發(fā)布時間：2020-08-05 08:01

【摘要】：當(dāng)今社會能源消耗不斷增加，不可再生能源日漸枯竭，開發(fā)海洋能源勢在必行。海洋能源是可再生的綠色能源，我國海洋面積廣闊，海洋能源豐富，開發(fā)一種高效、可靠的海浪能發(fā)電裝置，具有巨大的社會價值和經(jīng)濟(jì)價值。海蟒式海浪發(fā)電系統(tǒng)是目前世界最先進(jìn)的海浪發(fā)電系統(tǒng)之一，采用鉸接串聯(lián)的浮筒產(chǎn)生浮筒間的相對轉(zhuǎn)動，進(jìn)而驅(qū)動鉸接的液壓缸產(chǎn)生液壓功率。本文主要研究海蟒式海浪換能器的建模和組合缸式液壓系統(tǒng)的控制策略。 海蟒式海浪換能器的主要換能部件為浮筒，浮筒在波浪中的運(yùn)動決定了液壓缸的運(yùn)動速度，液壓缸的液壓力影響浮筒的運(yùn)動，這是一個耦合的過程。由于這個耦合過程，需要同時分析浮筒的運(yùn)動和液壓系統(tǒng)的控制策略，才能得到各自的變化規(guī)律。 本文首先建立了海蟒式海浪換能器的數(shù)學(xué)模型。包括：1）運(yùn)用幾何學(xué)和微積分理論，分析了海蟒式海浪換能器的主要換能部件浮筒在海浪中的受力；2）運(yùn)用拉格朗日方程和虛功原理，建立了浮筒在波浪中的動力學(xué)模型。 根據(jù)以上模型，運(yùn)用經(jīng)典4階RK法，對浮筒的受力和運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值仿真，分析了浮筒自身的參數(shù)和海浪的參數(shù)對浮筒所具有的能量的影響。改變浮筒的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量，浮筒能夠工作在共振狀態(tài)。隨著波浪能量的增加，換能器的能量增加的趨勢漸于平緩，有利于換能器的生存。 為了提高能量吸收效率，采用了組合缸式液壓系統(tǒng)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化。兩只單出桿液壓缸的四個作用腔分別通過獨(dú)立的控制閥與高壓蓄能器或低壓蓄能器相連通，產(chǎn)生系列變化的實(shí)際作用面積。根據(jù)外部條件的變化，改變組合液壓缸的實(shí)際作用面積，使液壓系統(tǒng)吸收的能量更多。分別研究了根據(jù)浮筒角速度、浮筒的轉(zhuǎn)動動能和浮筒的力矩選擇液壓缸實(shí)際作用面積的控制策略，結(jié)果表明均能大幅提高能量吸收效率，與不采用組合缸相比，效率提高了50%。此外，還研究了液壓缸最大作用面積、不同海浪條件等對能量俘獲吸收效率的影響。結(jié)果表明，對于特定的海浪條件，存在一個最佳的液壓缸最大作用面積，可獲得最大的能量；海浪浪高、周期增加時，液壓系統(tǒng)的吸能增加逐漸減小并趨于平緩，表明海蟒式海浪發(fā)電系統(tǒng)的惡劣海況生存能力好。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TP271.31;P743
【圖文】：

“海蟒”型海浪發(fā)電裝置

圖 1-4 振蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置原理圖[32]液壓系統(tǒng)控制策略的研究現(xiàn)狀液壓系統(tǒng)的基本原理如圖 1-5 所示。海浪能轉(zhuǎn)化裝置的桿上下運(yùn)動，推動液壓油流出液壓缸。高壓油經(jīng)過單向進(jìn)入液壓馬達(dá)，驅(qū)動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生電能。在這個過，液壓馬達(dá)是變量馬達(dá)，盡管流量、壓力是變化的，但33]。通過測量或者預(yù)測設(shè)備周圍的海浪情況，或者測量來控制變量馬達(dá)的排量，使得馬達(dá)轉(zhuǎn)速恒定。高壓蓄能壓力穩(wěn)定，低壓蓄能器為低壓端提供一個小的壓力避免。

圖 1-4 振蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置原理圖[32]浪發(fā)電液壓系統(tǒng)控制策略的研究現(xiàn)狀浪發(fā)電液壓系統(tǒng)的基本原理如圖 1-5 所示。海浪能轉(zhuǎn)化裝置的運(yùn)的活塞桿上下運(yùn)動，推動液壓油流出液壓缸。高壓油經(jīng)過單向閥穩(wěn)壓，進(jìn)入液壓馬達(dá)，驅(qū)動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生電能。在這個過程中速電機(jī)，液壓馬達(dá)是變量馬達(dá)，盡管流量、壓力是變化的，但是恒定的[33]。通過測量或者預(yù)測設(shè)備周圍的海浪情況，或者測量系統(tǒng)流量，來控制變量馬達(dá)的排量，使得馬達(dá)轉(zhuǎn)速恒定。高壓蓄能器和維持壓力穩(wěn)定，低壓蓄能器為低壓端提供一個小的壓力避免在現(xiàn)象[34]。

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本文編號：2781257