【摘要】：波浪能是海洋能源中蘊藏最為豐富的能源之一，也是海洋能利用研究中近期研究最多的海洋能源，其開發(fā)利用技術(shù)已趨于成熟，正在進入或接近于商業(yè)化發(fā)展階段。本文針對海洋波浪能發(fā)電技術(shù)的基本原理、能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等作了全面綜述，介紹了國內(nèi)外海洋波能發(fā)電技術(shù)的進展和主要波能裝置，而其中一些計劃的成功實施，有力地推動了波能轉(zhuǎn)換的技術(shù)進步及其在世界范圍內(nèi)的競爭力。同時也結(jié)合中國海洋的實際情況分析了波浪能研究和利用的發(fā)展目標和方向，指出我國波浪能利用對于沿海地區(qū)海洋資源的開發(fā)和遠離大陸海島的發(fā)展有著十分重要的意義． 本文主要設(shè)計研究了一種新型的軸流葉輪式波浪能發(fā)電裝置，用于海洋波浪能的發(fā)電。其結(jié)構(gòu)包括中空浮子，以及與浮子相連的套筒，套筒中設(shè)有兩組發(fā)電結(jié)構(gòu)組件，每組結(jié)構(gòu)組件一端伸入中空浮子，通過齒輪機構(gòu)與發(fā)電機相連，另一端連接雙向葉輪。裝置中葉輪、轉(zhuǎn)軸、齒輪、發(fā)電機順序連接，利用葉輪將波浪能的重力勢能轉(zhuǎn)化為葉輪的動能，葉輪通過旋轉(zhuǎn)帶動內(nèi)部齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪將此機械能傳遞至發(fā)電機的齒輪上，實現(xiàn)機械能轉(zhuǎn)化成電能。套筒與浮子間裝有開放式保持架，釋放多余的空氣壓力和海水壓力。本裝置具有發(fā)電效率高，成本低，結(jié)構(gòu)緊湊，耐沖擊等優(yōu)點。 在所設(shè)計的軸流葉輪式波浪能發(fā)電裝置中，作為波浪能的主要吸收裝置——葉輪，其對波浪能的吸收轉(zhuǎn)化率，是影響本波浪能發(fā)電裝置發(fā)電功率的重要因素。根據(jù)本設(shè)計的波浪能發(fā)電裝置所供電的設(shè)備——ARGO浮標的工作運動情況，即上浮、下潛、海面漂浮及海底靜止四個狀態(tài)下所受的壓力情況，利用流體力學分析軟件Fluent,根據(jù)ARGO浮標四種運動狀態(tài)下的受力情況得到波浪能發(fā)電裝置的葉輪在工作中的受力范圍為（400,640058）（單位N），分別選取葉輪在浮標上浮或下潛過程中由相對運動產(chǎn)生的入口壓力P1=5MPa，在隨波浪運動時產(chǎn)生的平均入口壓力為P2=7.5MPa，以及在波能最大的極限情況下即入口壓力為P3=20.3MPa進行模擬計算，得到葉輪上轉(zhuǎn)化的波浪能功率與入口壓力的比率。通過與波浪能發(fā)電裝置模型的實際實驗，得到波浪能供電裝置中葉輪吸收波浪能的相關(guān)葉片性能之間的關(guān)系。通過Gambit建模及Fluent軟件的模擬計算，得到葉輪的壓力云圖與徑向力、力矩。選取的3組仿真結(jié)果直觀的反映了在葉輪內(nèi)部流場中隨浮標運動葉片受力等特性參數(shù)，驗證了所設(shè)計供電裝置的可行性并為浮標用葉片式波能供電裝置葉輪的葉根設(shè)計強度提供了參考依據(jù)。 葉輪在正常工作中的受力及材料疲勞強度情況，是決定本設(shè)計裝置能否運行的重要因素。通過ANSYS有限元分析軟件，分別選取在正常工作中2m、5m、10m三中不同浪速下，通過模擬計算，得到葉輪所受的壓力、變形和安全系數(shù)等參數(shù)。通過計算得到，當波浪浪高到達10m時，即波浪進入套筒的速度達到14.14m/s時，葉輪的最大應(yīng)力為653.7MPa，安全系數(shù)為1.28。所以本文所設(shè)計的葉輪式波浪能發(fā)電裝置在我國沿海地帶能夠安全的運行。 本設(shè)計的海洋波浪能發(fā)電機構(gòu)是一個由多級變速傳動的齒輪系統(tǒng)組成的，作為機械傳動中重要的一種傳動形式，齒輪傳動具有形式多，應(yīng)用廣的特點。波浪能發(fā)電機構(gòu)靠海水波浪的上下勢能轉(zhuǎn)換為發(fā)電機的電能，運轉(zhuǎn)速度不高，故齒輪選七級精度（GB10095-88），材料的選擇上，大、小齒輪的材料選擇分別為45鋼（調(diào)質(zhì)）與40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度分別對應(yīng)為240HBS與280HBS，硬度差值為40HBS。從齒面接觸強度和齒根彎曲強度兩方面計算齒輪的模數(shù)，模數(shù)m=1.5，最后用ADAMS計算了齒輪軸的受力大小，便于后期進一步的選材和軸承壽命計算等。 21世紀是海洋世紀，人類向大海索取資源已成為必然趨勢。波浪能作為一種重要的海洋能，研究波浪能發(fā)電裝置是一種有效緩解能源壓力的方式。提高波浪能發(fā)電裝置的效率以及可靠性，最大幅度地降低它的工程造價，是未來發(fā)展波浪能的整體趨勢。目前，已經(jīng)有部分能夠降低波浪能發(fā)電成本的技術(shù)，如果能夠進行大規(guī)模的生產(chǎn)與應(yīng)用，波浪能發(fā)電裝置的成本會大幅度降低。合理高效地利用波浪能資源，對海洋的開發(fā)以及國家海防建設(shè)都有非常重大的意義。
【學位授予單位】：上海海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：P715.2;P743.2
【圖文】：

. 葉輪式波能供電浮標結(jié) diagram of the impelle發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2展海洋觀測、海洋可再生 明確提出發(fā)展海洋戰(zhàn)利用海洋資源；加強海合調(diào)查與測繪工作，維提高海洋探測和海洋資重視海洋。占地球總面積的 72%，以利用的功率是目前世式的海洋能中，波浪能

輸過程完成后，浮標會根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定，自動進行下一次的下潛、到達一定留、上浮探測、數(shù)據(jù)傳輸?shù)难h(huán)探測過程。此浮標設(shè)計的如上正常循環(huán)工一般為兩年。主要的結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示：

【參考文獻】

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本文編號：2731298