坐底式豎直軸潮流能發(fā)電裝置設(shè)計(jì)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著環(huán)境污染和能源枯竭問(wèn)題日益嚴(yán)重，使得人類(lèi)探索可再生能源的愿望越來(lái)越強(qiáng)烈。海洋潮流能以其可預(yù)測(cè)性強(qiáng)、能量所在地靠近海岸、開(kāi)發(fā)技術(shù)可借鑒風(fēng)機(jī)等優(yōu)點(diǎn)，受到了世界各個(gè)國(guó)家的重視，研究開(kāi)發(fā)潮流技術(shù)成了可再生清潔能源利用領(lǐng)域的熱點(diǎn)。潮流能發(fā)電裝置的載體可分為三種:坐底式、樁柱式和漂浮式。其中樁柱式和漂浮式，對(duì)沿海航道的交通都會(huì)造成一定的影響;樁柱式對(duì)海上打樁和安裝的技術(shù)要求很高，需要使用較大型設(shè)備，費(fèi)用昂貴;漂浮式需要用錨泊系統(tǒng)來(lái)定位，

2、比較適合用于水深大于30m的海域，且載體在海面上會(huì)受到風(fēng)浪流的作用發(fā)生低頻運(yùn)動(dòng)，對(duì)水輪機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響。我國(guó)沿海有眾多潮流能資源富集的水道和淺海區(qū)域，坐底式潮流電站是開(kāi)發(fā)這些區(qū)域潮流能的有效手段之一。
　　本文參照國(guó)內(nèi)外存在的潮流能發(fā)電裝置和各種海洋平臺(tái)的技術(shù)特點(diǎn)，基于綜合考慮，提出了一種適合于淺海和江河的坐底式豎直軸潮流能發(fā)電裝置概念方案，并根據(jù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)研究。
　　(1)針對(duì)電站的工作特性，選擇符

3、合條件的海底地質(zhì)條件和海洋環(huán)境，基于電站的工作環(huán)境參數(shù)，進(jìn)行水輪機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)、載體方案設(shè)計(jì)和能量傳遞系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
　　(2)對(duì)電站的六個(gè)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，包括樁靴、沉箱、導(dǎo)流艙、支撐艙和機(jī)艙的結(jié)構(gòu)形式。針對(duì)各個(gè)主體部分的內(nèi)部構(gòu)件，參照相近的規(guī)范，完成電站鋼材選取、骨材間距確定、板厚取值、骨材規(guī)格設(shè)計(jì)、支柱設(shè)計(jì)等部分內(nèi)容?；诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，統(tǒng)計(jì)得到電站的重量重心設(shè)計(jì)，為電站的總體性能校核提供數(shù)據(jù)支持。電站的總體性能校核主要包括沉浮穩(wěn)性和

4、坐底穩(wěn)性，研究了坐底穩(wěn)性校核包含三個(gè)部分，分別是抗傾覆穩(wěn)性校核，抗滑移穩(wěn)性校核和地基承載力校核，驗(yàn)證了電站機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。
　　(3)對(duì)水輪機(jī)的受力分析進(jìn)行研究，針對(duì)誘導(dǎo)速度和水輪機(jī)水動(dòng)力計(jì)算，分別介紹了基于動(dòng)量理論的流管法、基于勢(shì)流理論的渦方法、基于粘性計(jì)算流體力學(xué)的(CFD)方法。并應(yīng)用CFD方法來(lái)求解水輪機(jī)的工作載荷，具體是使用Gambit軟件與Fluent軟件來(lái)計(jì)算水輪機(jī)的推力、側(cè)向力和扭矩，為水輪機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)和電站強(qiáng)度校

5、核提供參照依據(jù)。
　　(4)針對(duì)電站具體結(jié)構(gòu)，采用ANSYS軟件建立有限元模型。針對(duì)不同形式的坐底面積損失情況，設(shè)計(jì)了九種計(jì)算工況;以電站底部與泥面接觸處鉸接為邊界條件;電站受到的載荷分為重力載荷、作業(yè)載荷和環(huán)境載荷;有限元計(jì)算結(jié)果與許用應(yīng)力衡準(zhǔn)相比較，得出強(qiáng)度校核結(jié)果，驗(yàn)證了電站的設(shè)計(jì)效果。
　　(5)在介紹了潮流電站的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法的研究現(xiàn)狀后，指出當(dāng)前對(duì)潮流電站的評(píng)價(jià)十分缺乏。但是對(duì)潮流電站方案的評(píng)價(jià)具有十分重