海浪发电机设计

《机械设计学》项目汇报——海浪发电系统

班级：09级机设2班

小组成员：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．研究现状 (3)

四．功能分析 (4)

五．两种方案结构设计 (4)

5.1、方案一结构设计 (4)

5.2、方案一结构设计 (7)

六．方案比较及评估 (7)

七．总结感言 (8)

八．参考文献 (8)

一、研究背景

辽阔浩瀚的海洋，不仅使人心旷神怡，而且使人迷恋和陶醉。然而，大海最诱人的地方，还在于它蕴藏着极为丰富的自然资源和巨大的可再生能源。那波涛汹涌的海浪；一涨一落的潮汐；循环不息的海流；不同深度的水温；河海水交汇处的盐度差……都具有可以利用的巨大能量。另外，从占地球表面积约70％的海水中，还可以取得丰富的热核燃料和氢。

海洋能主要来源于太阳能。它的分布地域广阔，能量比较稳定，而且变化有一定规律，可以准确预测。例如，海水温差和海流随季节而变化，而潮汐的变化则具有一定的周期性。

我国海洋能资源非常丰富，而且开发利用的前景十分广阔。全国大陆海岸线长达一万八千多公里，还有五千多个岛屿，其海岸线长约一万四千多公里，整个海域达490万平方公里。如果将我国的海洋能资源转换为有用的动力值，至少可达1.5亿千瓦，相当于目前我国电力总装机容量的两倍多。在海洋能的开发利用方面，当前我国还仅仅处于起步阶段，一些沿海地区先后研制成了各种试验性的发电装置，并建成了试验性的潮汐电站，为今后进一步开发利用海洋能源打下了初步的基础。

二、研究历史

1964年，日本研制成了世界上第一个海浪发电装置——航标灯。虽然这台发电机发电的能力仅有60瓦，只够一盏灯使用，然而它却开创了人类利用海浪发电的新纪元。

利用海浪发电，既不消耗任何燃料和资源，又不产生任何污染，因而是一种干净的发电技术。这种不占用任何土地，只要有海浪就能发电的方法，特别适合于那些无法架设电线的海岛使用。

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100～150千瓦的电能，而且具有远离海岸的电力传输装置。这艘发电船通常停泊在离岸三千米的海上，船长80米，

宽12米，总重500吨，停泊海域的水深42米，在船的内室里，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75千瓦的海浪发电站。英国是继挪威、日本之后利用海浪发电的第三个国家。英国的爱丁堡大学正在研制五万千瓦的海浪发电装置，而且还将在海岸以外的海面上建造海浪能发电站。挪威的科学家大胆提出用人力制造大的波浪来进行发电；这将使海浪发电的研究试验工作进入一个新阶段。

三、研究现状

目前，世界各国有关海洋能源的研究和利用还处于初始阶段，因而海洋能属于有待开发利用的新能源。其中，对于潮汐能的开发技术比较成熟，已进入技术经济评价和工程规划阶段；波浪能的利用处于试验研究阶段；海洋热能的利用正在进行工程性研究；海流和盐度差能的利用，仅处于原理研究阶段。

如今，最为成熟的海浪发电机由英国海洋能源公司设计，是一种类似蟒蛇的大型发电设备，由橡胶而不是钢铁制成。“巨蟒”实际上是一根装满水的管子，当海浪在上方经过对其产生挤压时，内部可产生一个“向外膨胀的波浪”，波浪在到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、海浪发电的实质

利用海浪上下起伏的动力，通过某一装置将其动能转化为电能。

2、海浪发电所需解决的关键问题及思考

a、海浪能量分布范围广，能量密度小，所以需要若干个小型设备同时收集海浪的能量；

b、从各个小型设备收集的能量不易集中，需要某一特殊装置将这些的分散的能量加以集中利用，并作用同一台发电机上，以降低设备成本；

c、对设备的抗海水腐蚀、抗海水击打、较好的耐久性以及可靠性要求较高。这使得海浪发电装置在总体上必须达到以下三点要求：1、结构简单 2、可靠性高 3、便于维修。

五、两种方案结构设计

5.1、方案一结构设计

图三、方案一结构简图

1）原理介绍

[1]浮球通过连杆将海浪上下起伏的动力传递给[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]储气室内压力过大造成危险，当[4]储气室内压力达到一定值后，

[5]气阀迅速开启，此时[4]储气室里的空气向外释放并推动[6]叶轮高速旋转，[6]叶轮的轴输出动力并经过[7]调速器传递给[8]发电机，最后[8]发电机发的电能通过导线储存在蓄电池中。

2）部分装置详细介绍

发电装置所产生的电能，最终将以化学能的形式储存在蓄电池中，但蓄电池的充电电压必须维持在某一范围之内，若发电机发出的电压小于蓄电池充电电压的最小值，则电能无法充进蓄电池，则会造成能量的浪费；若发电机发出的电压超过蓄电池充电电压的最大值，则会损坏蓄电池。所以必须通过某一装置，让发电机产生的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的转速。

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、气阀快速开启/关闭装置

设弹簧的预紧力为F，当气室里的压强值为时，有*S1,当气室里压强再稍微增大一点时，滑块向上移动，此时气体作用的有效面积由S1增大为S2，气体压强虽然会降到P0，但仍然会有P0*S2>F,滑块则会迅速的上移一段距离h，但气室里气体压强减小到时，有*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>>*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的气压值达到时，气阀迅速开启，高压空气则推动叶轮高速旋转，当气室气压值减小到时，气阀迅速关闭，空气停止对外做工。添加此气阀的目的在于，不用电控仅通过机械装置使作用在叶轮上的空气一直是高压气体，从而让叶轮的转速维持在一个稳定的范围之内，以让发电机产生一定电压范围内的电能，以便于储存能量，也避免了能量的浪费。

b、调速器：

当转轴高速旋转时，质量块会在离

心力的作用下使自身的旋转半径增大，

从而使调速器的转动惯量增加，转动惯

量的增加会使转轴的转速降低，同时调

速器会储存能量；当转轴转速降低时，

质量块的旋转半径减小，调速器的转动

惯量减小并释放能量，使转轴转速增

加。

这样，通过装置[5]气阀和装

置[6]调速器就使发电机的转子获得了

一定范围内的稳定转速。图五、调速器

5.2 方案二结构设计