單臂振蕩波能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

單臂振蕩波能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計,振蕩,發(fā)電,裝置,結(jié)構(gòu)設(shè)計 目錄 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 設(shè)計(論文)題目：單臂振蕩波能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計 學生姓名： 目 錄 摘 要 II Abstract III 1 緒論 1 1.1 海洋能的研究背景與意義 1 1.2 海洋波浪能的資源分布 2 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析 2 1.3.1 早期波浪能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展 2 1.3.2 波浪能發(fā)電裝置的分類方法 3 1.3.3 波浪能發(fā)電技術(shù)的理論研究 4 1.3.4 目前波浪能存在的問題 5 2 單臂振蕩波能發(fā)電裝置方案設(shè)計 6 2.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 2.2 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 2.3 液壓原理圖設(shè)計 8 3 單臂振蕩波浪能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 3.1主體結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 3.2各組成零件的設(shè)計 9 總結(jié) 12 參考文獻 13 致 謝 15 III 摘要 單臂振蕩波能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘 要 利用波浪發(fā)電技術(shù)日益被重視，世界上不斷的有一些新的思路和研究設(shè)計出來。截至目前，大約有340種不同的場景利用波浪能發(fā)電和千余項關(guān)于波浪能設(shè)計的專利。利用擺臂吸收波浪能量來轉(zhuǎn)化為電力，就是本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容。內(nèi)容是關(guān)于利用浮力傾斜波能來發(fā)電的裝置的一些簡單分析和繪圖。基于波浪理論，對單臂振蕩波能發(fā)電裝置內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。論文章節(jié)如下： 第一章討論了課題的研究背景，波浪能裝置的研究現(xiàn)狀，提出重要性和研究的對象。 第二章對單臂振蕩波能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理進行了分析。 第三章單臂振蕩波能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)零件的具體設(shè)計。 關(guān)鍵詞：波浪能發(fā)電；擺臂式；結(jié)構(gòu)設(shè)計 第1章 緒論 Single Arm Oscillation Energy Generation Apparatus Design Abstract Using wave power generation technology has been paid more and more attention, and there are some new ideas and research designs in the world. As of now, there are about 340 different scenarios with wave power and a thousand waves can design patent. The main content of this graduation project is to use the swing arm to absorb the wave energy to be converted to electricity. The content is a simple analysis and drawing of the device which uses the buoyancy inclined wave energy to generate electricity. Based on the wave theory, the wave energy generation device oscillation arm structure of internal structure design. Thesis chapters are summarized as follows: The first chapter discusses the research background, research status of wave energy devices presented significance of the topic and the subject of research. The second chapter discusses the composition and the basic principles of buoyancy Tilting wave energy device was analyzed during the study device key technologies. In the third chapter, a slight wave theory of buoyancy placed in fixed position does not move when the force of the wave amplitudes were calculated and analyzed. And then derive the buoyancy means a pendulum motion capture energy efficiency, and analyze its relationship with water depth, buoyancy mechanical damping of the pendulum. Key words: wave energy;swing arm type; structure design 3 1 緒論 1.1 海洋能的研究背景與意義 傳統(tǒng)化石能源，使現(xiàn)代機械工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，已經(jīng)使人類從農(nóng)業(yè)社會轉(zhuǎn)變成繁榮的工業(yè)社會，為整個工業(yè)文明提供動力源源不絕，在近代的人類發(fā)展中是一個重要的組成部分。至今化石能源仍是人類社會最大能源消耗，化石能源的全球消費量的比重在所有能源中超過80％，人類工業(yè)科技的不斷發(fā)展，是對化石燃料能源的不斷消耗，它們消耗速度比生產(chǎn)速度快好多，所以導致了化石能源的枯竭。[1]在另一方面，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人類社會能源需求也在不停地變大，消耗也變多，按照這個速度，不久的將來化石能源會被使用光，這是對人類發(fā)展的一個巨大挑戰(zhàn)。在另一方面，利用化石能源始終伴隨著溫室氣體的排放和生產(chǎn)了一批環(huán)境污染危害整個人類環(huán)境不符合健康的長遠社會發(fā)展的基本要求。所以替代傳統(tǒng)的化石燃料，開發(fā)和使用新的清潔的尋找可再生能源，減少對環(huán)境的污染，是目前很重要的一件事情。海洋占據(jù)地球面積3.61億公里，占地球表面的71％。浩瀚的海洋資源豐富，包括海洋化石能源,還包括潮汐，波浪，溫度，，海流的形式“海力”。經(jīng)受風吹日曬等，從而導致不??同的溫度，鹽度的不同區(qū)域，由月球和其他地區(qū)的重力的作用海水漲潮，這些差異導致各種海洋能，從海上得到的能量是干凈的，可再生的。開發(fā)和利用清潔可再生能源，這是對人類未來的發(fā)展具有重要意義，有利于自身生存，而且可以不斷再生，擴大生存空間最實用的方法之一。進入21世紀以來，許多國家非常重視各種海洋資源，努力研究海洋科學和發(fā)展技術(shù)實力。通過不斷的努力，中國在研究海洋資源的若干領(lǐng)域取得了長遠的進步。在改革開放以后我們強調(diào)工業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟增長，忽視環(huán)境管理和保護。由于這種粗放的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線是消耗自然資源，所以產(chǎn)生了許多不好的影響，如煙霧，全球變暖，污染地下水，這些東西已經(jīng)對我們的生活有了很大的影響，所以我們的政府已經(jīng)加大力度推進節(jié)能減排，并正在制定環(huán)境友好型社會，并把重點放在支持新的清潔和可??再生能源的開發(fā)和利用，建立可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略路線圖。我們的海洋是巨大的，島嶼眾多，擁有490萬平方公里的海域面積和超過6000群島海域，這些領(lǐng)域蘊含的海洋資源將是一筆寶貴的財富，合理的開發(fā)和利用豐富的海洋能源資源可以有效地解決我們的能源和環(huán)境問題。[2]世界上海洋能源技術(shù)目前更多是的處于開發(fā)的初始階段，但海洋的能量是巨大的，可再生的，根據(jù)調(diào)查，海浪能量是巨大的，我們可以通過把潮汐能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，利用這種干凈的清潔的能源，我們的環(huán)境也不會受到污染，但是進一步使用波能源技術(shù)仍處于實驗性階段，有待更深入的研究和探索，我國也對海洋非常重視，國家海洋局“海洋可再生能源發(fā)展綱要（2013-2016）”中提到中國確定了三個主要的海洋能源試驗場，相繼在中國沿海地區(qū)科研機構(gòu)安裝各種海洋能試驗裝置。這將進一步推動海洋能，海洋能技術(shù)研究基金會的發(fā)展。 1.2 海洋波浪能的資源分布 海洋波浪能是海洋能源的動能的一種形式，與其他的海洋能源相比較具有廣泛的傳播和密度高的流動特性。據(jù)調(diào)查，全世界大約有二十五億千瓦的全球波浪能，這是極具發(fā)展?jié)摿Φ?。這個基本來源于南印度洋和太平洋，北大西洋，北太平洋。 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析 點吸式波能裝置也稱為振蕩波能裝置，其原理是利用海浪的動能推動擺板，擺板來回的運動，然后通過液壓裝置，把動能轉(zhuǎn)化為液壓能，然后把液壓能轉(zhuǎn)化為電能，這種裝置能源轉(zhuǎn)換效率高，比較容易制造，成本低，適合于波能，可以是比較好的選擇，而且機器一般較小，更容易研究和推廣。[3]下面這個圖片是波浪能發(fā)電的基本原理圖。 圖1.3.1 1.3.1 早期波浪能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展 所有國家在海洋方面都在努力的研究，并且很早就開始研究了，波浪能最早的專利領(lǐng)域可以追溯到1799年，1911年，法國研制出世界上第一個海洋波浪能發(fā)電裝置。在20世紀60年代，日本發(fā)明了第一個商業(yè)化的波能發(fā)電裝置，是用于輪船方面的。截至2010年，利用波浪能技術(shù)的專利達到了4000多個項目，世界各地所有的海運國家都參與波浪能源技術(shù)的研究，通過一系列的理論計算和預先優(yōu)化的數(shù)值模擬，它有在原型中，測試設(shè)備的操作的發(fā)電裝置的穩(wěn)定性和可靠性的實際的海況一些波。歐洲岸邊波浪能資源豐富，因此相關(guān)研究相比其他地區(qū)的發(fā)展更加突出也更加積極探索領(lǐng)域。到目前為止，歐洲發(fā)明了許多在海洋運行實驗的各種波能裝置。[4]中國在上世紀70年代就開始研究，波浪能發(fā)電，在“七五”期間中國的第一批電廠建設(shè)的能源研究所位于廣州。在該機械用喇叭板混凝土澆注收集收縮水道波通過發(fā)電內(nèi)部版本液壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，中國第一個傾斜波浪發(fā)電站國家海洋技術(shù)研究所在山東大管島“十一五”期間，發(fā)電可以達到30kW。 1.3.2 波浪能發(fā)電裝置的分類方法 根據(jù)蘇格蘭奧克尼群島的歐洲海洋能源中心（世界上第一個海洋能源中心）的分類，波能發(fā)電裝置可以分為四類，震蕩水柱式，擺式裝置，振蕩浮子式，收縮波道式。海洋波浪能量通過轉(zhuǎn)換部分，諸如通過浮子，擺板和其他結(jié)構(gòu)，波浪的動能轉(zhuǎn)化為別的能量;輔助波能量轉(zhuǎn)換的中間轉(zhuǎn)換部分繼續(xù)使波能量以促進采集發(fā)電機，二轉(zhuǎn)換機械能的發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能的波浪能發(fā)電設(shè)備的流程圖，一個轉(zhuǎn)換部的轉(zhuǎn)換而通過搖動浮子，捕獲，然后通過液壓缸把動能轉(zhuǎn)化為壓力能。波浪能發(fā)電雖然研究的時間比較早，可是發(fā)展并不快，因為有的國家對自己的技術(shù)沒有信心，而且海洋有的時候環(huán)境比較惡劣。但是現(xiàn)在環(huán)境污染和化石能源的枯竭，導致這些國家不得不把目光放在了廣闊的海洋。海洋技術(shù)研究所承擔了國家“九五”科技攻關(guān)項目：30?kW擺式波力電站的研制與建設(shè)。該擺式波力電站建于山東省即墨市大管島，于1999年6月開始實施海況試驗，電站所發(fā)的電能首先對蓄電池充電，然后再供給用戶使用，在入射波高為1～6?m時電站出電約為1～30?kW。[5]這是我國建成的第一個擺式波力電站。該電站按照抵抗20年一遇臺風的標準建造，目前運行狀況良好。 按波能量收集的另一個轉(zhuǎn)換可以分為擺動型水柱，光滑，傳輸類型，指向不同的形式（振蕩浮動）型，越浪式，振蕩水柱等。下面是一些具體的一些圖片，所述壓力裝置是不固定的，或可被分成固定的和可變的，根據(jù)不同的機械原理，這意味著次要轉(zhuǎn)換部分可以分為氣動，液壓和齒輪。振蕩浮動的波能發(fā)電裝置是利用水下開口的裝置，通過空氣帶動空氣葉輪，都得到旋轉(zhuǎn)的機械能，然后就可以帶動發(fā)電機，就可以得到電能了，這種的好處是可以不接觸到海水，可靠性也高一點，也便于研究，容易安裝，但是缺點是效率比較低下。越浪式比較穩(wěn)定，相對可靠一點，穩(wěn)定的輸出，但是體積比較大，安裝困難看。 下面是一些波能發(fā)電的具體的裝置圖片，有點頭鴨，收縮波道，振蕩浮子式。 第1章 緒論 1.3.3 波浪能發(fā)電技術(shù)的理論研究 由于吸收式波浪發(fā)電技術(shù)具有轉(zhuǎn)換效率高，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸變化小的優(yōu)勢，目前的理論研究和目前發(fā)展和開發(fā)相關(guān)設(shè)備的角度來看，研究主要集中于波器水動力性能分析，控制策略和設(shè)定相位，通過改變設(shè)計參數(shù)，以便優(yōu)化的發(fā)電設(shè)備的效率，調(diào)整反饋調(diào)節(jié)控制以提高裝置的安全性能，新一代壓電材料中的應(yīng)用具有重要的成為方向，本文涉及到流體力學分析設(shè)備，所以重點介紹這一研究現(xiàn)狀。早在1981年，托馬斯等人，總結(jié)了在墨西哥灣流的基本功能的波浪能裝置，互動浮體被海浪之間的研究的基礎(chǔ)上，于2002年直線法爾考波假設(shè)，以吸收波能的點的腔裝置和該裝置的總效率的入射角的幾何形狀的影響發(fā)生裝置流體動力學分析。[6]相位控制學習方法來提高能量轉(zhuǎn)換效率問題的手段，在BaBarit 2012年的研究分析，加在沒有粘性流體動力學方程的次級阻尼項來檢查粘性阻尼流體分析的效果。包括國內(nèi)相關(guān)研究機構(gòu)和大學也有很多的研究，劉中間三個線性源和匯的分析是在1987年法在規(guī)則波的深度下車駁船移動單元響應(yīng)問題，能源繩松偉廣州研究所等于2013是一段波吸收水動力分析，正波浮意味著外部激勵動力和阻尼進行了優(yōu)化設(shè)計理論和計算方法。馬哲中國海洋大學吸引流體動力波施加浮子外阻尼浮子下方的振蕩進行分析如在2013年的問題的響應(yīng)的沖擊載荷的擺動運動，并以浮動的振動的各種物理性質(zhì)的運動特性的響應(yīng)討論。 1.3.4 目前波浪能存在的問題 雖然波浪能目前和化石能源相比，有比較多的優(yōu)點，發(fā)電裝置的研究和開發(fā)也有了一定的發(fā)展，卻沒有普及到人們的生活當中去，是應(yīng)為有一些缺點是不可避免的。 （1）隨機性 海洋波浪是由風產(chǎn)生的，在海洋中隨時隨地都有波浪，但是波浪往往是不穩(wěn)定的，往復，低速。波浪有的時候大有的時候小，變化具有隨機性。如何將隨機的波浪能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電能的電能是一個難題 （2）發(fā)電成本 在目前的條件下，科學家進行計算發(fā)現(xiàn)，波浪能發(fā)電的成本比常規(guī)的熱發(fā)電的成本要高出十倍左右。因此成本的原因?qū)е虏ɡ四茉诟鞣N清潔的能源得不到普及。 （3）總效率 我們在研究波浪能的時候是在一些比較好的條件下進行的，所以在實際的條件下并沒有理想下的那么好。而且在一般情況下波浪能裝置上使用的是小型三項交流發(fā)電機，所以效率低下。 5 第2章 單臂振蕩波浪能發(fā)電裝置方案設(shè)計 2 單臂振蕩波能發(fā)電裝置方案設(shè)計 在海洋能源具體的研究中，海浪是直接作用在發(fā)電裝置上的能量，同時也是最好收集的能量，可再生和無污染?？茖W家早就對海浪發(fā)電進行了研究，現(xiàn)在的研究基本可以分為兩個大方向，一個是對液體的波動從流體力學方面進行研究，還有一個是將海浪的運動看為一個隨機的運動。這兩個不同的方向?qū)唧w的設(shè)計有比較大的影響。[7] 根據(jù)波浪能發(fā)電的具體原理，波能發(fā)電裝置基本是由三個基本部分組成，包括波浪能吸收系統(tǒng)，波浪能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，以及最后的電能輸出系統(tǒng)。 2.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖2. 1是單臂振蕩波浪能發(fā)電機組的總體結(jié)構(gòu)組成，兩個主要的機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)：完整的機械系統(tǒng)用來吸收大的能量，并且可以傳遞能量，它包括浮力和液壓傳動擺動機構(gòu)，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)換為波被能換成動能轉(zhuǎn)化為壓力能，然后就可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽詫崿F(xiàn)將旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)換成電能，并實現(xiàn)能量存儲和轉(zhuǎn)換，擺式波能發(fā)電裝置優(yōu)點是擺版的運動可以適應(yīng)比較大的波浪能，但它也可以通過電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)浮球和最大化穩(wěn)定的功率輸出。 圖2.1離網(wǎng)型浮力擺式波浪能發(fā)電機組的總體結(jié)構(gòu) 2.2 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 浮力擺式波浪能發(fā)電裝置包括浮力擺、液壓缸和欽接機構(gòu)等，具體機械結(jié)構(gòu)如圖2.2所示： 圖2.2 浮力擺式波浪能發(fā)電裝置機械結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 浮力傾斜波裝置結(jié)構(gòu)的機構(gòu)中的獨立運動的運動和功率分析，研究機構(gòu)的自由，以確定所希望的使設(shè)置來控制浮力擺的移動，其中該圖可被簡化為圖2.3。 圖2.3浮力擺式波浪能發(fā)電裝置機構(gòu)運動簡圖 該組織是由機架1，原動件2是復合欽鏈和兩個II類基團，和其中B是由三個部件的鈦鏈的組合物，從而使構(gòu)成交替的旋轉(zhuǎn)數(shù)3-1 = 2C，D兩個兩個成員，每兩個旋轉(zhuǎn)副，因此該機構(gòu)一共N = 5活躍成員，一共P1口7低邊和高pH=0副手，無局部自由度和虛限制，獲得自由度，可根據(jù)下式為組織自由平面被命名： 因為同等數(shù)量的自由度運動構(gòu)件機構(gòu)和團體的都是一體，使浮力傾斜機制的波浪能裝置的相對運動提供。[8]設(shè)計浮球機械結(jié)構(gòu)主要鋼板20通過焊接，以便在浮力的厚度來進行，以使浮體，并與同樣薄越好的一定的剛度，既減輕重量節(jié)省材料，而且還形成改善與波其，增加浮力擺置換反應(yīng)。為此浮力投入中空內(nèi)部，頂部和底部被設(shè)計成半圓弧，4毫米前壁板壁厚。為了訪問促進展氣缸和剛性，是圓網(wǎng)造紙氣缸軸承座設(shè)計成固體，從而防止向上力擺變形時，內(nèi)部硬盤部件焊接到厚度為20正加強肋，側(cè)楊的壁厚板8同時需要充分考慮封浮力吊帶的可靠性。 2.3 液壓原理圖設(shè)計 根據(jù)液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求，設(shè)計本方案中浮力擺式波浪能發(fā)電裝置的原理圖如圖3.1所示。 圖2.3.1 液壓原理圖 1．液壓缸1 2．液壓缸2 3．單向閥4．安全閥5．壓力表6．主／輔回路蓄能器7．壓力傳感器8．主回路液壓馬達9永磁同步發(fā)電機10精濾油器11輔助回路液壓泵12．輔助回路異步電機13．粗濾油器14．油箱15．溢流閥16．扭矩傳感器17．轉(zhuǎn)速傳感器。 主液壓回路的操作如下：當浮力，鐘擺沿逆時針方向樞轉(zhuǎn)，液壓缸2的活塞桿腔，設(shè)計，流動通過止回閥3.7液壓油從未桿腔，然后將可變驅(qū)動馬達旋轉(zhuǎn)，液壓第一汽缸活塞流到移動的有桿腔通過單向閥3.2,3.1酒吧客房桿腔液壓油;如果順時針轉(zhuǎn)動驅(qū)動，液壓缸在公平的運動L 2。安全閥4.1,4.3確定該系統(tǒng)的最大壓力設(shè)定為18Mpa。最大操作壓力是由減壓閥15被設(shè)定在2.5MPa的確定。充電電路的工作原理如下：當返回管低于1MPa，壓力傳感器將信號發(fā)送到控制器，啟動發(fā)動機油，分別通過止回閥3.1,3-3,3.6,3 0.8添加油到系統(tǒng)中，當壓力達到1.5MPa時。在液壓系統(tǒng)壓力容器6吸收系統(tǒng)波動。 11 第3章 單臂振蕩波浪能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 單臂振蕩波浪能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1主體結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖3.1.1 主體結(jié)構(gòu)視圖 如圖3.1.1所示，裝置的工作原理是擺臂在波浪的作用下運動，產(chǎn)生動能，經(jīng)過活塞推動液壓缸里面的油液把動能轉(zhuǎn)化為液壓能，然后可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋? 3.2各組成零件的設(shè)計 圖3.2.1 液壓缸 如圖3.2.1所示，就是擺臂下面兩側(cè)的液壓缸。擺臂的動能就是通過液壓缸的活塞桿推動油液進行運動。 圖3.2.2活塞桿 如圖3.2.2所示，就是由擺臂帶動的液壓缸的活塞桿。 圖3.2.3液壓缸前端蓋 如圖3.2.3所示，就是液壓缸前端蓋的具體設(shè)計。 圖3.2.4液壓缸后端蓋 如圖3.2.4所示，是液壓缸后端蓋的具體設(shè)計。 參考文獻 總結(jié) 隨著畢業(yè)的時間的慢慢來臨，畢業(yè)設(shè)計也慢慢的逐漸的完善好了，通過這一次的發(fā)電裝置的具體設(shè)計，讓我對機械設(shè)計原理以及CAD畫圖有了更深的了解，同時液壓，機械和材料工程知識的結(jié)合運用，解決了機械設(shè)計上面遇到的問題，進一步鞏固和擴大所學的知識。通過查找大量的其他波能發(fā)電的設(shè)計，來逐步做出正確的設(shè)計。增強了我的創(chuàng)新意識和競爭意識，使我熟悉了機械設(shè)計，培養(yǎng)了我解決問題的能力。通過資料的一些查找和收集，自己慢慢的摸索和老師的指導和改正，讓我慢慢的有了思路，設(shè)計出了波能發(fā)電的裝置。在本次的畢業(yè)設(shè)計中，我和同學的關(guān)系也更加的好了，不懂的東西大家相互討論，有啥不會的就問老師，所以我也很感謝我的同學。 參考文獻 [1]游亞戈，李偉，劉偉民，等.海洋能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J].電力系統(tǒng)自動化，2010，34(14)：1-12. 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