Nghiên cứu hệ thống phát điện công suất 100 w bằng sóng biển áp dụng nguyên lý thủy tĩnh

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN XUÂN SƠN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN CÔNG SUẤT 100 W BẰNG SÓNG BIỂN ÁP DỤNG NGUYÊN LÝ THỦY TĨNH Chuyên ngành : Kỹ thuật máy thiết bị thủy khí Mã số : MTK09-06 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS PHẠM VĂN THU HÀ NỘI -2012 Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan 5 10 12 14 16 19 Danh mục chữ viết tắt ký hiệu Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị MỞ ĐẦU Chương 1: Nghiên cứu số liệu thủy văn Việt Nam 1.1 Địa hình ven biển Việt Nam 1.2 Đặc điểm khí tượng thủy văn vùng biển Việt Nam 1.3 Sóng biển Chương 2: Nghiên cứu lượng sóng nguyên lý phát điện sóng 2.1 Năng lượng sóng 2.1.1 Thế 2.1.2 Động 2.1.3 Quan hệ nước sâu, nước nông, ven bờ 2.2 Lý thuyết chiều cao sóng hữu hạn 2.3 Đặc trưng thống kê sóng biển 2.3.1 Thông số tối đa 2.3.2 Chiều cao sóng H1/10 2.3.3 Chiều cao sóng H1/3 - chiều cao sóng có ý nghĩa 2.3.4 Chiều cao sóng trung bình 2.3.5 Quan hệ chiều cao sóng đặc trưng 2.4 Năng lượng sóng biển - nguồn lượng tái tạo 2.5 Các nguyên lý thu nhận lượng sóng biển 2.5.1 Phân loại theo nguyên lý chuyển đổi lượng 2.5.2 Phân loại theo tính chất định vị thiết bị biển 2.5.3 Phân loại theo tính chất sóng 2.6 Nguyên lý chuyển đổi lượng 2.6.1 Nguyên lý khí động 2.6.2 Nguyên lý thuỷ động 2.6.3.Nguyên lý thuỷ tĩnh 2.6.4 Nguyên lý máy phát điện tĩnh 25 25 25 26 27 28 29 29 29 30 30 30 31 31 33 33 34 35 35 35 35 36 37 38 40 40 41 49 51 52 52 53 54 55 55 57 61 61 64 65 68 68 70 72 74 74 76 Chương 3: Nghiên cứu, thiết kế bơm thủy tĩnh dẫn động sóng biển 3.1 Bơm thủy lực 3.1.1 Mô tả chức bơm thủy lực 3.1.1 Truyền động bơm thủy lực 3.2 Các dạng kết cấu thủy tĩnh ứng dụng 3.2.1 Dạng Rắn biển công ty Pelamis Wave Power Ltd - Anh quốc 3.2.2 Dạng Dàn khoan công ty Wave Star Energy Ltd - Đan Mạch 3.2.3 Dạng Thuyền lắc (McCabe Wave Power) hãng Hydam Ltd Ireland 3.2.4 Dạng Tấm lắc (Wave roller) hãng Aw-Energy Ltd - Phần Lan 3.3 Thiết kế bơm thủy lực dẫn động sóng biển 3.3.1 Sơ đồ cấu trúc 3.3.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực 3.3.3 Thiết kế hệ thống bơm thủy lực phao tiêu tự chiếu sáng 3.3.3.1 Phân tích kết cấu 3.3.3.2Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực 3.3.3.3 Tính toán lượng cho phao tiêu tự chiếu sáng Chương 4: Tính toán thông số hệ thống phát điện sóng biển cho phao tiêu tự chiếu sáng 4.1 Tính toán thông số 4.2 Kết luận 4.3 Tính sức bền thu nhận lượng 4.4 Tính tính ổn định phao 4.4.1 Tính 4.4.2 Tính ổn định phao Chương 5: Kết Luận kiến nghị 79 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu, kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả Nguyễn Xuân sơn CÁC CHỮ VIẾT TẮT NCL – Nước lớn cao NLT – Nước lớn thấp NRC – Nước ròng cao NRT – Nước ròng thấp CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG H- Chiều cao sóng L-Chiều dài sóng hay bước sóng A-biên độ dao động T(s)- thời gian để hai đỉnh sóng liên tiếp qua điểm xác định v- tốc độ dịch chuyển tốc độ dịch chuyển phân từ nước c - tốc độ truyền sóng;  - tần số dao động; k - số sóng A* -hằng số hlv- Hành trình làm việc bơm piston hb -Hành trình làm việc bội bơm piston ηht- Hiệu suất hệ thống ηtl - Hiệu suất thủy lực ηck -Hiệu suất khí pb - Áp suất nạp bội P – áp suất làm việc hệ thống i- Lưu lượng riêng piston: Q-Lưu lượng piston N - Công suất phát hệ thống N*-Công suất phát bội hệ thống f-Lực piston nạp f*-Lực piston nạp bội Fw -Lực đầu sóng phần tử nạp Fw *Lực đầu sóng piston nạp bội DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Bão áp thấp nhiệt đới đổ vào Việt Nam (1956÷1995) Bảng 1.2 Độ cao triều số cảng phụ theo độ cao cảng Hòn Dấu Bảng 1.3 Đặc trưng thủy triều ven biển Việt Nam Bảng 1.4 Mực nước biển Việt Nam số trạm quan trắc Bảng 1.5 Mực nước cực đại, mực nước cực tiểu với tần suất Bảng 1.6 Mực nước cao nhất, thấp cho sáu vùng Việt Nam Bảng 1.7 mực nước cực đại, mực nước cực tiểu với tần suất Bảng 1.8 Dấu hiệu để xác định kiểu sóng Bảng Dấu hiệu để xác định dạng sóng Bảng 1.10 Phân cấp sóng theo độ cao sóng Bảng 1.11 Tần suất chiều cao (m) chu kỳ sóng To(s) vùng biển miền Bắc Việt Nam Bảng 1.12 Tần suất chiều cao (m) chu kỳ sóng To(s) vùng biển miền TrungViệt Nam Bảng 1.13 Tần suất chiều cao (m) chu kỳ sóng To(s) vùng biển miền Nam Việt Nam Bảng 1.14 Sóng quan trắc khu vực dàn khoan mỏ Bạch Hổ (1986-2000) Bảng 3.1 Các thông số ban đầu Bảng 4.1 Trường hợp đường kính piston bơm d= 25 mm Bảng 4.2 Trường hợp đường kính piston bơm d= 30 mm Bảng 4.3 Trường hợp đường kính piston bơm d= 35 mm Bảng 4.4 Trường hợp đường kính piston bơm d= 40 mm DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình1.1 Bản đồ lưới trạm thuỷ văn Việt Nam Hình 1.2 Bản đồ phân bố độ sâu thềm lục địa Việt Nam Hình 1.3 Bão áp thấp nhiệt đới biển Đông năm 1995 Hình 2.1 Thế Hình 2.2 Các dạng thu nhận lượng sóng biển Hình 2.3 Các nguyên lý chuyển đổi lượng sóng sang lượng điện Hình 2.4 Nguyên lý khí động (Turbin khí) Hình 2.5 Nguyên lý thủy động (Turbin nước) Hình 2.6 Nguyên lý thủy tĩnh Hình 2.7 Nguyên lý điện tĩnh Hình 3.1 Đặc điểm dạng bơm thể tích Hình 3.2 : Bơm bánh ăn khớp Hình 3.3: Bơm bánh ăn khớp Hình 3.4: Bơm trục vít Hình 3.5 : Các phận bơm cánh gạt với rô-to cánh gạt Hình 3.6: Bơm cánh gạt tác động kép Hình 3.7: Bơm cánh gạt đơn có điều chỉnh lưu lượng Hình 3.8: Một pít tông trông bơm pít tông hướng kính trục lệch tâm Hình 3.9: Bơm pít tông hướng trục Hình 3.11: Nguyên lý làm việc thiết bị phát điện loại rắn biển (PELAMIS) Hình 3.12: Modul tổ hợp phát điện tập đoàn Pelamis - Anh quốc Hình 3.13: Rắn biển vị trí làm việc trạm thu nhận lượng chuyển tới hộ tiêu thụ Hình 3.14: Dạng Dàn khoan công ty Wave Star Energy Ltd - Đan Mạch Hình 3.15: Dạng Thuyền lắc kiểu PeterMcCabe Hình 3.16: Dạng Tấm lắc hãng Aw-Energy Ltd - Phần Lan Hình 3.17: Sơ đồ cấu trúc thiết bị thu lượng sóng biển Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực Hình 3.19: Sơ đồ cấu trúc hệ thống phát điện lượng sóng Hình 3.20: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phát điện lượng sóng Hình 3.21: Kết cấu phao tiêu phát điện sóng biển Hình 3.22: Trạng thái lật nghiêng phao Hình 3.23: Sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực thiết bị phát điện sóng biển Hình 4.1: Thùng dầu thuỷ lực Hình 4.2: Sơ đồ lực tác dụng lên cần thu nhận lượng Hình 4.3: Biểu đồ mômen: Hình 4.4: Phao tiêu chiếu sáng lượng sóng biển Hình 4.5: Mômen lật phao tiêu Hinh 4.6: Xác định trọng tâm C lực Hinh 4.7: Xác định trọng tâm C phao tiêu MỞ ĐẦU Hiện nay, Việt nam nước có kinh tế phát triển mạnh khu vực Tốc độ phát triển kinh tế 10% năm, nhu cầu lượng cho phát triển kinh tế vấn đề quan tâm hàng đầu Ngoài nguồn lượng hóa thạch than đá, dầu mỏ nguồn lượng tái tạo thủy điện khai thác triệt để Ngoài lượng gió, lượng mặt trời, lượng sóng đẩy mạnh nghiên cứu, ứng dụng nhắm đáp ứng tốt cho nhu cầu phát triển Việt Nam có bờ biển dài với hàng ngàn đảo lớn nhỏ nên nói nguồn lượng từ sóng biển lớn, đặc biệt miền Trung đảo Các chuyên gia tính toán, với điều kiện sóng, gió, địa lý Việt Nam lượng tạo từ 1m2sóng biển xếp vào loại lớn giới So với thủy điện, điện sóng không phá hoại môi trường, không làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái, cảnh quan So với điện hạt nhân, điện sóng có mức đầu tư hơn, tính an toàn cao hơn, tạo đồng tình xã hội lớn hơn, không cần máy điều hành lớn phức tạp Vì giới gọi điện sóng nguồn lượng Ở Việt Nam có số hội nghị đề tài nghiên cứu vấn đề tạo điện sóng, chưa quan tâm mức để triển khai vào thực tế Chúng ta tập trung chủ yếu vào nhiệt điện, thủy điện, điện gió điện hạt nhân Thiết bị thủy lực ngày ứng dụng rộng rãi công nghiệp đặc biệt khai thác lượng Với ưu điểm kích thước nhỏ gọn so với kết cấu khí công suất, thiết bị thủy lực phù hợp cho hệ thống làm việc biển 10 Để tài nghiên cứu lượng sóng nghiên cứu ứng dụng thiết bị thủy lực cho hệ thống khai thác lượng sóng cấpthiết Luận văn với Đề tài: “Nghiên cứu hệ thống phát điện công suất 100 W sóng biển áp dụng nguyên lý thủy tĩnh” Được chia làm chương: Chương 1: Nghiên cứu số liệu thủy văn Việt Nam Chương 2: Nghiên cứu lượng sóng nguyên lý phát điện sóng Chương 3: Nghiên cứu bơm dẫn động sóng biển theo nguyên lý thủy tĩnh Chương 4: Tính toán thiết kế hệ thống phát điện sóng biển cho phao tiêu tự chiếu sáng Chương 5: Kết luận kiến nghị 11 - Hiệu suất hệ thống: ηht =ηtl.ηck.ηpd; - Áp suất nạp bội: pb= ε.p [bar]; P – áp suất làm việc hệ thống d dm [ ]; h lv 4.106 st - Lưu lượng riêng piston: i  - Lưu lượng piston: Q = - Công suất phát hệ thống: N= - Công suất phát bội hệ thống N*= ε.N; - Lực piston nạp: f = p - Lực piston nạp bội : f* = ε.f; - f Lực đầu sóng phần tử nạp: Fw = ; k - Lực đầu sóng piston nạp bội : FW*  i.60 lít [ ]; ph T Q.p th ; 612 .d ; 4.10 66 f* k Hình 3.224: Các thôông số độnng lực bả ản thiếết bị 67 CHƯƠNG TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CHO HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN BẰNG SÓNG BIỂN CHO PHAO TIÊU TỰ CHIẾU SÁNG 4.1 Tính toán thông số Với công thức tính toán mục 3.3 tính thông số hệ thống với thông số đầu vào bảng 3.1, với trường hợp đường kính piston d = 25, 30, 35, 40 mm áp suất phát p = 25, 30, 35, 40 bar ta kết sau Bảng 4.1 Trường hợp đường kính piston bơm d= 25 mm TT Thông số K.hiệu Đơn vị Giá trị Áp suất phát p bar 25 30 35 40 Hệ số khuyếch đại k - 6,67 6,67 6,67 6,67 Hành trình làm việc piston hlv mm 45 45 45 45 Hành trình làm việc bội piston hb mm 60 60 60 60 Hiệu suất hệ thống ηht - 0,6 0,6 0,6 0,6 Áp suất nạp bội pb bar 37,5 45 52,5 60 Lưu lượng riêng (của piston) i lit/st 0,22 0,22 0,22 0,22 Lưu lượng (của piston) Q lit/ph 0,33 0,33 0,33 0,33 Công suất phát hệ thống N kW 0,04 0,04 0,05 0,06 10 Công suất phát bội hệ thống N* kW 0,06 0,07 0,08 0,09 11 Lực piston nạp f kG 122,7 147,2 171,7 196,2 12 Lực piston nạp bội f* kG 184 220 257,6 294,4 13 Lực đầu sóng phần tử nạp FW kG 18,4 22,1 25,8 29,4 14 Lực đầu sóng phần tử nạp bội FW* kG 27,6 33,1 38,6 44,2 Bảng 4.2 Trường hợp đường kính piston bơm d= 30 mm TT Thông số Áp suất phát Hệ số khuyếch đại Hành trình làm việc piston Hành trình làm việc bội piston Hiệu suất hệ thống Áp suất nạp bội Lưu lượng riêng (của piston) Lưu lượng (của piston) K.hiệu Đơn vị p k hlv hb 68 Giá trị ηht bar mm mm - 25 6,67 45 60 0,6 30 6,67 45 60 0,6 35 6,67 45 60 0,6 40 6,67 45 60 0,6 pb i Q bar lit/st lit/ph 37,5 0,32 0,48 45 0,32 0,48 52,5 0,32 048 60 0,32 0,33 10 Công suất phát hệ thống Công suất phát bội hệ thống 11 N N* kW kW 0,05 0,08 Lực piston nạp f kG 176,6 211,9 247,3 282,6 12 Lực piston nạp bội f* kG 264,9 317,9 370,9 423,9 13 Lực đầu sóng phần tử nạp FW kG 26,5 31,8 37,1 42,4 14 Lực đầu sóng phần tử nạp bội FW* kG 40 47,7 55,6 63,4 0,06 0,10 0,08 0,11 0,09 0,13 Bảng 4.3 Trường hợp đường kính piston bơm d= 35 mm TT Thông số Áp suất phát Hệ số khuyếch đại Hành trình làm việc piston Hành trình làm việc bội piston Hiệu suất hệ thống 10 11 Áp suất nạp bội Lưu lượng riêng (của piston) Lưu lượng (của piston) Công suất phát hệ thống Công suất phát bội hệ thống K hiệu Đơn vị p k hlv hb Giá trị ηht bar mm mm - 25 6,67 45 60 0,6 30 6,67 45 60 0,6 35 6,67 45 60 0,6 40 6,67 45 60 0,6 pb i Q N N* bar lit/st lit/ph kW kW 37,5 0,43 0,65 0,07 0,11 45 0,43 0,65 0,09 0,13 52,5 0,43 0,65 0,10 0,15 60 0,43 0,65 0,12 0,18 Lực piston nạp f kG 240,4 288,5 336,6 384,7 12 Lực piston nạp bội f* kG 360,6 432,7 504,9 577 13 Lực đầu sóng phần tử nạp FW kG 36,1 43,3 50,5 57,7 14 Lực đầu sóng phần tử nạp bội FW* kG 54,1 64,9 75,7 86,6 Bảng 4.4 Trường hợp đường kính piston bơm d= 40 mm TT Thông số Áp suất phát Hệ số khuyếch đại Hành trình làm việc piston Hành trình làm việc bội piston Hiệu suất hệ thống Áp suất nạp bội Lưu lượng riêng (của piston) Lưu lượng phút (của piston) Công suất phát hệ thống K hiệu Đơn vị p bar 25 k 6,67 hlv mm 45 hb mm 60 0,6 ηht pb i Q N 69 bar lit/st lit/ph kW 37,5 0,56 0,85 0,10 Giá trị 30 35 6,67 6,67 45 45 60 60 0,6 0,6 40 6,67 45 60 0,6 45 0,56 0,85 0,11 60 0,56 0,85 0,15 52,5 0,56 0,85 0,13 10 11 12 13 Công suất phát bội hệ thống Lực piston nạp Lực piston nạp bội Lực đầu sóng phần tử nạp N* f f* FW kW kG kG kG 0,14 314 471 47,1 0,17 0,20 376,8 439,6 565,2 569,4 56,5 65,9 0,23 502,4 753,6 75,4 14 Lực đầu sóng phần tử nạp bội FW* kG 70.65 84.78 98.91 113.04 Điều kiện để hệ thống thu nhận chuyển đổi lượng hoạt động lực tác động phao thu nhận lượng phải lớn (hoặc bằng) lực piston nạp tương ứng Hay đây, lực đầu sóng FW phải nhỏ hiệu số FA – G Với FA lực Acsimet tác dụng lên phần tử phao thu nhận, G trọng lượng phần tử Giả thiết ta sử dụng phao thu nhận lượng có kích thước d= 4,0 dm; h= 3,0 dm phao chế tạo thép có độ dày mm, có khối lượng P = 10 kG, lực Acimet gần tác dụng lên phao thu nhận lượng là: d 2p 3,14.4,02 3,0  42,6 kG 4 Lực đầu sóng phần tử nạp FW phải nhỏ hơn: FW < FA – P = 42,6- 10 = 32,6 kG 4.2 Kết luận Qua bảng tính kết ta nhận thấy với chọn lựa d = 30mm, áp suất phát p = 30 bar có công suất N =0,06 kW (60 W) hợp lý, thỏa mãn yêu cầu đặt đề Các trường hợp đường kính bơm piston d 30 mm, lực đầu sóng phần tử nạp yêu cầu lớn, dẫn đến kích thước phao thu nhận lượng phải lớn, kéo theo kết cấu thiết bị không hợp lý Trường hợp tăng áp suất nạp p >30 dẫn đến lực đầu sóng đòi hỏi lớn kéo theo kích thước phao thu nhận phaie lớn điều phá vỡ chuỗi kích thước chung Hơn mục tiêu công suất phao không đòi hỏi lớn, trường hợp bị loại bỏ Qua phần tính toán trên, ta có bảng thông số hệ thống cung cấp lượng điện cho phao tiêu chiếu sáng đáp ứng yêu cầu sau: FA = 1,13 b  1,13 Bảng 4.5 Các thông só phao tiêu tự chiếu sáng TT Thông số Chu kỳ sóng(1) Chiều cao sóng(1) Chiều cao sóng max(1) Cánh tay đòn ngắn(2) (3) Cánh tay đòn dài (2) (3) Đường kính piston (2) 70 K hiệu Đơn vị Giá trị T H Hmax l L d s mm mm mm mm mm 300 400 150 1000 25, 30, 35, 40 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Số lượng bơm(2) Hiệu suất thủy lực hệ thống(2) Hiệu suất khí hệ thống(2) Hiệu suất phát điện(2) Áp suất phát(2) Hệ số nạp bội Áp suất phát Hệ số khuyếch đại Hành trình làm việc piston Hành trình làm việc bội piston Hiệu suất hệ thống n ηtl ηck ηpd p ε p k hlv hb Áp suất nạp bội Lưu lượng riêng (của piston) Lưu lượng (của piston) Công suất phát hệ thống Công suất phát bội hệ thống 23 ηht bar mm mm - 0,90 0,85 0,60 25, 30, 35, 40 1,5 30 6,67 45 60 0,6 pb i Q N N* bar lit/st lit/ph kW kW 45 0,32 0,48 0,06 0,10 Lực piston nạp f kG 211,9 24 Lực piston nạp bội f* kG 317,9 25 Lực đầu sóng phần tử nạp FW kG 31,8 26 Lực đầu sóng phần tử nạp bội FW* kG 47,7 Công suất suất cần thiết động dầu hệ thống là: N Nđc =  pd đó: N – công suất phát điện hệ thống, N = 60W (xem bảng 1); ηpd – hiệu suất phát điện hệ thống, ηtl = 0,6 (xem bảng 1) Ta được: N dc  Do: N dc  0,06  0,1kW 100 W 0,6 612.N dc pQ tl  Q  612 p.tl đó: ηtl - hiệu suất thuỷ lực hệ thống, ηtl = 0,9 (xem bảng 1); p - áp suất phát hệ thống, p = 30 bar (xem bảng 1) Lưu lượng cần thiết hệ thống là: 71 Q  612.0,1  2,27 lit/ph 30.0,9 Hệ thốnng thuỷ lực bố trrí hìnhh đâây Hìnnh 4.1: Thùnng dầu thuỷ lực cụm vaan điều tốc; lọc hồồi; lọc thở; cụm m van thuỷ lực l chức năăng; Chỉ thị mức dầầu, máy pphát điện; 7 hộp truyềnn động; bệ b động thuỷ t lực mááy phát; động đ thuuỷ lực; 10 thhùng dầu; 11 nắp đổ dầu; d 12 bình h tích T Tính sức bền b th hu nhận lượng g 4.3 Trong q trình phao tiêu hoạt động, thu nhận n lượng (gồm m phao o thu nhận n lượngg), tácc dụng củaa lực đẩy FA chuyyển động xoay quanh h điểm O, cààng thu nhhận lư ượng truyềền cho cần bơm b piston, cung cấp p lượngg hệ thống Nếu ta xét thời điểểm tức thờ ời càn ng thu nhậận lư ượng đangg ộng, ta t coi cànng thu nhậnn lượ ợng đứng đ yên v chịu tácc chuyển độ 72 động c lực hình Dưới D đây, ta t tiến hành kiểm tra t bền theo ứng suấtt pháp tiếết diện có mômen m uốnn lớn Hình 4.2:: Sơ đồ lực tác dụng lênn cần thu nh hận lư ượng Lực tácc dụng lên thu nhận n năngg lượng khhi gồm: trọng lượ ợng G1 củaa phaoo tiêu, trọng lượng G2 thu nhận, không k đán ng kể, có thhể bỏ qua; lực l tácc độngg lên phao thu nhận n lượng g FW, phản lực cầnn bơm pistoon tác độnng lên g thu nnhận lượng chuyyển động FA Theo thhiết kế tronng Chuyên đề G1 = 12 kkG Theo bảảng ta cóó Fw = 32 kG; k FA = 2112 kG Theeo bảng ta t có l = 1550 mm, L= = 10000 mm Từ thông số ban đầầu ta có c biểu đồ mômen táác dụng lênn thu u nhậnn lượ ợng mộtt thời điểm m tức thời phao đ thu nhận n lượng l sau: Hìnhh 4.3: Biểu đồ mômen: a- FW; b - G1 ; c- FB; d- mômen uốn tổng cộng c Điều kiệện bền củaa cần thu nh hận lư ượng là: M   X   ; WX u nhận năngg lượng đư ược chế tạoo hai đo oạn ống 38x3 đối xứng x nhau,, Cần thu ứng suất tạại thiết diệnn chịu môm men lớn nhhất đượcc tính sau: s nên ứ 73 MX   2.WX Trong đó, M = 27,6 kN.cm (xem hình 7), ứng suất cho phép chi tiết máy làm thép CT3 [б] = 100 MN/ m2 = 10 kN/ cm2 Mômen chống uốn Wx tính sau: Wx = 0,1.D3 (1 – α4) với D = 38 mm = 3,8 cm; α tỷ số đường kính đường kính ống, α = 38/32 = 0,84; đố mômen chống uốn Wx bằng: Wx = 0,1.3,83 (1 – 0,844)= 2,76 cm3 MX 27,6    kN / cm2   2.WX 2.2,76 Vậy chi tiết đảm bảo bền phao tiêu hoạt động 4.4 Tính tính ổn định phao 4.4.1 Tính Tính phao tiêu khả giữ cho phao tiêu vị trí xác định so với mặt nước, phao tiêu vận hành trạng thái tĩnh (nghĩa vận tốc nào), phần phao tiêu lên trên, phần lại hoàn toàn mặt nước Trên vật tĩnh (không có chuyển động), điểm thể tích vật ngâm nước có áp lực nước tác dụng với vật tiếp xúc với nước theo phương tác dụng vuông góc với mặt tiếp xúc vật với nước…  74 Hình 4.4: Phao tiêu chiếu c sáng b lượng l sóng biển g với phaao tiêu, xéét lực tác t dụng lêên phao tiêêu gồm có ó Chọn hệệ toạ độ gắn c làà: trọngg lực FG vàà lực FA Điều kiện để phaoo tiêu cân - lực FA lớn hơnn trọng lực FG; - trọng tâm phao tiêêu G tâm m C cùnng nằm đườ ờng thẳng đđứng c cân xứ ứng phhao tiêu, điềều kiện thứ ứ hai luôn thoả mãn,, Do kết cấu n C c nằm t đường g tim phao p chính,, trọngg tâm G củủa phao tiêuu tâm dướii ta chỉỉ xét điều kiện k thứ nhhất Giả thiếết toàn phao tiêu bị nhấn n chìm m nướ ớc biển, taa có đường g k thướcc phao hình h 9), khii kínhh phao D = 1500 mm (xem kích thhể tích chiếếm nước V sé tíính sauu: V= V1 + V2 = .D .D h h1  4 3,14.1,5 3,144.1,5 0,7222 0,993   2,18 m3 4 ước mặn γ = 1,025 tấnn/m3 Khi đ lực FA tín nh sauu: tỷ trọọng nư FA = γ.V = 1,025*2,18 = 2,23 ≈ 22 kN ượng phao p tiêu đ tính gầần nhhư sau: Trọng lư 75 FG = M1 + M2 + M3 M1 trọng lượng gối dằn dưới, chọn sơ M1 = 730 kg; M2 trọng lượng vỏ phao tiêu (bao gồm vỏ phao chính, nắp trên, cột đèn tín hiệu), tính sơ phần mềm Solidwork M2 = 400 kg (xem hình 10); M3 trọng lượng thiết bị khí, thuỷ lực lắp lòng phao chính, lấy M3 = 350 kg Ta có: FG = 730 + 400 + 350 = 1500 kG ≈ 15 kN < FA Vậy phao tiêu thoả mãn điều kiện thứ tính Khi phao tiêu trạng thái làm việc mặt nước, chiều cao h2 (chiều cao phần côn) phần chiều cao phần trụ h3 (h3 < h1) bị ngập nước Giá trị h3 xác định trọng lượng phao tiêu cân với lực tác dụng lên phao tiêu, tức FG = FA =1500 kN Từ (1.1) (1.2) ta có công thức tính h3 sau: FA D h 1,5 3,14.1,52 0,722    1,025 h3   = 0,590 m 2 3,14.1,5 .D 4 Vậy khoảng cách từ tâm toạ độ gắn với phao tiêu (hình 9) tới bề mặt thoáng là: H = h2+ h3 = 0,722 + 0,588 = 1,31 m = 1310 mm Dưới ta tiếp tục xác định tính ổn định phao tiêu chiếu sáng 4.4.2 Tính ổn định phao Một tính quan trọng phao tiêu tính ổn định phao tiêu Tính ổn định phao tiêu tạm hiểu có tác dụng ngoại lực (sóng lớn, gió to …), phao tiêu bị cân bằng, ngoại lực tác dụng, phao tiêu trở trạng thái cân ban đầu Trong trường hợp phao tiêu không đạt yêu cầu trên, ta nói phao tiêu tính ổn định Nếu có mômen ngoại lực tác dụng lên phao tiêu trạng thái cân thẳng đứng, tàu bị nghiêng góc  lúc tâm dịch phía nghiêng, phương tác dụng trọng lượng lực không nằm đường thẳng đứng nên tạo thành cặp mômen ngẫu lực, tuỳ theo tương quan trọng lượng lực ta có mômen phục hồi mômen gây lật phao tiêu 76 Hình 4.5: Mômen lật phao tiêêu Cáác trường hợ ợp: a bị nghiêng saang trái; b bị b nghiêng sang phải; M: môm men ngoại lự ực gây nghiêêng, G: trọnng tâm phaoo tiêu; C trọọng tâm lực Chọn hệệ toạ độ nhhư hìnhh 5.5, tíính đối xứnng phaao tiêu nênn trọng tâm m m phao o tiêu, toạ độ theo ph hương x vaa theo phư ương y củaa G vàà C nằằm tim trọngg tâm G vàà C Từ hình 5.6 5.7 ta t nhận thấấy a = zC - zG >0 lực nổii trrọng lực củủa phao tiêêu hình thành t nên mômen phhục hồi, còòn a = zC - zG < phaoo tiêu tiếếp tục nghiiêng ổn định Xác địnhh toạ độ trọng tâm C khối llượng nướcc bị choán chỗ phần p mềm m nh 12), x = 0, yC =0, zc = 842,11 Soliddwork (hìn 77 H Hinh 4.6: Xác định trọngg tâm C củaa lực Và toạ độ trọngg tâm G, zG = 700; toạ t độ xG = 0,01 mm m, yG =0,033 sai lệch khôngđáng k g n nằằm đư ường tim củủa phao tiêuu (xem hìnnh 14) kể , ccó thể coi Hinnh 4.7: Xác định trọng tâm C phao p tiêu Ta có a = zc – zG = 842,11 -710 =132,11 >0 kiệnn ổn định 78 v vậy, phao tiêu thoả mãn điều u CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN -Nghiên cứu sử dụng lượng tái tạo yêu cầu cấp thiết để phát triển kinh tế Với điều kiện thủy văn , Việt Nam có đầy đủ điều kiện thuận lợi để nghiên cứu khai thác lượng sóng khu vực hải đảo phục vụ nhu cầu dân sinh, an ninh quốc phòng - Luân văn nghiên cứu tổng quan điều kiện thủy văn Việt Nam, đưa số thống kê mực nước thủy triều, đặc điểm sóng khu vực làm sở cho việc tính toán lượng sóng - Luận văn nghiên cứu đặc trưng sóng biển, lượng sóng -Luận văn nghiên cứu nguyên lý chuyển đổi sóng biển: nguyên lý thủy động, nguyên lý thủy tĩnh đồng thời nghiên cứu dạng kết cấu cho nguyên lý - Luận văn thiết kế sơ đồ nguyên lý, sơ đồ khối cho thiết bị phát điện sóng biển theo nguyên lý thủy tĩnh -Luân văn thiết kế thông số kỹ thuật, tính toán thiết bị thủy lực cho hệ thống phao tiêu tự chiếu sáng Kiểm tra thông số hệ thống đảm bảo hệ thống làm việc ổn định 5.2 KIẾN NGHỊ Trên sở kết tính toán, thiết kế cho hệ thống phao tiêu tự chiếu sáng, để nghị tạo điều kiện chế tạo phao tiêu thay phao tiêu truyền thống phục vụ an toàn giao thông đường thủy Nghiên cứu hệ thống phát điện sóng biển công suất đến 10 kW theo nguyên lý thủy tĩnh đáp ứng nhu cầu điện cho Đảo chưa có điện lưới thiết bị phát điện khác 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Phạm Văn Giáp, (2004), Sóng biển cảng biển, NXB Xây dựng, Hà Nội Ngô Sỹ Lộc, (1967), Truyền động thủy lực thể tích, NXB ĐHBK, Hà Nội Ngô Sỹ Lộc, (1967), Máy thủy lực thể tích, NXB ĐHBK, Hà Nội Trần Xuân Tùy, (2002), Hệ thống điều khiển tự động thủy lực, NXB KH&KT, Hà Nội Tiếng Anh Martin H.R., The Control of Fluid Power, London-England, Longman Group 1973 Bank D.D and Bank D.S Industrial Hydraulic System, New York, Prentice Hall 1988 Basic fluid Power Research Journal, vol1.FPRC, Oklehoma State University, 1989 Hydraulic component design anh Selection – E.C.Fitch, I.T.Hong Publicshed and Reprinted by V&M SYSTEMS CONSULTANCY LTD 1997 80 ... tài: Nghiên cứu hệ thống phát điện công suất 100 W sóng biển áp dụng nguyên lý thủy tĩnh Được chia làm chương: Chương 1: Nghiên cứu số liệu thủy văn Việt Nam Chương 2: Nghiên cứu lượng sóng nguyên. .. đồ nguyên lý hệ thống thủy lực Hình 3.19: Sơ đồ cấu trúc hệ thống phát điện lượng sóng Hình 3.20: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phát điện lượng sóng Hình 3.21: Kết cấu phao tiêu phát điện sóng biển. .. Nghiên cứu lượng sóng nguyên lý phát điện sóng Chương 3: Nghiên cứu bơm dẫn động sóng biển theo nguyên lý thủy tĩnh Chương 4: Tính toán thiết kế hệ thống phát điện sóng biển cho phao tiêu tự chiếu