海浪发电机设计.doc

《机械设计学》项目汇报
——海浪发电系统

班级：09级机设2班
小组组员：冯品、乔旋、柏迎村
余超、金福生、魏智利
指导教师：姜世平

目录
一． 研究背景……………………………………………2
二． 研究历史……………………………………………2
三． 研究现实状况……………………………………………3
四． 功能分析……………………………………………4
五． 两种方案构造设计…………………………………4
5.1、方案一构造设计 ……………………………………4
5.2、方案一构造设计 ……………………………………7
六． 方案比较及评估……………………………………7
七． 总结感言……………………………………………8
八． 参照文献……………………………………………8
一、研究背景
广阔浩瀚海洋，不仅使人心旷神怡，并且使人迷恋和陶醉。然而，大海最诱人地方，还在于它蕴藏着极为丰富自然资源和巨大可再生能源。那波涛汹涌海浪；一涨一落潮汐；循环不息海流；不一样深度水温；河海水交汇处盐度差……都具有可以运用巨大能量。此外，从占地球表面积约70％海水中，还可以获得丰富热核燃料和氢。
海洋能重要来源于太阳能。它分布地区广阔，能量比较稳定，并且变化有一定规律，可以精确预测。例如，海水温差和海流随季节而变化，而潮汐变化则具有一定周期性。
我国海洋能资源非常丰富，并且开发运用前景十分广阔。全国大陆海岸线长达一万八千多公里，尚有五千多种岛屿，其海岸线长约一万四千多公里，整个海域达490万平方公里。假如将我国海洋能资源转换为有用动力值，至少可达1.5亿千瓦，相称于目前我国电力总装机容量两倍多。在海洋能开发运用方面，目前我国还仅仅处在起步阶段，某些沿海地区先后研制成了多种试验性发电装置，并建成了试验性潮汐电站，为此后深入开发运用海洋能源打下了初步基础。

二、研究历史
1964年，日本研制成了世界上第一种海浪发电装置——航标灯。虽然这台发电机发电能力仅有60瓦，只够一盏灯使用，然而它却开创了人类运用海浪发电新纪元。
运用海浪发电，既不消耗任何燃料和资源，又不产生任何污染，因而是一种洁净发电技术。这种不占用任何土地，只要有海浪就能发电措施，尤其适合于那些无法架设电线海岛使用。
70年代末期，日本研制成了一种大型海浪能发电船，并进行了海上试验。它能发出100～150千瓦电能，并且具有远离海岸电力传播装置。这艘发电船一般停泊在离岸三千米海上，船长80米，宽12米，总重500吨，停泊海域水深42米，在船内室里，安装了几台海浪发电装置。
英国90年代初期在苏格兰建成了一座发电能力为75千瓦海浪发电站。英国是继挪威、日本之后运用海浪发电第三个国家。英国爱丁堡大学正在研制五万千瓦海浪发电装置，并且还将在海岸以外海面上建造海浪能发电站。挪威科学家大胆提出用人力制造大波浪来进行发电；这将使海浪发电研究试验工作进入一种新阶段。

三、研究现实状况
目前，世界各国有关海洋能源研究和运用还处在初始阶段，因而海洋能属于有待开发运用新能源。其中，对于潮汐能开发技术比较成熟，已进入技术经济评价和工程规划阶段；波浪能运用处在试验研究阶段；海洋热能运用正在进行工程性研究；海流和盐度差能运用，仅处在原理研究阶段。
如今，最为成熟海浪发电机由英国Checkmate 海洋能源企业设计，是一种类似蟒蛇大型发电设备，由橡胶而不是钢铁制成。“巨蟒”实际上是一根装满水管子，当海浪在上方通过对其产生挤压时内部可产生一种“向外膨胀波浪”，波浪在抵达尾端时可带动发电机发电

图一、“蟒蛇”海浪发电机 图二、“蟒蛇”海浪发电机原理图厂

四、功能分析

1、海浪发电实质
运用海浪上下起伏动力，通过某一装置将其动能转化为电能。

2、海浪发电所需处理关键问题及思索
a、海浪能量分布范围广，能量密度小，因此需要若干个小型设备同步搜集海浪能量；
b、从各个小型设备搜集能量不易集中，需要某一特殊装置将这些分散能量加以集中运用，并作用同一台发电机上，以减少设备成本；
c、对设备抗海水腐蚀、抗海水击打、很好耐久性以及可靠性规定较高。这使得海浪发电装置在总体上必须到达如下三点规定：1、构造简朴 2、可靠性高 3、便于维修。

五、两种方案构造设计
5.1、方案一构造设计

图三、方案一构造简图

1）原理简介
[1]浮球通过连杆将海浪上下起伏动力传递给[2]压气筒，[2]压气筒将空气压入[4]储气室，[3]安全阀用于控制储气室压力，以免[4]储气室内压力过大导致危险，当[4]储气室内压力到达一定值后，[5]气阀迅速启动，此时[4]储气室里空气向外释放并推进[6]叶轮高速旋转，[6]叶轮轴输出动力并通过[7]调速器传递给[8]发电机，最终[8]发电机发电能通过导线储存在蓄电池中。

2）部分装置详细简介
发电装置所产生电能，最终将以化学能形式储存在蓄电池中，但蓄电池充电电压必须维持在某一范围之内，若发电机发出电压不不小于蓄电池充电电压最小值，则电能无法充进蓄电池，则会导致能量挥霍；若发电机发出电压超过蓄电池充电电压最大值，则会损坏蓄电池。因此必须通过某一装置，让发电机产生电压维持在某一范围之内，也就是让发电机转子得到在一定范围内转速。
为实现上述功能，使用如下装置[5]气阀和装置[6]调速器：
a、气阀:

图四、气阀迅速启动/关闭装置
设弹簧预紧力为F，当气室里压强值为P=Pmax时，有F=Pmax*S1,当气室里压强再稍微增大一点时，滑块向上移动，此时气体作用有效面积由S1增大为S2，气体压强虽然会降到P0，但仍然会有P0S2>F,滑块则会迅速上移一段距离h，但气室里气体压强减小到P=Pmin时，有F=Pmin*S2,此时，滑块一旦接触到进气口，气体作用有效面积由S2减小到S1，有F>>Pmin*S1,则滑块会紧紧压住进气口。如此，该气阀则实现了当气室里气压值到达Pmax时，气阀迅速启动，高压空气则推进叶轮高速旋转，当气室气压值减小到Pmin时，气阀迅速关闭，空气停止对外做工。添加此气阀目在于，不用电控仅通过机械装置使作用在叶轮上空气一直是高压气体，从而让叶轮转速维持在一种稳定范围之内，以让发电机产生一定电压范围内电能，以便于储存能量，也防止了能量挥霍。

b、调速器：
当转轴高速旋转时，质量块会在离心力作用下使自身旋转半径增大，从而使调速器转动惯量增长，转动惯量增长会使转轴转速减少，同步调速器会储存能量；当转轴转速减少时，质量块旋转半径减小，调速器转动惯量减小并释放能量，使转轴转速增长。
这样，通过装置[5]气阀和装置[6]调速器就使发电机转子获得了一定范围内稳定转速。 图五、调速器

5.2 方案二构造设计

图六、方案一构造简图
原理简介
[1]浮球通过连杆将海浪上下起伏动力传递给[2]液压缸，[2]液压缸运动将[3]油箱中液压油压入[4]液压室，[4]液压室油液升高，推进[9]活塞向上运动，由于[8]仪器设备等其他重物压力作用，使得液压室里液压油压向[5]液压马达，液压马达动力通过[6]调速器调速后传递给[7]发电机，最终发电机发电能通过导线储存在蓄电池中。

五、方案比较及评估
方案一以空气为动力介质，将海浪上下起伏动能转化为叶轮转动动能，其构造简朴、质量轻、成本低，合用于小型海浪发电站。
方案二以液压油为动力介质，将海浪上下起伏动能转化为液压马达动能，其转动力矩大、传递效率高、运行平稳、使用寿命长，合用于大型海浪发电站。

六、总结感言
在本次机械设计学三级项目开始，我们在图书馆和网站上查阅了诸多有关资料，在前人研究基础之上，提出了自己想法，通过小组讨论，最终确定了两种应用于不一样条件下方案。在完毕项目过程中，我们互相交流，互相学习，互相增进，从中体会到团体合作力量强大。通过这次三级项目也让我们懂得团体之间合作与信任重要性，可以顺利完毕这次三级项目，与小组组员之间紧密配合息息有关，同步与每个组员努力都分不开。最重要是，通过这次项目设计，我们学会了怎样从实际角度而不仅是从理论角度上思索问题，由于实践才是检查设计好坏唯一原则，因此我们必须考虑到各个方面带来影响原因，将理论联络实际，以设计出更好产品。

七、参照文献
[1] 黄靖远，高志，陈祝林.机械设计学[M].北京:机械工业出版社，-04.
[2] G. 帕尔 W. 拜茨. 工程设计学 学习与实践手册[M]. 张直明等译，北京:机械工业出版社，1992-06.
[3] 上海交通大学，新型多维并联摆动海浪发电装置[P].中国专利:7，-05-09
[4] 许昌义，摇臂式海浪发电装置[P].中国专利:3，-07-27
[5] 李昌海，一种高效海浪发电装置[P].中国专利:7，-01-12
[6] 郑崇伟．南海波浪能资源与其他清洁能源优缺陷比较研究 [N]．亚热带资源与环境学报，-09-01(3)．