為緩解化石能源與生態(tài)環(huán)境的矛盾,人類在探索可再生清潔能源的道路上不斷深入,海洋作為一座資源的寶庫,開始受到各國關(guān)注。其中海流能具有源源不斷,清潔高效的特點(diǎn),如果能夠妥善利用,可有效緩解能源緊缺的問題。(1)完成了海流能發(fā)電機(jī)捕能裝置的總體設(shè)計(jì)。首先,通過分析海流能發(fā)電裝置能量轉(zhuǎn)換機(jī)理與渤海海峽老鐵山水道的水文特性,確定采用水平軸海流能發(fā)電裝置的方案;其次,提出了采用多級(jí)葉輪對稱布置方案,以平衡裝置質(zhì)量,分散葉片所受海流推力,提高裝置整體發(fā)電效率;然后,提出了采用導(dǎo)流罩來提高裝置發(fā)電效率;利用數(shù)值計(jì)算方法,分析了三種不同形式導(dǎo)流罩的水動(dòng)力性能,并確定了該導(dǎo)流罩的結(jié)構(gòu)參數(shù);接著,利用貝茲曲線繪制葉片翼型,推導(dǎo)了葉片型線方程,編制了海流能發(fā)電裝置葉型設(shè)計(jì)軟件,并對五組不同參數(shù)翼型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析,確定了最佳葉片翼型;最終,根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)計(jì)算了海流能發(fā)電裝置的葉輪參數(shù)。(2)完成了裝置水動(dòng)力特性分析。首先,利用仿真軟件對比分析了裝置在有、無導(dǎo)流罩兩種工況下的工作性能,驗(yàn)證了利用裝置導(dǎo)流罩提高發(fā)電性能的可行性;其次,利用CFD計(jì)算方法對比分析單級(jí)葉輪、二級(jí)葉輪、三級(jí)葉輪在不同轉(zhuǎn)速下的水動(dòng)力特性,驗(yàn)證了二級(jí)葉輪方案的可行性,并得出葉輪最佳轉(zhuǎn)速;最后,通過分析葉輪軸向間距與裝置發(fā)電效率之間的關(guān)系,給出了葉輪最佳布置方案。(3)完成了裝置支撐結(jié)構(gòu)選擇和穩(wěn)定性分析。首先,對比分析了常用支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),根據(jù)本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇三角支撐方案;其次,根據(jù)裝置的穩(wěn)性設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)計(jì)算了支撐架的結(jié)構(gòu)參數(shù),并利用Fluent計(jì)算了裝置各部件所承受的載荷;最后,通過ANSYS Workbench對底座支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行在海水預(yù)壓力下的模態(tài)分析,驗(yàn)證了裝置的整體穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：中國石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P742;P743.1
【部分圖文】：

中國石油大學(xué)（華東）工程碩士學(xué)位論文3床上，如圖1-1(b)所示。盡管海流能發(fā)電裝置五花八門，然而仍然沒有一種裝置能夠適應(yīng)所有海流環(huán)境(a) 垂直軸漂浮式[10](b) 水平軸樁基式[11]圖 1-1 海流能發(fā)電裝置分類Fig1-1 Classification of ocean current power generation devices1.2.2 國外海流能開發(fā)進(jìn)程國外很早就認(rèn)識(shí)到海流能的諸多優(yōu)點(diǎn)，并且積極探索與研究這種潛力巨大的新能源。據(jù)記載，中世紀(jì)就已出現(xiàn)了最早的海流能利用裝置，到了20世紀(jì)初期，就有了利用海流能的初期構(gòu)想[10]。然而，一直到20世紀(jì)中期，人們才開始真正大規(guī)模的研究與利用這種可再生能源。目前國外開發(fā)利用海流能技術(shù)已經(jīng)開始呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展態(tài)勢，其中最引人關(guān)注的當(dāng)屬海流能發(fā)電技術(shù)

第一章 緒論F-Energy)公司等多家能源巨頭聯(lián)合研制并開發(fā)的，前期投資高達(dá) 600萬歐元，3 年，該裝置已經(jīng)開始試驗(yàn)運(yùn)行，并且獲得成功，目前已進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行階段，早發(fā)電機(jī)組單臺(tái)裝機(jī)容量僅有 300千瓦，在最近的一次設(shè)備維護(hù)中，又為其加裝量為 1200千瓦發(fā)電機(jī)組。如圖 1-2(a)所示，“海流”發(fā)電機(jī)組就像是兩個(gè)手臂臺(tái)轉(zhuǎn)向相反的風(fēng)車，該裝置屬于典型的樁基式海流能發(fā)電裝置，適宜在2~3m/運(yùn)行[9]。該裝置的最大特點(diǎn)是，掛載臂可以通過舉升機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)，用于將裝海面維護(hù)，為了保持平衡，以及抵消葉輪旋轉(zhuǎn)扭矩，掛載臂兩端的發(fā)電機(jī)組采方案，為了降低二級(jí)葉輪流場的相互影響，裝置葉輪均采用兩個(gè)葉片。該裝置特點(diǎn)是，裝置的樁基有部分伸出海面，用于安裝發(fā)電裝置的控制系統(tǒng)，防止海但這也增加了裝置被過往船只撞擊的風(fēng)險(xiǎn)。由于在單個(gè)裝置上布置了兩臺(tái)機(jī)組裝置的整體穩(wěn)定性下降，葉輪回轉(zhuǎn)直徑與轉(zhuǎn)速受到限制[13]。

流罩聚能的全貫流式海流能發(fā)電裝置。圖 1-3(a)是美國 NRL研究室研制的無庫式海流能發(fā)電裝置[15,16]，該裝置的最大特點(diǎn)是，沒有轉(zhuǎn)軸，并且回轉(zhuǎn)中心開放，這樣就大大減小了軸向推力，同時(shí)又增加了海水的過流速度。該裝置的葉輪相當(dāng)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，固定葉輪的支架相當(dāng)于定子繞組，由于受到葉輪自重的限制，該裝置的葉輪直徑僅有6m，裝機(jī)容量僅為 120千瓦[10]。圖 1-3(b)為英國月球能源公司與E.ON公司共同研制的水平軸式海流能發(fā)電裝置(Rotech)[17,18]，該裝置的設(shè)計(jì)是基于對潮汐能的利用，因此該裝置設(shè)計(jì)有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，以調(diào)節(jié)導(dǎo)流罩入口位置[10-12]。該裝置的最大特點(diǎn)是，采用模塊化設(shè)計(jì)，即裝置的各部件均可獨(dú)立拆裝，便于安裝維護(hù)。目前該裝置已完成了在格拉斯哥大學(xué)的試驗(yàn)運(yùn)行，并獲得成功。該發(fā)電機(jī)組的底部支撐機(jī)構(gòu)與 Tideverk 發(fā)電機(jī)組類似，均采用三角支撐式結(jié)構(gòu)，這是由于裝置的導(dǎo)流罩在增加葉輪來流速度的同時(shí)也大大增加了裝置的軸向推力與裝置的自重。

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3 王小s

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