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文档简介
附录 1 开题报告 附录 1 开题报告燕 山 大 学本科毕业设计(论文)开题报告课题名称:3000W 液压式波浪能转化实验系统设计附录 1 开题报告 一、综述本课题国内外研究动态,说明选题的依据和意义1、国内外研究动态在国外,1799年,法国的吉拉德父子,获得了利用波浪能的首项专利。英国具有世界上最好的波浪能资源。从20世纪70年代开始,英国将波浪发电研究放在新能源开发的重要位置。20世纪80年代,英国已成为世界波浪能研究的中心。日本平均波能约为13 kW/km(近海)和 6 kW/km(沿岸),沿海的波浪可利用能量估算约20 GW,可满足国内能源总需求量的1/3。挪威的波浪发电研究起始于20世纪70年代,虽然起步晚但是发展十分迅速。挪威主要对波浪发电装置的理论设计做出了较大贡献,提出了相位控制原理和喇叭口收缩波道式波能装置等。葡萄牙的海浪发电研究起步较晚,技术以引进为主。但葡萄牙有着发展波浪发电得天独厚的自然条件优势,政府和科研机构对海浪能资源也越来越重视。此外,葡萄牙还于2008年引进英国的海蛇发电机组,在此海洋实验区建立了世界上第一个商业规模的波浪发电站。我国波力发电技术始于20世纪70年代。1989年,我国第一座实验波力电站建成。首座波力独立发电系统汕尾100kW岸式波力电站于 1996年12月开工,2001年2月完成进入试发电和实海况试验阶段,2005年1月,第一次实海况试验成功。中科院广州能源所海洋能实验室和气体水合物实验室协同攻关,提出并解决了海洋波浪能发电的关键技术。利用这一技术,可以将随机输入的势能转变成稳定的、可任意调控的水的动能。目前已通过实验室实验证实了该系统的可行性 。我国计划至2020年,在山东、海南、广东各建1座l000kW 级的岸式波力电站。2、选题意义及依据随着经济和社会的发展,人类对能源的需求量越来越大,由于目前作为主要能源的煤和石油均不具有可再生性,这直接导致了能源危机不断地出现,能源的短缺甚至成为社会发展的一个瓶颈,这些都在不断地提醒人们去寻找新的可再生的能源。由此波浪能作为一种清洁可再生的能源越来越引起人们的关注。尽管现在和常规能源相比,波浪发电还有很大的距离,附录 1 开题报告 但是,从我国能源长期发展战略和技术储备的角度来看,加大和加快开海洋波浪能源的开发研究具有重要的现实和战略意义。结合日本“311” 发生大震后而引发的核泄漏恶劣影响,我们更加意识到发展新能源,一种可再生又对环境负面作用小,以及较小甚至不存在潜在威胁的能源。波浪能无疑就处在这种优选行列的前茅,相信人类对波浪能的开发利用又将加快脚步。为了克服现有波浪装置技术的不足,本课题的目的在于提供可工作时间长,运行稳定,转换效率高,发电质量好的一种基于液压传动的双行程做功的波浪能吸收装置。二、研究的基本内容,拟解决的主要问题对于可再生能源来说,高效转换技术是研究的难点,由于波浪的不稳定性导致其转换装置经常处于非设计工况,因此提高波能利用率,降低波能发电的成本始终是波能研究的目标。研究的主要内容包括以下方面:(1)前期调研(2)查找资料(3)方案论证与选定(4)实验原理图设计绘制(5)设计计算选型(6)阀块图绘制和加工(7)元件购买(8)系统仿真(9)泵站设计(10)系统搭建(11)撰写毕业论文。以一种浮力摆式单行程做功的波浪能量吸收装置为例,这种装置的结构很简单,但是存在很大的不足。该装置只有在浮力摆压向液压缸一侧时液压缸才会单行程做功,也就是说该装置在整个波浪周期内只有 1/4 周期是用来吸收波浪能来做功的,因此该装置可工作做功时间短,发电时续时断,发电效果差。这也就是本课题主要旨在解决的问题,由此课题的主要目标是实现理论设计的液压缸双行程吸收波浪能的方案,提高发电效率,稳定产生的电压,并在仿真的基础上实现实验台初步运行。三、研究步骤、方法及措施在选题之后,针对液压式波浪能发电这一形式,先后查阅了很多相关资料,对现有的各种液压波浪发电装置进行比较,目前的装置中,无论是悬挂摆式、浮力摆式、还是点吸收式等波浪能利用形式大都是以单个液压缸只能以单行程做功来实现波浪能量的转换,因此综合现有装置的不足,确定液压缸双行程的波浪吸收方案使做功时间提高了一倍,一级能量转化附录 1 开题报告 效率更高,能量输出传递更加平稳,受波浪的冲击影响更小,发电质量得到较大提高。 考虑到现在的波浪能的主要问题在于稳压,吸收脉动和提高效率的问题,所以在带有蓄能器的形式与带有飞轮的形式进行选择,参考现有的二者功率仿真比较模型,具体结果如下:表 1 两种方案的三种功率值对比表 1单位:W带有蓄能器的液压系统 带有飞轮的液压系统液压缸的输出功率 91 94马达的输入功率 71 69马达的输出功率 53 29注:驱动液压缸的功率被确定在 100W 由上表可知带有蓄能器的液压系统缸的输出功率较带有飞轮的液压系统的低,但是马达的输出功率却较高,所以我们选择第一种方案作为我们的实验方案。设计出的装置主要功能在于通过液压缸双向吸收海浪的能量从而用来发电。首先在海浪的作用下摆杆摆动,当摆杆向左摆动时液压缸左腔形成高压腔,同理当摆杆向右摆动时,右腔形成高压,两侧的压力经过比较后,通过四个单向阀,较高的一侧传向马达的高压输入端,马达转动后既而带动发电机转动,马达输出端接液压缸低压油腔。下侧的液压泵组件用来向系统补油,同时避免低压腔形成真空。因为系统的主要问题在于马达的稳速,从而保证输出的稳定,所以在输入端加入蓄能器起到保压及吸收脉动的作用,节流阀来形成背压。课题预期按照原理图进行仿真,实现原理上的发电,争取实际中在实验台搭建完成后产生理想的效果。四、研究工作进度表 2 工作进度安排表 1节点 工作进度 节点 工作进度第 12 周 前期调研,查阅资料 第 1112 周 外文翻译,实验系附录 1 开题报告 原理图设计绘制 统搭建第 34 周 初步计算选型,准备开题报告、文献综述 第 1314 周 零件图第 58 周 实验仿真研究,阀块 图设计绘制,装配第 910 周 泵站设计绘制第 1518 周 撰写论文,准备答 辩五、主要参考文献 1 薛鸿超.海岸及近海工程M .中国环境出版社,2003:300-3072 美 罗伯特 F兰德尔著 .海洋工程基础M. 包从喜译,上海:上海交通大学出版社,2002:22-2133 梁其荀,严恺 .海岸工程M.海洋出版社,2002:82-1034 刘寅立,焦永芳 .波浪能开发与利用研究进展J.中国高新技术企业,2009(2)5 龚媛.世界波浪发电技术的发展动态J.电力需求侧管理.2008,10(6):71-726 成大先.机械设计手册.北京:化学工业出版社,2007(5)7 孙志永.水波浮力发电装置P.中国:CN 1710274 A,2005.12.218 刘平竹.一种潜浮式海洋波浪能发电装置 P.中国:CN 101424244 A,2009.5.69 盛松伟,游亚戈,郑永红.浮体下挂液压缸式波浪能发电装置P. 中国:CN 101012802 A,2007.8.810 曲言明. 浮体绳轮波浪能发电装置P.中国:CN 101526062 A,2009.9.911 Yongxiang Lu,Qingfeng Wang,Wei Li.Proceedings of the Seventh International Conference on Fluid Power Transmission and ControlA. Tapio Virvalo. Hydraulic systems in wave energy applicationC. Finland: Department of Intelligent Hydraulics and Automation,Tampere University of Technology.2009:56-6012 CHEN Cheng wu,CHEN Chen yuan,Peter Hsien Chueh Yang,et al.Analysis of experimental data on internal waves with statistical methodJ. Computer aided Engineering and Software,2007,24(2):116-150.13 J. Falnes. A review of wave-energy extractionM. Marine Structures 2007 附录 1 开题报告 (20):18520114 Dara OSullivan, James Griffiths, Michael G. Egan. Development of an electrical power take off system for a sea-test scaled offshore wave energy device J. Renewable Energy, 2011:1236-124415 Ben D. Ha
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