振荡水柱空气叶轮的波浪能装置的设计.docVIP

振荡水柱+空气叶轮的波浪能装置的设计 李军亮 南昌理工学院机电工程系，江西南昌（330013） E-mail: lijunliangbeikeda@163.com 摘 要：海洋中的波浪的绝大部分是由风对海面的扰动引起的。海水波浪的能源是用之不尽。 针对波浪装置一种液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机 的总体设计同时进行。在设计中从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压 传动的优点，力求设计出结构优良、工作可靠、效率高、操作简单的液压传动系统。1975 年诞生了第一台水压机以后就用的很广泛。液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换 为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递， 借助于液压执行元件(缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实 现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和 机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。液压传动有许多突出的优点，因 此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等，如今在水 利发电方面以液压波的形式发展起来，以下是我关于波浪能发电的装置设计，通过实 验和数据更清晰的看到设计的优化性。 关键词：调速；液压动力源；系统压力；液压阀的配置形式 1．引言 波浪能以机械能形式出现，是海洋能中品位最高的能量；2.波浪能的能流密度最大，在 太平洋、大西洋东海岸纬度 40～60°区域，波浪能可达到 30～70kW/m，某些地方达到 100kW/m；3.波浪能是海洋中分布最广的可再生能源——大海里很难找到没有波浪的地方。 这意味着：波浪能可通过较小的装置实现其利用；波浪能不仅可以提供可观的廉价能量；波 浪能可以为边远海域的国防、海洋开发等活动提供能量[1]。因此，世界各海洋大国均十分重 视波浪能利用研究。波浪能装置千变万化，但通常具有两个部分：第一部分为采集系统，作 用是俘获波浪能；第二部分为转换系统，即把俘获的波浪能转换为某种特定形式的机械能或 电能。从文献[2]转换系统有空气叶轮、低水头水轮机、液压系统、机械系统以及发电机等， 提高转换效率的方法有可控叶片、变阻尼、整流、定压等，提高能量质量的方法有能量缓冲 和调励磁等。本文写了有关的制定基本方案和设计方法。 2．液压系统的设计步骤与设计要求 2.1 设计步骤 液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确 设计要求之后，大致按如下步骤进行。 1）确定液压执行元件的形式； 2）进行工况分析，确定系统的主要参数； 3）制定基本方案，拟定液压系统原理图； 4）选择液压元件； 5）液压系统的性能验算； 6）绘制工作图，编制技术文件。  2.2 明确设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据。从文献[3]中了解在制定基本方案并进一步着手液压 系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。 1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等； 2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何； 3）液压驱动机构的运动形式，运动速度； 4）各动作机构的载荷大小及其性质； 5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求； 6）自动化程序、操作控制方式的要求； 7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求； 3. 制定基本方案和绘制液压系统图 3.1 制定调速方案 液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。 方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向 阀的有机组合实现所要求的动作。在文献[4]看来对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀 与先导控制阀的逻辑组合来实现。 速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。 相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合——容积节流调速。 节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节 速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀[5]，故效率低，发热量大，多用 于功率不大的场合。 图（1）液压动力机 图（2）液压传动能力过程 3.2 制定压力控制方案 液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需 要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节 所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。 在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时[5]，要考虑采用减压回路来获得所需的工 作压力。 3.3 选择液压动力源  液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节