三维竖轴潮流水轮机水动力性能研究

竖轴水轮机作为潮流能转换为电能的核心装置,其水动力性能的优劣将会直接影响到整体发电系统的效率。为了研究大型竖轴水轮机叶片安装角对水轮机水动力性能的影响,基于多参考系模型(MRF),采用Fluent软件对流场中的模型进行3D数值模拟。在转速和来流速度保持不变,改变安装角时,分析同种翼型5个不同安装角叶片对潮流能水轮机的水动力性能的影响。同时分析在同一安装角和旋转速度条件下,不同来流速度对水轮机水动力性能的影响。结果表明,叶片安装角对竖轴潮流水轮机的能量利用率影响较大,来流速度对水轮机叶片表面的静压力和输出功率具有一定的影响。研究结果对今后竖轴水轮机的设计和生产具有借鉴意义。     

竖轴变偏角潮流发电水轮机的叶片控制机构

为了进行竖轴变偏角潮流发电水轮机的水动力性能的模型试验研究,需要设计该水轮机的试验模型,关键是进行水轮机叶片控制机构的设计.在比较现有的变偏角叶片控制机构的设计思路和工作特点基础上,设计了三种适用于竖轴变偏角潮流水轮机的叶片控制机构,并分别给出了工作原理和装配图,介绍了叶片控制机构的实现方法.最后对三种控制机构的性能、造价等因素进行比较,为进一步的模型试验奠定了基础.     

OWC装置空气透平物理模型试验系统的设计

OWC装置空气透平物理模型试验系统由前端造流装置、透平、数据采集及控制系统组成,透平定常性能试验系统前端造流装置为定常风洞,产生定常气流;非定常性能试验系统的造流装置为活塞往复造流装置,可产生正弦往复气流。数据采集及控制系统包括:皮托管、电磁离合器、转矩转速传感器、伺服系统、压力变送器、数据采集及处理系统。通过此试验系统,可获取转速、转矩、风速、压力等参数,对透平的工作及自启动性能开展研究。     

水轮机影响域的数值仿真计算

运用CFD方法,建立潮流能水轮机分析模型,采用MRF(多参考系)模型和滑移网格技术对水轮机进行水动力性能的模拟计算,验证了CFD方法预报水轮机性能的可靠性。初步总结水轮机在潮流中工作的水动力特性,并计算了水轮机间距对水轮机性能及尾流场的影响。结合Fluent后处理软件Tecplot对计算结果处理分析,得到水平轴水轮机在工作过程中对周围流场的影响。研究发现,当水轮机间距为2D时,水轮机相互影响较小,在水轮机尾后方4D处,速度基本恢复为来流速度。为海上可再生能源试验平台的概念设计提供了参考和指导,为平台总布置设计提供了有意义的理论基础。     

竖轴水轮机叶片安装位置对水动力性能影响的研究

本论文旨在研究竖轴水轮机叶片安装位置对水轮机水动力性能的影响,考虑到竖轴水轮机叶片延展向剖面相同的特点,本文将水轮机模型简化为二维模型并利用开源软件OpenFOAM对竖轴水轮机进行了研究。首先文章给出了水轮机模拟中多个参数的取值策略,之后对不同叶片安装位置的三叶片竖轴水轮机进行了CFD瞬态模拟,得出了其功率系数随叶尖速比的变化曲线。最后,文章通过分析水轮机功率、推力及侧向力系数,发现了叶片安装位置接近叶片中心位置时,水轮机在运行中受到的载荷较小等结论。     

竖轴潮流能水轮机被动变桨数值模拟研究

竖轴水轮机的旋转不受来流方向影响,但其自启动性能较差,能量转化率低于水平轴水轮机。根据已有研究,被动变桨水轮机在旋转过程中叶片经过多数方位角区域时升力有所提高。本文通过计算流体力学软件Fluent,给定叶片不同限位角,研究叶片在水动力作用下在限位角内的变桨对竖轴水轮机能量转化率的影响,将其与定桨距水轮机进行对比,为提高水轮机性能提供合理建议。     

浪流共同作用下潮流能水轮机性能试验研究

浪流共存环境中的潮流能水轮机性能研究旨在为准确地估计潮流能发电装置的生存性及获能效率等重要指标提供依据。论文基于模型试验的方法,采用发电功率为1k W的水平轴水轮机模型,在不同叶尖浸没水深条件下,研究规则波以及极限波作用下的水轮机特性,揭示其功率与载荷的变化规律。研究结果可为潮流电站设计提供依据以及为数值方法的有效性验证提供数据。     

船舶电力永磁同步推进电机空间电压矢量DTC

为能更好地控制船舶推进电机的动态和静态性能,在传统直接转矩控制的基础上提出基于空间矢量调制的直接转矩控制算法。通过空间矢量控制、磁链控制和转矩控制,介绍空间矢量调制直接转矩控制算法的基本原理;结合船舶永磁同步推进电机的数学模型,在MATLAB/Simulink中建立船舶电力推进系统的仿真模型;结合试验电机参数,对船舶的额定负载起动性能、转速转矩突变及低速性能进行仿真分析。仿真结果表明,基于空间矢量调制的直接转矩控制技术在船舶电力推进系统中具有良好的调速、调矩和低速性能,能很好地满足船舶电力推进系统的需求。通过搭建基于DSP的永磁同步电机直接转矩控制硬件试验平台,进一步验证基于空间电压矢量的直接转矩控制策略的正确性和可行性。     

导流型自动调向变桨距水平轴潮流能水轮机结构设计与性能研究

潮流能水轮机是海洋潮流能开发的主要装置之一,其工作性能对提高海洋能源利用效率具有重要意义。为了研究潮流能水轮机变桨水动力特性,本文建立潮流能水轮机水动力模型,并结合实际模型进行变桨力矩计算,计算结果与实际相符,可为工程实践提供参考。     

剪切流对水平轴潮流能水轮机水动力性能影响

为了研究剪切流下潮流能水平轴水轮机水动力载荷特性,本文基于CFD方法,建立剪切流模型,计算了剪切流下水平轴水轮机的水动力载荷,并分析得出剪切率对水动力载荷的影响规律。结果表明：剪切流情况下,水动力载荷系数时历曲线发生明显波动,除弯矩系数的波动频率和叶轮旋转频率一致外,其他系数的波动频率均是叶轮旋转频率的2倍,且剪切率越大,水动力载荷系数的波动幅值就越大;随着速比增大,弯矩系数的波动幅值逐渐增加,而侧向力系数波动幅值先增加再减小,在最优速比左右达到最大值。研究成果可为潮流能水平轴水轮机的结构设计和性能优化提供依据。     

无轴推进电机技术应用研究

对可用于水面及水下航行器无轴推进系统4种推进电机工作原理、特点、转矩强度、电力变换器要求、声学性能等技术方面的研究分析比较,得出采用交流永磁同步电机是当前无轴推进器应用的最佳选择。     

基于直流电网的异步发电系统控制策略

针对异步直流发电中变转速控制与变转矩控制相结合的新颖综合控制模式,介绍其发电系统的结构、变转速模式特性、转速寻优策略和转矩控制特性并给出具体方法。以柴油机组万有特性为着眼点,提出分级阶跃变转速策略和控制程序流程,通过Matlab/simulink搭建系统模型进行仿真试验以验证变速控制策略的正确性;以异步发电机和变换器为对象,提出基于直接转矩控制策略(DTC)的转矩控制模式,以实现单机直流电压的稳定;最终通过小比例试验验证转矩控制模式实现的可行性。     

无速度传感器永磁同步电机低脉动直接转矩控制

传统永磁同步电机直接转矩控制系统的定子磁链、电磁转矩脉动较大,这些脉动在影响系统性能的同时,也影响电机参数的辨识精度。为实现永磁同步电机的低脉动无速度传感器直接转矩控制,采用EKF(扩展卡尔曼滤波器)构建电机转速、定子磁链观测器,以实现电机转速等参数的实时在线观测;构建转矩、磁链SMC(滑模控制器)取代传统DTC(直接转矩控制)中的滞环比较器和开关表以降低脉动。结果表明,无速度传感器永磁同步电机低脉动直接转矩控制能有效地降低电机转矩、磁链脉动,改善系统控制性能,同时,能实现永磁同步电机变量的快速、精确观测。     

船舶永磁同步电机直接转矩控制机制研究

直接转矩控制是船舶永磁同步电机调速系统的关键技术,船舶永磁同步电机调速系统具有非线性等变化,当前船舶永磁同步电机直接转矩控制存在控制不精确、转速超调量大等缺陷。为了提高船舶永磁同步电机直接转矩控制效果,设计了基于小波神经网络的船舶永磁同步电机直接转矩控制机制。首先分析当前船舶永磁同步电机直接转矩控制进展,建立船舶永磁同步电机直接转矩控制的数学模型,然后采用小波神经网络和PID相融合的船舶永磁同步电机直接转矩控制机制,最后采用Simulink软件建立船舶永磁同步电机直接转矩控制仿真平台。仿真测试结果表明,本文机制减少了船舶永磁同步电机直接转矩控制误差,船舶永磁同步电机转速超调量几乎为0,使船舶永磁同步电机调速系统具备更好的稳态性能,控制效果要明显优于其他船舶永磁同步电机直接转矩控制机制。     

飞轮储能系统建模与仿真研究

为研究独立电力系统采用飞轮储能系统对大功率脉冲负载的供电性能,本文在分析了飞轮储能系统工作原理基础上,对飞轮储能系统建模与仿真开展了研究。采用了PSCAD/EMTDC软件搭建按照其实际组成搭建了SPWM控制的变流器及触发控制信号仿真模型,利用具有大转动惯量、小摩擦系数和小阻力转矩的负载模拟飞轮转子,建立了飞轮储能系统的全系统模型。通过对建立的模型进行仿真,给出了飞轮储能系统在储能状态、放能状态及两者之间的转换过渡时刻的转速、转矩、电流及母线直流电压响应曲线,深入分析表明,该仿真结果与理论完全一致,证明了飞轮储能负载的仿真模型是正确有效的。研究的相关结论可用于相关电力系统供电稳定性的仿真设计。     

漂浮式潮流电站载体船结构强度分析

漂浮式潮流电站是一种海洋潮流能转换系统。考虑载体的稳性,经济性以及其对水轮机水动力性能的影响,文章采用一种新型双体船作为潮流电站的载体。与常规船相比,该双体船结构较复杂,中间开口结构严重不连续;采用井字结构支撑水轮机组;其无航速且必须具有足够的稳性。另外,载体结构承受的载荷特性也较为复杂,除了承受环境载荷外还要承受水轮机组的水动力载荷。因潮流电站双体船载体结构新颖,载荷复杂的特性,很难直接利用规范或者现成的理论评估电站载体结构的整体强度。文中基于三维势流理论计算载体的波浪载荷,利用CFX软件计算水轮机的水动力载荷,采用"等效刚性轴"方法施加载荷;最后利用有限元方法对载体船结构进行计算。计算结果显示:该方法能够真实反映支撑结构的应力分布特点。该文的研究可为潮流能电站载体结构选型,设计提供参考,将对弥补能源短缺,缓解环境污染起到重要作用。     

基于云平台和分布式处理技术的船舶数据采集系统

船舶在工作过程中,许多数据以及相关参数需要采集,针对当前船舶数据采集系统可扩展性差,工作速度低,数据采集准确差的不足,设计了基于云平台和分布式处理技术的船舶数据采集系统。首先对当前船舶数据采集系统研究现状进行分析,指各种船舶数据采集系统的局限性,然后结合云平台和分布式处理技术的优点设计了船舶数据采集系统,最后通过具体仿真实验分析船舶数据采集系统的性能,结果表明,本文设计的船舶数据采集系统不仅可以同时对各种数据进行实时、在线采集,加快了船舶数据采集速度,降低了船舶数据采集误差,使得船舶数据更加完整、可靠,而且船舶数据采集系统的整体性能要明显优于参比的船舶数据采集系统。     

系泊状态下漂浮式潮流能电站水动力性能试验研究

本文以漂浮式潮流能电站系统为研究对象,针对其在系泊状态下是否搭载水轮机两种形式,对载体模型进行不同波浪参数下的运动特性试验.实验首先对载体在自由状态下的运动特性进行校核,当试验数据与理论计算数据吻合后,对载体在系泊状态下的运动响应特性进行试验研究.研究载体在不同搭载状态和不同波浪参数下的水动力响应,分析该潮流能电站载体在浪、流作用下的运动规律.     

船舶轴带发电机系统海试程序解析

轴带发电机系统因能有效利用主机的富裕功率,适合远洋船舶海上航行时使用。优越的经济性能使得其深受船东欢迎。为保证该系统的稳定可靠运行,需在船舶试航时对其各项性能进行试验。以71 900 DWT自卸船为研究对象,根据轴发系统工作原理,确定轴发系统海试负荷容量。通过对轴带发电机试验程序的梳理,解析了试验中关键技术的处理方法及案例,以供同类船舶试航时参考。     

一种使用浅层神经网络增强BEM模型的方法

水平轴潮流能水轮机是常用的潮流能获取装置,载荷预报是设计过程中的重要问题。BEM方法被广泛应用于水平轴水轮机的载荷预报,由于该方法计算速度快,常在早期选型优化阶段使用。BEM方法的核心步骤是通过迭代方式求解诱导系数,存在收敛性问题。文章使用没有收敛性问题处的数据进行神经网络训练,利用训练后的神经网络对产生收敛性问题处的诱导系数进行预报,实现了扩展运算域的效果。研究发现,BP神经网络模型能够有效解决收敛性问题,拓宽运算域,预测的平均误差在4%以内。通过研究BP神经网络的最优结构,为后续的相关研究提供了设计建议。