【系统结构】
浮体上系有绳,绳缠绕在转轮上,转轮与发条、棘轮轴联,棘轮与轴向柱塞泵轴联,轴向柱塞泵为液压系统的输入端,液压系统的输出端为液压马达,其与发电机联接。
【系统原理】
浮体上升时,拉动转轮,转轮带动棘轮,进而带动柱塞泵;浮体下落时,在发条作用下,转轮反转,将绳收回,因棘轮缘故,不带动柱塞泵反转。柱塞泵将机械能转换成液压能,液压马达将液压能转换成机械能输出给发电机,发电机发电。
【结构数据】
浮体:5×1×0.15m
绳外径:12mm
转筒径:200mm
转筒宽:100mm
轴径:48mm
棘轮顶圆直径:192mm
棘轮宽度:24mm
轴向柱塞泵液压:50Mpa
缸数:8
缸内径:15mm
斜度:15°
油管:Oil pipe
轴向柱塞泵:axial plunger pump
尼龙绳:Nylon rope
棘轮:ratchet wheel
蓄能器:accumulator
易弯面:Surface apt to be crooked
发条:Clockwork spring
发电机:Generator
油缸:Oil vat
转轮:rotational Wheel
浮体:
弹性衔接面
柱塞泵
高压油管
液压马达
回油管
【工作运行情况分析】
F=ρgΔh*S≈1000*10*0.1*5*1=5000N
对于1米多高的海浪,有
E=h×F=1m×5000N=5000焦
如果海浪周期为5秒,有
P=E/t=5000J/5s=1KW
【转换效率】
绳轮:95%
轴向柱塞泵效率:85%
液压管路中途损失:5%
液压马达转换效率:86%
发电机效率:96%
电网中途损耗:6%
总转换效率:60%
【经济分析】
浮体+绳轮+柱塞泵转换单元造价:3000元,液压系统、发电机摊派成本:2000元。
该系统如工作海域平均波高为1米多高,
则:年收益=俘获功率×转换效率×工作时间×上网电价=1kw×60%×24小时×300天×0.4元=1728元
年收益率=1728/5000=34.56%
【系统特点】
1、 生存性强,抗风浪能力非常好:
1)该系统,核心部分在海面以下几十米深处,这里比较安静,尽管海面波涛汹涌,主体部分在水下依然安然无恙,继续发电。
2)绳、浮体受力大小取决于负载的多少,而与波浪大小无关。好比一个履带车拖着一个拖车,尽管履带车的发动机马力非常大,但拖车上如果是空的话,拖车与履带车的连接处受力并不大,它只等于拖车所受的摩擦力。但如果拖车满载,这时候,受力就相当大了。
3)绳的收放距离可以很长(可以达到十米以上),这就大大延长了波浪冲击过程中缓冲距离,减小了瞬时冲击力,抗风浪能力由此得以增强。
4)对于水上部分的易弯面,由于其本身具有弹性和延展性,可以起到保护易弯面的作用。即使易弯面被灾害性的海浪击毁,由于易弯面的成本很低廉,且可以修补,所以不会有很大损失。
2、 防锈性能良好:机器的核心部分都在箱体内,只有浮体、绳、外涂防腐材料的转轮、轴、机器外壳浸在海水里,而它们都是不怕海水的,所以该系统的抗腐能力没问题。
3、 成本低廉:该系统,没有庞大的混凝土室,没有昂贵的不锈钢,没有劳民伤财的土木工程。该系统的主要部件包括:一个作为平台的水泥板及锚、一个展开易弯面用的框架、多个浮板+尼龙绳+转轮+棘轮+轴向柱塞泵的单元、一套液压管路+蓄能器+油缸+发电机。
4、 该系统适应波形能力强、波浪能吸收转换效率高
1)浮体、绳与转轮的组合,非常灵活,适应各种波形,尽管这种组合仅能吸收波浪在一个方向上的推力,但这可以通过增加绳、轮组合来弥补,绳可以与易弯面成各种角度由于适应各种波浪,其作业时间也增长。
2)易弯面呈整个面,与波浪接触,提高了波浪能的接触受力面积。易弯面连续、不漏水,这在很大程度上避免了波浪绕走带来的能量流失。易弯面可以随波起伏,其易弯特性使它能够适应各种波形。
5、 可以离岸到深海作业:因为水泥基板底座悬吊于水中,这样就摆脱了对陆地的依赖。拖船可以拖着一整排该发电系统到处走,由此可以移动作业。
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