链传动波发生器由基础、支架、浮筒、链传动系统、惯性轮等组成,具体见图1。链条传动系统由链条、主动链轮、导向链轮、连接板、传动轴等组成,详见图2。链条通过连接板固定在浮标上。每台发电机配备两套链条传动系统A、B。两块连接板固定在浮标两侧。详细信息请参见图 3。
漂浮
浮标是吸收波浪能的装置。在浮力的作用下,浮标可以漂浮在水面上,并随着波浪的上下运动而获得能量。当浮标随波浪向上运动时,通过浮力获得能量;当浮标随波浪向下运动时发电机的工作原理视频,通过自身重量获得能量。根据阿基米德定律,浸没在流体中的物体所受到的浮力等于该物体排开的流体的重量。浮标越重,它排出的海水越多,获得的浮力就越大。浮标可以做得很大,就像一艘船一样。但考虑到波浪小于1米时浮标完全可以随波浪上下移动,因此浮标的截面积不能很大,直径应在6米左右。 (浮标截面为方形或圆柱形)。浮标的直径确定后,可以增加浮标的高度,使其体积和重量更大,获得更多的能量。浮标的重量可达1500吨。
驱动链轮
主动链轮由链轮和单向轴承组成。其作用与自行车的飞轮相同。它只能带动传动轴向一个方向旋转,因此链传动波发生器配备有两套链传动装置。
飞轮
浮标随着波浪上下移动。当浮标的向上运动转变为向下运动时,或者当浮标的向下运动转变为向上运动时,浮标有停顿。此时没有力推或拉链条,影响传动轴的连续性。运行时,发电量会不稳定。两个主动链轮之间设有惯性轮。惯性轮具有储存动能的功能。这一缺陷可以通过惯性轮的惯性力来补偿,使传动轴能够连续旋转。因此,惯性轮直径越大、重量越重,储存的动能越大,发电越稳定。
导轮
浮标上安装有导向轮发电机的工作原理视频,通过导向轮使浮标与支架之间保持一定的距离。当浮标随波浪移动时,在导向轮的作用下,浮标不能水平移动,只能沿支架上下移动。
连接板
链条和浮标通过连接板连接。连接板一端固定在链条上,另一端固定在浮标上。当浮标随波浪上下运动时,浮标通过连接板带动链条运动。波浪发电装置设有两组链条传动装置A、B。两个连接板A、B分别固定在浮标两侧。详细信息请参见图 3。
链传动波浪发电装置工作原理
浮桥漂浮在水面上,随着波浪上下移动而获得动能。当浮标随波浪向上运动时,在浮力的作用下,浮标带动两连接板A、B向上运动。连接板B向上推动链条B顺时针旋转,并通过主动链轮B带动传动轴顺时针旋转;同时,连接板A向上推动链条A逆时针旋转,带动主动链轮A逆时针旋转,不影响传动轴顺时针旋转。当浮标随波浪向下运动时,在自重的作用下,浮标带动两连接板A、B向下运动。连接板A向下拉动链条A顺时针旋转,通过主动链轮A带动传动轴顺时针旋转;同时,连接板B向下拉动链条B逆时针旋转留学之路,带动主动链轮B逆时针旋转,不影响传动轴顺时针旋转。浮标随着波浪上下移动。在两组链条的交替作用下,带动传动轴连续旋转,将波浪能直接转化为机械能,驱动发电机发电。详细信息请参见实验视频。地址:
视频说明:实验中使用的浮子重量为40kg,浮子推或拉链条的力为392N。
功率计算
浮子的推力和拉力(F)
假设浮标重量为50吨,排开海水体积为50立方米(海水密度约为1.036吨/立方米,为了计算方便,假设海水密度为1吨/立方米) ),得到的浮力为50吨,推或拉链条的力F=50吨×9,8=490KN。
传动轴转速(r)
链条型号为48A-1,主动链轮齿数为12,链轮节圆直径D=294.414mm,半径d=D/2=0.1472m,周长S=D×л= 0.×3.14=0.925m 。假设波浪的有效高度为2m,频率为4秒。浮标每分钟随波浪移动的距离为L=2m×2/4秒×60秒=60m。传动轴转速r=L/S=60m/0.925m=64.86转/分钟。
扭矩(牛)
主动链轮节圆半径为d=0.1472m,作用在传动轴上的扭矩为N=F×d=490KN×0.1472m=72.128KN·m。
驱动轴输出功率(P)
P=N×r/9.549=72.128KN·m×64.84r/9.549=490kw。
链传动波浪发电装置特点
1、收集波浪能能力大,可建设波浪能发电站的海域广阔。
波浪发生器通过浮标收集波浪能。浮标的重量越重,获得的浮力就越大。如果浮标的直径为6米,当水深为20米时,浮标在水中的高度超过15米,其在水中的体积可以达到400m3(重量400吨),推或推的力牵引链条400吨,传动轴输出功率可达3900千瓦,可带动1200多千瓦的发电机发电。当水深40米时,浮桥在水中的高度超过35米,其在水中的体积可达1000立方米(重1000吨),推或拉链条的力为1000吨,输出功率为传动轴可达9800千瓦,可带动3000千瓦以上发电机发电。当水深60米时,浮桥在水中的高度超过55米,其在水中的体积可达1500立方米(重1500吨),推或拉链条的力为1500吨,输出功率为传动轴可达14600千瓦,可驱动4500千瓦以上的发电机发电。
水深超过60米的海域也可以建造波浪发生器,但建造基础的成本太高,经济效益不明显。因此,可建设波浪发电的海域十分广阔。我国从渤海到南海的大部分海域均可建设波浪能发电站。如果所有可建设波浪发电的海域都得到开发,总装机容量可达500亿千瓦(保守估计)。是长江三峡总装机容量的2000多倍(长江三峡总装机容量为2250万千瓦)。
2、维护方便、使用寿命长
链条驱动的波浪发生器在水面以下有一个钢筋混凝土结构(包括浮桥)。使用寿命长达一百年,无需考虑维护。水面以上有钢结构,可定期涂漆,保证其寿命与混凝土结构同步。链条、导向链轮、主动链轮、轴承均为标准件,可定期维护。 4天左右即可更换一套新链条,保证波浪发电装置的长期运行。
3、无论波浪大小,均可发电。
链条驱动造浪机的支架距水面20米。浮标可在水面以上18米以上上下移动(按最大超巨浪设计)。即使出现15米高的超巨浪,浮桥也能跟随巨浪。通过上下移动,发电机即可正常发电。只要有波浪,链条驱动的波浪发电机就可以全天候发电。
4、与风力发电相比,波浪发电的稳定性优于风力发电。
风力发电的动力是风。风速变化较大,从0米/秒(0级)到60米/秒以上(17级以上,陆地最高12级,风速超过30米/秒)。能发电的风力发电速度在5m/s以上(3级),从5m/s到60m/s以上相差10倍以上,甚至在陆地上也相差6倍。强风产生大量电力,而小风产生少量电力。发电量可变化数倍甚至10倍以上,且风速随时随地发生变化,风力发电的稳定性较差。波浪能发电的动力是波浪。当波浪小时,频率和时间就小,当波浪大时,频率和时间就长。无论波浪大小,单位时间内波浪上下移动的距离相差不大。例如,当波浪高度为2米时,其频率为3至4秒,波浪上下移动的速度约为1.1米/秒。当波浪高度为10米时,其频率为10至15秒,波浪运动的速度约为1.5米/秒。另外,在惯性轮的作用下,功率大时通过惯性轮储存多余的能量,功率低时通过惯性轮释放能量,使得传动轴的转速相对稳定并能稳定发电,有利于电网安全运行。
5、成本低
波浪能发电结构简单。链条、链轮、轴承等均为标准件,易于加工,因此成本较低。例如,当水深为20米时,浮标的重量达到400吨,可以驱动带有1200千瓦发电机的波浪发生器发电。费用为360万元(费用包含安装调试),每度电费用=360万元/1200千瓦=3000元/千瓦。当水深40米时,浮桥重量达到1000吨,可驱动3000千瓦的造浪发电机发电。造价1200万元,每千瓦造价4000元。当水深60米时,浮桥重量达到1500吨,可驱动4500千瓦的造浪发电机发电。造价2700万元,每千瓦造价6000元。波浪发电的成本仅为风力发电的三分之一(风力发电每千瓦成本超过1万元)。发展波浪能发电不仅具有很高的社会价值,而且具有非常高的经济价值。由于波浪发电机造价低,运行成本低,波浪发电投资5~6年即可收回成本。如果能享受国家补贴,4至5年即可收回成本。
6. 困难
深水基础施工是一个难题。水越深,施工难度越大,成本越高。例如,水深20米,造浪机成本为3000元/千瓦;如果水深40米,成本为4000元/千瓦;如果水深60米,费用为6000元。 /千瓦,。水面以下的基础建设成本占波浪发生器成本的60%以上。深水基础施工需要使用专用设备。专用设备的使用可以大大降低成本。波浪发电机的成本可控制在4000元/千瓦左右。如果没有专用设备,按照常规方法建造深水基础的成本将非常高,波浪发电机的成本将超过2万元/千瓦。深水基础施工的设备在另一篇文章中有介绍。