海蛇波浪能发电装置结构设计【机械类毕业-含CAD图纸】
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机械类毕业-含CAD图纸
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海蛇波浪能发电装置结构设计【机械类毕业-含CAD图纸】,机械类毕业-含CAD图纸,海蛇,波浪,发电,装置,结构设计,机械类,毕业,cad,图纸
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毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不少于1000字左右的文献综述： 1.l课题研究背景 在能源危机和环境问题的双重压力下,人类采取了制定京都议定书、联合国气候变化框架公约等一系列措施来节制由于传统能源的不合理利用而造成的环境危害,同时随着传统资源的不断减少,开采难度的不断增加,开采的费用愈来愈昂贵,各国的政府、科学研究机构和学者也开始积极的去寻找清洁可再生能源来改变目前的能源利用结构,走可持续的能源发展道路。欧盟于2007年初提出了可再生能源的发展目标,到2020年可再生能源发电量需达到一次能源全部发电量的30%,可再生能源消费需占到一次能源总消费的20%。世界其它国家也相继采取政府补贴电价、税收优惠、强制分配市场配额等手段鼓励、支持和引导可再生能源的健康发展2我国人均能源拥有量仍处于较低水平,其中煤炭、水力资源约为世界人均拥有量的一半,而天然气、石油仅约占世界人均资源量的1/153。我国人口众多,人均能源消费水平低,能源需求增长压力大,能源供应与经济发展的矛盾十分突出。环境污染也是我国一个突出问题,生态系统脆弱,大量开采和使用化石能源对环境影响很大,特别是我国能源消费结构中煤炭比例偏高,二氧化碳排放增长较快,对气候变化影响较大。可再生能源清洁环保,开发利用.过程不增加温室气体排放。大力开发利用可再生能源,对于我国优化能源结构、保护环境、减排温室气体、应对气候变化具有十分重要的作用。我国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要明确提出:“实行优惠的财税、投资政策和强制性市场份额政策,鼓励生产与消费可再生能源,提高在一次能源消费中的比重。”为了加快可再生能源发展,促进节能减排,积极应对气候变化,更好地满足经济和社会可持续发展的需要,在总结我国可再生能源资源、技术及产业发展状况,借鉴国际可再生能源发展经验基础上.1.2 国内外研究现状 波浪发电是指利用海面波浪的垂直运动、水平运动和海浪中水的压力变化产生的能量发电,波浪能通过波浪能发电装置首先被转换为往复机械能,然后再通过能量转换系统转换成需要的动力或电能。尽管早在18世纪晚期,就已公布利用波浪的能量发电的相关专利,但对波浪能发电的真正重视和研究开始于19世纪70年代的石油危机的出现。随着波浪能发电愈来愈被重视,世界各国相继提出了许多波浪发电的设想和技术方案,至今大约有340余种不同的方案,发明专利超过千项。1910年,法国的波契克斯一普莱西克,建造了一套气动式波浪能发电装置,供应其住宅Ikw的电力。1965年,日本的益田善雄发明了导航灯浮标用气轮机波浪能发电装置,获得推广,成为首次商品化的波浪能发电装置。1978年日本建造了“海明号”波浪发电船,其额定输出功率为1250kw,最大输出功率为20O0kW,随后又对其进行过改造。受1973年石油危机的刺激,从20世纪70年代中期起,英国、日本、挪威等波浪能资源丰富的国家,把波浪能发电的开发作为应对未来能源危机的重要措施。1979年国际能源机构组织与日本、美国、英国、加拿大等国,进行波浪发电的联合研究。1983年英国在苏格兰的路易斯,进行400OkW防波堤式波浪发电装置的研究。1995年8月世界上首台大型商用波浪能发电机组在英国克莱德河口海湾开始发电,装机容量达ZOOOKW。2000年月1月,世界上第一个波浪发电厂在苏格兰lslay岛附近建成并开始运行。目前,波浪能发电作为海上航标灯、观测浮标及灯塔的电源被广泛应用。但总体来看,波浪能发电的实际商用价值还远远没有体现出来,这也说明波浪能发电的研究前景是无限光明的。波浪能发电虽然起步早,但进展十分缓慢,其原因大致可以归结为技术的不成熟、海洋环境的恶劣、缺乏自信心等导致的许多国家在波浪能发电上投入的资金少。然而,近年来由于能源危机的日益严重,各个国家也开始重视可再生能源的开发利用,特别是在英国、日本和挪威,政府和私有企业均投入了大量的资金来研究和发展波浪能发电装置,并致力于其商用价值的推广。目前波浪能发电技术种类繁多,按照国际上最新的分类方式,波浪能发电技术分为振荡水柱技术(Theoseillatingwatereolumn(OWC)、越浪技术(Overtoppingeonverters)和振荡浮子技术(oseillatingbodysystems)三种。1.2.1振荡水柱式波浪能发电技术发展及研究现状 振荡水柱技术利用一个水下开口的气室吸收波浪能。波浪驱动气室内的水柱往复运动,再通过水柱驱动气室内的空气,进而由空气驱动叶轮,得到旋转机械能,或进一步驱动发电装置,得到电能。其优点是转换装置不与海水接触,可靠性较高;工作于水面,便于研究,容易实施;缺点是效率低。(一)固定式振荡水柱装置(Fixed一struetureOwC)至今,基于各种原理的波浪能发电装置方案被广泛提出,但真正被制造并部署于海域的装置却很少,而部署于海岸的又大部分是被放置于近海岸的试验样机。通常,这些装备被安装于海底或岩石基上,近岸式装备的优点是易于安装和维护。振荡水柱装置就是典型的第一代样机。如图1.1所示的固定式振荡水柱装置由一个部分淹没于海底的混凝土或钢结构与自由水平面共同构成一个气室。波浪造成自由水平面的波动,从而使气室内的空气波动,空气流过涡轮机驱动发电机发电。1999年,英国(LIMPET波浪能发电装置在苏格兰,2000年“)等地成功建造。所有这些装置,均被固定在海底,且其主体结构是通过空气涡轮机驱动发电机发电。(二)漂浮式振荡水柱装置(Floating一struetureOWC)相较于固定式振荡水柱装置来说,漂浮式振荡水柱装置的气室是一个浮动的,该装置通过锁链铰接于海底,1940年,振荡水柱装置创始人YoshioMasuda设计的世界上首台漂浮式振荡水柱装置Kaimei在日本海域进行实验。随后,YoshioMasuda发现Kalmei的能量转换效率较低,对其进行了改造。1987年,另一个漂浮式振荡水柱装置MightyWhale(如图1.3)开始研发,于1998年由石力1岛播磨重工业公司完成制造,投放于三重县外海,安装了1台10KW、2台soKw和2台3oKw的发电机组。装置宽30m,长SOm,其形似巨鲸。装置的气室设计在装置的前部,不同于大多数波浪能发电装置的单一发电功能,该装置是一个包括波浪发电、海上养殖和旅游的综合系统日。除此之外,英国布里斯维尔大学研制漂浮式振荡水柱装置Sperboy如图1.4所示。该装置放置于距岸1320knl的地方,波浪情况很好。研究人员在延长装置寿命、装置抗浪能力、降低传输成本等方面将进行深入研究,以期降低发电成本。中国的波浪能研究开始于1980。到2001年,开发了一系列振荡水柱(OWC)波能装置,装机容量分别为10w、6OW、100w。现在,大约700台10w振荡水柱装置用于为导航浮标供电,其它振荡水柱装置均处于实验阶段刽。由于我国的波浪能流小,导致振荡水柱装置全年运行时间较短,效率偏低。而在欧洲波浪能流很大,波浪周期在105左右,波高3sm,振荡水柱式波浪能发电装置承受的波浪力大,全年运行的时间长,所以,其总体发电效率高。1.2.2越浪式波浪能发电技术发展及研究现状越浪技术是利用水道将波浪升至高水位水库形成水位差,利用水位差产生的势能直接驱动水轮发电机发电。其优点是具有较高的可靠性、稳定的输出以及较高的效率;缺点是尺寸大,建造困难。收缩波道式波浪能发电装置属于越浪技术的应用之一,它是基于波聚理论的一种波能发电装置,波聚理论最早由挪威特隆姆大学的Falnes和Budal提出。收缩波道式波浪能发电装置具有一个比海平面高的高位水库和一个渐收的波道。收缩波道其买就是两道钢筋混凝土做成的对数螺旋正交曲面,从海里一直延伸到高位水库里,两道墙在高位水库内相接。当海浪进入收缩波道时,由于收缩波道的波聚作用,使波浪的波高增大,从而使水越过钢筋混凝土墙进入高位水库,然后水库里的水通过一个低水头的水轮发电机组用来发电。挪威波能公司(NorwaveA.S)于1986年建造了一座装机容量为35OKW的收缩波道式波浪能电站几pChan(如图1.5所示)。电站的技术关键是它的开口约60m的喇叭形聚波器和长约3Om的逐渐变窄的楔形导槽。当波浪进入导槽宽阔的一端向里传播时,波高不断地放大,直至波峰溢过边墙,将波浪能转换成势能。楔形槽具有聚波器和转换器的作用。与导槽相通的是面积约8500mZ,与海平面落差约3一sm的水库。发电采用的是常规水轮机组。这种转换方法的优点在于波浪能的转换没有活动部件,可靠性好,维护费用低且输出稳定。建造者称其转换效率在65%一75%之间,几乎不受波高和周期的影响。电站自建成以来一直工作正常。不足之处是,建造这种电站对地形要求严格,不易推采用越浪技术的波浪能发电装置还有丹麦的M值VeDragon(见图1.6)州、挪威的SSG槽式装置,均处于示范或试验阶段。1.2.3振荡浮子式波浪能发电技术发展及研究现状振荡浮子技术包括了筏式、符子式、鸭式、蛙式等诸多形式。振荡浮子技术是利用波浪的运动推动波浪能发电装置的活动部分(筏体、浮子、鸭体、摆等)产生往复运动,驱动机械系统或液压系统,最后驱动发电装置发电。(一)筏式波浪能发电装置 筏式波浪能技术通过漂浮在水面的、端部铰接的若干筏浮体俘获波浪能,再通过液压系统驱动发电机发电。这些筏浮体通过铰链相互铰接在一起,能量转换装置置于每一铰链处,波浪的运动引起波面筏浮体产生沿铰接的弯曲,从而反复压缩液压活塞并输出机械能。研究人员对该类装置作了较广泛的理论和试验研究,研究表明当系统固有频率与波频相一致时,其输出效率最高。英国oPD(OeeanpowerDelive巧)公司设计的750kw的海蛇号(pelamis),是筏式波浪能发电装置的改良形式,它漂浮在海上呈蛇形,酷似一条海蛇,是世界上第一台商业规模的近海波浪能源示范项目。其工作原理是将金属海蛇的嘴垂直于海浪方向,其关节依靠海浪推动相互铰接的金属圆筒,像海蛇一样随着海浪上下起伏;接处的上下运动与侧向运动的势能将推动金属圆筒内的液压活塞。“海蛇号”于2004年8月进行海试实验,在1000多个小时的运行中没有出现重大技术问题,运行状况良好。最近,OPD公司和英国政府准备建立一个可以提供20000个家庭用电、由40套“海蛇号发电装置组成的30Mw波浪能发电。(二)海蛇式式波浪能发电装置 海蛇式式装置是一种经过填密推理设计出来的、具有特殊外形的波浪能发电装置。该装置具有一个垂直于来波方向安装的转动轴。装置的横截面轮廓呈鸭蛋形,其前端(迎浪面)较小,形状可根据需要随意设计;其后部(背浪面)较大,水下部分为圆弧形,圆心在转动轴心处28。装置在波浪作用下绕转动轴往复转动时,装置的后部因为圆弧形,不造出向后行进的波;又由于海蛇式式装置吃水较深,海水中靠近表面的波浪难以从装置下方越过,跑到装置的后面,故海蛇式式装置的背后往往为无浪区一一这使得鸭式装置可以将所有的短波拦截下来,所以它具有较高的一次能量捕获效(三)波浪能发电装置波浪能发电装置是如今三大商业应用波浪能发电装置之一,其发电原理为利用摆在波浪力的作用下作往复摆动从而捕获波浪能量,通过与摆相连的机械结构或液压系统转换将摆的动能和势能转换为机械能或液压能,进而转换为电能32,33。波浪能发电装置的优点在于,摆的运动可以很好的适应波浪大推力和低频的特性,因此,波浪能发电装置的转换效率较高。它的另一优点是可以与相位控制技术很好的结合。利用相位控制技术可以使波浪能发电装置吸收在迎波面宽度以外的波浪能量,从而大大提高装置的效率波能装置也可分为浮力和悬挂两种。日本的度部富治教授最早提出了波浪能发电技术的概念。日本室兰工业大学于1983年建造了世界上首台悬挂波浪能发电装置,其装机容量为SKW。该波浪能发电装置的摆宽为Zm,摆角范围为一30-+30。,如图1.12所示。在波高1.5m,周期4s的波况下,装置的正常输出功率约为5KW,总效率约为40%,属日本电站中效率较高水平:46。随后,日本室兰工业大学在烧屁岛的西浦港建造了一座同样的装置,用来向岛上渔民的公寓供电。另一座由三个水槽组成的装机容量为80KW电站也已完成设计。现在日本室兰工业大学又在研究300一600kw波浪能发电装置,建于50m长的防波堤上,它包括4块sm宽的摆板。同时,日本打算与斯里兰卡合作,在斯里兰卡海岸建一座150一250kw电站芬兰AWEnergy公司研制的波浪能发电装置认伯veRoller:j7:在波浪的推动下,浮力摆来回摆动产生动能,经液压缸加以收集后,再由设置在岸上的发电机转换为电力。浮力波浪能发电装置环厄veRoller设置于海底,不仅无碍景观、无噪音污染,而且比较不受暴风雨的影响。AW.Energy公司也声称,用于制造海浪发电机的零件与材料皆不会对环境构成危害,例如,这项创新的潮汐能发电系统,其液压零件所使用的油,是由植物炼制的。另一项优点则是,发电机组的叶片可以轻易增加,安装成本也相对较为低廉。WaveRoller的第一台样机2007年在葡萄牙装机。参考文献：l jBP公司,BP世界能源统计年鉴2011)M.北京:中国统计出版社,20H2 中华人民共和国国家发展和改革委员会,可再生能源中长期发展规划白皮书M.北京:人民出版社,2007.3 中华人民共和国国务院新闻办公室,中国的能源状况与政策白皮书M.北京:人民出版社,2007.4 陈国新.海洋开发的今天和明天M.上海:复旦大学出版社,1990.5 孙湘平,姚静娴.中国沿岸海洋水文气象概况M.北京:科学出版社,1981.6 王庆一中国21世纪能源展望J.山西能源与节能,2000,16(l):76一797 A.Brito一MetoandG.Bhuyan.IEA一OESAnnualReport2009.theExeeutiveColnlnitteeoftheIEA一OES仁C.2009.8 张焕芬.海洋能一一未来的能源:中国能源情报网第四次全网大会,北京,1957C.9 中国经济信息.2009中国行业年度报告系列之可再生能源发电M.北京:中国统计出版社,2009:115一116.10 川肖惠民,于波,蔡维由.世界海洋波浪能发电技术的发展现状与前景J.水电与新能源,2011(1):67一69.11 新能源发电设备专委会.国内外海洋能技术的发展与展望J.电气技术,2005(7):1一5.12闻邦椿,李以农,何京力.波及波能利用技术的最新发展J.振动工程学报,2000(1):101一111.13 杨潇坤,杨阳,吕容君.海底固定式波浪发电研究报告Jj.科技风,2011(7):69.14 BonkeK,AmbliN.PrototypewavepowerStationSinNorway.ProeeedingS。fInternationalSymPosiumonUtilizationofOeeanWaves一WavetoEnergyConversionC.1996.毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 本课题要研究或解决的问题: 波浪能具有非常好的开发意义和开发前景,如果开发得当,将成为一种可以提供人类生活生产需要的绿色能源。从数据上可知,我国的波浪能资源非常丰富,这样得天独厚的天然条件,使我国研究波浪能发电技术具有重要的意义,既可以缓解能源危机的压力,同时也具有现实的经济效益和长远的战略意义。波浪能发电装置的基础研究是一个多学科交叉的前沿领域,是机械、电气和流体力学等多个学科的综合应用。在波浪能发电装置的设计过程中,由于海洋环境的复杂性,对于波浪力的模拟和波浪对于波浪能发电装置的一次能量捕获机构的作用是一个研究难点。现有的波浪理论多研究波浪力对建筑物的破坏作用,鲜有从能量利用的角度去研究波浪力对捕能装置(如摆、浮子等)的作用。因此,本课题在现有波浪理论的基础上,对浮力摆的水动力学性能进行解析研究,并以此波浪力作为波浪能发电装置的输入进行仿真研究,分析系统的发电效率和功率频率稳定性。同时,进行场地实验,以验证仿真结果。第一章简述了海洋能资源背景和国内外海洋波浪能发电技术的研究现状，介绍了几种典型的波浪能发电装置的技术原理。并对与本文提及的波浪能发电装置进行了调查和分析。 第二章介绍了海蛇式式波能发电装置发电装置的机械结构和原理。 第三章针对海蛇式式波能发电装置发电装置进行机械结构系统设计进行详细的设计计算过程，书写说明书。拟采用的研究手段（途径）： 本课题的研究需要查阅大量的资料，我
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