CN112963293B - 一种振荡浮子摆翼涡轮的波浪能装置及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及波浪能获取发电装置技术领域，具体地说是一种振荡浮子/摆翼涡轮的波浪能装置及其设计方法，该波浪能装置包括浮子、长轴、万向联轴器、摆翼涡轮组件，浮子内设有发电装置，发电装置的输入轴伸出浮子下方经万向联轴器与长轴上端相连接，长轴的下端与摆翼涡轮组件相连接，所述的摆翼涡轮组件至少设有一组，摆翼涡轮组件包括主轴、轮毂和叶片，所述的轮毂中部与主轴固定连接，轮毂侧面设有至少三个连接头，连接头环形分布在轮毂圆周上并与轮毂之间经弹性件弹性转动连接，叶片与连接头固定连接，相邻的摆翼涡轮组件之间经主轴相连接，具有结构简单、能够适应复杂的海况、具有较高的可靠度、能量转化效率高、具有较高的应用价值等优点。

Description

一种振荡浮子摆翼涡轮的波浪能装置及其设计方法

技术领域

本发明涉及波浪能获取发电装置技术领域，具体地说是一种结构简单、能够适应复杂的海况、具有较高的可靠度、能量转化效率高、具有较高的应用价值的振荡浮子/摆翼涡轮的波浪能装置及其设计方法。

背景技术

众所周知，世界能源危机愈演愈烈，人们纷纷把目光投向海洋。海洋占全球表面面积的71％，蕴藏巨大能量，其中波浪能是海洋能量的主要存在形式之一，具有储量巨大、清洁、可再生等优点，被认为是解决能源问题的新方向。我国的波浪能资源可观，波浪能的蕴含量约达1.5亿kW，可开发利用量约为2300～3500万kW，具有十分广阔的发展前景。

目前，现有的波浪能发电装置大致有振荡浮子式、振荡水柱式、推摆式、点头鸭式、笩式、越浪式等几类。由于波浪能发电装置的动力部件是由波浪驱动的，因而大多具有往复运动的特征，难以直接与传统发电机连接，且往复运动使得大多发电装置处于间歇工作状态，此外，由于波浪周期较长，这些装置的工作频率普遍偏低。

从波浪能的利用上看，通过波浪能发电为近海陆地供电并不急需，而目前比较紧迫的是远海海洋探测装置供电。为了保证探测装置的可靠性，通常采用的是振荡浮子式波浪能发电装置。目前，振荡浮子式的能量转换机构通常采用的是直线电机或液压装置，存在密封性不好、效率低、实现困难、可靠性差、工作频率低等问题。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、能够适应复杂的海况、具有较高的可靠度、能量转化效率高、具有较高的应用价值的振荡浮子/摆翼涡轮的波浪能装置及其设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种振荡浮子/摆翼涡轮的波浪能装置，其特征在于该波浪能装置包括浮子、长轴、万向联轴器、摆翼涡轮组件，浮子内设有发电装置，发电装置的输入轴伸出浮子下方经万向联轴器与长轴上端相连接，长轴的下端与摆翼涡轮组件相连接，所述的摆翼涡轮组件至少设有一组，摆翼涡轮组件包括主轴、轮毂和叶片，所述的轮毂中部与主轴固定连接，轮毂侧面设有至少三个连接头，所述的连接头环形分布在轮毂圆周上并与轮毂之间经弹性件弹性转动连接，所述的叶片与连接头固定连接，相邻的摆翼涡轮组件之间经主轴相连接。

本发明所述的波浪能装置设有两个，两个波浪能装置中的浮子之间经连杆和铰链相连接，连杆的两端分别与铰链相连接，铰链与浮子相连接，避免浮子转动。

本发明所述的浮子侧面经连接架与平台相连接，所述的连接架的一端与平台经铰链相连接，连接件的另一端经铰链与浮子相连接，避免浮子转动。

本发明所述的相邻的摆翼涡轮组件之间的主轴之间经万向联轴器相连接，最下方的摆翼涡轮组件与配重块相连接，保证串联的摆翼涡轮组件之间呈拉紧状态。

本发明所述的浮子采用球形、竖立圆柱形、底部为锥台的竖立圆柱或底部为半球的竖立圆柱。

本发明所述的叶片形状采用由翼型直接积叠而成的直翼、机翼形或者倒机翼形，翼型选用对称翼型，薄翼或前后倒圆的平板，或前缘倒圆后缘削尖的平板，或自主由光滑曲线构造的翼型。

一种振荡浮子/摆翼涡轮的波浪能装置的设计方法，其特征在于该设计方法步骤如下：

（一）海况确定：确定当地海域的主要波浪周期T和波高H，或根据波高H估算得主要波浪周期T，估算方法为：T=0.8×2π×Sqrt(H)，根据波浪周期T可得波长λ，表示为：λ=gT²/(2π)。g为重力加速度，取g=9.8m/s²；

（二）浮子确定：浮子的直径D与浮子的能量转换效率相关，可取为0.2λ~0.05λ，浮子的吃水深度d也与浮子的能量转换效率相关，可取为0.2λ~0.05λ，在以上设计参数下，经验证，配合适当的摆翼涡轮，能够保证浮子的能量转换效率η达到20%，取η=20%，进而可计算得到浮子的吸收功率为P_F=ηρg²H²DT/(32π)，ρ为水的密度；

（三）摆翼涡轮组件中主轴、轮毂设计：摆翼涡轮组件的总体直径D_T应尽量与浮子直径一致，可取为0.5D~2D，主轴长度L应不小于波高H，摆翼涡轮组件中轮毂直径D_h与总体直径D_T的比值为0.2~0.5；

（四）摆翼涡轮组件中叶片设计：摆翼涡轮组件中叶片数量N_h为2~10个，根据摆翼涡轮叶片展长公式h=(D_T-D_h)/2，得叶片展长，叶片中部弦长c取为以下两个范围的交集，分别由叶片展长和波高限制，两个范围分别为(0.1h~0.5h)、(0.12H~0.3H)；叶片根部弦长c_h由轮毂直径限制，其取值范围为(πD_h/N_h/8~πD_h/N_h)，叶片安装轴的位置距叶片前缘的距离要小于0.1倍弦长，即0.1c；

（五）摆翼涡轮组件的工况设计：摆翼涡轮的角速度设计为ω=J×1.3H/T/(D_T+D_h)，单位rad/s，J为进速系数，取值范围为5~15，根据对摆翼涡轮叶片的水动力分析，得单个摆翼涡轮的转矩为M=0.069K_TN_hρH³(D_T ²-D_h ²)/T²，依此进行发电机设计，KT为叶片的受力系数，为进速系数J的函数，表示为KT(J)=-0.0068J²+0.269J-0.337，则单个摆翼涡轮的功率为P_T=Mω，浮子吸收的功率在转换为摆翼涡轮功率时会有部分损失，转换效率约为80%，则串列摆翼涡轮数N_T为0.8P_F/P_T取整。如果串列涡轮数过大，使得实际工程实现困难，可通过增大摆翼涡轮的直径，以及增加每个涡轮的叶片数来降低串列涡轮数；

（六）叶片与轮毂之间连接头的设计：叶片与轮毂间连接头的扭转弹簧刚度系数可设计为K=0.275k’ρH³hc/T²，k’为无量纲弹簧刚度比，其取值与进速系数相关，表示为LOG₁₀[k’(J)]=0.25J-1.0，最终得到连接头的扭转弹簧刚度系数K；

（七）***调试：各参数的设计误差会导致最终***偏离原定设计工况点，由于***具有一定的自适应能力，因而可以简单调试以达到最优工况，一种简便的调试方法为：调整发电机的负载，从而微调发电机的转速和扭矩，进而能够找到最高功率的工作点。

本发明所述的步骤（一）中，当波浪不规则，近似取波高H为该海域内某点在一段时间内的波高平均值，该平均值的计算方法为：观测该点的波面曲线，统计波高计数及大小，选取最大的1/3个计算平均值。

本发明由于采用上述结构，具有结构简单、能够适应复杂的海况、具有较高的可靠度、能量转化效率高、具有较高的应用价值等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是两个波浪能装置连接关系图。

图3是波浪能装置与平台之间连接关系图。

图4是摆翼涡轮组件相互连接关系图。

图5是浮子的结构示意图，其中5-1是球形，5-2是竖立圆柱形，图5-3是底部为锥台的竖立圆柱，图5-4是底部为半球的竖立圆柱。

图6是摆翼涡轮组件的结构示意图。

图7是叶片的结构示意图，其中7-1是机翼形，7-2是直翼形，7-3是倒机翼形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如附图所示，一种振荡浮子/摆翼涡轮的波浪能装置，其特征在于该波浪能装置包括浮子1、长轴2、万向联轴器3、摆翼涡轮组件，浮子1内设有发电装置，发电装置的输入轴伸出浮子1下方经万向联轴器3与长轴2上端相连接，长轴2的下端与摆翼涡轮组件相连接，所述的摆翼涡轮组件至少设有一组，摆翼涡轮组件包括主轴4、轮毂5和叶片6，所述的轮毂5中部与主轴4固定连接，轮毂5侧面设有至少三个连接头，所述的连接头环形分布在轮毂5圆周上并与轮毂5之间经弹性件弹性转动连接，所述的叶片6与连接头固定连接，相邻的摆翼涡轮组件之间经主轴4相连接，所述的波浪能装置设有两个，两个波浪能装置中的浮子1之间经连杆9和铰链10相连接，连杆9的两端分别与铰链10相连接，铰链10与浮子1相连接，避免浮子1转动，所述的浮子1侧面经连接架7与平台8相连接，所述的连接架7的一端与平台8经铰链10相连接，连接件的另一端经铰链10与浮子1相连接，避免浮子1转动，所述的相邻的摆翼涡轮组件之间的主轴4之间经万向联轴器3相连接，最下方的摆翼涡轮组件与配重块相连接，保证串联的摆翼涡轮组件之间呈拉紧状态，所述的浮子1采用球形、竖立圆柱形、底部为锥台的竖立圆柱或底部为半球的竖立圆柱，所述的叶片6形状采用由翼型直接积叠而成的直翼、机翼形或者倒机翼形，翼型选用对称翼型，薄翼或前后倒圆的平板，或前缘倒圆后缘削尖的平板，或自主由光滑曲线构造的翼型。

上述所述的浮子1内的发电装置为旋转发电装置，与风机发电形式相同，因此该发电装置为现有技术，此不赘述。

本发明的工作原理如下：

将摆翼涡轮悬挂于浮子1下的深水中，摆翼涡轮和浮子1之间通过长轴2和万向联轴器3链接，构成振荡浮子1/摆翼涡轮***。其中，长轴2的长度应大于波浪波长的一半，如图所示，这样能够保证浮子1在海浪中做复杂运动时，仅有垂荡运动能够作用在摆翼涡轮上，从而保证摆翼涡轮的工作环境稳定。

当浮子1在波浪作用下上下垂荡运动，带动摆翼涡轮上下往复运动，摆翼涡轮将这种上下往复运动转换为旋转运动，带动浮子1内的发电机工作。由于摆翼涡轮的旋转运动为持续运动，而大多数波浪能装置的运动为往复运动，因而摆翼涡轮具有较优的机械性能。且由于摆翼涡轮旋转的转速是可以设计的，因而不受限于波浪周期，其设计更加灵活，对工况的适应性也更强。

当摆翼涡轮连续旋转并带动浮子1内的发电机工作，进而将带动浮子1旋转，这对发电机的工作是不利的。为了避免这种情况，可以采用两种方案。其一，采用双联结构的振荡浮子1/摆翼涡轮***，即将两套振荡浮子1/摆翼涡轮***链接在一起，具体的方法为：两个浮子1之间通过连杆9和铰链10链接，两组摆翼涡轮的设计旋转方向相反，从而抵消大部分的力矩。连杆9和铰链10的作用可使每个浮子1的垂荡运动都不受限制，而能够限制两者不互相碰撞，如图2所示。其二，也可以将浮子1通过连接架7和铰链10安装在平台8边缘，连接架7和铰链10同样不限制浮子1的垂荡运动，而能够限制其与平台8的碰撞，如图3所示。

当一个摆翼涡轮不足以吸收浮子1垂荡运动的能量时，可采用多组串列的摆翼涡轮形式，各涡轮之间可刚性链接，或通过万向联轴器3链接，如图4所示。应尽量减轻中间位置摆翼涡轮的重量，将配重施加在最下方摆翼涡轮上，从而保证串列摆翼涡轮出于拉紧状态。

浮子1可采用球形、竖立圆柱形、底部为锥台的竖立圆柱，或底部为半球的竖立圆柱，如图5所示。

（一）海况确定：确定当地海域的主要波浪周期T和波高H，或根据波高H估算得主要波浪周期T，估算方法为：T=0.8×2π×Sqrt(H)，当波浪不规则，可近似取波高H为该海域内某点在一段时间内的波高平均值，该平均值的计算方法为：观测该点的波面曲线，统计波高计数及大小，选取最大的1/3个计算平均值。

根据波浪周期T可得波长λ，表示为：λ=gT²/(2π)。g为重力加速度，取g=9.8m/s²。

（二）浮子1确定：浮子1的直径D与浮子1的能量转换效率相关，可取为0.2λ~0.05λ。

浮子1的吃水深度d也与浮子1的能量转换效率相关，可取为0.2λ~0.05λ。

在以上设计参数下，经验证，配合适当的摆翼涡轮，能够保证浮子1的能量转换效率η达到20%。在设计中，可取η=20%。进而可计算得到浮子1的吸收功率为P_F=ηρg²H²DT/(32π)。ρ为水的密度。

（三）摆翼涡轮组件中主轴4、轮毂5设计：所述的摆翼涡轮主要由主轴4、轮毂5和叶片6三部分构成，如图6所示。摆翼涡轮的总体直径D_T应尽量与浮子1直径一致，可取为0.5D~2D。

主轴4长度L应不小于波高H，以避免相邻涡轮之间的水动力干扰。

轮毂5固定安装在主轴4上，轮毂5上设若干接头，环形均匀分布，并能够沿叶片6展向相对轮毂5转动。接头与轮毂5之间还有弹性连接，使接头能够承受一定的扭矩。弹性接头的实现方式不限，但应能保证一定的设计扭转弹簧刚度系数。在没有扭矩作用时，接头能够自动回复到中间位置。轮毂5上的接头数量N_h以2~10个为宜。轮毂5形状应尽量选用流线型，以减小垂荡运动时的水动力阻尼。

叶片6与轮毂5接头固定连接，但连接方式不限，如焊接、粘接、法兰连接等皆可。

轮毂5直径D_h与涡轮直径D_T的比值可取为0.2~0.5，轮毂5直径应尽量取小，以减小水动力阻尼。

应控制摆翼涡轮的整体重量。尤其在采用串列涡轮的情况下，应使其适应浮子1的排水量。

（四）摆翼涡轮组件中叶片6设计：叶片6形状可以采用由翼型直接积叠而成的直翼，也可以采用机翼形，或者倒机翼形，如图7所示。

采用机翼形，即根部弦长较大，而梢部弦长较小，这样的设计具有较好的强度性能；

采用倒机翼设计，即根部弦长较小，而梢部弦长较大，这样的设计利于能量的转换，可在叶片6中植入骨架以提高强度；

采用直翼设计，即叶片6弦长沿展向不变，便于加工，其强度性能与能量转换能力较居中。

其材质设计原则为：应尽量选用轻质材质制作叶片6，以降低其转动惯量，从而有利于提高性能。

其翼型设计原则为：翼型应选用对称翼型，并尽量选用薄翼，如NACA0009、NACA0012、NACA0015、NACA0018系列翼型，或前后倒圆的平板，或前缘倒圆后缘削尖的平板，或其他自主由光滑曲线构造的翼型。

当摆翼涡轮直径D_T和轮毂5直径D_h确定，可得叶片6展长h=(D_T-D_h)/2。

叶片6中部弦长c可取为以下两个范围的交集，分别由叶片6展长和波高限制，两个范围分别为(0.1h~0.5h)、(0.12H~0.3H)。前者保证叶片6的展弦比不要过大或过小，展弦比过大导致叶片6强度和刚度不足，对轮毂5接头的要求也更高，展弦比过小导致叶片6的水动力性能下降；后者保证叶片6有一定的摆动幅度，摆动幅度过小将导致叶片6的水动力性能下降，而在一定波高下，如果要求摆动幅度比过大，则叶片6弦长必然过小，这对叶片6强度和刚度也是不利的。如果两者不存在交集，则应调整轮毂5直径，使两个范围产生交集。

叶片6根部弦长c_h由轮毂5直径限制，其取值范围为(πD_h/N_h/8~πD_h/N_h)，即在减轻相连叶片6干扰的情况下尽量增大根部弦长。如果根部弦长c_h的设计显然不合理，可调整接头数目N_h以满足要求。

叶片6安装轴的位置距叶片6前缘的距离要小于0.1倍弦长，即0.1c。

（五）摆翼涡轮组件的工况设计：摆翼涡轮的角速度可设计为ω=J×1.3H/T/(D_T+D_h)，单位rad/s。J为进速系数，取值范围为5~15。经验证，在该转速下，涡轮易达到较高能量转换效率。

根据对摆翼涡轮叶片6的水动力分析，可得单个摆翼涡轮的转矩为M=0.069K_TN_hρH³(D_T ²-D_h ²)/T²，可依此进行发电机设计。KT为叶片6的受力系数，为进速系数J的函数，表示为KT(J)=-0.0068J²+0.269J-0.337。

则单个摆翼涡轮的功率为P_T=Mω。

浮子1吸收的功率在转换为摆翼涡轮功率时会有部分损失，转换效率约为80%，则串列摆翼涡轮数N_T为0.8P_F/P_T取整。如果串列涡轮数过大，使得实际工程实现困难，可通过增大摆翼涡轮的直径，以及增加每个涡轮的叶片6数来降低串列涡轮数。一般情况下，串列涡轮数与涡轮直径呈反比关系，与涡轮叶片6数也呈反比关系。

（六）叶片6与轮毂5之间连接头的设计：叶片6与轮毂5间接头的扭转弹簧刚度系数可设计为K=0.275k’ρH³hc/T²，k’为无量纲弹簧刚度比，其取值与进速系数相关，表示为LOG₁₀[k’(J)]=0.25J-1.0；

（七）***调试：各参数的设计误差会导致最终***偏离原定设计工况点，由于***具有一定的自适应能力，因而可以简单调试以达到最优工况。一种简便的调试方法为：调整发电机的负载，从而微调发电机的转速和扭矩，进而能够找到最高功率的工作点。

实施例

（一）海况确定：针对如下海况进行设计：通过观测，得到该海域主要波高H=1米，直接代入公式T=0.8×2π×Sqrt(H)，估算波浪周期T=5秒；根据波长公式λ=gT²/(2π)，可得波长λ=39m。

（二）浮子1确定：

选用球形浮子1。

设计浮子1直径D的取值范围为0.2λ~0.05λ，即7.8m~1.95m，取D=4m。

设计浮子1吃水d的取值范围为0.2λ~0.05λ，即7.8m~1.95m，取d=2m。

设计浮子1的吸收功率P_F=ηρg²H²DT/(32π)，取η=20%，海水密度ρ=1025Kg/m³，可得浮子1的设计吸收功率为P_F=3.9KW。

（三）摆翼涡轮组件中主轴4、轮毂5设计：

设计摆翼涡轮总体直径D_T的取值范围为0.5D~2D，取1D，即D_T=4m。

设计轮毂5直径D_h的范围为=0.2~0.5D_T，取即0.25D_T，即D_h=1m。

初步设计单个摆翼涡轮的叶片6数为3，即N_h=3。

（四）摆翼涡轮组件中叶片6设计：

根据摆翼涡轮叶片6展长公式h=(D_T-D_h)/2，可得叶片6展长h=1.5m。

摆翼涡轮叶片6由复合材料或其他轻质材料制作。

摆翼涡轮叶片6形状采用直翼形。

摆翼涡轮叶片6翼型采用前后倒圆平板形。

摆翼涡轮叶片6中部弦长c的取值范围为(0.1h~0.5h)和(0.12H~0.3H)的交集，即(0.15m~0.75m)和(0.12m~0.3m)的交集，取c=0.3m。

摆翼涡轮叶片6根部弦长c_h的取值范围为(πD_h/N_h/8~πD_h/N_h)，即(0.13m~1.04m)，取c_h=0.3m，满足直翼的设计要求。

摆翼涡轮叶片6的安装轴设计在翼型前缘，小于0.1c，满足要求。

（五）摆翼涡轮组件的工况设计：

摆翼涡轮的角速度设计公式为ω=J×1.3H/T/(D_T+D_h)，单位rad/s。进速系数J的取值范围为5~15。取J=10，可得角速度ω=0.52rad/s，折合为29.8°/s。

单个摆翼涡轮的转矩计算公式为M=0.069K_TN_hρH³(D_T ²-D_h ²)/T²，其中，受力系数KT与进速系数J相关，关系式为KT(J)=-0.0068J²+0.269J-0.337。首先计算受力系数KT，可得KT=1.66，进而可得转矩M=211N.m。

则单个摆翼涡轮的功率为P_T=Mω=110W。

则需串列摆翼涡轮的数量为N_T=0.8P_F/P_T≈28个。显然这个数量过多，可通过增大摆翼涡轮直径，以及增加每个摆翼涡轮的叶片6数来降低该数值。

再次设计：

将摆翼涡轮直径调整为2D，即8米，将每个摆翼涡轮的叶片6数调整为6个其他选取的参数不变，重复上述（4）~（6）步，可得

轮毂5直径D_h=0.25D_T=2m；

叶片6展长h=(D_T-D_h)/2=3m；

摆翼涡轮角速度ω=J×1.3H/T/(D_T+D_h)=0.26rad/s；

单个摆翼涡轮的转矩M=0.069K_TN_hρH³(D_T ²-D_h ²)/T²=1.69KN.m；

单个摆翼涡轮的功率P_T=Mω=440W；

串列摆翼涡轮的数量为N_T=0.8P_F/P_T≈7个。可以接受。

最终选取二次设计的方案。

（六）叶片6与轮毂5之间连接头的设计：

叶片6与轮毂5间接头的扭转弹簧刚度系数K=0.275k’ρH³hc/T²，其中k’可根据关系式LOG₁₀[k’(J)]=0.25J-1.0得到。计算得k’=32，进而得K=325N.m/rad。

（七）***调试

各参数的设计误差会导致最终***偏离原定设计工况点，由于***具有一定的自适应能力，因而可以简单调试以达到最优工况。一种简便的调试方法为：调整发电机的负载，从而微调发电机的转速和扭矩，进而能够找到最高功率的工作点。

Claims (2)

1.一种振荡浮子摆翼涡轮的波浪能装置的设计方法，其特征在于该波浪能装置包括浮子、长轴、万向联轴器、摆翼涡轮组件，浮子内设有发电装置，发电装置的输入轴伸出浮子下方经万向联轴器与长轴上端相连接，长轴的下端与摆翼涡轮组件相连接，所述的摆翼涡轮组件至少设有一组，摆翼涡轮组件包括主轴、轮毂和叶片，所述的轮毂中部与主轴固定连接，轮毂侧面设有至少三个连接头，所述的连接头环形分布在轮毂圆周上并与轮毂之间经弹性件弹性转动连接，所述的叶片与连接头固定连接，相邻的摆翼涡轮组件之间经主轴相连接，所述的波浪能装置设有两个，两个波浪能装置中的浮子之间经连杆和铰链相连接，连杆的两端分别与铰链相连接，铰链与浮子相连接，避免浮子转动，所述的浮子侧面经连接架与平台相连接，所述的连接架的一端与平台经铰链相连接，连接件的另一端经铰链与浮子相连接，避免浮子转动，所述的相邻的摆翼涡轮组件之间的主轴之间经万向联轴器相连接，最下方的摆翼涡轮组件与配重块相连接，保证串联的摆翼涡轮组件之间呈拉紧状态，所述的浮子采用球形、竖立圆柱形、底部为锥台的竖立圆柱或底部为半球的竖立圆柱，所述的叶片形状采用由翼型直接积叠而成的直翼、机翼形或者倒机翼形，翼型选用对称翼型，薄翼或前后倒圆的平板，或前缘倒圆后缘削尖的平板，或自主由光滑曲线构造的翼型，该设计方法步骤如下：

（一）海况确定：确定当地海域的主要波浪周期T和波高H，或根据波高H估算得主要波浪周期T，估算方法为：T=0.8×2π×Sqrt(H)，根据波浪周期T可得波长λ，表示为：λ=gT²/(2π)，g为重力加速度，取g=9.8m/s²；

（二）浮子确定：浮子的直径D与浮子的能量转换效率相关，可取为0.2λ~0.05λ，浮子的吃水深度d也与浮子的能量转换效率相关，可取为0.2λ~0.05λ，在以上设计参数下，经验证，配合适当的摆翼涡轮，能够保证浮子的能量转换效率η达到20%，取η=20%，进而可计算得到浮子的吸收功率为P_F=ηρg²H²DT/(32π)，ρ为水的密度；

（三）摆翼涡轮组件中主轴、轮毂设计：摆翼涡轮组件的总体直径D_T应尽量与浮子直径一致，可取为0.5D~2D，主轴长度L应不小于波高H，摆翼涡轮组件中轮毂直径D_h与总体直径D_T的比值为0.2~0.5；

（四）摆翼涡轮组件中叶片设计：摆翼涡轮组件中叶片数量N_h为2~10个，根据摆翼涡轮叶片展长公式h=(D_T-D_h)/2，得叶片展长，叶片中部弦长c取为以下两个范围的交集，分别由叶片展长和波高限制，两个范围分别为(0.1h~0.5h)、(0.12H~0.3H)；叶片根部弦长c_h由轮毂直径限制，其取值范围为(πD_h/N_h/8~πD_h/N_h)，叶片安装轴的位置距叶片前缘的距离要小于0.1倍弦长，即0.1c；

（五）摆翼涡轮组件的工况设计：摆翼涡轮的角速度设计为ω=J×1.3H/T/(D_T+D_h)，单位rad/s，J为进速系数，取值范围为5~15，根据对摆翼涡轮叶片的水动力分析，得单个摆翼涡轮的转矩为M=0.069K_TN_hρH³(D_T ²-D_h ²)/T²，依此进行发电机设计，KT为叶片的受力系数，为进速系数J的函数，表示为KT(J)=-0.0068J²+0.269J-0.337，则单个摆翼涡轮的功率为P_T=Mω，浮子吸收的功率在转换为摆翼涡轮功率时会有部分损失，转换效率为80%，则串列摆翼涡轮数N_T为0.8P_F/P_T取整，如果串列涡轮数过大，使得实际工程实现困难，可通过增大摆翼涡轮的直径，以及增加每个涡轮的叶片数来降低串列涡轮数；

（六）叶片与轮毂之间连接头的设计：叶片与轮毂间连接头的扭转弹簧刚度系数可设计为K=0.275k’ρH³hc/T²，k’为无量纲弹簧刚度比，其取值与进速系数相关，表示为LOG₁₀[k’(J)]=0.25J-1.0，最终得到连接头的扭转弹簧刚度系数K；

（七）***调试：各参数的设计误差会导致最终***偏离原定设计工况点，由于***具有一定的自适应能力，因而简单调试以达到最优工况，一种简便的调试方法为：调整发电机的负载，从而微调发电机的转速和扭矩，进而能够找到最高功率的工作点。

2.根据权利要求1所述的一种振荡浮子摆翼涡轮的波浪能装置的设计方法，其特征在于所述的设计方法步骤的（一）中，当波浪不规则，取波高H为该海域内某点在一段时间内的波高平均值，该平均值的计算方法为：观测该点的波面曲线，统计波高计数及大小，选取最大的1/3个计算平均值。

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