浮标式波浪收集器的设计

浮标式波浪收集器的设计

摘要

能源是经济增长的动力，经济的发展必须以能源的可靠供给为保障。在化石能源日渐枯竭的全球大背景下，新能源的开发利用显得尤为必要。海洋波浪能总量巨大，可再生，无污染。人类对波浪能的研究已有一百多年的历史。目前，利用波浪能发电的技术已经有了突破性的进展，已经从初步的研究与模型实验走向了研制简单小型的海洋波浪能装置从海洋中提取波浪能源。中国的海岸线长，岛屿众多，波浪能的利用在中国前景广阔。本文对一种新型的小型摆锤式波浪能收集器进行结构设计及参数优化，使其在复杂波况条件下具有更高波能收集效率和更强的适应能力。

本文根据现有的波浪能发电理论和技术，设计了一种新型波浪能收集装置，即浮标式小型摆锤式波浪能收集装置。本文对浮标式小型摆锤式波浪能收集装置进行了设计，部件选型，具体工作如下：

（1）根据海洋波浪运动理论，本论文首先确定了浮标式小型摆锤式波浪能收集装置的设计原则及工作原理，介绍了将要用到的相关基础理论。

（2）根据相关基础理论和波浪能收集装置工作的要求，本论文确定了浮标式小型摆锤式波浪能收集装置的设计方案，确定了装置的结构组成，对主要部件根据实际需要进行了定制选取。

（3）总体设计以及各功能部分设计。整个装置由吸能部分、储能部分和能量释放部分组成，整个装置密封，不接触海水。

（4）线性波理论分析及系统运动模型的建立。结合线性波浪理论，分析了波浪中某一质点的运动情况，对摆键进行了受力分析，进而建立了运动方程。

（5）分析了内部参数和海况对装置发电性能的影响。

关键词：波浪能收集摆锤式装置线性波理论

第1章绪论 1

1.1 课题的目的和意义 1

1.2 国内外波能收集发展现状及前景 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 5

1.2.3 波浪能发电技术原理 8

1.2.4 波浪能发电装置分类 10

1.3 本文研究的主要内容 11

第2章波浪能发电相关理论基础 12

2.1 波浪的基本概念 12

2.2 波浪理论的分类 13

2.3 本章小结 14

第3章摆锤式波浪发电装置方案设计 15

3.1整体结构设计要求 15

3.2 吸能部分 15

3.3能量转换部分 16

3.3.1 典型的波浪能装置能量转换方式简介 16

3.3.2 平面蜗卷弹簧储能结构 16

3.3.3 能量转换部分整体设计 18

3.4 能量释放部分 19

3.5 本章小结 20

第4章建立运动方程 21

4.1 受力分析 21

4.2 线性波浪理论 22

4.3 摆锤运动方程的建立 25

4.5 本章小结 28

第5章装置各零件参数设计 29

5.1 波浪能输出装置 29

5.2 发条弹簧设计 29

5.3安全离合器设计 29

5.4 波浪能捕获装置 30

5.5 整机理论效率的计算 31

总结与展望 33

致谢 34

参考文献 35

本论文提出了一种新型的小型摆锤式波浪收集装置，设计中综合考虑了目前各种装置的优缺点，旨在达到可靠性强、效率高、成本低、易维护的要求，并能进行供电作业。

主要研究内容如下：

（1）总结了波浪能发电装置的特点，在现有的研究现状下，设计出一种新型的波浪能发电装置，首先介绍下相关的基础理论知识，如：波浪理论，浪轮机的水动力特性。

（2）根据相关的波浪和机械设计理论，深入研究各类波浪能收集装置的结构特点和运行原理，然后根据已经研究所得设计一种新型的波浪能收集装置，并不断优化其结构组成，再根据实际的条件和所要装置所要运行的海域选取装置主要部件。

（3）查阅相关资料，分析目前波浪能发电装置的特点，设计小型波浪发电系统，重点和难点是能量吸收部分和储能部分的设计。

（4）结合线性波浪理论，建立装置的数学模型和运动方程。

（5）画出装置的三维模型图。

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