[发明专利]一种机械式风力提水装置优化方法

权利要求书

1.一种机械式风力提水装置优化方法，其特征在于：该优化方法包括：

(1)结构形式确定：根据设计参数和设计要求确定总体结构形式；

(2)空气压缩机-隔膜泵匹配性设计：根据总体结构形式，确定隔膜泵参数、空气压缩机的选型，在空气压缩机型号确定后，进行匹配性设计，并验证空气压缩机参数是否满足要求；

(3)风轮-空气压缩机匹配性设计：在空气压缩机参数确定后，根据空气压缩机转速与所需驱动功率之间的关系，确定风轮参数；

(4)整机形成匹配：风轮参数确定之后，根据空气压缩机与风轮的曲线拟合与风速、风轮转速、以及空气压缩机转速与排气压力交叉点追踪确定空气压缩机与风轮的匹配性关系，风轮在额定转速下可正常驱动空压机，并保证空压机排气量与排气压力达到设计要求，则说明空气压缩机与风轮匹配性良好，得到整机设计的性能曲线。

2.根据权利要求1所述的一种机械式风力提水装置优化方法，其特征在于：设计参数包括要求的扬程与流量、提水装置的应用场地以及水源地与用水区域之间的距离；设计要求包括根据风力机安装场地的风况确定风轮的形式以及相应的叶片数量，根据用水区域以及水源的可靠性确定水泵和气泵的组合形式。

3.根据权利要求1或2所述的一种机械式风力提水装置优化方法，其特征在于：根据要求的扬程和流量以及提水装置的应用场地以及水源地与用水区域之间的距离，确定隔膜泵参数，得到隔膜泵的耗气量之后，再确定空气压缩机的选型；

匹配性设计需要综合考虑排气量、功率、转速、排气压力，在排气量确定的情况下，流量与扬程之间为负相关，空气压缩机的排气量需大于匹配性设计的排气量，空气压缩机供气量满足隔膜泵提水需求，说明适配性良好，满足设计需求。

4.根据权利要求1所述的一种机械式风力提水装置优化方法，其特征在于：风轮参数包括风轮与叶片的参数，风轮直径，风轮的额定转速；隔膜泵参数包括隔膜泵空气耗气量和耗气压力。

5.根据权利要求4所述的一种机械式风力提水装置优化方法，其特征在于：隔膜泵的耗气量乘以1.2的富裕系数是空压机排气量的选型参数；

空气压缩机的排气量Q₃：Q₃＝1.2*水泵需气量。

6.根据权利要求1所述的一种机械式风力提水装置优化方法，其特征在于：风轮直径D按下式估算：

式中，P为风力机输出功率；ρ为空气密度，取1.225kg/m³；v为设计风速；η为传动效率，取0.95；C_P为风能利用系数，取0.40。

7.根据权利要求1所述的一种机械式风力提水装置优化方法，其特征在于：风轮的额定转速按如下公式计算：

式中，v为设计风速，根据安装地点确定；λ为叶尖速比；R为风轮半径。