本文選題：潮流能水輪機 + 受力分析�。� 參考：《山東大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：潮流能獲能水輪機是潮流能開發(fā)利用的主要設(shè)備。隨著能源和環(huán)境問題不斷加劇,研究和設(shè)計捕獲海水動能的水輪機意義重大。研發(fā)過程中,對葉片和葉輪進行合理有效的受力分析,可以為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)；對聚能導(dǎo)流結(jié)構(gòu)進行水動力特性研究可以優(yōu)化其結(jié)構(gòu)形式;采用有限元分析方法可以對機架結(jié)構(gòu)進行強度評定,為其設(shè)計是否合理提供判斷依據(jù)。 本論文以一種葉片姿勢可變的潮流能獲能水輪機的研發(fā)為背景,對其工作原理進行了闡述,總結(jié)了該水輪機在能量獲取和利用上的特點和優(yōu)勢；對葉片及葉輪進行了受力分析,為樣機結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了依據(jù)。 根據(jù)目標(biāo)海域情況,確定了12kW樣機機組主要設(shè)計參數(shù),完成了材料選擇、防腐與密封設(shè)計；依據(jù)理論分析結(jié)果完成了葉輪設(shè)計；確定了半直驅(qū)式機組增速方案,完成了發(fā)電機選用和軸承及聯(lián)軸器選型與校核。 針對潮流雙向性及本研究中水輪機特點,提出了直板型、圓弧型和S1223RTL翼型前板三種導(dǎo)流結(jié)構(gòu)；借助Fluent軟件,以增速比和阻力系數(shù)為性能評定指標(biāo),確定了圓弧型導(dǎo)流結(jié)構(gòu)是最優(yōu)類型；根據(jù)繪制出的相應(yīng)增速比和阻力系數(shù)曲線,確定了前板張角和半徑、后板半徑等參數(shù)的最優(yōu)值,并對不同流速下最優(yōu)參數(shù)導(dǎo)流結(jié)構(gòu)性能進行了分析。分析結(jié)果得出,圓弧前板導(dǎo)流結(jié)構(gòu)可以大幅增加來流速度,并改善水流流場分布,間接提高水輪機能量利用率。 論文參考CCS《淺海固定平臺規(guī)范》等對水輪機機架進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計,然后計算了機架結(jié)構(gòu)所受載荷,利用ANSYS Workbench對簡化模型進行有限元分析,得出了最大應(yīng)力值及存在區(qū)域；針對小于材料許用安全系數(shù)的區(qū)域,采用加強和局部優(yōu)化的方式進行再次設(shè)計,確定了滿足強度要求的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計尺寸。最后,完成了樣機總體布局。
[Abstract]:With the increasing of energy and environmental problems , the research and design of water turbine capturing kinetic energy of sea water is of great significance . In the process of R & D , the rational and effective stress analysis of blades and impellers can provide the basis for structural design .
The structural form can be optimized by studying the hydrodynamic characteristics of the energy - collecting diversion structure , and the strength assessment of the frame structure can be carried out by using the finite element analysis method , so that the judgment basis can be reasonably provided for the design .

In this paper , the principle of energy harvesting and utilization of the water turbine is summarized .
The stress analysis of the blade and the impeller is carried out to provide the basis for the structural design of the prototype .

According to the target sea area , the main design parameters of 12kW prototype unit are determined , the material selection , anti - corrosion and sealing design are completed ;
According to the theoretical analysis result , the design of the impeller is completed ;
The speed increasing scheme of the semi - direct drive unit is determined , the selection of generator and the selection and checking of the bearing and coupling are completed .

According to the trend of tidal current and the characteristics of turbine in this study , three kinds of diversion structures of straight plate type , circular arc shape and S1223RTL airfoil front plate are proposed .
Based on the performance evaluation index of speed - increasing ratio and drag coefficient , the optimal type of arc - shaped diversion structure is determined .
According to the corresponding speed - increasing ratio and the drag coefficient curve , the optimal values of the parameters such as the angle of the front plate and the radius of the back plate are determined , and the performance of the optimal parameter guide structure at different flow rates is analyzed . The results show that the guide structure of the circular arc front plate can increase the flow velocity greatly and improve the distribution of the flow field of the water flow , and the energy utilization rate of the turbine is indirectly improved .

In this paper , the structure design of the water turbine frame is carried out with reference to CCS , shallow sea fixed platform , and the load of the frame structure is calculated , and the simplified model is subjected to finite element analysis by ANSYS Workbench , and the maximum stress value and the existence area are obtained ;
In view of the area less than the allowable safety factor of the material , the structural form and the design dimension which meet the strength requirement are determined by means of reinforcement and local optimization . Finally , the general layout of the prototype is completed .
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TK730.2

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本文編號：1962564