[發(fā)明專利]一種機械式風力提水裝置優(yōu)化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010875150.2
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN111985063A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 沈陽工業(yè)大學(xué)
• 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(wù)所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

本發(fā)明涉及風力提水裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用風力壓縮空氣的機械式風力提水裝置優(yōu)化方法。該優(yōu)化方法是先結(jié)構(gòu)形式確定，再空氣壓縮機?隔膜泵匹配性設(shè)計，然后風輪?空氣壓縮機匹配性設(shè)計；最后整機形成匹配，得到整機設(shè)計的性能曲線。本發(fā)明通過空氣壓縮機產(chǎn)生壓縮空氣驅(qū)動遠程水泵揚水，可實現(xiàn)水泵與風力機分離、用水區(qū)域與水源地分離，作業(yè)時可將風力機置于風資源較好的地區(qū)，將隔膜泵置于水源處，進行提水作業(yè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風力提水裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用風力壓縮空氣的機械式風力提水裝置優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

風能的利用有兩種形式：一種是風能轉(zhuǎn)化為機械能，另一種是風能轉(zhuǎn)化為機械能再轉(zhuǎn)化為電能。風力提水機組屬于風能直接轉(zhuǎn)化為機械能，具有結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用靈活、維護方便等優(yōu)點，提水作業(yè)對年平均風速和有效風速時數(shù)要求不高，可做到“零存整取，實時灌溉”。

我國地域遼闊，丘陵、山地、草原眾多，很多地方存在用水困難，例如在丘陵地帶，往往需要用水泵將水提至高位進行農(nóng)田灌溉。由于需要用電，存在線路架設(shè)、電費較高及用電安全方面等問題。基于某些地區(qū)風力資源豐富，因而開發(fā)出各種利用風能來提水的風力提水裝置。

現(xiàn)有的利用風力直接驅(qū)動水泵實現(xiàn)提水的形式，需要將風力機置于水源處，同時此種結(jié)構(gòu)揚程較低，當水源與用水區(qū)域距離較遠或揚程要求較高時，此種結(jié)構(gòu)無法按照要求實現(xiàn)提水作業(yè)；現(xiàn)有對風力提水機組設(shè)計方法的研究在機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化上，旨在提高傳動機構(gòu)和風輪的效率；在風輪、氣泵、水泵的匹配性上，通過選擇合適的風輪、氣泵、水泵提高系統(tǒng)工作效率。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：

本發(fā)明旨在提出一種利用風力壓縮空氣的機械式風力提水裝置優(yōu)化方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中揚程較低的問題。本發(fā)明通過空氣壓縮機產(chǎn)生壓縮空氣驅(qū)動遠程水泵揚水，可實現(xiàn)水泵與風力機分離、用水區(qū)域與水源地分離，作業(yè)時可將風力機置于風資源較好的地區(qū)，將隔膜泵置于水源處，進行提水作業(yè)。

技術(shù)方案：

一種機械式風力提水裝置優(yōu)化方法，該優(yōu)化方法包括：

(1)結(jié)構(gòu)形式確定：根據(jù)設(shè)計參數(shù)和設(shè)計要求確定總體結(jié)構(gòu)形式；

(2)空氣壓縮機-隔膜泵匹配性設(shè)計：根據(jù)總體結(jié)構(gòu)形式，確定隔膜泵參數(shù)、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(shè)計，并驗證空氣壓縮機參數(shù)是否滿足要求；

(3)風輪-空氣壓縮機匹配性設(shè)計：在空氣壓縮機參數(shù)確定后，根據(jù)空氣壓縮機轉(zhuǎn)速與所需驅(qū)動功率之間的關(guān)系，確定風輪參數(shù)；

(4)整機形成匹配：風輪參數(shù)確定之后，根據(jù)空氣壓縮機與風輪的曲線擬合與風速、風輪轉(zhuǎn)速、以及空氣壓縮機轉(zhuǎn)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(guān)系，風輪在額定轉(zhuǎn)速下可正常驅(qū)動空壓機，并保證空壓機排氣量與排氣壓力達到設(shè)計要求，則說明空氣壓縮機與風輪匹配性良好，得到整機設(shè)計的性能曲線。

進一步的，設(shè)計參數(shù)包括要求的揚程與流量、提水裝置的應(yīng)用場地以及水源地與用水區(qū)域之間的距離；設(shè)計要求包括根據(jù)風力機安裝場地的風況確定風輪的形式以及相應(yīng)的葉片數(shù)量，根據(jù)用水區(qū)域以及水源的可靠性確定水泵和氣泵的組合形式。

進一步的，根據(jù)要求的揚程和流量以及提水裝置的應(yīng)用場地以及水源地與用水區(qū)域之間的距離，確定隔膜泵參數(shù)，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(shè)計需要綜合考慮排氣量、功率、轉(zhuǎn)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(guān)，空氣壓縮機的排氣量需大于匹配性設(shè)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(shè)計需求。

進一步的，風輪參數(shù)包括風輪與葉片的參數(shù)，風輪直徑，風輪的額定轉(zhuǎn)速；隔膜泵參數(shù)包括隔膜泵空氣耗氣量和耗氣壓力。

進一步的，隔膜泵的耗氣量乘以1.2的富裕系數(shù)是空壓機排氣量的選型參數(shù)；