跷跷板式波浪能发电装置运动及载荷分析

发布时间：2021-11-12 15:44

　　为解决海洋波浪能的吸收利用问题,文章提出一种基于横摇运动的跷跷板式波浪能发电装置。建立简化数学模型,对影响装置运动响应的因素进行讨论。使用软件对装置进行水动力仿真分析,得出该装置在波浪作用下的运动响应情况及波浪载荷。计算分析不同线性阻尼系数下装置的波浪负载,根据结果计算平均功率,结果表明存在最优线性阻尼系数,合理的阻尼系数可以增大装置的发电能力。 

【文章来源】：中国修船. 2019,32(02)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

跷跷板式波浪能发电装置示意图

由图1(a)得，跷跷板式波浪能发电装置主要由水面上波浪能吸收浮体、水下的阻尼板以及能量输出装置即PTO(PowerTake－off)组成。PTO由阻尼板与浮体的相对运动来驱动，由于运动是在波浪驱动下产生，因此是一个往复的运动。为减少往复运动对齿轮箱及其他传动部件的冲击，提高装置的可靠性，使用1台加装超越离合器的齿轮箱来实现运动方向的改变。此转换齿轮箱可以将输入轴上往复的回转运动转变为单方向的回转运动。该装置发电工作原理示意图如图2所示，阻尼板位于水下不受波浪作用力影响的区域，向上延伸出一根刚性杆，该杆与阻尼板为刚性连接，通过PTO来实现与上部浮体的连接。当浮体在波浪激振下进行横摇运动时，由于阻尼板位于水下，且阻尼面面积较大，受到的静压力较大，其运动幅度远远小于水面浮体，可以视为静止不动，PTO便可将此相对运动的机械能转化为电能。图2工作原理示意图2浮体数学模型2．1运动分析通过建立数学模型来计算浮体横摇运动响应及相关影响因素。浮体尺寸示意图如图3所示。浮体详细尺寸参数如表1所示。图3浮体尺寸示意图表1浮体尺寸参数参数数值长度L'/m3．0圆心距L/m2．5浮筒直径d/m1．0连接体宽度L1(L2、L3)/m0．3质量m/kg3100浮体在波浪上的横摇运动，从力学的观点看，包括2个方面:一个是刚体运动的力学问题，即浮体作为一刚体在外力作用下，产生运动的问题。船舶在波浪扰动下的横摇运动同周期扰动力作用下的振荡器振动类似。因此研究浮体横摇运动归结为建立浮体横摇运动的微分方程及求解。另一方面是流体动力学问题。浮体在波浪上运动所受到的外

图 2 工作原理示意图2 浮体数学模型2． 1 运动分析通过建立数学模型来计算浮体横摇运动响应及相关影响因素。浮体尺寸示意图如图 3 所示。浮体详细尺寸参数如表 1 所示。Iφ的转动惯量; ΔIφ为浮体的附加转动惯量; 2Nφ为浮体横摇阻尼系数; Bφ为 PTO 阻尼系数; Ghφ 为由浮体横倾角引起的横摇恢复力矩，其中 G 表示浮体重力 ( G = mg，m 为浮体质量，g 为重力加速度) ; h 为浮体初稳心高; Fφ为浮体受到的波浪扰动力矩。考虑浮体宽度和吃水有限性对横摇波浪力矩的影响，横摇波浪扰动力矩可以表达为:Fφ= XφGhα0sin ( kx + ωt) ， ( 2)式中: Xφ为波面角修正系数，由吃水与波长比、浮体宽与波长比、浮体横剖面形状决定，根据巴甫连柯修正方法得 Xφ= 0． 9; α0为有效波面角振幅;为波数; 为波浪在横坐标上的位置; 为波的

【参考文献】：
期刊论文
[1]漂浮摆—斜坡组合式波浪能发电装置研究[J]. 万占鸿,张大海,郑红浩.  海洋技术学报. 2017(04)
[2]陀螺式波浪能发电装置浮子运动及载荷分析[J]. 周宇英,李炳强,蔡宗举,马勇,张亮,郑雄波.  船海工程. 2016(03)

硕士论文
[1]漂浮摆式波浪能发电装置仿真与实验研究[D]. 郑红浩.浙江大学 2017



本文编号：3491217