新型浮式浮力摆波浪能装置运动特性试验研究

针对目前已有的坐底式浮力摆波浪能发电装置,设计开发了一种新型的浮式浮力摆波浪能发电装置,将摆板其铰接于一个浮式基础上.对这种新型装置进行模型试验研究其运动特性.采用1∶4缩尺比制作摆板和浮式基础的试验模型,通过测量摆板和浮式基础模型在不同波浪和不同吃水下的运动响应,研究了摆板的固有运动特性以及不同环境参数对浮式浮力摆波浪能发电装置运动特性的影响规律,评估了此种新型浮式浮力摆波浪能发电装置的发电作业能力.结果表明:摆板的摆幅明显受到波浪周期的影响,浮式基础的运动幅值较小,稳定性较好,上部摆板在不同潮位下均可以正常发电,证明了浮式浮力摆波浪能发电装置是一种可行的方案.     

双浮体波能装置的水动力计算与能量转换特性分析

 波浪能是一种可再生清洁能源,波浪能发电是开发和利用波浪能的主要形式。双浮体波浪能发电装置是一种结构简单、建造和安装成本较低的波浪能装置。为提高该类装置的可靠性和能量转换效率,本文针对其水动力性能和能量转换特性进行研究。基于线性波浪理论,建立装置的运动学方程,确定装置不同结构体的运动响应函数以及能量输出函数,并采用频域水动力数值方法,计算装置不同结构体的水动力系数,获得不同条件下位移幅值和输出功率随波浪频率的变化曲线。经过计算与分析,获得波浪作用下装置的运动规律和能量输出受波浪频率、PTO 系统阻尼系数以及装置的结构和材料等因素的影响规律。     

跷跷板式波浪能装置阵列发电性能分析

 波浪蕴含着巨大的能量,也具有较大的破坏作用。提出了一种跷跷板式的波浪能发电装置,采用双浮筒型的水面浮子结构形式,在水下设置垂直阻尼板。波浪激励浮子产生横摇运动,利用浮子与水下阻尼板的相对摇荡运动发电,结构简单,运行可靠。利用ANSYS-AQWA水动力分析软件计算了标准单体、大面积单体和多体阵列的发电性能,结果显示,在周期6.28 s,波高2 m的海况下,跷跷板装置具有每平方米上百瓦的发电能力,具有显著的应用前景。     

波浪能转换装置主动控制研究现状与发展

波浪能是可再生的清洁能源，具有相当可观的发展潜力，但由于波浪的不规则运动等因素，波浪能发电系统的能量转换效率较低。本文关注于波浪能转换装置的主动控制，首先对波浪能发电原理进行了介绍，其次从波浪能转换装置控制模型的失配、未来波浪信息预测和能量输出系统的功率损耗三个方面，总结了近年来波浪能转换装置控制技术的现状与发展，最后指出了人工智能技术、多性能优化和阵列管理等方向是波浪能转换装置控制研究的发展趋势。     

多自由度振荡浮子装置波浪爬升特性试验与数值模拟

增加振荡浮子式波浪能发电装置的自由度可以拓宽设备的捕获频带,从而有效地提高其捕获效率,但这也意味着浮子与波浪间的作用过程更加复杂,产生的波浪爬升等非线性现象不容忽视,严重时甚至会发生越浪从而降低浮子装置的使用寿命和效率．本文开展了规则波作用下多自由度浮子迎浪侧波浪爬升特性的物理模型试验,对单自由度运动和多自由度耦合运动的浮子上的波浪爬高进行了比较,以分析在有无动力输出装置(power take-off,PTO)阻尼条件下自由度之间的相互作用效应,并使用数值模拟分析耦合运动浮子周围的流场分布．结果显示,增加自由度可以导致没有PTO阻尼的浮子上的波浪爬高显著降低,有效降低越浪风险．对于有PTO阻尼的多自由度振荡浮子,增加垂荡方向上的PTO阻尼力对波浪爬升有很大影响．三自由度耦合运动浮子能更好地利用波浪能并具有更好的安全性．     

点吸式波浪能装置的功率特性研究

基于线性规则波理论针对固定式点吸收波浪能发电装置进行研究,通过数值计算,分析了锥形浮子与圆柱形浮子在无阻尼和有阻尼条件下在波浪作用下的运动规律,探索浮子的运动响应和装置的能量转换效率与浮子形状、波浪频率或周期以及PTO系统阻尼之间的内在关系,寻求进行固定式点吸收波能装置最优化设计的方法。通过计算和分析,提出了浮子结构和PTO系统阻尼特性对装置能量转换特性的影响规律,该结论可为点吸式波浪能转换装置的理论研究和工程应用提供参考和借鉴。     

多节漂浮式波能转换装置浮体运动及功率响应

以多节漂浮式波浪能发电装置为研究对象,基于线性波理论和波-体耦合作用分析,利用刚体动力学方程方法,建立圆柱型波能捕获浮筒在波浪中的垂荡-纵荡-纵摇三自由度非线性耦合运动方程.结合中国黄渤海波浪特点,采用频域分析方法,探讨浮筒纵摇运动特性和功率响应.结果显示,浮筒纵摇运动特性主要受浮筒的固有振动频率和浮筒长度的影响;浮筒长度、PTO液压阻尼系数及弹簧劲度系数等因素不会影响浮筒的共振频率,半径和吃水则影响显著,这些因素均对功率响应具有复杂的影响.选择合适的浮筒半径、吃水、弹簧劲度系数等是提高装置的波能转换功率和对中国近海海域适应性的有效途径.     

摆臂浮子式波能装置的运动及能量转换性能

 海洋波浪能是一种清洁的海洋可再生能源,受到了广泛关注。设计和制作了一种摆臂浮子式波浪能实验装置,并在船模拖曳水池进行实验,以研究该装置的运动和能量转换性能。摆臂浮子式波浪能实验装置由两个浮子、两个摆臂以及机械传动装置和发电机组成,装置固定于拖车之上。通过水池实验测量不同工况下浮子的垂向运动加速度和发电机的输出电压,分析波高和周期对浮子运动的影响,计算装置在不同波浪条件下的能量转换效率。从实验结果可知,在波浪作用下,装置的垂荡运动性能较好,具有较高的能量转换效率。     

具有非线性PTO的波能装置水动力及获能分析

运用计算流体力学(CFD)方法对系泊双浮体波浪能装置的水动力及PTO(动力输出装置)非线性出力特性进行模拟和分析,利用VOF(流体体积分数)方法结合动网格及刚体求解技术模拟波浪生成及浮体运动,分析了不同速度指数的非线性动力输出装置下波浪能装置的水动力及获能特性,并与线性PTO的特性进行对比.在此基础上提出一种组合控制模式,可使波浪能装置在较大的PTO阻尼系数范围内维持较高的俘获宽度比.     

激振器参数对自同步振动系统的影响

以反向回转激励的振动系统为对象,建立了考虑驱动电机机械特性的动力学方程.通过数值仿真计算,研究了激振器的偏心矩、电机功率、偏心转子回转摩擦阻矩等参数对自同步运动的影响.结果表明,激振器各参数在一定阈值内可以实现系统稳定同步运动,振动体y方向振幅与偏心矩成正比,实现稳定同步的时间与偏心矩成反比.电机额定转矩对系统同步影响不明显,而回转阻尼系数主要影响同步的过渡过程时间.     

浮子式波浪能转换装置的浮子受力分析

为提高现有波浪发电系统的稳定性和效率,提出了一种新型的浮子式波浪发电系统,介绍了其具体结构和特点.同时,采用解析法详细分析了波浪能转换装置(WEC)所受的重力、浮力、系链拉力等情况.根据天津波浪特性,对所提出的波浪发电装置进行了仿真分析.分析结果表明,所设计的波浪能转换装置具有较好的单向周期性稳定输出转矩特性,且其效率较传统的浮子式WEC提高了10%左右.     

基于阻尼控制的不同底部形状振荡浮子俘能效果对比

 为优化振荡浮子式波浪能装置的能量俘获效果,针对圆柱形浮子底部的形状对装置俘能的影响展开研究,选取主流的平底、圆锥底和半球底进行计算对比。首先,建立浮子运动的频域模型;然后,通过ANSYS-AQWA对3种浮子进行水动力计算,得到3种浮子的附加质量、辐射阻尼、波浪激励力、幅值响应算子等水动力参数,对结果进行比较;最后,在频域运动模型中加入阻尼控制,研究在波浪激励下不同底部形状浮子的能量俘获效果,结果表明,阻尼控制可以明显提高浮子的能量俘获效率,半球底浮子在波浪谱较宽的工况下能量俘获效果更好,而平底浮子更适合谱峰频率在其固有频率附近且波浪谱较窄的工况。     

静载荷作用下偏心转子电磁振动特性

偏心转子不仅受动载荷作用,还受静载荷作用。该文推导了转子同时考虑动、静偏心的气隙长度统一公式,利用数值方法计算出作用于转子的不平衡磁拉力(UMP),建立了UMP、静载荷(重力)、不平衡质量激励力作用下转子系统的运动微分方程。分析了动偏心和动静复合偏心情形下不计静载荷时和考虑静载荷时转子系统的轴心轨迹和位移频谱,讨论了静偏心方向、初始静偏心量对转子系统振动特性的影响。结果表明:静偏心方向影响转子轴心轨迹的位置分布,使位移频谱中幅值周期性变化,静偏心量的增加使位移频谱中出现4倍旋转频率的振动分量。静载荷对转子系统的作用可视为该静载荷方向上大小恒定的静偏心。     

自保护式波浪发电装置控制系统研究

首先介绍了一种双蓄能器交替工作的波浪发电装置的构成和工作原理,设计了基于AVR单片机的波浪发电控制系统的硬件模块和控制软件。该控制系统通过对海况行监测,控制双液压缸与蓄能器工作切换,调节油路上阀门开关,实现双蓄能器交替充放油,驱动液压马达连续运转,并在恶劣海况时停机自保护。通过水池样机试验表明,该波浪发电控制系统实现波浪能平稳地转化为电能输出,发电输出误差在10%内,探索发电装置与海况匹配关系,为实现海上发电装置高效稳定发电奠定基础。     

基于CFD的波浪能转换装置水动力性能分析

为了研究点吸式波浪能转换装置的水动力性能和载荷,采用基于黏性流体力学的CFD方法,模拟三维数值波浪水池,计算了波浪能转换装置的浮子在波浪周期为1.6,2.0,2.4s的运动位移和速度,以及浮子在特定波浪参数下的垂向受力,并与实验值进行对比.结果显示计算值与实验值符合良好,验证了此方法的准确性与可行性.在此基础上,进一步计算并分析了不同机械阻尼对装置运动性能的影响,结果表明机械阻尼增大会导致浮子的运动位移和速度减小,为装置的性能优化提供了依据.     

轮毂电机气隙偏心下不平衡电磁力与转子系统振动特性分析

相对于传统电机,轮毂电机在电动车行驶过程中,由于路面激励等外界因素的作用,定转子之间会更容易产生偏心,造成轮毂电机气隙不均匀而产生不平衡磁拉力,影响轮毂电机的运行。以一种表贴式永磁同步轮毂电机为研究对象,建立等效的转子动力学模型。通过解析计算和Maxwell Ansoft软件分析了气隙偏心下轮毂电机电磁力的变化情况,并将不平衡电磁力带入等效转子系统运动方程,运用隐式Newmark积分法对转子系统在不平衡电磁力、质量偏心和初始误差偏心影响下的动力响应进行计算。结果表明:气隙偏心会产生特定频率的不平衡磁拉力,增大质量偏心会减轻不平衡磁拉力对转子系统的影响,并且初始位置误差偏心会使转子轴心朝偏心方向偏移,并会与重力相互作用。研究结果可为分析电动车用轮毂电机定转子的振动和后续的控制奠定基础。     

汽轮发电机运行状态对偏心磁拉力的影响研究

采用有限元方法计算了汽轮发电机转子动偏心形成的不平衡磁拉力(UMP),以QFSN-220-2型汽轮发电机作为研究对象,分析了发电机动偏心程度、方向对不平衡磁拉力的影响,并在一定的偏心程度下分析了发电机有功、无功出力变化对UMP的影响.结果表明:UMP随着偏心程度增加而增大,UMP方向随着偏心方向改变而改变,在相同偏心程度下转子偏心方向对UMP的大小具有一定影响.发电机的功率调节对UMP的幅值具有显著影响.因此,当发电机出现振动超标现象时可以通过临时调节无功改善机组振动状态.     

振荡浮子式波能转换装置阵列的物理模型水池试验

 振荡浮子式波能转换装置在防波堤上进行阵列化布置时,各装置的浮子获能体之间会发生复杂的水动力相互作用,影响装置的运动和发电性能。开展物理水池试验,研究了防波堤前振荡浮子式波能装置阵列的水动力响应特性,着重分析了不同波浪条件下浮子尺寸和分布间距对装置运动性能和发电功率的影响规律。研究发现,在所考虑的参数范围内,相同波况条件下,小半径浮子波能装置的发电功率更高;窄频带波浪环境中,小间距布置有利于产生更大的功率峰值,且入射波高对装置的发电功率有显著影响。     

基于AQWA的张力腿平台动力响应分析

为研究极端海况下张力腿平台(TLP)的动力响应性能,对一典型传统式TLP平台进行整体设计,并应用势流理论和波浪的辐射/衍射理论,结合水动力分析软件AQWA,考虑随机波浪载荷及风、流载荷的共同作用,对平台在极端海况下的动力响应进行了数值模拟分析,计算在多个不同入射角波浪作用下的平台六个自由度上运动的幅值响应算子(RAOs),模拟分析在极端海况P-M波浪谱作用下平台的动力响应和张力腿的运动响应.结果表明:波浪入射角的不同对平台垂荡运动的RAOs没有明显的影响,对另外5个方向运动RAOs的幅值有明显影响;张力腿提供的附加刚度,对平台上体纵、横摇及垂荡响应作用明显,对平台纵、横荡及首摇也有一定的限制作用;平台的动力响应主要由波浪荷载引起;张力腿在平台上体带动及流荷载作用下会产生较大幅度运动.总之,在张力腿的有效约束下TLP平台可以避开能量集中的波浪频率,表现出良好的纵、横摇及垂荡性能,而张力腿的安全和性能将成为平台安全和性能的重要指标.     

高速大功率车用永磁同步电机电磁诱发转子横向振动特性

高速大功率车用永磁同步电机的转子轴系是一个涉及电磁、机械高度耦合的非线性系统,因此转子动力学性能是高速车用永磁同步电机设计必须关注的问题.建立了电机中由于转子偏心引起的电磁激励解析模型,以转子动力学和非线性动力学为基础,建立永磁电动机转子系统的非线性模型,用解析法计算得到转子横向振动的幅频特性,结果表明转子横向振动具有负刚度和失稳幅值跳跃现象.最后通过数值计算对等效解析计算的结果进行了验证.