【摘要】：海洋可再生潮流能源發(fā)電裝置在技術開發(fā)和工程示范兩個方面都在快速發(fā)展，然而關于潮流能發(fā)電裝置總體及其性能設計方面的研究及其設計方法的探索較少，遠遠不能滿足當今技術應用快速發(fā)展的需求。本文針對開發(fā)座底式水平軸潮流能轉換技術，開展潮流能發(fā)電裝置的總體設計、流體動力性能與載荷、支撐結構的強度和整體穩(wěn)定性研究，并基于方案設計和分析結果進行優(yōu)化選型，為座海底式海洋潮流能電站的總體設計提供設計方法和基礎理論依據。 本文首先介紹了潮流能水輪機的分類及國內外的研究進展，指出了潮流發(fā)電裝置的發(fā)展趨勢。對水平軸潮流電站的總體設計概念形式進行分類，總結概括各自的優(yōu)缺點。然后討論了潮流電站的工程設計方法，詳細闡述了電站總體設計思路和流程，，提出導流增強型潮流能發(fā)電裝置的轉子主尺度和總體設計方案。接著基于計算流體力學和海洋工程結構環(huán)境載荷的理論對潮流電站的水動力載荷進行了詳細計算。采用CFD方法計算轉子的水動力性能，給出了加導流罩前后葉輪的流載荷；采用海洋工程經驗公式估算支撐結構的流載荷。然后根據載荷和潮流流動特性給出支撐結構的初步設計方案，分析了三種方案在極限流載荷作用下的性能，依據海洋工程結構的相關規(guī)范對結構性能進行評估。最后，從傾覆性和漂移性兩方面對三種設計方案進行整體穩(wěn)定性分析。結果表明：通過對不同支撐結構的方案對比可以得到，四邊形底座更易滿足強度和變形的要求，三角形底座的經濟性和可操控性較好。同時通過調整壓載成分的比例，使得三角形底座方案的經濟性達到最優(yōu)。綜上所述，選取三角形底座為最佳方案。 本文在水平軸潮流水輪機方面的工作主要體現在提出了潮流能發(fā)電裝置的總體設計方法，考慮工程實際因素，提出了可拆卸的座底式結構設計新方案，并通過結構強度和穩(wěn)性研究給出優(yōu)化選型，解決了潮流電站自動換向和安裝維護過程中的諸多難題，對于今后大規(guī)模開發(fā)利用潮流能具有重要的參考價值。本文的研究成果已應用于哈爾濱工程大學“海明-I”號10kW潮流能獨立發(fā)電系統的研制。
【圖文】：

圖 1.1 潮流水輪機的基本類型潮流能水輪機按照能量轉換裝置的結構形式來分，可以分為水平軸式（也稱橫或槳葉式，HAT）、垂直軸式（也稱豎軸式或 Dairies 式，VAT）以及基于線性升式的裝置三種（如圖 1.1 所示）。垂直軸水輪機的主要特點是受來流方向影響小啟動性能相對較好。水平軸葉輪的特點旋轉平面垂直轉軸，旋轉平面正對來流方向葉片在展向上圍繞一個軸心逐漸扭轉，并且弦長逐漸減小。與垂直軸葉輪相比，有在工作流場中載荷變化不劇烈，功率輸出較穩(wěn)定，流動干擾較小的優(yōu)點，但是片結構較復雜，葉根處載荷較大，受到流向影響較大等缺點。潮流能發(fā)電裝置按載體安裝形式大體可分為：重力式（座底式）、漂浮式、樁。所謂重力式，也稱座底式，可以理解為依靠重力基腳，加大裝置與海底產生的力，從而使裝置固定在海底的結構形式。漂浮式水輪機可以理解為載體裝置浮于或水面，并由連接于海底的錨鏈或張力腿固定的水輪機裝置。所謂樁柱式，即支構主體為一個立柱，立柱一端樁固于海底的結構形式。

行試驗[3]。20 世紀 90 年代以來，我國開始計劃建造海流能示范應用電站，在“八，“九五”科技攻關中均對海流能發(fā)電進行立項研究[3]。2002 年，哈爾濱工程大學自計建造了我國第一座 70kw 的潮流實驗電站[3]；2005 年國家“863”科技計劃的 40kw能發(fā)電實驗電站在浙江舟山市岱山縣建成并發(fā)電成功[3]。2011 年國家海洋公益性科研專項支持的 10kw 水平軸座底式潮流發(fā)電裝置再次研究成功，并在浙江省岱跨海橋下持續(xù)運行[3]。浙江大學在國家自然科學基金資助下開始進行“水下風車”鍵技術研究，2006 年 4 月 26 日在浙江省舟山市岱山縣進行了 5kW，葉輪半徑為 的水平軸螺旋槳式海流能發(fā)電樣機（圖 1.2）運行試驗[4]。同年，東北師范大學研功小型低功率的放置于海底的低流速海流能發(fā)電機（圖 1.3）[5]。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM612;P743

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 張亮;孫科;羅慶杰;;潮流水輪機導流罩的水動力設計[J];哈爾濱工程大學學報;2007年07期

2 劉雄;陳嚴;葉枝全;;水平軸風力機氣動性能計算模型[J];太陽能學報;2005年06期

相關碩士學位論文 前3條

1 張洋;漂浮式潮流電站錨泊系統的設計和計算[D];哈爾濱工程大學;2004年

2 宋雯婧;渦面元法在水輪機性能計算中的應用[D];哈爾濱工程大學;2006年

3 顧春江;潮流電站平臺選型及錨泊系統設計研究[D];哈爾濱工程大學;2009年

本文編號：2679576