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1、燕山大学机械工程学院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09级机设 2班目录 2 2 3 4 45.1 45.2 7 7 8 8109级机设 2班一、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
2、，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
3、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，209级机设 2班宽 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
4、 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开发利用的新能源。其中，对于潮汐能的开发技术比较成熟，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
5、机由英国 Checkmate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”海浪发电机图二、 “蟒蛇”海浪发电机原理图厂309级机设 2班四、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及思考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
6、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、较好的耐久性以及可靠性要求较高。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5.1 、方案一结构设计图三、方案一结构简图409级机设 2班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 气阀迅速开启，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
7、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 6 调速器：a、气阀 :509级机设 2班图四、气阀快速开启 / 关闭装置设弹簧的预紧力为 F，当气室里的压强值为 P=Pmax时
8、，有F=Pmax*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*S2>F,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 P=Pmin时，有 F=Pmin*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>>Pmin*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 Pmax 时，气阀迅速开启，高压空气则推动叶轮高速旋转，当气室气压值减小到 Pmin 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
9、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，609级机设 2班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 5 气阀和装置 6 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
10、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。709级机设 2班五、方案比较及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
11、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
12、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. 国中专利:201908773 ，2011-07-27809级机设 2班5 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)9