水平轴海流能发电机组关键部件载荷分析及其试验研究

【摘要】：能源是人类赖以生存和发展的重要资源,随着化石燃料的日益短缺,各国都加大了新能源的开发。海流能作为一种可再生能源,丰富的蕴藏量,以及相比于风能更强的可预测性得到了广泛的关注,借助成熟的风力发电机的研究基础,用于捕获海流动能并将其转化为电能的设备——海流能发电机组也得到了迅猛发展。海流能发电机组的结构强度设计需要依据机组受到的外部载荷进行,研究并寻找适用于海流能载荷计算的快速准确的方法十分重要,设计大功率等级的发电机组时将有助于合理布置机组材料用量,减小体积和质量,并为机组机构上的优化提供依据。 论文分六个章节,各章节内容分述如下： 第一章论述了课题研究的背景和意义；介绍了国内外海流能发电机组的进展和海流能发电机组载荷计算的发展。 第二章介绍了海流能发电机组的载荷来源,分析了基于叶素动量(BEM)和计算流体力学(CFD)计算海流能载荷的方法,并将两者计算结果对比,结果相差不大,但基于叶素动量的计算方法由于计算量小,更适用于工程计算。 第三章依据第二章讨论的结论,采用叶素动量计算60kW海流能发电机组的水动力学载荷,并利用有限元分析工具,对机组的关键部件进行强度分析并提出结构改进。对叶片和主轴进行了模态分析,两者不存在共振频率。 第四章依据分析结果设计加工60kW水平轴海流能发电机组,并对机组的装配、传动效率、负载特性、工作温升等指标进行了场地实验,实验结果满足设计要求。 第五章设计完成海流能发电机组叶轮旋转工作时,主要水动力学参数的测试方法,采用mps430低功耗的单片机随叶轮一同旋转,离线采集叶片根部的应变间接获得叶根弯矩,利用机组悬挂吊臂变形获得机组的轴向力。并在实验室对50W小型机组进行了应变信号标定。 第六章对论文的研究工作和成果进行了归纳总结,并对课题后续的研究方向和工作内容进行了展望。 【关键词】：水平轴海流能发电装置 载荷 有限元分析
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P743.1;TM31
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景11-13
• 1.2 海流能发电机组的国内外发展历史及现状13-16
• 1.2.1 国外海流能发电机械发展情况13-15
• 1.2.2 我国海流能发电机械发展情况15-16
• 1.3 海流能机组载荷计算的发展16-19
• 1.3.1 风力机中关于载荷计算的方法16-17
• 1.3.2 海流能载荷计算方法17-19
• 1.4 课题的研究意义及研究内容19-21
• 1.4.1 研究意义19-20
• 1.4.2 研究内容20-21
• 2 轴向匀速海流能机组载荷计算21-45
• 2.1 主要载荷概述21-24
• 2.2 基于BEM方法的载荷计算24-32
• 2.2.1 动量理论24-28
• 2.2.2 叶素理论28-29
• 2.2.3 模型修正29-30
• 2.2.4 载荷计算方法30-32
• 2.3 基于CFD的流固耦合计算32-38
• 2.3.1 控制方程的建立32-34
• 2.3.2 ANSYS Workbench平台介绍34
• 2.3.3 CFD仿真方法步骤34-38
• 2.4 计算结果及分析38-45
• 2.4.1 研究对象38-39
• 2.4.2 结果及分析39-45
• 3 关键零部件载荷分析45-67
• 3.1 叶轮结构强度的有限元分析47-52
• 3.1.1 有限元模型的建立48-49
• 3.1.2 边界条件及载荷的处理49-50
• 3.1.3 计算结果及分析50-52
• 3.2 机组箱体结构分析52-57
• 3.2.1 箱体壁厚计算52-53
• 3.2.2 建立模型及网格划分53-54
• 3.2.3 计算结果及分析54-57
• 3.3 主轴结构分析57-60
• 3.3.1 建立分析模型57
• 3.3.2 划分网格和施加载荷57-58
• 3.3.3 静力学计算结果分析58
• 3.3.4 抗弯强度的改进58-60
• 3.4 关键部件的模态分析60-67
• 3.4.1 模态分析理论61-62
• 3.4.2 叶片模态分析62-64
• 3.4.3 主轴模态分析64-67
• 4 海流能机组的设计及其试验67-74
• 4.1 机组结构设计67
• 4.2 零部件装配及机组台架试验67-71
• 4.2.1 叶片受载试验67-70
• 4.2.2 叶片轮毂装配70-71
• 4.3 整机机械传动测试71-74
• 4.3.1 实验方案71-73
• 4.3.2 实验结果73-74
• 5 海流能载荷测试系统74-91
• 5.1 载荷测量系统组成74-75
• 5.2 测试系统软硬件设计75-83
• 5.2.1 硬件设计75-81
• 5.2.2 软件设计81-83
• 5.3 实验测量标定及结果分析83-88
• 5.4 小型实验机组性能场地测试88-91
• 6 总结与展望91-93
• 6.1 课题及论文总结91-92
• 6.2 工作展望92-93
• 参考文献93-96

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

2000～2015年新能源和可再生能源产业发展规划要点    

海洋能发电技术的发展现状与前景    游亚戈;李伟;刘伟民;李晓英;吴峰;

25kW独立运行式水平轴潮流能发电系统    马舜;李伟;刘宏伟;林勇刚;

风力机轮毂和轴承螺栓联接接触分析    何玉林;张立刚;韩德海;杜静;

新型低流速海流发电系统转轮部分的实验研究    李鸿琦,王毅,佟景伟,李林安,岳澄

水平轴风力机的设计与流场特性数值预测    张玉良;李仁年;杨从新;

上海玻璃钢研究院测试中心/中国上海测试中心玻璃钢/复合材料行业测试点    

一种竖轴潮流发电水轮机性能优化方法的初步研究    汪鲁兵,张亮,曾念东

水平轴潮流能发电系统能量捕获机构研究    马舜;李伟;刘宏伟;林勇刚;

流固耦合理论研究进展    钱若军;董石麟;袁行飞;

柔性叶片潮流能水轮机水动力学性能研究    王树杰

水平轴海流能发电机械关键技术研究    刘宏伟

三坐标测量机测量误差的分析与修正    宋巧莲

离心泵的汽蚀现象    张启寿;

力学实验中的CAT研究与应用软件开发    何芝仙,殷礼华

离心式杂质泵蜗壳内部流场数值模拟    徐振法;王银凤;唐铃凤;

一种简单适用的加油装置在液压挖掘机上的应用    张正彬,乐培寿

简放工作面采空区自燃三带观测及数值模拟研究    丁士杰;冯守志;

温室侧窗开窗形式对流量系数取值的影响    宫彬彬;高洪波;钱稷;

蜂蜜喷雾干燥过程的模拟与仿真    马景林;韩志萍;叶剑芝;周先汉;

丁坝对弯道水流紊动的影响    陈建;张明;史志鹏;何婷婷;

某翻车机导轨表面塑性变形故障诊断分析    于晓光,徐泽宁,项英华,宋华,付丽华

气膜孔几何结构对涡轮叶片气膜冷却的影响研究    戴萍

高压直流输电系统可听噪声预测系统的研究    魏浩征

旋流自吸泵设计及内部流动研究    王春林

1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究    付强

低噪声轻量化单缸柴油机的虚拟设计技术研究    杨陈

注浆控制岩溶隧道突水地质灾害的机理和模拟方法研究    孙克国

滑动轴承非线性轴心轨迹的瞬态与周期特性研究    马金奎

大流量高响应电液比例阀的设计及关键技术研究    傅林坚

浮力摆式波浪能发电装置关键技术研究    张大海

4HQL-2型花生联合收获机主要装置的设计与试验研究    杨然兵

基于AMEsim的双压力柱塞泵的数字建模与热分析    卢宁;付永领;孙新学;

降落伞开伞过程的多结点模型仿真    潘星;曹义华;

高强度螺栓螺纹根部应力集中的有限元分析    方栋;陈继志;

15kW风力发电机弧立运行系统的电控系统    沈权，常振炎，许洪华

三门峡电站水轮机导叶轴颈密封改造    石永伟,赵宪荷,王民富

风能技术可持续发展综述    贺德馨;

变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制    刘其辉,贺益康,赵仁德

25kW独立运行式水平轴潮流能发电系统    马舜;李伟;刘宏伟;林勇刚;

我国海洋能资源开发现状和战略目标及对策    王传昆

大型风电场及风电机组的控制系统    徐甫荣

    

水轮机内部流动分析与性能优化研究    刘胜柱

竖轴潮流水轮机水动力性能理论与实验研究    汪鲁兵

柔性叶片潮流能水轮机水动力学性能研究    王树杰

水平轴海流能发电机械关键技术研究    刘宏伟

海流能:本世纪以来开始商业化运作    李晓兰;

串列布置双转子海流机水动力性能预测    辛小鹏;邵雪明;邓见;李伟;

海流能发电装置功率控制技术研究    应有;李伟;刘宏伟;林勇刚;

水下风车海流能发电技术    林勇刚;李伟;刘宏伟;马舜;

水平轴海流机空化流动模拟    赵伟国;张凌新;辛小鹏;邵雪明;李伟;

海流能开发利用技术发展及关键技术思考    常征;包道日娜;刘志璋;俞红鹰;

海流能增速管纠正偏流的实验研究    王立;董志勇;张旭;韩伟;俞小伟;

基于BEM理论的水平轴海流机设计    赵伟国;邵雪明;李伟;

全被动式海流能量采集系统水动力学机理    邓见;戴滨;邵雪明;郑耀;

水平轴海流能发电机叶片设计与性能分析    何煜平;杨建民;

海流能量分布和利用研究的现状和建议    陈学恩;郭佩芳;

正向海流情形双向叶片涡轮机文丘里型增速装置    董志勇;王立;张旭;韩伟;俞小伟;颜效凡;

水平轴螺旋桨式海流能发电技术研究    李伟;林勇刚;刘宏伟;马舜;

海洋水下仪器超低流速电能补充技术研究    张雪明;徐明奇;王岩峰;孙培光;

海洋能源宝库待开掘    徐阳　

水平轴海流能发电机械关键技术研究    刘宏伟

水平轴海流能发电机械水动力性能的研究    辛小鹏

水平轴海流能发电机组关键部件载荷分析及其试验研究    吴少龙

水平轴海流能发电装备能量管理控制系统的研究    刘磊

海流能发电及模拟装置的研制    张萧

海流能转换器水动力特性的数值模拟及实验研究    汪洁

偏流作用下海流能转换器的技术研究    王立

水平轴海流机叶片与漂浮式支撑的设计与研究    何煜平

50kW海流能发电装置水轮机的结构设计    吴轶帆

海流能发电技术中电力变换系统的优化研究    王剑

表面不平整突体升坎水力特性与海流能转换器的试验研究    张旭