機械設計學三級項目

1、1 2機械設計學機械設計學項目匯報項目匯報 海浪發(fā)電系統(tǒng)海浪發(fā)電系統(tǒng)1 2u研究背景研究背景u研究歷史研究歷史u研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀u功能分析功能分析u方案一結構設計方案一結構設計 u方案一結構設計方案一結構設計 u方案比較及評估方案比較及評估u總結感言總結感言目錄目錄1 2研究背景研究背景 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，還可以取得豐富的熱核燃料和氫。

2、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，可以準確預測。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一萬八千多公里，還有五千多個島嶼，其海岸線長約一萬四千多公里，整個海域達490萬平方公里。如果將我國的海洋能資源轉換為有用的動力值，至少可達1.5億千瓦，相當于目前我國電力總裝機容量的兩倍多。在海洋能的開發(fā)利用方面，當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性的發(fā)電裝置，并建成了試驗性的潮汐電站，為今后進一步開發(fā)利用海洋能源打下了初步的基礎。1 2研究

3、歷史研究歷史 1964年，日本研制成了世界上第一個海浪發(fā)電裝置航標燈。雖然這臺發(fā)電機發(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。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，并進行了海上試驗。它能發(fā)出100150千瓦的電能，而且具有遠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，安裝了幾臺海浪發(fā)電裝置。 英

4、國90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)電的第三個國家。英國的愛丁堡大學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。挪威的科學家大膽提出用人力制造大的波浪來進行發(fā)電；這將使海浪發(fā)電的研究試驗工作進入一個新階段。1 2研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 目前，世界各國有關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，對于潮汐能的開發(fā)技術比較成熟，已進入技術經(jīng)濟評價和工程規(guī)劃階段；海洋熱能的利用正在進行工程性研究；海流和鹽度差能的利用，僅處于原理研究階段； 而波浪能的利用處于試驗研究階段。 如今，

5、最為成熟的海浪發(fā)電機由英國Checkmate 海洋能源公司設計，是一種類似蟒蛇的大型發(fā)電設備，由橡膠而不是鋼鐵制成?！熬掾睂嶋H上是一根裝滿水的管道，當海浪在上方經(jīng)過對其產(chǎn)生擠壓時，內(nèi)部可產(chǎn)生一個“向外膨脹的波浪”，波浪在到達尾端時可帶動發(fā)電機發(fā)電1 2針對海浪發(fā)電的功能分析針對海浪發(fā)電的功能分析1、海浪發(fā)電的實質(zhì)、海浪發(fā)電的實質(zhì) 利用海浪上下起伏的動力，通過某一裝置將其動能轉化為電能。2、海浪發(fā)電所需解決的關鍵問題、海浪發(fā)電所需解決的關鍵問題l海浪能量分布范圍廣，能量密度小，所以需要若干個小型設備同時收集海浪的能量；l從各個小型設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

6、中利用，并作用同一臺發(fā)電機上，以降低設備成本；l對設備的抗海水腐蝕、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到以下三點要求：1、結構簡單 2、可靠性高 3、便于維修。1 2方案一結構設計方案一結構設計 1浮球通過連桿將海浪上下起伏的動力傳遞給2壓氣筒，壓氣筒將空氣壓入4儲氣室，當儲氣室內(nèi)壓力達到一定值后，5氣閥迅速開啟，此時儲氣室里的空氣向外釋放并推動6葉輪高速旋轉，葉輪的軸輸出動力并經(jīng)過7調(diào)速器調(diào)速后傳遞給8發(fā)電機，最后發(fā)電機發(fā)的電能通過導線儲存在蓄電池中， 3安全閥用于控制儲氣室壓力，以免儲氣室內(nèi)壓力過大造成危險1 2部分裝置詳細介紹部分裝置詳細介紹 由

7、于發(fā)電裝置所產(chǎn)生的電能，將儲存到蓄電池中，但蓄電池的充電電壓必須維持在某一范圍之內(nèi)，若發(fā)電機發(fā)出的電壓過低，則電能無法充進蓄電池，則會造成能量的浪費；若發(fā)電機發(fā)出的電壓過高，則會損壞蓄電池。所以必須通過某些裝置，讓發(fā)電機產(chǎn)生的電壓維持在穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，也就是將發(fā)電機的轉子的轉速控制在一定范圍內(nèi)。 為實現(xiàn)上述功能，使用如下裝置5氣閥和裝置6調(diào)速器 1 2 設彈簧的預緊力為F，當氣室里的壓強值為P=Pmax時，有F=Pmax*S1,當氣室里壓強再稍微增大一點時，滑塊向上移動，此時氣體作用的有效面積由S1增大為S2，氣體壓強雖然會降到P0，但仍然會有P0*S2F,滑塊則會迅速的上移一段距離h，但氣室

8、里氣體壓強減小到P=Pmin時，有F=Pmin*S2,此時，滑塊一旦接觸到進氣口，氣體作用有效面積由S2減小到S1，有FPmin*S1,則滑塊會緊緊壓住進氣口。 如此，該氣閥則實現(xiàn)了當氣室里的氣壓值達到Pmax時，氣閥迅速開啟，高壓空氣則推動葉輪高速旋轉，當氣室氣壓值減小到Pmin時，氣閥迅速關閉，空氣停止對外做工。這樣，就能使作用在葉輪上的空氣始終是高壓氣體，從而讓葉輪的轉速維持在一個穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，以讓發(fā)電機產(chǎn)生一定電壓范圍內(nèi)的電能，以便于儲存能量，同時也避免了能量的浪費。氣閥氣閥-具有快速開啟和關閉功能具有快速開啟和關閉功能1 2調(diào)速器調(diào)速器 當轉軸高速旋轉時，質(zhì)量塊會在離心力的作用下使

9、自身的旋轉半徑增大，從而使調(diào)速器的轉動慣量增加，轉動慣量的增加即慣性力增加會使轉軸的轉速降低，同時儲存能量；當轉軸轉速降低時，質(zhì)量塊的旋轉半徑減小，調(diào)速器的轉動慣量減小并釋放能量，使轉軸轉速增加。這樣就使得轉軸的轉速維持在一個動態(tài)穩(wěn)定的狀態(tài)。 因此，通過裝置5氣閥和裝置6調(diào)速器就能使發(fā)電機的轉子獲得一定范圍內(nèi)的穩(wěn)定轉速。 1 2 方案二結構設計方案二結構設計 1浮球通過連桿將海浪上下起伏的動力傳遞給2液壓缸，液壓缸的往復運動將3油箱中的液壓油壓入4液壓室，液壓室的油液升高，推動9活塞向上運動，由于8儀器設備等其它裝置的壓力作用，使得液壓室里的液壓油壓向5液壓馬達液壓馬達的動力經(jīng)過6調(diào)速器調(diào)速后

10、傳遞給7發(fā)電機，最后發(fā)電機發(fā)的電能通過導線儲存在蓄電池中。 利用重物給液壓油壓力而不使用彈簧是因為在重力作用下液壓油的壓力為恒定值，若使用彈簧則在活塞下移的過程中會使液壓油的壓力越來越小，從而使液壓馬達越轉越慢，則傳遞給發(fā)電機的轉速就不穩(wěn)定1 2方案比較及評估方案比較及評估 方案一以空氣為動力介質(zhì)，將海浪上下起伏的動能轉化為葉輪轉動的動能，其結構簡單、質(zhì)量輕、成本低，適用于海浪比較小的海面。 方案二以液壓油為動力介質(zhì)，將海浪上下起伏的動能轉化為液壓馬達的動能，其傳動力矩大、傳遞效率高、運行平穩(wěn)、使用壽命長，適用于海浪比較大的海面。1 2總結感言總結感言 在本次機械設計學三級項目的開始，我們在圖書館和網(wǎng)站上查閱了一些相關資料，在前人研究的基礎之上，提出了自己的想法，經(jīng)過小組討論，最終確定了兩種應用于不同條件下的方案。在完成項目過程中，我們相互交流，相互學習，相互促進，從中體會到團隊合作力量的強大。通過這次三級項目也讓我們