分析海流发电装置轴向力及液压平衡装置设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com第45卷第12期机械工程学报Vo1．45NO．122009年12月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGDec．2009DoI：1O．3901／JME．2009．12．070海流发电装置轴向力分析及液压平衡装置设计冰刘宏伟李伟林勇刚马舜应有(浙江大学流体传动及控制国家重点实验室杭州310027)摘要：针对水平轴螺旋桨式海流能发电装置正常工作时轴向力很大的问题，运用流体力学理论、叶元动量理论及流固耦合模拟的方法，对叶片受力进行分段求解再叠加计算出轴向力。计算的轴向力与数值模拟仿真结果较好地吻合。理论分析和仿真

2、计算表明水流流速的变化及流剧耦合使轴向力呈随机非线性变化。根据轴向力规律性变化的特点，设计一种新型的液控式轴向力自动平衡装置，在Bladed和AMESim软件【}J建立系统联合仿真模型并进行研究，结果表明该液控平衡装置可以较好地抵消水流引起的轴向力波动，从而可以保护轴承结构。关键词：海流能发电装置水平轴轴向力液压平衡装置中图分类号：TH122TH137．9AxialThrustAnalysisofOceanCurrent15urbineandDesignofHydraulicEquilibratorLIUHongweiLIWeiLINYonggangMAShunY

3、INGYou(TheStateKeyLabofFluidPowerTransmissionandControl，Zh@angUniversity，Hangzhou310027)Abstract：Inviewofproblemsofverybigaxialthrustcausedbytheflowingwaterduringtheoperationofoceancurrentturbines，hydrodynamics，bladeelementmomentumandfluid-solidcouplingsimulationmethodsareusedtocalcul

4、atethethrustforcebysolvingsubsectionsofthebladeandadditionofthem．ThecalculationresultsarecomparedwiththesimulationresultsinBladedsoftwareandbothprovethatvariationofwatervelocityandfluid—solidcouplingcausetherandomnonlinearvariationoftheaxialforce．Accordingtothecharacteristicoftheregul

5、archangeofaxialthrust，anovelhydraulicequilibratorforaxialthrustisdesigned，anditssystemmodelisconstructedinAMESimandBladedsoftwarearestudied．Theresultsshowthatthehydraulicequilibratorcanwellcounteractthefluctuationofaxialthrust，therebyprotectingthebearingstructure．Keywords．Oceancurentt

6、urbineHorizontalaxisAxialthrustHydraulicequilibrator用力。事实上这一问题也存在于同样是透平机械的0前言风力机上，而目前在大型风力机上通常的做法是选用调心滚子轴承来承受它产生的大的轴向力，而这水平轴螺旋桨式海流能发电装置是由水流驱类轴承目前基本依靠进口【Jj；而与风力机相比，水动叶轮旋转再通过机械或液压传动系统将能量传递平轴螺旋桨式海流能发电装置又具有以下特点：给发电机用来发电的一种海流能开发装置。对于与①水的密度是风的800多倍，同等功率的风力机组流体介质(这里指水流)发生相对运动的物体(如叶与海流能发电机组，海

7、流能发电装置的轴向力可能轮)，除受到一个与水流方向垂直的力(升力)外，还是风力机的数倍之多I2】；②水流流速的微小变化也受到在水流方向上的作用力(阻力)，升力是产生叶将导致轴向推力的大幅度变化；③工作介质粘度及轮旋转的动力，而阻力则是希望尽量减小的附加作速度的不同使得雷诺数也不相同，即叶片的升阻系数特性不相同。基于以上特点，有必要针对海流能国家自然科学基金(50735004，50505043)、国家高技术研究发展计划发电装置，专门对其进行轴向力计算，同时设计一(863计划，2007AA05Z443)、浙江省自然科学基金(Y107527)~1浙江省科技攻关(2oo6

8、cl~o1