基于Stewart并联机构的直驱式波能转换器能量转换性能研究

发布时间：2021-02-24 06:19

　　为实现对不同方向海洋来流波浪能量的高效俘获,设计了一种基于Stewart并联机构的直接驱动式波浪能量转换器,该转换器的支链单元采用弹簧连接永磁体动子,通过与定子线圈的相对运动实现波浪能与电能的转换。在特定海域波浪环境下对该波能转换器进行动力学分析,并基于弗汝德-克雷洛夫假定法计算了转换器所承受的水平和垂直波浪力;采用ADAMS动力学仿真分析软件对该波能转换器进行动力学建模与能量转换仿真分析,研究了波浪力作用下其弹性支链的变形规律,并分析了支链弹簧刚度系数与动平台质量之比对转换器能量转换率的影响。研究结果表明:在波浪激励下,该波能转换器能够俘获由垂向和横向波浪运动产生的能量;通过优化调整支链弹簧刚度系数与动平台质量的比值,该波能转换器的最大能量转换率可达35.2%。研究结果可为新型高效波能发电装置的设计提供重要的理论依据。 

【文章来源】：工程设计学报. 2019,26(05)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

直驱式波能转换器及其支链发电单元的结构示意图

，采用绕射理论求解波浪力；当h/D<1且D/λ<0.2时，波浪力主要由惯性力组成，采用F-K法计算波浪力。通过计算h/D与D/λ的值发现，采用F-K法近似计算直驱式波能转换器所受波浪力较为合适。先计算出未经扰动的入射波压强对浮体的作用力，再乘以反映附加质量效应和绕射效应的绕射系数C进行修正［17］。在波浪域中建立如图4所示的直角坐标系和圆柱坐标系，坐标系之间的对应关系为：x=rcosθ,y=rsinθ,z=z(4)在圆柱坐标系下，设θ=π2+φ，p表示未经扰动的入射波在浮体表面任意一点处的压强，其表达式为：图2波浪力作用下浮体的运动学模型Fig.2Kinematicmodeloffloatingbodyunderwaveaction图3直驱式波能转换器初始位置Fig.3Initialpositionofdirect-drivenwaveenergyconverter图4波浪力计算的直角坐标系与圆柱坐标系Fig.4Cartesiancoordinatesystemandcylindricalcoordinatesystemforwaveforcecalculation··589

?扑悴ɡ肆Α?通过计算h/D与D/λ的值发现，采用F-K法近似计算直驱式波能转换器所受波浪力较为合适。先计算出未经扰动的入射波压强对浮体的作用力，再乘以反映附加质量效应和绕射效应的绕射系数C进行修正［17］。在波浪域中建立如图4所示的直角坐标系和圆柱坐标系，坐标系之间的对应关系为：x=rcosθ,y=rsinθ,z=z(4)在圆柱坐标系下，设θ=π2+φ，p表示未经扰动的入射波在浮体表面任意一点处的压强，其表达式为：图2波浪力作用下浮体的运动学模型Fig.2Kinematicmodeloffloatingbodyunderwaveaction图3直驱式波能转换器初始位置Fig.3Initialpositionofdirect-drivenwaveenergyconverter图4波浪力计算的直角坐标系与圆柱坐标系Fig.4Cartesiancoordinatesystemandcylindricalcoordinatesystemforwaveforcecalculation··589

【参考文献】：
期刊论文
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[2]一种新型六维海浪发电装置的设计与分析[J]. 钱超,郑立波,马春翔,张勇,高峰,邹怀武.  机械设计与研究. 2016(01)
[3]波浪发电系统发展及直驱式波浪发电系统研究综述[J]. 肖曦,摆念宗,康庆,聂赞相,黄宣睿.  电工技术学报. 2014(03)
[4]福建沿海海域波浪能资源分析与评价[J]. 张军,许金电,郭小钢.  台湾海峡. 2012(01)
[5]直线开关磁阻电机的波浪发电系统建模[J]. 梁得亮,隋宏亮,杜锦华,钟守平.  电机与控制学报. 2010(10)
[6]永磁直线波力发电机的磁场分析与参数计算[J]. 陶果,邓琦,邱阿瑞,范航宇.  清华大学学报(自然科学版). 2007(01)

博士论文
[1]摆式波浪发电系统建模与功率控制关键技术研究[D]. 肖文平.华南理工大学 2011

硕士论文
[1]新型振荡浮体式并联海浪发电装置的设计与研究[D]. 陈伟聪.上海交通大学 2015



本文编号：3048930