用于浮标式海浪发电装置的柔性固定系统的研究

发布时间：2020-11-12 18:40

　　 海洋波浪能是一种清洁的可再生能源，我国波浪能储量丰富。波能转换装置是将波浪能转化为电能的装置，深入研究波能转换装置，对解决我国日益严峻的能源和环境问题具有重要意义。而目前浮标式小型海浪发电装置海浪生存能力差，所以研究发电装置的海上固定对海浪发电的实际应用有重要意义。 本文通过分析当前浮标式海浪发电装置，提出一种柔性固定方式，并对其进行了原理探究，该装置主要利用机械方式将发电装置固定于海上，并使发电装置适应海浪和潮汐环境。主要包括海浪力计算方法研究、总体结构设计、锁紧装置开关ADAMS验证和收缆绳实时性验证等。 本文修正了弗汝德—克雷洛夫假定法使其适用于小型浮体海浪力计算，并针对不规则有旋浮体结构提出了Fluent离散仿真的海浪力计算方法，为验证Fluent离散仿真方法的正确性，先应用修正的弗汝德—克雷洛夫假定法和Fluent离散仿真方法两种计算方法对小型规则无旋的浮体结构的海浪力进行计算，通过对规则小型浮体海浪力计算验证并改进了两种计算方法，从而将Fluent离散仿真方法扩展到不规则有旋浮体的海浪力计算。 根据仿真方法进行了浮标式海浪发电装置的柔性固定系统总体设计，分别对柔性固定系统中的收放缆绳结构、锁紧结构和压力传感结构，进行了原理方案的设计和选取，并进行了具体结构设计，从而能够实现在较小海浪下正常发电，在较大海浪或潮汐情况下，定子可以随水位上下移动进而实现柔性固定。 设计了验证传感和锁紧装置可行性的仿真原理，并应用运动学仿真软件ADAMS建立了仿真模型，对传感装置和锁紧装置的结构进行了仿真验证，得到结果表明所设计的传感和锁紧装置能够实现所设计的感受水位开锁功能，对仿真结果存在的误差进行了分析，进而提出合理的改进方案。在ADAMS中建立收放缆绳部分的简化结构模型，通过运动学分析检验了收放缆绳的实时性，仿真显示实时性存在一定的滞后问题，根据收放缆绳装置的结构和参数提出合理的改进方案，最终得到合理的柔性固定系统的结构。 本文研究了不同情况下海浪力的计算方法，为海浪力计算提供了理论依据，提出浮标式海浪发电装置柔性固定系统并通过ADAMS仿真对其验证和改进，将为小型海浪发电装置海上固定问题提供可借鉴的方案。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：P743.2;TM612
【部分图文】：

图 1-1 全球年平均波浪能（kW/s）实验室研究成果各种海浪发电装置的对比，得知振荡浮子技术已得到迅速发展，1）相对于其他波能转换装置，振荡浮子波能转换装置制造最为简液压系统或机械系统传递能量，效率更高；3）采用液压系统，能成大规模发电系统，输出能量形式多样，可以是电力形式，也可[18]。本实验室根据浮标式海浪发电的优点，研制了一种新型浮装置，其结构图如图 1-2 所示。标式海浪发电装置中，包含三级能量机构，俘获波浪能转换为浮齿轮箱和蓄能系统将浮标的机械能转换为二级能量机构的机械能机械能转换为电能。-2 所示为浮标式海浪发电装置示意图，该装置主要由浮标 1、定、齿条 4、旋转装置 5、齿轮箱换向定向系统 6、同步带轮 7 和发为了解决浮标有可能绕定子旋转的问题，旋转装置 5 将圆齿条连，从而保证了齿轮齿条的啮合,在定子和浮标接合处的浮标上镶

图 1-2 浮标式海浪发电装置发电原理运动标齿条上下往复运动齿轮换向定向系统蓄能系统电能发电系统图 1-3 浮标式海浪发电装置发电原理海洋结构固定系统研究现状洋结构以浮式网箱和浮式防波堤为代表，浮垂直导桩固定两大类，而锚链固定一般分为固定形式。两类固定形式适应的海上环境以和垂直导桩固定两类固定形式的特点进行对见表 1-1[19]。表 1-1 两种固定方式的比较 锚链固定 垂直

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2.1 垂直导桩固定形式垂直导桩固定方式是固定海上浮体的导向柱体，导向的桩体钉入海底的地中，浮体在导柱桩体上可以沿桩体轴向移动。当浮体受到海浪作用时，浮体着导柱桩做往复振荡，而在水平方向上受到导柱桩的约束，导柱桩固定适用海水深度较浅的海域[20]。导柱桩结构如图 1-4 所示。
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本文编号：2881095