海浪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)項(xiàng)目匯報(bào)海浪發(fā)電系統(tǒng)班級(jí)：09級(jí)機(jī)設(shè)2班小組成員：馮品、喬旋、柏迎村余超、金福生、魏智利指導(dǎo)教師：姜世平目錄一 研究背景2二 研究歷史2三 研究現(xiàn)狀3四 功能分析4五 兩種方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)45.1、方案一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 45.2、方案一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7六 方案比較及評(píng)估7七 總結(jié)感言8八 參考文獻(xiàn)8一、研究背景遼闊浩瀚的海洋，不僅使人心曠神怡，而且使人迷戀和陶醉。然而，大海最誘人的地方，還在于它蘊(yùn)藏著極為豐富的自然資源和巨大的可再生能源。那波濤洶涌的海浪；一漲一落的潮汐；循環(huán)不息的海流；不同深度的水溫；河海水交匯處的鹽度差都具有可以利用的巨大能量。另外，從占地球表面積約70的海水中，還可以取得豐富

2、的熱核燃料和氫。海洋能主要來源于太陽能。它的分布地域廣闊，能量比較穩(wěn)定，而且變化有一定規(guī)律，可以準(zhǔn)確預(yù)測。例如，海水溫差和海流隨季節(jié)而變化，而潮汐的變化則具有一定的周期性。我國海洋能資源非常豐富，而且開發(fā)利用的前景十分廣闊。全國大陸海岸線長達(dá)一萬八千多公里，還有五千多個(gè)島嶼，其海岸線長約一萬四千多公里，整個(gè)海域達(dá)490萬平方公里。如果將我國的海洋能資源轉(zhuǎn)換為有用的動(dòng)力值，至少可達(dá)1.5億千瓦，相當(dāng)于目前我國電力總裝機(jī)容量的兩倍多。在海洋能的開發(fā)利用方面，當(dāng)前我國還僅僅處于起步階段，一些沿海地區(qū)先后研制成了各種試驗(yàn)性的發(fā)電裝置，并建成了試驗(yàn)性的潮汐電站，為今后進(jìn)一步開發(fā)利用海洋能源打下了初步的基

3、礎(chǔ)。二、研究歷史1964年，日本研制成了世界上第一個(gè)海浪發(fā)電裝置航標(biāo)燈。雖然這臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)電的能力僅有60瓦，只夠一盞燈使用，然而它卻開創(chuàng)了人類利用海浪發(fā)電的新紀(jì)元。利用海浪發(fā)電，既不消耗任何燃料和資源，又不產(chǎn)生任何污染，因而是一種干凈的發(fā)電技術(shù)。這種不占用任何土地，只要有海浪就能發(fā)電的方法，特別適合于那些無法架設(shè)電線的海島使用。70年代末期，日本研制成了一種大型海浪能發(fā)電船，并進(jìn)行了海上試驗(yàn)。它能發(fā)出100150千瓦的電能，而且具有遠(yuǎn)離海岸的電力傳輸裝置。這艘發(fā)電船通常停泊在離岸三千米的海上，船長80米，寬12米，總重500噸，停泊海域的水深42米，在船的內(nèi)室里，安裝了幾臺(tái)海浪發(fā)電裝置。英國9

4、0年代初期在蘇格蘭建成了一座發(fā)電能力為75千瓦的海浪發(fā)電站。英國是繼挪威、日本之后利用海浪發(fā)電的第三個(gè)國家。英國的愛丁堡大學(xué)正在研制五萬千瓦的海浪發(fā)電裝置，而且還將在海岸以外的海面上建造海浪能發(fā)電站。挪威的科學(xué)家大膽提出用人力制造大的波浪來進(jìn)行發(fā)電；這將使海浪發(fā)電的研究試驗(yàn)工作進(jìn)入一個(gè)新階段。三、研究現(xiàn)狀目前，世界各國有關(guān)海洋能源的研究和利用還處于初始階段，因而海洋能屬于有待開發(fā)利用的新能源。其中，對(duì)于潮汐能的開發(fā)技術(shù)比較成熟，已進(jìn)入技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和工程規(guī)劃階段；波浪能的利用處于試驗(yàn)研究階段；海洋熱能的利用正在進(jìn)行工程性研究；海流和鹽度差能的利用，僅處于原理研究階段。如今，最為成熟的海浪發(fā)電機(jī)由

5、英國Checkmate 海洋能源公司設(shè)計(jì)，是一種類似蟒蛇的大型發(fā)電設(shè)備，由橡膠而不是鋼鐵制成?！熬掾睂?shí)際上是一根裝滿水的管子，當(dāng)海浪在上方經(jīng)過對(duì)其產(chǎn)生擠壓時(shí)，內(nèi)部可產(chǎn)生一個(gè)“向外膨脹的波浪”，波浪在到達(dá)尾端時(shí)可帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電圖一、“蟒蛇”海浪發(fā)電機(jī)圖二、“蟒蛇”海浪發(fā)電機(jī)原理圖廠四、功能分析1、海浪發(fā)電的實(shí)質(zhì)利用海浪上下起伏的動(dòng)力，通過某一裝置將其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。2、海浪發(fā)電所需解決的關(guān)鍵問題及思考a、海浪能量分布范圍廣，能量密度小，所以需要若干個(gè)小型設(shè)備同時(shí)收集海浪的能量；b、從各個(gè)小型設(shè)備收集的能量不易集中，需要某一特殊裝置將這些的分散的能量加以集中利用，并作用同一臺(tái)發(fā)電機(jī)上，

6、以降低設(shè)備成本；c、對(duì)設(shè)備的抗海水腐蝕、抗海水擊打、較好的耐久性以及可靠性要求較高。這使得海浪發(fā)電裝置在總體上必須達(dá)到以下三點(diǎn)要求：1、結(jié)構(gòu)簡單 2、可靠性高 3、便于維修。五、兩種方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1、方案一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖三、方案一結(jié)構(gòu)簡圖1）原理介紹1浮球通過連桿將海浪上下起伏的動(dòng)力傳遞給2壓氣筒，2壓氣筒將空氣壓入4儲(chǔ)氣室，3安全閥用于控制儲(chǔ)氣室壓力，以免4儲(chǔ)氣室內(nèi)壓力過大造成危險(xiǎn)，當(dāng)4儲(chǔ)氣室內(nèi)壓力達(dá)到一定值后，5氣閥迅速開啟，此時(shí)4儲(chǔ)氣室里的空氣向外釋放并推動(dòng)6葉輪高速旋轉(zhuǎn)，6葉輪的軸輸出動(dòng)力并經(jīng)過7調(diào)速器傳遞給8發(fā)電機(jī)，最后8發(fā)電機(jī)發(fā)的電能通過導(dǎo)線儲(chǔ)存在蓄電池中。2）部分裝置詳細(xì)介紹發(fā)電裝

7、置所產(chǎn)生的電能，最終將以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在蓄電池中，但蓄電池的充電電壓必須維持在某一范圍之內(nèi)，若發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓小于蓄電池充電電壓的最小值，則電能無法充進(jìn)蓄電池，則會(huì)造成能量的浪費(fèi)；若發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓超過蓄電池充電電壓的最大值，則會(huì)損壞蓄電池。所以必須通過某一裝置，讓發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓維持在某一范圍之內(nèi)，也就是讓發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子得到在一定范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速。為實(shí)現(xiàn)上述功能，使用如下裝置5氣閥和裝置6調(diào)速器：a、氣閥:圖四、氣閥快速開啟/關(guān)閉裝置設(shè)彈簧的預(yù)緊力為F，當(dāng)氣室里的壓強(qiáng)值為P=Pmax時(shí)，有F=Pmax*S1,當(dāng)氣室里壓強(qiáng)再稍微增大一點(diǎn)時(shí)，滑塊向上移動(dòng)，此時(shí)氣體作用的有效面積由S1增大為S2，氣體壓

8、強(qiáng)雖然會(huì)降到P0，但仍然會(huì)有P0*S2>F,滑塊則會(huì)迅速的上移一段距離h，但氣室里氣體壓強(qiáng)減小到P=Pmin時(shí)，有F=Pmin*S2,此時(shí)，滑塊一旦接觸到進(jìn)氣口，氣體作用有效面積由S2減小到S1，有F>>Pmin*S1,則滑塊會(huì)緊緊壓住進(jìn)氣口。如此，該氣閥則實(shí)現(xiàn)了當(dāng)氣室里的氣壓值達(dá)到Pmax時(shí)，氣閥迅速開啟，高壓空氣則推動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)氣室氣壓值減小到Pmin時(shí)，氣閥迅速關(guān)閉，空氣停止對(duì)外做工。添加此氣閥的目的在于，不用電控僅通過機(jī)械裝置使作用在葉輪上的空氣一直是高壓氣體，從而讓葉輪的轉(zhuǎn)速維持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，以讓發(fā)電機(jī)產(chǎn)生一定電壓范圍內(nèi)的電能，以便于儲(chǔ)存能量，也避免了

9、能量的浪費(fèi)。b、調(diào)速器：當(dāng)轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，質(zhì)量塊會(huì)在離心力的作用下使自身的旋轉(zhuǎn)半徑增大，從而使調(diào)速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增加會(huì)使轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速降低，同時(shí)調(diào)速器會(huì)儲(chǔ)存能量；當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速降低時(shí)，質(zhì)量塊的旋轉(zhuǎn)半徑減小，調(diào)速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小并釋放能量，使轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速增加。 這樣，通過裝置5氣閥和裝置6調(diào)速器就使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子獲得了一定范圍內(nèi)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。 圖五、調(diào)速器 5.2 方案二結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖六、方案一結(jié)構(gòu)簡圖原理介紹1浮球通過連桿將海浪上下起伏的動(dòng)力傳遞給2液壓缸，2液壓缸的運(yùn)動(dòng)將3油箱中的液壓油壓入4液壓室，4液壓室的油液升高，推動(dòng)9活塞向上運(yùn)動(dòng)，由于8儀器設(shè)備等其它重物的壓力作用，使得液壓室里的液壓油壓

10、向5液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)的動(dòng)力經(jīng)過6調(diào)速器調(diào)速后傳遞給7發(fā)電機(jī)，最后發(fā)電機(jī)發(fā)的電能通過導(dǎo)線儲(chǔ)存在蓄電池中。五、方案比較及評(píng)估方案一以空氣為動(dòng)力介質(zhì)，將海浪上下起伏的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能，其結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、成本低，適用于小型的海浪發(fā)電站。方案二以液壓油為動(dòng)力介質(zhì)，將海浪上下起伏的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為液壓馬達(dá)的動(dòng)能，其轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大、傳遞效率高、運(yùn)行平穩(wěn)、使用壽命長，適用于大型海浪發(fā)電站。六、總結(jié)感言在本次機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)三級(jí)項(xiàng)目的開始，我們在圖書館和網(wǎng)站上查閱了很多相關(guān)資料，在前人研究的基礎(chǔ)之上，提出了自己的想法，經(jīng)過小組討論，最終確定了兩種應(yīng)用于不同條件下的方案。在完成項(xiàng)目過程中，我們相互交流，相互學(xué)習(xí)，相

11、互促進(jìn)，從中體會(huì)到團(tuán)隊(duì)合作力量的強(qiáng)大。通過這次三級(jí)項(xiàng)目也讓我們懂得團(tuán)隊(duì)之間合作與信任的重要性，能夠順利完成這次三級(jí)項(xiàng)目，與小組成員之間的緊密配合息息相關(guān)，同時(shí)與每個(gè)成員的努力都分不開。最重要的是，通過這次項(xiàng)目設(shè)計(jì)，我們學(xué)會(huì)了如何從實(shí)際角度而不僅是從理論角度上思考問題，因?yàn)閷?shí)踐才是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)好壞的唯一標(biāo)準(zhǔn)，所以我們必須考慮到各個(gè)方面帶來的影響因素，將理論聯(lián)系實(shí)際，以設(shè)計(jì)出更好的產(chǎn)品。七、參考文獻(xiàn)1 黃靖遠(yuǎn)，高志，陳祝林.機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006-04.2 G. 帕爾 W. 拜茨. 工程設(shè)計(jì)學(xué) 學(xué)習(xí)與實(shí)踐手冊M. 張直明等譯，北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1992-06.3 上海交通大學(xué)，新型多維并