潮汐能发电设计.docVIP

开题报告： 1.选题的背景和意义 1.1 选题的背景 目前陆地上资源日益枯竭，世界各国正逐渐将目光转向海洋。海洋资源开发必然成为本世纪最重要的经济活动。开发海洋能发电装置，可以增强我国在海上持续作业的能力，可以实现海上电力的自给自足。 1.2 选题的意义 发展像潮汐能这样的新能源，可以间接使大气中的CO2含量的增加速度减慢。潮汐是一种世界性的海平面周期性变化的现象，由于受月亮和太阳这两个万有引力源的作用，海平面每昼夜有两次涨落。潮汐作为一种自然现象，为人类的航海、捕捞和晒盐提供了方便，更值得指出的是，它还可以转变成电能，给人带来光明和动力。 1-“中”字型漂浮式载体；2-水平轴潮流能发电水轮机；3-提升锁紧装置；4-锚泊系统； 图 2.1 1kW 潮汐能发电装置总体方案 整个水轮机组安装在漂浮式载体上，然后将载体用拖船拖至指定位置，载体再由首尾端共四根锚链呈放射状固定，机舱内设置必要的监测与保护设备。潮汐能发电水轮机表面进行防海水腐蚀和防海生物技术处理，保证机组长寿命高效率运行。 潮汐能发电水轮机是整个1kW 漂浮式潮汐能发电装置的关键子系统，潮汐能发电水轮机结构设计的好坏决定着整个项目的成败。 2.2 潮汐能发电水轮机结构设计 随着水平轴潮汐能发电水轮机单机组功率的不断增大，机组的主轴传动系统布局已成为水平轴潮汐能发电水轮机设计的核心内容。主轴传动系统布局是指海水在一定流速条件下，机组的零部件、子系统、结构承力件、动力传输设备和辅助设备在机舱内的布置情况。影响潮汐能发电水轮机主轴传动系统布局的主要因素是发电机的安装方式，其原因在于： 主轴传动系统的主要功能是把水轮机的机械能转化为电能，它的稳定性影响着水轮机的总体性能和供电质量； （2） 发电机的安装方式直接影响到水轮机的主轴系统传动、轴承承载等其它功能单元的结构和安装，很大程度上影响着水轮机的总体布局。 在潮汐能发电水轮机总体设计中，根据机组设计需要，选择合理的主轴传动系统。 传统的水平轴潮汐能发电水轮机主轴传动系统主要由叶轮、变桨机构、机械动密封、主轴、增速齿轮箱、刹车装置、发电机等零部件组成。图 2.2 为水轮机传动系统结构。主轴是连接叶轮和增速齿轮箱的关键部件，它的前端连接着叶轮的轮毂，后端与增速齿轮箱的输入端固定连接，主轴的前轴承位置应尽量靠近轮毂的法兰盘，减小由叶轮重量引起的重力力矩。主轴的受力形式主要有潮流的轴向推力、径向力、弯矩、转矩和剪切力，水轮机每经历一次潮流的涨潮和落潮，主轴都将经历一次动态载荷循环，在主轴上会产生多种应力，而且主轴与零件接触的表面要求加工质量较高。因此主轴是一个承受载荷较大的零件，要求其具有优质的机械性能。 此种潮汐能发电水轮机的主轴传动系统有以下特点： （1）主轴的前端支点为刚性支撑，后端支点为弹性支撑，潮流冲击在叶片上突变 负载被这种结构所吸收； （2）便于设计水轮机中的发电机系统，较易控制潮汐能发电水轮机的总体成本； （3）叶轮有较宽的变速范围，可以把发电机的转速控制在 30%范围内； （4）容易实现机组零部件的标准化，降低机组的设计难度； （5）目前的水轮机主要部件尚无关键的技术障碍，一些零部件可借用风力发电机 的技术，但是这种布局涉及到多个零部件，所以其发生故障率较高。 1-叶轮； 2-机械动密封；3-主轴；4-塔架；5-增速齿轮箱；6-刹车装置；7-发电机 图 2.2 水轮机传动系统 图 2.3 是一种直驱式水平轴潮汐能发电水轮机的设计方案，其主轴传动系统主要由叶轮、变桨机构、机械动密封、主轴、刹车装置、发电机等部件组成。其技术特征是主轴前端与叶轮中的轮毂刚性连接，另一端连接发电机组的转子。发电机作为此种设计方案的关键部件，要求其在较低的转速条件下工作。当海水流动，冲击水轮机的叶轮，叶轮转动直接带动发电机在较低转速下发电。水平轴直驱式潮汐能发电水轮机主轴传动系统有以下特点： （1）主轴传动链结构简单，降低潮汐能发电水轮机的故障率，机组的整体尺寸也大大缩小； （2）叶轮的变速范围较大，提高机组对潮汐能的利用率； （3）通常情况下，水平轴直驱式潮汐能发电水轮机所用的发电机是永磁发电机， 这种发电机的体积和重量较大，增加了制造和运输上的难度； （4）永磁发电机的零部件尚未形成标准部件，制造成本较高，适用低转速下工作。 图 2.3 直驱式水轮机传动系统 通过对比图 2.2 和图 2.3 的两种主轴传动系统方案可以得出，图 2.3 比图 2.2 少一个增速齿轮箱，而且整体尺寸也减小了很多。在对风力发电机组的调研中，了解到风力发电机组主要故障出现在增速齿