基于液压系统的浮体波浪能发电装置的设计与研究

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随着人类的不断发展,世界的经济飞速发展,不管是在生活上还是工作上人们对于能源的需求越来越多。可是由于能源的不断被利用和开发,而现在世界上主要使用的能源都是一些不可再生的化石燃料,例如石油、天然气、煤矿等。专家预测这些能源将在百年内被人类消耗完。但是人类的持续发展和进步都离不开能源,没有了能源人类就没有了发展的动力。因此寻找合适的可再生能源为人类的进一步发展提供了重要的资源。在世界各国意识到能源问题后都已开始着手寻找开发研究可再生的新能源。目前来看,世界各国对于海洋油气、太阳能和风能的研究取得了一定的成果,很多与其有关的产品也被开始人们广泛地使用。  海洋波浪能是人们现在比较注重的一个清洁的可再生的新能源。海洋面积占地球表面积的70%,而只要有海洋就有波浪能,如何利用好这些无穷的波浪是现今人们需要着重研究的。由于海洋波浪密度大,因此可以通过装置来吸收利用这些能源,使之产生可供人们直接使用的且数量可观的能量。  本文在已有的波浪发电装置的基础上,设计了一款小型的基于液压系统的浮体波浪发电装置,用于波浪发电。其结构包括中间是空心的浮子以及一半安置于浮子内部的液压缸,液压缸的活塞竖直向下与弹簧连接,而弹簧又与海底固定的钢索连接。中空的浮体内是一套完整的液压转换系统,用于储能和调节压力。装置利用漂浮于海面上的浮体来吸收能量,与浮体相连的液压缸随着浮体的上下起伏不断地吸油压油,使油液通过液压系统的回路,被蓄能器吸收后释放稳定的高压油液给液压回路,输出旋转机械能带动发动机发电。本装置结构简单,成本低,但是发电效率较高。  本论文一开始对目前全世界的能源问题和能源供应的严峻形势进行了说明,然后提出来世界各国对于新能源的态度,即各国大力开发新能源。对于现有的波浪能的发电技术进行了详细的说明,并总结了现在技术趋于世界前列的英国和日本所研发、制造的发电装置。对比国外也总结了我国开发利用波浪发电的技术和已有的装置。分析了现今波浪能发电的制约因素,也提出了往后波浪能的利用方向。在这些分析的基础上提出了本论文所研究设计的发电装置。  其次介绍了微幅波的原理,并分析了微幅波理论的基本方程,说明了微幅波的边界条件,然后对速度势进行了求解。在微幅波理论的基础上详细说明了本论文设计的基于液压系统的浮体波浪能发电装置的结构以及工作原理。  然后在一些常规浮子受力分析的基础上对于所设计的浮子进行受力分析,并计算浮子的能量吸收率,来验证所设计浮子是否合适。  本论文使用仿真软件来进行数值水槽的建模,并对其进行一系列的边界进行设置,完善水槽的建模,在水槽中模拟波浪的运动,验证水槽和波浪制造的合理性。把所设计的浮子放入所建的数值水槽内进行浮子受力的仿真分析。  根据所设计的浮体的形状以及运动方式,在浮体内部设计了液压传动系统,对其中的液压元件进行计算选型,最后进行校核,确保所选元件正确且能与系统匹配。
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