基于3D打印技术的风能转换装置创新设计

张龙 冯博楷 张福财

摘  要：基于深海潜水泵机构原理，采用SolidWorks建模软件，创新性设计了风能转换装置。转换装置由24个叶片的叶轮、12个叶片的叶轮、6个叶片的叶轮和3个叶片的叶轮、阶梯轴以及动力装置外壳组成。同时，将3D数字创新设计与3D打印技术相结合，制作了风能转换装置模型，从模型看出风能转换装置装配合理。

关键词：3D打印技术;风能转换装置;创新设计;SolidWorks

中图分类号：TM614        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）09-0056-02

Abstract： Based on the principle of deep-sea submersible pump mechanism， the wind energy conversion device is innovatively designed using SolidWorks modeling software. The conversion device is composed of 24 blade impellers， 12 blade impellers， 6 blade impellers， 3 blade impellers， stepped shafts and the shell of the power plant. At the same time， the model of wind energy conversion device is made by combining 3D digital innovative design with 3D printing technology. It can be seen from the model that the assembly of wind energy conversion device is reasonable.

Keywords： 3D printing technology; wind energy conversion device; innovative design; SolidWorks

引言

自然資源的匮乏，环境污染的加重，迫使人们不断寻找新的能源。风能，作为一种可循环利用、清洁绿色的能源，一直受到科学工作者的重视。在此背景下，设计一款风能转换装置，直接实现风能向机械能的转换。同时，借助3D打印技术实现风能转换装置的实体制作，探讨了基于3D打印技术的风能转换装置机构创新设计。

1 风能转换装置工作机理

风能转换装置的设计灵感来源于深海潜水泵，其爆炸图如图1所示。

整个装置主要是由四个叶片数不同的叶轮、底座、阶梯轴、外壳构成，这样设计的目的是为了让轴的转速一级一级地逐渐提高，防止速度太快造成轴的损坏或者出事故。将气体借助压缩机通过管道输入到有24个叶片的叶轮底座中，推动叶轮转动;压缩空气通过底座下端输送到有12个叶片的叶轮底座中，推动叶轮转动;一直到有6个和3个叶片的叶轮转动。这个过程中，推动工具的速度会随着叶轮转速的提高而提高，从最初的速度提高三级后匀速行驶。

风能转换装置叶轮直径D与叶片数和叶片高度有关，可按下式[1]计算：

3 结束语

在当前绿色环保环境下，基于深海潜水泵机构原理，采用SolidWorks建模软件，创新性设计了风能转化装置。转换装置由24个叶片的叶轮、12个叶片的叶轮、6个叶片的叶轮、3个叶片的叶轮、阶梯轴以及动力装置外壳组成。同时，将3D数字创新设计与3D打印技术相结合，采用桌面级3D打印机FDM制作了风能转换装置模型，从模型看出转换装置装配合理，但其实验研究有待进一步开展。

参考文献：

[1]徐艳飞.小型垂直轴风力机叶轮动力性能研究[D].三峡大学，2012.

[2]朱艳萍，杨志强，徐创.低比转速双吸泵叶轮的几何参数对外特性的影响[J].通用机械，2018（12）：50-53.

[3]李兴华.机械设计课程设计[M].北京：清华大学出版社，2012.