外文翻译-液压系统在波浪能中的应用

附录 3外文翻译 附录 3 外文翻译 液压系统在波浪能中的应用 能液压和自动化 部门 坦佩雷理工大学 邮箱 589 33101 坦佩雷 芬兰 要 海洋中的波浪能已经成为帮助解决世界化能源危机的潜在能源。许多波浪能项目已经进行很长一段时期，并且近期又有一部分新兴项目诞生。有很多的方式能够将波浪能转化成其他能源。可能这其中最有趣和应用最广泛的就是将其转化成电能。他们中有些应用到液压系统来实现这种转化。典型的系统包括泵控液压缸和带动发电机旋转的液压马达。下文给出 了一些基本的原则以及仿真结果应当遵循的原则。 关键词 波浪能，液压能到电能转换器 1 简介 不时就会有几种全球范围内的能源危机出现或者至少是能源的价格在不断上涨。这种现象导致人们对可替代能源的兴趣的增加。比如两种可再生资源 风能和波浪能。风能已经在相当长的一段时间内得以利用 1， 2，3， 4， 5， 6和 7。当然，关于风能最早的认识是帆船，而且这项技术对于以后类似船帆的风车的发展具有很重要的影响。最早的风车设计能够自动地进行磨面和灌溉并且最早为大家所知的是波斯在公元 500垂直轴系统。大风车的第一次被用作发电是在 1888年由俄亥俄州克利夫兰的查尔斯 布什建立的系统。到二十世纪二十年代中期，例如 到 3千瓦风力发电机已经被使用在美国的中西部的农村地区。美国、丹麦、法国、德国和英国的风力发电厂的后续实验表明，大规模的风力涡轮机能够工作，但却不能产生大量实用性的电量。最 大的一个就是 1941年安装在佛蒙特州 帕特南机器。在丹麦，当化石能源价格的下滑再次导致风力发电相对于蒸汽发电厂失去竞争力的情况时，直到二十世纪六十年代早期， 北欧和亚洲，风力涡轮机的安装直到二十世纪的 80和 90年代才得以稳定地发展。 1990年之后，很多市场活动转移到欧洲和亚洲。受到高的效用能源的购买率的驱动，在荷兰、丹麦和德国，在合作社和土地私有者的组织下，50千瓦，之后 100千瓦，继而 200千瓦， 500千瓦，甚至现在的 界上，共有 10到 12家制造商，他们生产大型的实用规模的系统，主要针对于 200千瓦到 其 中包括具有完全跨度节距控制的三桨机器和具有摇摆中心能够进行失速控制的二桨机器。欧洲的制造商已经使得具有通用制动盘的涡轮机商业化，但是 具有这么重要的创新的低速发电机和完整的变速系统和并把电力电子先进化。 波浪能到现在为止还很少被利用 8. 一共有三种方式能够使海洋产生能量 ; 他们分别是：波浪能、海水的涨退潮或者根据海水的 温差变化 9。动能 (动态 )存在于海样的运动中。这种能量能够为涡轮机提供动力或者海浪的上下运动能够带动液压缸内的活塞上下作运动。到目前为止大部分波浪能发电系统都很小。另外一种海洋能源被成 为潮汐能。当潮水回到岸上，将他们存于大坝后面的水库中。这样，当潮水退去时，大坝后面的存水被放出就像是在一个普通的水力发电站中那样。第三种海洋能源利用大洋中的温差。在海水表面由于太阳的照射二导致温度较高，但是在表面以下，海水就变得非常寒冷。可以利用这种温度的不同来建设发电站进行发电。发明家们已经在很长一段时间内热衷于利用波浪能 9。吉尾增田在 1940年后期再日本发明和实验了波浪能发电装置。在欧洲这方面的研究在 1973年已经在苏格兰和挪威的一些大学中开展起来。在 1973年的石油危机之后，许多大学以及其他机构对 波浪能的研究产生很大的兴趣。在二十世纪 70年代后期由政府资助都的研究和开发活动在欧洲的很多国家都开展起来。然后就是在研究和发明领域很长一段时间的空白期。近年来，依循于京都议定书中有关减少二氧化碳想大气排放量的主张，又产生一股研究和开发波浪能的热潮。在世界各地击附录 3外文翻译 打着海岸的波浪能显示着无尽的潜力。随后全球波浪能的输入增加到更大的数量级（ 1013W） , 一种和世界现有的能源消费相当的数额。例如在大不列颠群岛附近的能源就被认为能够三倍于现今英国的电力需求。在技术上和经济上能够回收的能源占其电力消费量的 15%而且不止英国，欧洲西部面向大西洋的海滨，在远离爱尔兰、法国、西班牙、葡萄牙和挪威海岸线的地方提供巨大数量具有潜力的区域。在美国北部和南部太平洋沿岸，南非，澳大利亚和新西兰同样非常的富足。 1984年，在距离卑尔根市附近的50从二十世纪 90年代中期，主要受到小型能源公司的驱动，波浪能卷土重来。所有的设备在规模和产出（最大的为 2面都相对较小 。这篇文章主要着重于介绍波浪能尤其是液压系统在这方面的应用。 2 波浪能转化器的作用原则 波浪的主要 运动是来回往复的。传统的也是最普遍有效地产生电能的方式是利用旋转的发动机。意味着波浪的来回运动被转化成旋转运动。要实现这种转化应该具有两项基本原则。下图 110中给出了其中一项有用的原则。 图 3 1 波浪能被转化成空气动能并且使用在汽轮机中 通过这种方法波浪直接驱动水轮机或者波浪的运动首先被转化成空气流动，空气流随后带动汽轮机。另外一种普遍的方法将波浪运动转化成机械 的运转，然后直接将机械能转化成电能或者大部分首先转化成液压能。图 2 11. 图 3 2 浮标浮标产生液压能，液压马达带动发电机旋转 如下图 3 12所示有两种海水的往复运动。 图 3 3 不同水深下的波浪运动 人们在利用海面和海底波浪能方面做出过很多努力 13。可能在海面上利用波浪能最有效也是最为人们所熟知的系统如图 4 14所示。另外一种大型海面应用系统是阿基米德 摇杆 15。 附录 3外文翻译 图 3 4 将液压缸应用于波浪的双向运动 的 每个环节 3 液压系统 通过液压能将波浪能转化成电能具有很多原 则。波浪的往返运动首先通过液压缸转化成液压能，其中用到双作用单或双出杆液压缸。液压能由液压马达转化成机械旋转能量。其中又包括定量和变量马达。因为泵控液压缸式周期性的并且速度在零到最大值间变化，因此也用到一些缓冲装置。另外为实现这些功能还使用到蓄能器和飞轮装置。根据这些原理图 5 16给出了海底波浪能的应用示意，包括对参考文献 17, 18, 和 19 在接下来的章节中将会有更加详细的阐释。这些方案是将一个板子安装在海底，并且使它随海底波浪一同运动。液压缸被安装在板子和海底之间。 图 3 5 海底波浪能推动板子往复运动并且由液压缸将其转化成液压能 图 6给出了简化了的液压式架构图。配有四个单向阀的液压缸作为泵工作。在此情况下液压马达沿着同一方向旋转，根据原则它的位移可以在零与最大值间变化。 图 3 6 第一种情况的液压架构图 可变位移的马达带动电动机旋转，电机通过变压器将电能供给电网。在高低压管道上的蓄能器抑制了压力振动。板子的动作，高压管道的压力以及波浪的主体高度被测得。控制器根据这些测量参数控制马达 和电机。 附录 3外文翻译 有飞轮的变量液压马达 另外一种可能解决这种脉动流的液压方式如图 7所示。 图 3 7 第二种情况的液压架构图 在这种情况下没有单向阀。液压缸直接驱动液压马达。液压马达仍就只朝一个方向旋转，但是位移能够在负的最大值和正的最大值间变化。飞轮能够保证液压马达和电机沿同一方向旋转，即使在液压缸中的体积流量改变方向的情况下。然后液压马达的位移开关转换它的位移信号。 4 液力变矩器模型 液压系统在这两种情况下正常运行。缸模型受到静态力、库仑力和粘性阻尼力。变量马达模 型中包括压力不同及位移设置变化作用下的液力和泄漏损失。二阶动力学也包括在内。第一种实例考虑开启压力的不同以及体积流量作用下的压力损失。两个蓄能器都是以真正的气体方程为依托。在第二个实例中飞轮作为惯性负载。波浪的主体高度及频率大范围变化，尤其是世界上不同的海域内。然而，某些典型的例子中能够被估算出来。例如，图 8的速度原理图中给出了如图 5作用在泵控缸上的力和功率曲线。波浪的主频大约是 液压角度出发波浪能的多变性造成主要的问题。因为液压缸的流量在零与最大值间变化，从而要求平衡系统来保证发电机的持续运转 。这就是通过液压蓄能器 (实例 1) 和飞轮 (实例 2)来实现的。 图 3 8 液压缸速度、力、功率的估算 板的运动通过模型中的传动装置被转化成液压缸的运动。如果由液压缸附录 3外文翻译 产生的力克服了由板子产生的估计力，板子的运动就会在某些负载的作用下减缓并且完全停下来。对电动机进行 初步设定以便使其在转速超过 一定的最小值时产生电能。在模型中，负载在液压马达发电机组上的影响可以被控制。 5 仿真结果 仿真的主要作用在于比较两种方案实例 1和 2 (图 6和 7)的输出功率。在两个实例中运用相同的动态波 。在实例 1中通过观察电动机的转速和产生的电量，首先确定出两个蓄能器的合适尺寸。控制策略和控制器参数最终数值也是通过仿真得出。在实例 2中飞轮的合适尺寸参照仿真结果以及控制策略和控制器参数最终数值确定。在系统的不同部分存在着能量损失。功率电平在在如图 8所示的操作间强烈变化。比较这两种实例的分出功率的最好方法就是估算研究时期的平均功率。为了保证仿真结果更加一般化，系统不同部分的效率呗估算出来。因为这项研究只限定在整个液压系统的一部分，驱动液压缸的功率被确定在 100W。当估算中包括缸内压力、摩擦力和浮力时，实例 1中 液压缸的功率输出为 91W。当考虑到马达的压差、单向阀的压力损失、蓄能器的损失以及泄漏损失和板子的滑动（他的运动不完全追随与波浪的运动），马达的输入功率为 71W。计算时包括马达液力的效率是马达的输出功率是 53W。冲洗泵消耗少于总体平均功率的 1%。在实例 2中液压缸的功率输出为 94W。马达的输入功率为 69W 。马达的输出功率是 29W。冲洗泵消耗少于总体平均功率的 1%。 6 结论 存在许多将波浪能转化成电能的方法。在此例中研究了两种将底波转化成机械旋转能量的液压方式。根据这项研究可以得出以下结论： * 两种系统均能 运作 * 使用了平衡功率变动的蓄能器的系统的能量效率明显高于使用飞轮的系统 参考文献 1 2 3 4 5 6 7 8 9 J. 2007. A of 0 (2007) 185201 10 11 A. F. . 2007. of TO 12 13 14 15 16 A an 17 18 by 19 an a 录 3外文翻译 in 89 33101 of to in on to to it to it to in of to of an of a of of on or at of is on 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. of of is an on of 录 3外文翻译 of is 00of a to a 888 . 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