液压波浪发电装置设计.doc

液压波浪发电装置设计论文摘要：论文在液压设计部分，通过采用将浮体水下部分与液压缸活塞杆做成一体，实现了浮体与液压系统的整体性。液压系统通过将浮体吸收的波浪能转化为液压能，再输出机械能，实现发电机发电工作。通过数据的输出，选择在市场上存在的发电机型号，完成整个装置按预定设计进行工作。 中图分类号TM612 文献标识码A波浪能的发展具有深远的意义，各类波浪发电装置都有独自的特点，但是波浪能发电技术的发展正处于研发阶段，还没发展出具有绝对优势的技术，一方面是因为不同海区波浪能分布、地理位置、环境气候有差异；另外，波浪能不稳定性和随机性使得设计者难以确定设计的平衡点。目前，波浪发电技术还有待提高。1 液压波浪发电装置原理当浮体受波浪力带动活塞杆向上运动时，活塞压缩上油液腔，使得上油液腔体积减小，压强增大，油液顶开上油液腔左方单向阀，进入储能器中，而右方油路上的单向阀处于关闭状态，与此同时，活塞下液压油腔的体积增大，压强变小，油箱的油液顶开下油液腔右方油路上的单向阀，使得液压油进入下油液腔中，而此时下油液腔左方油路上的单向阀处于关闭状态。浮体向下运动时同理，储能器中的液压油达到一定压力时，压力开关打开，液压油进入液压马达，马达转动，发电机运行。2 浮子尺寸计算2.1 波浪能吸收效率根据海岸线调研数据，利用wamit软件进行水动力分析，确定本次设计参数H=1m，T=5s，h=40m。由波浪相关公式计算如下：其中是波动频率，K是波数，T是周期，h是水深，H是波高，Wn是功率，En是能量，Cn是波速，Cgn是能量转换速率，an是波幅。根据以上公式可以得出一个周期的波浪能功率：Wn=4776W，P输出=1000W=0.98*0.85=0.833，P浮=1/0.833=1.2KW，根据三级能量转换得出了浮子的输出功率：P=1200W，总=P/Wn=1200/4776=25%2.2 浮子下端设计将相关数据带入半球波浪力公式中，可以得出半径r=1.6m，吃水深度d=1.3m2.3 浮子上端设计为了装置不积水。上端架设一个角度为120度的圆锥体配合。经过体积计算总体积为9.83m3，根据浮力等于重力，则浮子的质量为4332kg3 发电机设计3.1 发电机电机的选型3.2 发电机输入轴的设计（1）已知电机输出轴的功率P1=1KW，转速n1=380rpm，转矩T1=25131Nmm。（2）计算作用在齿轮上的力（3）初定轴的最小直径由发电机厂家所给出的电机参数知，电机输出轴 。因为发电机输入轴的直径与发电机输入轴上的齿轮分度圆直径d=26mm相接近，因此将发电机的输入轴做成齿轮轴。3.3 液压马达的设计因发电机转速为380rpm，发电机输入轴与液压马达输出轴上齿轮转动比为i12=3，则液压马达转速127rpm.根据表10-2机械传动和轴承效率概略值5，取发电机输出轴齿轮与液压马达输出轴上的齿轮传动机械效率齿轮=0.98，因此选择的液压马达输出轴上的功率P2=Pd齿轮=10.98=0.98KW，转速n2=127rpm，转矩73.7Nm.根据液压马达的功率P2=0.98KW、转速n2=127rpm和所承受的转矩T2=73.7Nm，选择液压马达型号为BMT-800，转速140rpm，压力13MPa，输入流量125L/min。3.4 液压马达的输出轴及安装尺寸由于已确定液压马达上的齿轮分度圆直径d2=128，齿根圆直径d2 f =124，齿宽d2=35，根据安装图，液压马达输出轴为 40圆柱轴，联接键采用尺寸为12863的平键。4 液压缸设计4.1 液压缸内径已知选择波高1米，周期是5秒，波浪上下运动近似速度浮体对波浪吸收率为Pd=0.25，浮体所受到的力F=24000N。浮体上下运动速度是vd=0.2m/sPd=0.05m/s，运动距离是s= hPd=10.25=0.25m，即浮体上下运动范围为（0，0.25m），运动时间是5s；浮体对液压缸产生的力Fd=FPd=240000.25= 6000N。（4）根据执行机构的速度要求和选定的液压泵流量来确定液压缸内径D（注：以下全部设计用到的公式、图表及相关引用，均参考液压传动与控制）按有杆腔进油时，由于选用的液压马达为BMR-800，转速140rpm，排量q=125L/min，持续工作时最大压力13MPa，活塞杆的速度v=vd=0.05m/s。D，d未知，先根据单活塞杆无杆腔进油时活塞面积公式近似估计D（取液压缸容积效率v=0.98）：带入数值，解得D=228mm，根据规定，对D向上圆整，取D=250mm。由于在實验过程中，近似取浮体上下运动速度大小一致，即活塞杆上下速度大小一致，根据液压马达BMT-800需要的流量与活塞面积D、活塞杆面积d、活塞运动速度v的关系公式：解得d=245mm。（5）4.2 液压缸缸筒长度L的确定液压缸缸筒的长度L应根据所需行程和结构上的需要而定，即液压缸缸筒长度=活塞行程+活塞宽度+活塞导向长度+活塞杆密封长度+其他长度。通常，液压缸缸筒的长度L不大于缸筒内径的20倍。因此根据液压缸行程系数，初取液压缸缸筒长度L=2500mm。4.3 确定最小导向长度H和其他部位尺寸根据液压传动与控制中的液压缸结构尺寸图（见下图4-3）对于一般的液压缸，当液压缸最大行程L，缸筒直径D时，最小导向长度为，活塞宽度B=（0.61.0）D，因此取H=250mm，B=0.8D=200mm（6）5 结论论文在液压设计部分，通过采用将浮体水下部分与液压缸活塞杆做成一体，实现了浮体与液压系统的整体性。液压系统通过将浮体吸收的波浪能转化为液压能，再输出机械能，实现发电机发电工作。通过数据的输出，选择在市场上存在的发电机型号，完成整个装置按预定设计进行工作。参考文献1 游亚戈，李伟，刘伟民等.海洋能发电技术的发展现状与前景J.电力系统自动化，2010（14）.2 王凌宇.海洋浮子式波浪发电装置结构设计及试验研究D.大连理工大学，2008.3 王淑婧.振荡浮子式波浪能发电装置的设计及功率计算分析D.中国海洋大学，2013.4 彭建军