓機排氣量的選型參數；

空氣壓縮機的排氣量Q₃：Q₃＝1.2*水泵需氣量。

6.根據權利要求1所述的一種機械式風力提水裝置優化方法，其特征在于：風輪直徑D按下式估算：

式中，P為風力機輸出功率；ρ為空氣密度，取1.225kg/m³；v為設計風速；η為傳動效率，取0.95；C_P為風能利用系數，取0.40。

7.根據權利要求1所述的一種機械式風力提水裝置優化方法，其特征在于：風輪的額定轉速按如下公式計算：

式中，v為設計風速，根據安裝地點確定；λ為葉尖速比；R為風輪半徑。