1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (811202), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Прн такой классификации под первый признак попадают различные типы активных устройств — буев, колеблющихся тел, преобразователей волнового движения в изменение воздушного давления и т. п. Под второй признак попадают также активные устройства, например поглощающие волновую энергию оболочки и устройства с колеблющимися и вращающимися элементами. Под третью — различные концентраторы энергии пассивного типа ]79».
Такая классификация также не позволяет выявить всего многообразия принципов и мало отличается от первой. Не универсальна и классификация, предложенная У. Экнером 147] и основанная на выявлении общих механических признаков различных устройств (рнс. 6.3). Формализация изображений делает эту схему наглядной, но при изобретении какого-нибудь принципиально нового устройства она требует пересмотра и введения нового класса.
Наиболее удачным кажется метод классификации, идущий от природы волновых явлений, но дающий им большую детализацию (см., например, статью В. И. Сичкарева и А, С. Шпака 115] ). В соответствии с этой классификацией конструкции волновых преобразователей делятся на использугощие следующие физические факторы: разность фаз колебаний в пространственно разнесенных точках; изменение уровня моря относительно стационарно размещенного тела; разность фаз колебаний, уровня давления воды в пространственно разнесенных точках; периодичность колебаний суммарного давления относительно стабилизированного уровня; периодическое изменение наклона волновой поверхности; концентрацию волновой энергии по фронту или по глубине; скоростной напор жидкости; комбинацию эффектов.
Классификация позволяет анализировать возможность использования тех или иных устройств применительно к конкретным условиям. Например, относительно преобразователей второй группы можно сказать, что если они используют жесткое закрепление на грунте, то в зоне действия приливов неприемлемы. В то же время такое ограничение не распространяется на аналогичные устройства, в которых перемещение поплавка происходит относительно инерционной платформы или динамического якоря (см.
й 6.4). Конструкции, использующие разность фаз колебаний уровня (первая группа), вряд ли могут иметь значительные единичные мощности из-за прочностных характеристик передаточных пространственных механизмов, Устройства третьей группы имеют ограничение по глубинам установки. То же можно сказать о преобразователях предпоследней группы. На них, как и вообще на устройства, размещаемые под поверхностью водоема и на дне, действует еще одно ограничение: быстрое затухание волнового возмущения с глубиной, Для скорости движения частиц жидкости такое затухание, например, происходит по экспоненциальному закону. Кроме того, любые устанавливаемые на дне устройства находятся в какой-то мере под угрозой заноса осадочными материалами. Большие единичные мощности в необходимое условие крупномасштабной энергетики — позволяют получить либо устройства, концентрирующие волновую энергию по фронту и по глубине, либо объединенные в сети преобразователи, работающие Йа об- с с О с и О л к ее к лл = с к а а Оа л с ем с с'е е' и с л к рх с и йр а О м с.
м ав к с я си с" ве О кФ Ф а . е ы мм НО 139 с т :м е О О О х и и О и и и т м м О О О Ь м Ы О ы к е о х п *е О= шую нагрузку. Прн таком объединении размещают отдельные блоки нлн вдоль фронта волн (термннаторы), нлн поперек фронта (аттенюаторные устройства). В роли н аттенюаторов, и терминаторов могут выступать устройства различных групп. В настоящее время разрабатываются варианты преобразователей практически всех групп. Многие нз ннх реализованы н нспытаны в лабораторных условиях волновых бассейнов, ряд нспытан в условиях моря. Но до сего дня нельзя выделить какое-то одно нлн даже несколько устройств, которые были бы приемлемы для всех случаев, удовлетворяли бы всем противоречивым требованням, предъявляемым потребителями. 5 6.3. Преобразоаатепи с качающимися впементами В этом классе преобразователей волновой энергии прежде всего остановимся на знаменитой «солтерской утке» (рнс.
6.4), названной так в честь ее создателя, профессора Эдинбургского Рна бА. кУтиав Солтерас а — схема преобразовании знеррии волны; б — ва- риант конструкции преобразователя. у — плавучая платформа; у — цнлннпрпческая свара с раамемасмымв в неа прнвеламя в аЛектрегенератерамн; 3 — аснмметрнчпыя поплавок университета С. Солтера. Техническое название такого преобразователя — колеблющееся крыло. Его основная особенность— чрезвычайно высокая эффектнвность преобразования энергии волн. Правда, чтобы реализовать эту возможность, приходится достаточно жестко закреплять ось крыла-поплавка.
Сделать это можно, установив, например, крыло в теле волнолома. Однако стацпонарный волнолом — сооружение мелководное, а на мелководье значительная часть энергии волн теряется вследствие трення о дно. Другой недостаток — стационарный волнолом не может отслеживать изменение направления прихода волн, а в завнснмостн от этого параметра волнения эффективность крыла как преобразователя сильно зависит, Было предложено устанавлнвать ряд самостоятельно колеблюшнхся крыльев в теле плота, положение которого в пространстве могло бы нзменяться с помощью системы якорных тросов, однако, теоретические расчеты показывают, что изолированная «утка» с фиксированным цент- ром вращения в реальном море нз-за раскачивания остова в продольном и поперечном направлениях должна также показывать снижение эффективности преобразования.
Основная удача конструктора «утки» вЂ” оптимальная форма. Когда «утка» раскачивается относительно центра вращения, ее носовая часть практически точно отслеживает движение набегающей волны. В то же время кормовая поверхность, имеющая цилиндрическую форму, при движении относительно того же центра практически не производит перемещений жидкости и, следовательно, ие может образовать волну, уносящую часть воспринятой энергии. Физическую сущность высокой эффективности «утки» поясняет рпс.
6.4, а, позволяющий проследить процесс взаимодействия с ней падающей волны. За счет интерференции отраженной неподвижной «уткой» волны и нзлученной движущейся (правая половина поля) практически гасится волна, распространяющаяся навстречу падающей. Такой же процесс происходит за «уткой», где гашение распространяющейся влево волны происходит в результате взаимодействия дифрагировавшей на «утке» п излученной ею вправо волн.
Первоначально Солтером был создан макет достато чно 'узкополосного по частоте устройства. В волновом бассейне оно поглощало до 90 о7о падающей энергии. Более поздние эксперименты и расчеты показали возможность создать за счет рационального управления распределения масс в поплавке конструкцию, оосспечивающую КПД не хуже 80 ",', при ширине полосы частот более 50 о7о. Кроме того, было показано, что для условий Северной Атлантики могут быть созданы достаточно эффективные преобразоватети диаметром 10 — 15 м !5!). Первые испытания в условиях, близких к морским, были проведены в мас 1977 г. на оз. Лох-Нссс.
50-метровая гирлянда пз 20- метровых «уток» общей массой !6 т была спущена на воду и испытывалась и исследовалась в течсние 4 мес при различных волновых условиях (пережила даже сильный шторм). Изучались механические характеристики, швартовочные нагрузки. В декабре того же года эта модель в 1(!О будущей величины океанского.преобразователя была вновь спущена на воду и дала первый ток. В течение 3 мес одного из самых суровых зимних периодов модель первой английской волновой электростанции работала с КПД около 50 о(о. Несмотря на относительную простоту системы и высокую эффективность преобразования существуют серьезные препятствия на пути ее внедрения !45): система оказалась настолько чувствительна к направлению волн, что для получения сравнительно высокого КПД преобразования необходимо отслеживать изменение направления; достаточно сложна и ненадежна гидромашина, приводимаи в действие поплавком; сложность формы поверхности «утки» создает затруднения при ее сборке п монтаже; 140 специфика распределения массы создает трудности при установке и перевозке преобразователей; сборка нескольких преобразователей в протяженную конструкцию может привести к усложнению постановки и удержания на якоре; при сборке возникают проблемы надежного уплотнения кольцевого зазора большого диаметра.
В настоящее время ведутся работы по устранению этих недостатков. Другой вариант достаточно эффективного волнового преобразователя с качающимся элементом — контурный плот Коккерелла (У. Коккерелл известен как один пз удачливых изобретателей Рне, ад. Варнант выполнения контурного плота Коккерелла. > — колеблющаяся секция; 2 — преобразователь; 3 — тяга; « — шарнир судна на воздушной подушке). Его модель также в 1/10 величины испытывалась в том же году в проливе Солент вблизи г.
Саутгемптона. Контурный плот — многозвенная система из шарнирно соединенных секций (рис. 6.5). Как и «утка», он устанавливается перпендикулярно к фронту волны и отслеживает ее профиль. К настоящему времени разработано несколько модификаций плота. В,более ранних публикациях говорится о плотах из четырех-пяти секций длиной примерно 1/4 каждая. В более поздних — о трехзвенном и даже о двухзвенном плоте с секциями различного размера: головная, установленная мористее, воспринимает основную энергию волны и примерно в два раза короче кормовой. Вероятно, последняя конструкция более широкополосна, если иметь в виду волну не конкретной длины, а спектр длин волн. Детальные лаоораторные испытания модели плота в масштабе 1>'100 показали, что его эффективность составляет около 45%.
Это ниже, чем у «утки» Солтера (но плот привлекает другим достоинством: близость конструкции к традиционным судостроительным). Изготовление таких плотов не потребует создания новых промышленных предприятий и позволит поднять занятость в судостроительной промышленности.
Была начата разработка проекта волновой электростанции на базе преобразователя типа плота. В качестве места для ее размещения было выбрано западное побережье Гебридских островов, где имеется подходящий участок морского дна протяженностью около 150 км-вдоль береговой линии с глубинами около 141 50 м. Скальный грунт позволяет в качестве якорей использовать забурениые в него сваи с высокой горизонтальной и вертикальной удерживающей способностью (во время штормов плоты будут испытывать дополнительные нагрузки до 20 МН). Для удержания плотов разрабатывались специальные тросы, усиленные эластичными полимерами, с допустимым удлинением до 30»/ю Последняя величина определена из расчета давать плотам возможность перемещаться при шторме на расстояние до 30 м от первоначального положения.
Предполагалось, что такая станция будет состоять из 1500 плотов шириной 50 и длиной 100 м, установленных на расстоянии 50 м друг от друга. В качестве материала для корпусов был выбран армированный железобетон, обладающий стойкостью по отношеншо к цшслическим нагрузкам и коррозии. Расчетная долговечность корпусов из бетона по аналогии с долговечностью железобетонных платформ Северного моря принималась равной 25 годам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
