机械5

目录 摘要1 Abstract 2 第一章绪论3 1.2整体水旋式能量转换样机简介4 第二章样机的材料及选择5 2.1塑料的常用特性5 2.2常见塑料简介5 第三章样机机械部分设计计算10 3.1射流的反推力10 3.2流量Q的计算11 3.4分析样机在射流反推力作用下转动情况13 3.5零件的设计14 第四章发电部分设计19 4.1安装功率的估算19 4.2发电部分电动机的选择19 第五章系统的验算及输出功率的计算21 5.1系统验算21 5.2输出功率的计算21 第六章可以选择的优化方案23 致谢24 参考文献25 外文翻译26 英文原文26 中文译文： 33 整体水旋式能量转换样机其实就是一种微型的水力发电模拟机，可用作水力发电教学实验。本文设计出了这样一套简单的水力发电装置，并对其主要部件进行了受力分析。 水轮机是目前水力发电用的最广的装置，但是水轮机工程量大，制造结构复杂。所以本文参考水轮机的发电原理，为方便制造，将其改装成一个及其简单的装置，并参考工程材料、流体力学、直流发电等资料设计出这样一套装置并对其进行计算分析。 1.1.1水轮机工作原理 水轮机是一种将河流中蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机，当水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机，将旋转机械能转换成电能。与发电机连接成的整体称为水轮发电机组，它是水电站的主要设备部分。水电站是借助水工建筑物和机电设备将水能转换成为电能的企业，在未来，水能资源的开发和利用将成为资源开发利用的主导能源，所以，水轮机的设计开发对我国水能资源的开发起到很大的推进作用。 1.1.2水轮机的分类 水轮机大致分为两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机； 反击式水轮机：转轮利用水流的压力能和动能做工的水轮机称为反击式水轮机。其特征是：压力水流充满水轮机的整个流道，水流流经转轮叶片时，受叶片的作用改变压力、流速的大小和方向，同时水流在转轮叶片正反面产生压力差，对转轮产生反作用力，形成旋转力矩使转轮旋转。主要包括混流式、轴流式、斜流式和灌流式四种类型水轮机。 冲击式水轮机：转轮只利用水流动能做功的水轮机称为冲击式水轮机。其特征是：有压水流先经过喷嘴形成高速自由射流，将压能转换成动能，并冲击转轮旋转。水流只冲击部分转轮，水流是充满水轮机的整个流道的，转轮只是部分进水，转轮在大气压的作用下工作。所以叶片一般做成斗叶状。 水力发电是研究水能转换为电能的工程建设和生产运行等技术经济问题科术。水力发电利用的水能主要是蕴藏于水体中的位能。为实现将水能转换为电能，需要兴建不同类型的水电站。一般来说水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，也就是利用水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电力。科学界们以此水位落差的天然条件，有效的利用流体力学工程及机械物理等，精心搭配以达到最高的发电量，供人们使用廉价又无污染的电力。水利发电项目是一项低碳、环保、高效循环的能源利用技术。然而，水轮机发电具有如下缺陷： 1．因地形上之限制无法建造太大之容量。单机容量为300MW左右。 2．建厂期间长，建造费用高。 3．因设于天然河川或湖沼地带易受风水之灾害，影响其他水利事业。电力输出易受气候的影响。 4．建厂后不易增加容量。 5．生态破坏：大坝以下水流侵蚀加剧，河流的变化及对动植物的影响等。 6．需筑坝移民等，基础建设投资大 7．下游肥沃的冲积土因冲刷而减少 所以，有待研究一项更加便捷、低成本、通用性搞的水利发电装置。经过一段时间在网上和图书馆查阅资料，目前在水能发电技术上，多采用水轮式发电，对于转子水旋式能量转换样机的研究不多。 1.2整体水旋式能量转换样机简介 这是一套创新型的水利发电装置，将具有一定势能、压力能的流体转换为具有一定压力能和动能的射流，通过射流的反作用力生成一个转子的旋转力矩，使得转子以确定的转速旋转。转子将带动与其连接的齿轮及其他部件转动，最终将通过带动磁体内的转子转动而产生电能。该装置将具有如下优点： 1.管道可以经过精加工使管道内部光洁度高，能量损失小； 2.直接由产生的射流反作用生成作用力矩，思路清晰，装置简单； 3.对周边环境的依赖性相对较小； 所以，研究转子水旋式能量转换样机具有很实在的现实意义。 依据对转子水旋式能量转换样机概念的思考，将该装置机械部分部件设计为空心轴、套筒、旋转体、喷管、螺母等组成。其中空心轴、旋转体、喷管为主要设计元件。通过液体从喷管单侧的孔口喷出，通过产生的反作用力生成的旋转力矩，使得喷管带动旋转体转动，从而驱动旋转体带动的齿轮，达到设计要求。考虑到沿程压力损失和局部压力损失，故尽可能多的选择设计直流通道而避免局部拐角的设计。为了减轻整个机体的总量，所选用的材料为塑料。