水平軸海流能發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵部件載荷分析及其試驗(yàn)研究

【摘要】：能源是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的重要資源,隨著化石燃料的日益短缺,各國(guó)都加大了新能源的開(kāi)發(fā)。海流能作為一種可再生能源,豐富的蘊(yùn)藏量,以及相比于風(fēng)能更強(qiáng)的可預(yù)測(cè)性得到了廣泛的關(guān)注,借助成熟的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究基礎(chǔ),用于捕獲海流動(dòng)能并將其轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備——海流能發(fā)電機(jī)組也得到了迅猛發(fā)展。海流能發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)需要依據(jù)機(jī)組受到的外部載荷進(jìn)行,研究并尋找適用于海流能載荷計(jì)算的快速準(zhǔn)確的方法十分重要,設(shè)計(jì)大功率等級(jí)的發(fā)電機(jī)組時(shí)將有助于合理布置機(jī)組材料用量,減小體積和質(zhì)量,并為機(jī)組機(jī)構(gòu)上的優(yōu)化提供依據(jù)。 論文分六個(gè)章節(jié),各章節(jié)內(nèi)容分述如下： 第一章論述了課題研究的背景和意義；介紹了國(guó)內(nèi)外海流能發(fā)電機(jī)組的進(jìn)展和海流能發(fā)電機(jī)組載荷計(jì)算的發(fā)展。 第二章介紹了海流能發(fā)電機(jī)組的載荷來(lái)源,分析了基于葉素動(dòng)量(BEM)和計(jì)算流體力學(xué)(CFD)計(jì)算海流能載荷的方法,并將兩者計(jì)算結(jié)果對(duì)比,結(jié)果相差不大,但基于葉素動(dòng)量的計(jì)算方法由于計(jì)算量小,更適用于工程計(jì)算。 第三章依據(jù)第二章討論的結(jié)論,采用葉素動(dòng)量計(jì)算60kW海流能發(fā)電機(jī)組的水動(dòng)力學(xué)載荷,并利用有限元分析工具,對(duì)機(jī)組的關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度分析并提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)。對(duì)葉片和主軸進(jìn)行了模態(tài)分析,兩者不存在共振頻率。 第四章依據(jù)分析結(jié)果設(shè)計(jì)加工60kW水平軸海流能發(fā)電機(jī)組,并對(duì)機(jī)組的裝配、傳動(dòng)效率、負(fù)載特性、工作溫升等指標(biāo)進(jìn)行了場(chǎng)地實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 第五章設(shè)計(jì)完成海流能發(fā)電機(jī)組葉輪旋轉(zhuǎn)工作時(shí),主要水動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)試方法,采用mps430低功耗的單片機(jī)隨葉輪一同旋轉(zhuǎn),離線采集葉片根部的應(yīng)變間接獲得葉根彎矩,利用機(jī)組懸掛吊臂變形獲得機(jī)組的軸向力。并在實(shí)驗(yàn)室對(duì)50W小型機(jī)組進(jìn)行了應(yīng)變信號(hào)標(biāo)定。 第六章對(duì)論文的研究工作和成果進(jìn)行了歸納總結(jié),并對(duì)課題后續(xù)的研究方向和工作內(nèi)容進(jìn)行了展望。 【關(guān)鍵詞】：水平軸海流能發(fā)電裝置 載荷 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：P743.1;TM31
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目錄9-11
• 1 緒論11-21
• 1.1 課題研究背景11-13
• 1.2 海流能發(fā)電機(jī)組的國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史及現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 國(guó)外海流能發(fā)電機(jī)械發(fā)展情況13-15
• 1.2.2 我國(guó)海流能發(fā)電機(jī)械發(fā)展情況15-16
• 1.3 海流能機(jī)組載荷計(jì)算的發(fā)展16-19
• 1.3.1 風(fēng)力機(jī)中關(guān)于載荷計(jì)算的方法16-17
• 1.3.2 海流能載荷計(jì)算方法17-19
• 1.4 課題的研究意義及研究?jī)?nèi)容19-21
• 1.4.1 研究意義19-20
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容20-21
• 2 軸向勻速海流能機(jī)組載荷計(jì)算21-45
• 2.1 主要載荷概述21-24
• 2.2 基于BEM方法的載荷計(jì)算24-32
• 2.2.1 動(dòng)量理論24-28
• 2.2.2 葉素理論28-29
• 2.2.3 模型修正29-30
• 2.2.4 載荷計(jì)算方法30-32
• 2.3 基于CFD的流固耦合計(jì)算32-38
• 2.3.1 控制方程的建立32-34
• 2.3.2 ANSYS Workbench平臺(tái)介紹34
• 2.3.3 CFD仿真方法步驟34-38
• 2.4 計(jì)算結(jié)果及分析38-45
• 2.4.1 研究對(duì)象38-39
• 2.4.2 結(jié)果及分析39-45
• 3 關(guān)鍵零部件載荷分析45-67
• 3.1 葉輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有限元分析47-52
• 3.1.1 有限元模型的建立48-49
• 3.1.2 邊界條件及載荷的處理49-50
• 3.1.3 計(jì)算結(jié)果及分析50-52
• 3.2 機(jī)組箱體結(jié)構(gòu)分析52-57
• 3.2.1 箱體壁厚計(jì)算52-53
• 3.2.2 建立模型及網(wǎng)格劃分53-54
• 3.2.3 計(jì)算結(jié)果及分析54-57
• 3.3 主軸結(jié)構(gòu)分析57-60
• 3.3.1 建立分析模型57
• 3.3.2 劃分網(wǎng)格和施加載荷57-58
• 3.3.3 靜力學(xué)計(jì)算結(jié)果分析58
• 3.3.4 抗彎強(qiáng)度的改進(jìn)58-60
• 3.4 關(guān)鍵部件的模態(tài)分析60-67
• 3.4.1 模態(tài)分析理論61-62
• 3.4.2 葉片模態(tài)分析62-64
• 3.4.3 主軸模態(tài)分析64-67
• 4 海流能機(jī)組的設(shè)計(jì)及其試驗(yàn)67-74
• 4.1 機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)67
• 4.2 零部件裝配及機(jī)組臺(tái)架試驗(yàn)67-71
• 4.2.1 葉片受載試驗(yàn)67-70
• 4.2.2 葉片輪轂裝配70-71
• 4.3 整機(jī)機(jī)械傳動(dòng)測(cè)試71-74
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)方案71-73
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果73-74
• 5 海流能載荷測(cè)試系統(tǒng)74-91
• 5.1 載荷測(cè)量系統(tǒng)組成74-75
• 5.2 測(cè)試系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)75-83
• 5.2.1 硬件設(shè)計(jì)75-81
• 5.2.2 軟件設(shè)計(jì)81-83
• 5.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)量標(biāo)定及結(jié)果分析83-88
• 5.4 小型實(shí)驗(yàn)機(jī)組性能場(chǎng)地測(cè)試88-91
• 6 總結(jié)與展望91-93
• 6.1 課題及論文總結(jié)91-92
• 6.2 工作展望92-93
• 參考文獻(xiàn)93-96

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