海浪发电机设计

机械设计学项目汇报海浪发电系统班级： 09 级机设 2 班小组成员： 冯品、乔旋、柏迎村余超、金福生、魏智利指导教师： 姜世平目录一. 研究背景2二. 研究历史2三. 研究现状3四. 功能分析 4五. 两种方案结构设计45.1、 方案一结构设计 45.2、 方案一结构设计 7六. 方案比较与评估 7七. 总结感言8八. 参考文献 88 / 9一、研究背景辽阔浩瀚的海洋，不仅使人心旷神怡，而且使人迷恋和陶醉。然而， 大海最诱人的地方，还在于它蕴藏着极为丰富的自然资源和巨大的可再生 能源。那波涛汹涌的海浪；一涨一落的潮汐；循环不息的海流；不同深度 的水温；河海水交汇处的盐度差都具有可以利用的巨大能量。另外， 从占地球表面积约 70的海水中，还可以取得丰富的热核燃料和氢。海洋能主要来源于太阳能。它的分布地域广阔，能量比较稳定，而且 变化有一定规律，可以准确预测。例如，海水温差和海流随季节而变化， 而潮汐的变化则具有一定的周期性。我国海洋能资源非常丰富，而且开发利用的前景十分广阔。全国大陆 海岸线长达一万八千多公里，还有五千多个岛屿，其海岸线长约一万四千 多公里， 整个海域达 490 万平方公里。 如果将我国的海洋能资源转换为有 用的动力值，至少可达 1.5 亿千瓦，相当于目前我国电力总装机容量的两 倍多。在海洋能的开发利用方面，当前我国还仅仅处于起步阶段，一些沿 海地区先后研制成了各种试验性的发电装置，并建成了试验性的潮汐电 站，为今后进一步开发利用海洋能源打下了初步的基础。二、研究历史1964 年，日本研制成了世界上第一个海浪发电装置航标灯。虽 然这台发电机发电的能力仅有 60 瓦，只够一盏灯使用，然而它却开创了 人类利用海浪发电的新纪元。利用海浪发电，既不消耗任何燃料和资源，又不产生任何污染，因而 是一种干净的发电技术。这种不占用任何土地，只要有海浪就能发电的方 法，特别适合于那些无法架设电线的海岛使用。70 年代末期， 日本研制成了一种大型海浪能发电船， 并进行了海上试 验。它能发出100150千瓦的电能，而且具有远离海岸的电力传输装置。 这艘发电船通常停泊在离岸三千米的海上，船长 80 米，宽 12 米，总重 500 吨，停泊海域的水深 42 米，在船的内室里，安装了几台海浪发电装 置。英国90年代初期在苏格兰建成了一座发电能力为75千瓦的海浪发电站。英国是继挪威、日本之后利用海浪发电的第三个国家。英国的爱丁堡 大学正在研制五万千瓦的海浪发电装置，而且还将在海岸以外的海面上建 造海浪能发电站。挪威的科学家大胆提出用人力制造大的波浪来进行发 电；这将使海浪发电的研究试验工作进入一个新阶段。三、研究现状目前，世界各国有关海洋能源的研究和利用还处于初始阶段，因而海 洋能属于有待幵发利用的新能源。 其中，对于潮汐能的幵发技术比较成熟, 已进入技术经济评价和工程规划阶段；波浪能的利用处于试验研究阶段； 海洋热能的利用正在进行工程性研究；海流和盐度差能的利用，仅处于原 理研究阶段。如今，最为成熟的海浪发电机由英国海洋能源公司设计，是一种类似 蟒蛇的大型发电设备，由橡胶而不是钢铁制成。“巨蟒”实际上是一根装满水的管子，当海浪在上方经过对其产生挤压时，内部可产生一个“向外图“蟒蛇”海浪发电机原膨胀的波浪”，波浪在到达尾端时可带动发电机发电图一、“蟒蛇”海浪发电机理图厂四、功能分析1、海浪发电的实质利用海浪上下起伏的动力，通过某一装置将其动能转化为电能2、海浪发电所需解决的关键问题与思考a、海浪能量分布范围广，能量密度小，所以需要若干个小型设备同时 收集海浪的能量；b、从各个小型设备收集的能量不易集中，需要某一特殊装置将这些 的分散的能量加以集中利用，并作用同一台发电机上，以降低设备成本；c、对设备的抗海水腐蚀、 抗海水击打、较好的耐久性以与可靠性要求较高。这使得海浪发电装置在总体上必须达到以下三点要求：1、结构简单 2、可靠性高 3、便于维修。五、两种方案结构设计1）原理介绍1浮球通过连杆将海浪上下起伏的动力传递给2压气筒，2压气筒将空气压入4储气室，3安全阀用于控制储气室压力，以免4储气室内压力过大造成危险，当4储气室内压力达到一定值后，5气阀迅速幵启, 此时4储气室里的空气向外释放并推动6叶轮高速旋转，6叶轮的轴输 出动力并经过7调速器传递给8发电机，最后8发电机发的电能通过导 线储存在蓄电池中。2）部分装置详细介绍发电装置所产生的电能，最终将以化学能的形式储存在蓄电池中，但 蓄电池的充电电压必须维持在某一范围之内，若发电机发出的电压小于蓄 电池充电电压的最小值，则电能无法充进蓄电池，则会造成能量的浪费； 若发电机发出的电压超过蓄电池充电电压的最大值，则会损坏蓄电池。所 以必须通过某一装置，让发电机产生的电压维持在某一范围之内，也就是 让发电机转子得到在一定范围内的转速。为实现上述功能，使用如下装置5气阀和装置 调速器：a、气阀:图四、气阀快速幵启/关闭装置设弹簧的预紧力为F,当气室里的压强值为时，有*S1,当气室里压强 再稍微增大一点时，滑块向上移动，此时气体作用的有效面积由S1增大为S2，气体压强虽然会降到 P0，但仍然会有P0*S2F,滑块则会迅速的上 移一段距离h，但气室里气体压强减小到时，有 *S2,此时，滑块一旦接触 到进气口，气体作用有效面积由 S2减小到S1，有F*S1,则滑块会紧紧 压住进气口。如此，该气阀则实现了当气室里的气压值达到时，气阀迅速 幵启，高压空气则推动叶轮高速旋转，当气室气压值减小到时，气阀迅速 关闭，空气停止对外做工。添加此气阀的目的在于，不用电控仅通过机械 装置使作用在叶轮上的空气一直是高压气体，从而让叶轮的转速维持在一 个稳定的范围之内，以让发电机产生一定电压范围内的电能，以便于储存 能量，也避免了能量的浪费。b、调速器：当转轴高速旋转时，质量块会在离心 力的作用下使自身的旋转半径增大，从而 使调速器的转动惯量增加，转动惯量的增 加会使转轴的转速降低，同时调速器会储 存能量；当转轴转速降低时，质量块的旋 转半径减小，调速器的转动惯量减小并释 放能量，使转轴转速增加。这样，通过装置气阀和装置 调速器就使发电机的转子获得了一定范 围内的稳定转速。图五、调速器5.2方案二结构设计1浮球8仪器设备-3油箱A液压室5液压吁达/6调速器7发电机2液压缸9适塞9图六、方案一结构简图原理介绍1浮球通过连杆将海浪上下起伏的动力传递给2液压缸，2液压缸的运动将3油箱中的液压油压入4液压室，4液压室的油液升高，推动 9活塞向上运动，由于8仪器设备等其它重物的压力作用，使得液压室 里的液压油压向5液压马达，液压马达的动力经过6调速器调速后传递 给7发电机，最后发电机发的电能通过导线储存在蓄电池中。五、方案比较与评估方案一以空气为动力介质，将海浪上下起伏的动能转化为叶轮的转动 的动能，其结构简单、质量轻、成本低，适用于小型的海浪发电站。方案二以液压油为动力介质，将海浪上下起伏的动能转化为液压马达 的动能，其转动力矩大、传递效率高、运行平稳、使用寿命长，适用于大 型海浪发电站。六、总结感言在本次机械设计学三级项目的开始，我们在图书馆和网站上查阅了很 多相关资料， 在前人研究的基础之上， 提出了自己的想法， 经过小组讨论， 最终确定了两种应用于不同条件下的方案。在完成项目过程中，我们相互 交流，相互学习，相互促进，从中体会到团队合作力量的强大。通过这次 三级项目也让我们懂得团队之间合作与信任的重要性，能够顺利完成这次 三级项目，与小组成员之间的紧密配合息息相关，同时与每个成员的努力 都分不开。最重要的是，通过这次项目设计，我们学会了如何从实际角度 而不仅是从理论角度上思考问题，因为实践才是检验设计好坏的唯一标 准，所以我们必须考虑到各个方面带来的影响因素，将理论联系实际，以 设计出更好的产品。七、参考文献1 黄靖远，高志，陈祝林 .机械设计学 M. 北京 :机械工业出版社， 2006-04.2 G. 帕尔 W. 拜茨 . 工程设计学 学习与实践手册 M. 张直明 等译，北京 :机械工业出版社， 1992-06.3 上海交通大学，新型多维并联摆动海浪发电装置 P. 中国专利 :102444537 ， 2012-05-094 许昌义，摇臂式海浪发电装置 P. 中国专利 :201908773 ， 2011-07-275 李昌海，一种高效海浪发电装置 P. 中国专利 :201705537 ， 2011-01-126 郑崇伟 南海波浪能资源与其他清洁能源的优缺点比较研究 N 亚 热带资源与环境学报， 2011-09-01(3)