20kW海洋三浮筒波浪能發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能優(yōu)化

【摘要】：海洋能是一種可再生的清潔新能源，其中以波浪能最為豐富，論文首先分析國內(nèi)外波浪發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀和存在的問題。了解國內(nèi)外各種波浪發(fā)電裝置的工作原理和特點(diǎn)，在挪威的筏式波能轉(zhuǎn)換裝置的基礎(chǔ)上，結(jié)合波能發(fā)電的原理。提出一種新型的波浪發(fā)電裝置—海洋三浮筒波浪能發(fā)電裝置。 其次根據(jù)微幅波理論和推進(jìn)波的勢(shì)函數(shù)，推導(dǎo)出水質(zhì)點(diǎn)的速度、加速度、水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡以及波浪的壓強(qiáng)和波能的數(shù)學(xué)表達(dá)式；利用弗汝德－克雷洛夫假定法對(duì)幾種狀態(tài)圓柱體浮筒進(jìn)行受力分析，建立圓柱體浮筒受力數(shù)學(xué)模型，確定圓柱體浮筒的基本幾何尺寸后；結(jié)合波浪理論以及波浪能轉(zhuǎn)換原理的基本知識(shí)，討論浮筒與附加質(zhì)量、水截面積、波浪力振幅的關(guān)系，求出圓柱體浮筒的起伏位移和俘獲的能量。 然后對(duì)20kW海洋三浮筒波能發(fā)電裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括外部吸能機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，方向轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)。在對(duì)外部浮筒進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析之后，設(shè)計(jì)活動(dòng)鉸鏈以避免不利運(yùn)動(dòng)對(duì)吸能機(jī)構(gòu)造成破壞。并根據(jù)波長(zhǎng)大小確定浮筒臂尺寸，建立浮筒臂輸入端力矩和擺動(dòng)角度的數(shù)學(xué)模型。由于浮筒臂的來回?cái)[動(dòng)不易利用，設(shè)計(jì)方向轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，使得正、反方向的擺動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閱我环较虻男D(zhuǎn)。為了提高發(fā)電裝置的續(xù)航能力，進(jìn)而設(shè)計(jì)加裝大蓄能器的液壓系統(tǒng)。 最后利用液壓仿真軟件AMESim對(duì)液壓系統(tǒng)的輸出能量穩(wěn)定性進(jìn)行分析，出現(xiàn)液壓系統(tǒng)在能量輸入不足的情況下不能穩(wěn)定輸出能量，本文對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。使其能在系統(tǒng)輸入能量不足時(shí)實(shí)現(xiàn)能量穩(wěn)定輸出。 【關(guān)鍵詞】：波浪能 三浮筒發(fā)電裝置 液壓系統(tǒng) 克雷洛夫假定 AMESim
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM612;P743.2
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 第一章 緒論14-22
• 1.1 研究背景14
• 1.2 國內(nèi)外研究狀況及技術(shù)現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 海洋能概況14-16
• 1.2.2 世界各國海洋能利用的技術(shù)現(xiàn)狀16-17
• 1.3 國內(nèi)外波能轉(zhuǎn)換裝置原理及工程實(shí)例介紹17-21
• 1.4 本課題研究?jī)?nèi)容21-22
• 第2章 微幅波理論22-33
• 2.1 微幅波理論的基本方程22-27
• 2.1.1 連續(xù)方程22-23
• 2.1.2 理想流體的運(yùn)動(dòng)23-24
• 2.1.3 定常積分（伯努利方程）與非定常無旋積分24
• 2.1.4 勢(shì)波的概念24-27
• 2.2 二維小振幅推進(jìn)波的速度勢(shì)27-28
• 2.3 水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度和加速度28-29
• 2.4 水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡29-31
• 2.5 波的壓強(qiáng)和波能31-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 第3章 浮筒受力分析及起伏系統(tǒng)能量分析計(jì)算33-46
• 3.1 海況的選擇33-34
• 3.2 弗汝德－克雷偌夫假定法34-35
• 3.3 圓柱體浮筒的波浪力分析35-41
• 3.3.1 垂直圓柱體浮筒的波浪力35-37
• 3.3.2 水平圓柱浮筒的波浪力37-38
• 3.3.3 橫向圓柱體浮筒的波浪力38-41
• 3.4 浮筒起伏系統(tǒng)能量計(jì)算41-44
• 3.4.1 浮筒的起伏頻率41
• 3.4.2 浮筒的起伏位移41-43
• 3.4.3 浮筒起伏體能量表達(dá)式43
• 3.4.4 浮筒吸收能量計(jì)算43-44
• 3.5 本章小結(jié)44-46
• 第4章 20kW 海洋三浮筒波浪能發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)46-60
• 4.1 海洋三浮筒波浪能發(fā)電裝置總體參數(shù)設(shè)計(jì)46-47
• 4.2 外部吸能裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)47-49
• 4.2.1 鉸鏈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)47-48
• 4.2.2 浮筒臂的參數(shù)設(shè)計(jì)48-49
• 4.2.3 中間浮筒傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)49
• 4.3 方向轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)49-50
• 4.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)50-55
• 4.4.1 液壓馬達(dá)的選擇51-52
• 4.4.2 液壓泵的選擇52-53
• 4.4.3 閥類元件的選擇53-54
• 4.4.4 增速比的確定54-55
• 4.5 蓄能器的設(shè)計(jì)55-58
• 4.5.1 蓄能器的參數(shù)設(shè)計(jì)56
• 4.5.2 蓄能器類型的選擇56
• 4.5.3 蓄能器的參數(shù)計(jì)算56-58
• 4.6 發(fā)電機(jī)的選擇58-59
• 4.7 本章小結(jié)59-60
• 第5章 三浮筒發(fā)電裝置液壓系統(tǒng)仿真與性能優(yōu)化60-72
• 5.1 液壓系統(tǒng)的仿真建模方法與軟件選擇60
• 5.2 AMESim 仿真軟件介紹60-61
• 5.3 三浮筒發(fā)電裝置液壓系統(tǒng)仿真系統(tǒng)61-66
• 5.3.1 仿真系統(tǒng)的組成61-62
• 5.3.2 仿真模型的創(chuàng)建62
• 5.3.3 能量輸入信號(hào)的建立62-64
• 5.3.4 參數(shù)設(shè)置64
• 5.3.5 仿真結(jié)果及分析64-66
• 5.4 改進(jìn)后的液壓仿真系統(tǒng)66-71
• 5.4.1 改進(jìn)后系統(tǒng)仿真模型的創(chuàng)建67
• 5.4.2 聯(lián)合仿真67-69
• 5.4.3 改進(jìn)后仿真結(jié)果及分析69-71
• 5.5 本章小結(jié)71-72
• 全文總結(jié)與展望72-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文77-78
• 致謝78

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