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波浪能發電裝置:浮筒與鏈條傳動系統的奧秘

更新時間:2024-10-12 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

鏈傳動波發生器由基礎、支架、浮筒、鏈傳動系統、慣性輪等組成,具體見圖1。鏈條傳動系統由鏈條、主動鏈輪、導向鏈輪、連接板、傳動軸等組成,詳見圖2。鏈條通過連接板固定在浮標上。每臺發電機配備兩套鏈條傳動系統A、B。兩塊連接板固定在浮標兩側。詳細信息請參見圖 3。gdz物理好資源網(原物理ok網)

發電機的工作原理視頻gdz物理好資源網(原物理ok網)

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漂浮gdz物理好資源網(原物理ok網)

浮標是吸收波浪能的裝置。在浮力的作用下,浮標可以漂浮在水面上,并隨著波浪的上下運動而獲得能量。當浮標隨波浪向上運動時,通過浮力獲得能量;當浮標隨波浪向下運動時發電機的工作原理視頻,通過自身重量獲得能量。根據阿基米德定律,浸沒在流體中的物體所受到的浮力等于該物體排開的流體的重量。浮標越重,它排出的海水越多,獲得的浮力就越大。浮標可以做得很大,就像一艘船一樣。但考慮到波浪小于1米時浮標完全可以隨波浪上下移動,因此浮標的截面積不能很大,直徑應在6米左右。 (浮標截面為方形或圓柱形)。浮標的直徑確定后,可以增加浮標的高度,使其體積和重量更大,獲得更多的能量。浮標的重量可達1500噸。gdz物理好資源網(原物理ok網)

驅動鏈輪gdz物理好資源網(原物理ok網)

主動鏈輪由鏈輪和單向軸承組成。其作用與自行車的飛輪相同。它只能帶動傳動軸向一個方向旋轉,因此鏈傳動波發生器配備有兩套鏈傳動裝置。gdz物理好資源網(原物理ok網)

飛輪gdz物理好資源網(原物理ok網)

浮標隨著波浪上下移動。當浮標的向上運動轉變為向下運動時,或者當浮標的向下運動轉變為向上運動時,浮標有停頓。此時沒有力推或拉鏈條,影響傳動軸的連續性。運行時,發電量會不穩定。兩個主動鏈輪之間設有慣性輪。慣性輪具有儲存動能的功能。這一缺陷可以通過慣性輪的慣性力來補償,使傳動軸能夠連續旋轉。因此,慣性輪直徑越大、重量越重,儲存的動能越大,發電越穩定。gdz物理好資源網(原物理ok網)

導輪gdz物理好資源網(原物理ok網)

浮標上安裝有導向輪發電機的工作原理視頻,通過導向輪使浮標與支架之間保持一定的距離。當浮標隨波浪移動時,在導向輪的作用下,浮標不能水平移動,只能沿支架上下移動。gdz物理好資源網(原物理ok網)

連接板gdz物理好資源網(原物理ok網)

鏈條和浮標通過連接板連接。連接板一端固定在鏈條上,另一端固定在浮標上。當浮標隨波浪上下運動時,浮標通過連接板帶動鏈條運動。波浪發電裝置設有兩組鏈條傳動裝置A、B。兩個連接板A、B分別固定在浮標兩側。詳細信息請參見圖 3。gdz物理好資源網(原物理ok網)

鏈傳動波浪發電裝置工作原理gdz物理好資源網(原物理ok網)

浮橋漂浮在水面上,隨著波浪上下移動而獲得動能。當浮標隨波浪向上運動時,在浮力的作用下,浮標帶動兩連接板A、B向上運動。連接板B向上推動鏈條B順時針旋轉,并通過主動鏈輪B帶動傳動軸順時針旋轉;同時,連接板A向上推動鏈條A逆時針旋轉,帶動主動鏈輪A逆時針旋轉,不影響傳動軸順時針旋轉。當浮標隨波浪向下運動時,在自重的作用下,浮標帶動兩連接板A、B向下運動。連接板A向下拉動鏈條A順時針旋轉,通過主動鏈輪A帶動傳動軸順時針旋轉;同時,連接板B向下拉動鏈條B逆時針旋轉留學之路,帶動主動鏈輪B逆時針旋轉,不影響傳動軸順時針旋轉。浮標隨著波浪上下移動。在兩組鏈條的交替作用下,帶動傳動軸連續旋轉,將波浪能直接轉化為機械能,驅動發電機發電。詳細信息請參見實驗視頻。地址:gdz物理好資源網(原物理ok網)

視頻說明:實驗中使用的浮子重量為40kg,浮子推或拉鏈條的力為392N。gdz物理好資源網(原物理ok網)

功率計算gdz物理好資源網(原物理ok網)

浮子的推力和拉力(F)gdz物理好資源網(原物理ok網)

假設浮標重量為50噸,排開海水體積為50立方米(海水密度約為1.036噸/立方米,為了計算方便,假設海水密度為1噸/立方米) ),得到的浮力為50噸,推或拉鏈條的力F=50噸×9,8=490KN。gdz物理好資源網(原物理ok網)

傳動軸轉速(r)gdz物理好資源網(原物理ok網)

鏈條型號為48A-1,主動鏈輪齒數為12,鏈輪節圓直徑D=294.414mm,半徑d=D/2=0.1472m,周長S=D×л= 0.×3.14=0.925m 。假設波浪的有效高度為2m,頻率為4秒。浮標每分鐘隨波浪移動的距離為L=2m×2/4秒×60秒=60m。傳動軸轉速r=L/S=60m/0.925m=64.86轉/分鐘。gdz物理好資源網(原物理ok網)

扭矩(牛)gdz物理好資源網(原物理ok網)

主動鏈輪節圓半徑為d=0.1472m,作用在傳動軸上的扭矩為N=F×d=490KN×0.1472m=72.128KN·m。gdz物理好資源網(原物理ok網)

驅動軸輸出功率(P)gdz物理好資源網(原物理ok網)

P=N×r/9.549=72.128KN·m×64.84r/9.549=490kw。gdz物理好資源網(原物理ok網)

鏈傳動波浪發電裝置特點gdz物理好資源網(原物理ok網)

1、收集波浪能能力大,可建設波浪能發電站的海域廣闊。gdz物理好資源網(原物理ok網)

波浪發生器通過浮標收集波浪能。浮標的重量越重,獲得的浮力就越大。如果浮標的直徑為6米,當水深為20米時,浮標在水中的高度超過15米,其在水中的體積可以達到400m3(重量400噸),推或推的力牽引鏈條400噸,傳動軸輸出功率可達3900千瓦,可帶動1200多千瓦的發電機發電。當水深40米時,浮橋在水中的高度超過35米,其在水中的體積可達1000立方米(重1000噸),推或拉鏈條的力為1000噸,輸出功率為傳動軸可達9800千瓦,可帶動3000千瓦以上發電機發電。當水深60米時,浮橋在水中的高度超過55米,其在水中的體積可達1500立方米(重1500噸),推或拉鏈條的力為1500噸,輸出功率為傳動軸可達14600千瓦,可驅動4500千瓦以上的發電機發電。gdz物理好資源網(原物理ok網)

水深超過60米的海域也可以建造波浪發生器,但建造基礎的成本太高,經濟效益不明顯。因此,可建設波浪發電的海域十分廣闊。我國從渤海到南海的大部分海域均可建設波浪能發電站。如果所有可建設波浪發電的海域都得到開發,總裝機容量可達500億千瓦(保守估計)。是長江三峽總裝機容量的2000多倍(長江三峽總裝機容量為2250萬千瓦)。gdz物理好資源網(原物理ok網)

2、維護方便、使用壽命長gdz物理好資源網(原物理ok網)

鏈條驅動的波浪發生器在水面以下有一個鋼筋混凝土結構(包括浮橋)。使用壽命長達一百年,無需考慮維護。水面以上有鋼結構,可定期涂漆,保證其壽命與混凝土結構同步。鏈條、導向鏈輪、主動鏈輪、軸承均為標準件,可定期維護。 4天左右即可更換一套新鏈條,保證波浪發電裝置的長期運行。gdz物理好資源網(原物理ok網)

3、無論波浪大小,均可發電。gdz物理好資源網(原物理ok網)

鏈條驅動造浪機的支架距水面20米。浮標可在水面以上18米以上上下移動(按最大超巨浪設計)。即使出現15米高的超巨浪,浮橋也能跟隨巨浪。通過上下移動,發電機即可正常發電。只要有波浪,鏈條驅動的波浪發電機就可以全天候發電。gdz物理好資源網(原物理ok網)

4、與風力發電相比,波浪發電的穩定性優于風力發電。gdz物理好資源網(原物理ok網)

風力發電的動力是風。風速變化較大,從0米/秒(0級)到60米/秒以上(17級以上,陸地最高12級,風速超過30米/秒)。能發電的風力發電速度在5m/s以上(3級),從5m/s到60m/s以上相差10倍以上,甚至在陸地上也相差6倍。強風產生大量電力,而小風產生少量電力。發電量可變化數倍甚至10倍以上,且風速隨時隨地發生變化,風力發電的穩定性較差。波浪能發電的動力是波浪。當波浪小時,頻率和時間就小,當波浪大時,頻率和時間就長。無論波浪大小,單位時間內波浪上下移動的距離相差不大。例如,當波浪高度為2米時,其頻率為3至4秒,波浪上下移動的速度約為1.1米/秒。當波浪高度為10米時,其頻率為10至15秒,波浪運動的速度約為1.5米/秒。另外,在慣性輪的作用下,功率大時通過慣性輪儲存多余的能量,功率低時通過慣性輪釋放能量,使得傳動軸的轉速相對穩定并能穩定發電,有利于電網安全運行。gdz物理好資源網(原物理ok網)

5、成本低gdz物理好資源網(原物理ok網)

波浪能發電結構簡單。鏈條、鏈輪、軸承等均為標準件,易于加工,因此成本較低。例如,當水深為20米時,浮標的重量達到400噸,可以驅動帶有1200千瓦發電機的波浪發生器發電。費用為360萬元(費用包含安裝調試),每度電費用=360萬元/1200千瓦=3000元/千瓦。當水深40米時,浮橋重量達到1000噸,可驅動3000千瓦的造浪發電機發電。造價1200萬元,每千瓦造價4000元。當水深60米時,浮橋重量達到1500噸,可驅動4500千瓦的造浪發電機發電。造價2700萬元,每千瓦造價6000元。波浪發電的成本僅為風力發電的三分之一(風力發電每千瓦成本超過1萬元)。發展波浪能發電不僅具有很高的社會價值,而且具有非常高的經濟價值。由于波浪發電機造價低,運行成本低,波浪發電投資5~6年即可收回成本。如果能享受國家補貼,4至5年即可收回成本。gdz物理好資源網(原物理ok網)

6. 困難gdz物理好資源網(原物理ok網)

深水基礎施工是一個難題。水越深,施工難度越大,成本越高。例如,水深20米,造浪機成本為3000元/千瓦;如果水深40米,成本為4000元/千瓦;如果水深60米,費用為6000元。 /千瓦,。水面以下的基礎建設成本占波浪發生器成本的60%以上。深水基礎施工需要使用專用設備。專用設備的使用可以大大降低成本。波浪發電機的成本可控制在4000元/千瓦左右。如果沒有專用設備,按照常規方法建造深水基礎的成本將非常高,波浪發電機的成本將超過2萬元/千瓦。深水基礎施工的設備在另一篇文章中有介紹。gdz物理好資源網(原物理ok網)

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