基于鸭式波能装置的机械式发电系统实验研究

摘要

本文提出的这种基于鸭式波浪能吸收装置的机械式发电系统是一种全新的发电模型，首次将机械式发电系统应用在鸭式波浪能吸收系统上。“点头鸭式”波浪能吸收装置的一次能量转化效率极高，因此提高内部发电系统的能量转换效率是本文的研究重点。通过搭建试验台的研究方法研究波浪发电装置的内部发电系统，即利用机械装置驱动来模拟波浪条件下发电系统的正常工作状态，以研究波浪能发电系统的机械输入扭矩、发电功率、发电效率以及二次能量转换效率相关变化规律，为本类型实验装置的结构优化、仿真模拟等后续研究提供一定参考。 首先，本文对国内外已有的波浪能发电装置进行了梳理分类。按照波浪能吸收形态的划分，波浪能发电装置可分为：点吸收式、越浪式、摆式、鸭式等。根据能量转换的形式不同，目前波浪发电方案又可被归纳为四类：气压式、液压式和机械式。 然后，针对提出的波浪能发电装置，本文首先从实验装置能量转换的角度，借助对波浪能发电装置内部三个子系统运动形态转换的分析，研究了其三个阶段的能量转换过程以及在各个阶段的能量转换效率，论述了其在实验中以及数据分析中所涉及的理论知识。 其次，本文给出了发电装置实现机械式传动发电的原理，包括：将鸭式浮体往复周期性摆动运动转换成驱动发电机单向持续转动而发电的原理；机械储能系统在能量方面的储能放能的原理；行星齿轮增速器以及超越离合器的原理。再次，对实验装置机构设计、实验方法实施作了详尽的介绍。 最后，利用最小二乘法对实验数据进行回归分析，以探究实验装置的机械输入扭矩、输出电功率、发电效率、二次能量转换效率与纯电阻负载、摆幅、摆频、增速比的变化规律。为计算本实验装置的二次转换效率，实验研究了发电机的发电效率与输入端转速的变化规律。

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