1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (811202), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Информация по радиоканалу передавалась на береговую станцию и вводилась в ЭВМ. Интересно, что максимальное натяжение якорной цепи, зафиксированное во время испытаний, оказалось равным примерно 0,84 МН прп скорости ветра около 30 м/с и высоте волн около 9 м. Расчетная величина предельно допустимого натяжения составляла 0,87 МН, Причем в расчет были заложены максимальная скорость ветра 185 км/ч (51 м/с), скорость течения 1,5 м/с, высота волн 8 м прн периоде волнения 10 с. Предварительные итоги испытаний не выявили каких-либо.
сложных проблем и показали, что для промышленного освоения подобных систем необходимо усовершенствование воздушных турбин, способ сглаживания пульсаций давления и выходной мощности и ряд вспомогательного оборудования [71]. 1бй Одна из гндропневматических систем разработана Национальной ни>коверной лабораторией Великобритании (см. рнс. 6.11) и представляет собой асимметричный бетонный волнолом с достаточно большой воздушной камерой (или несколькими камерами), работающей на единую мощную турбину с электрогенератором. Чтобы создавать избыточное давление порядка 1,5 !ОаПа, устройство должно быть достаточно громоздким.
Достаточно сказать, что высота водного столба в камере должна быть не менее 13 м, чтобы представить его общие размеры и те затраты, которые необходимо сделать для обеспечения необходимой прочности конструкции. Из других, устройств, использующих идею колебаний водяного столба, обычно выделяют системы, разрабатываемые фирмой «Виккерс» (Великобритания). Схемы устройств этой фирмы приведены на рис. 6.13, а, б.
Это аттенк>атор длиной 160 и высотой 10 м, имеющий восемь ячеек, с >юмощью общей клапанной коробки подклк>чающнхся к пневмотурбогеиератору, расположенному в центральной камере шириной 6 м через 2-метровые вводы. Устройство предназначено для установки в сравнительно мелких районах и рассчитано на то, что практически все волны будут приходить с направлений ~ 15' от нормали к нему. Естественная защита района установки должна предотвратить воздействие иа преобразователи сильных штормов.
Основной объем устройства располагается на 5 м ниже уровня воды, что снижает воздействие на него усилий от разбивающихся волн, а машинный зал несколько приподнят над водой для удобства обслуживания. Для снижения взаимного воздействия друг на друга отдельные агрегаты устанавливаются в 100 м друг от друга. Расчетное значение эффективности преобразования энергии устройствами фирмы «Виккерс» составляет до 60 о>о п при изменении высоты волн от одного метра до четырех снижается до 30 $.
Устройство достаточно широкополосио по частоте: в диапазоне периодов колебаний волн от 7 до !2 с оно имеет некоторое подобие плато на зависимости эффективности от частоты. При изменении углов прихода волн от 0 до 45' эффективность преобразования на оптимальной частоте снижается примерно в 3 раза. Фирмой «Виккерс» разрабатываются и терминаторные устройства на аналогичном принципе (рис. 6.!3, б).
Исследования в бассейне иа модели в !/100 показали большую эффективность тсрминаторных устройств, на оптимальной частоте. достигавшую 80 ою однако эти устройства менее широкополосны: зависимость их эффективности от частоты не имеет плато. Кроме того, вытянутые вдоль волнового фронта терминаторы испытывают более значительные волновые нагрузки, Окончательно о достоинствах устройств можно судить лишь после испытания полноразмерных образцов.
Разрабатываемые фирмой устройства могут быть выполнены из бетона. Устанавливать их предполагается на сваях при глубине моря до 25 м [46]. Среди гидропневматических преобразователей есть не только устройства второго класса, но и других классов. Показателен в этом смысле преобразователь «упругая оболочка» М. Френча а) ~ф" -~й рис. 6.16. Схемы пиевмопреобразователей фирмы «Виккерс» (46]: а — аттеиюатор> б — терминатор (Великобритания).
Принцип действия «упругой оболочки» поясняет рис. 6!4. Состоит она из отдельных секций, последовательно воспринимающих энергию волны (аттеиюатор), причем секции изменяют объем не только под действием вертикальной составляющей гндростатического давления, но реагируют и на колебания скоростного напора в горизонтальном направлении. Такая «трехмерность» делает «упругую оболочку» достаточно эффективным преобразователем. Испытания отдельной секции, выпол- 15'Ъ ненной в масштабах !140 и 1/20, продемонстрировали значения эффективности, близкие к 80% (см., например, (8) ). «Упругая оболочка» создана в Ланкастерском университете хг поэтому ее часто называют ланкастерской оболочкой.
Полно- Рис. 6д4. О . 6.. Один из вариантов пневнопреобразователн «упруган оболочка» [8] ттазмерная оболочка должна иметь длину не менее 200 м при ширине 6,5 и высоте 14 м. В нижнем основании оболочки — погруженный в воду бетонный ложемент. В качестве материала собственно оболочки возможно использование з армированной кордом резины, либо другого полимерного материала. В район работы установку доставляют на плаву, ) после чего ее затапливают примерно на ~) )у) - 80 оо и ориентируют перпендикулярно к направлению приходящих волн.
Сек( ( ( ( ции оболочки коммутированы таким образом, чтобы по мере прохождения волн воздух перегонялся нз одной секции в другую до машинного отсека с установленным в нем турбогенератором. Существенным недостатком систем Рис. 6дб. Прнипнпналь- с колеблющимся столбом была необходимость в клапанной коробке — самом ненадежном элементе конструкции. Этот недостаток был устранен профессором Морской академии США М..
Мак-Кормиком (19], предло>кившим использовать воздушную турбину, нечувствитель к на правлению движения воздушного потока. Один пз вариантов . ьную— такой турбины схематично изображен на рис. 6.!5. Она состоит из двух зеркально расположенных н вращающихся в разные стороны рабочих колес с 60 лопатками каждое и двух также зеркальных направляющих систем лопаток (по 30 в каждой). Движение колес передается с помощью зубчатых передач валу генератора, прп этом частота вращения повышается в отношении 1:2, так что при расчетной частоте вращения колес 10 с — ' вал генератора вра'щается с частотой 20 с-'.
Эти конкретные цифры относятся к си- 154 стеме турбина — генератор выходной электрической мощностью 125 кВт, разработанной для установки на японской плавучей опытной станции «Каймэй». Сама эта станция рассчитана на работу в оптимальном режиме при высоте волн 3 м и периоде 7 с. Ширина камеры, которую предполагалось занять проектировавшейся в США энергетической установкой, равна 6 м, так что средняя энергия, которая могла бы сниматься с нее, равняется примерно 360 кВт. Таким образом, предполагалось использовать талько 35 о[о возможной мощности волн. Это было связано с тем, что используемый объем воздуха, пропускаемого через турбину„ мог оказаться примерно на 1!3 меньше расчетного из-за уменьшения колебаний водяного столба в шахте до 2 и вследствие компрессии (такой эффект используют, например, для снижения колебаний уровня в шахтах для подъема на борт обеспечивающего судна подводного аппарата).
До создания полноразмерной модели все характеристики системы отрабатывались на образце выходной мощностью 0,976 кВт. Размеры и мощность опытного образца системы были выбраны на основании теории размерности, чтобы удовлетворить соотношению (6.7 г где п=т'.„1Е,— отношение характерных размеров модели и натуры.
Всесторонние испытания показали работоспособность системы и подтвердили, что эффективность преобразования энергии в ней не менее 50 %. Полноразмерная система должна была быть установлена на «Каймэй» в 1979 и 1980 гг., но нз-за технических трудностей эти испытания тогда не состоялись. Для повышения эффективности водяного столба преобразователи рассчитывают как резонансные системы для какого-то преимущественного волнения, учитывая при этом эффекты сжимаемости воздуха.
Соответствующая оптимальная частота определяется по формуле 2п [ рачРт]4+ [те 1Ш 4 + (6.8) где 11 — диаметр водяного столба; й, — коэффициент, учитывающий сжимаемость воздуха в камере сжатия; 7.п — перемещение водяного столба; 7.' — эффективное перемещениес учетом присоединенной массы жидкости, связанной с диаметром столба и волновым числом й=2я!л соотношением, полученным Мак-Кормиком 176): (6.9у Движение водяного столба описывается выражением — (Т.и+7.')й+(Ь, + Ь, + Ь») г+ (ти + йе)г=Р(1), (6.10)~ где Š— перемещение столба в камере. Описание работы преобразователя, качество которого зависит от множества факторов, связанных между собой, достаточно сложно.
Это позволяет утверждать, что предварительные расчеты и испытания на мелкомасштабных моделях дают для преобразователей такого типа только ориентировочные значения параметров. Окончательное решение об эффективности того или иного преобразователя может быть сделано только после всесторонних испытаний полноразмерного устройства. Но и это еше не все: .такой даже физически эффективный преобразователь должен удовлетворять экономическим требованиям. $ 6.6. Волновые насосы К точечным системам преобразователей энергии волн относятся и различные типы волновых насосов, на вопросах разработки которых хотелось бы остановиться несколько подробнее, так как возможности их применения Р выходят за рамки только электроэнергетики. дг В 3 6.4 такой тип преобразовайг теля уже упоминался.
Здесь речь пойдет прежде всего о наиболее вл известном устройстве — так называемом насосе Айзекса, схема которого приведена на рис. 6.!6. Достоинства такого насоса — его простота, независимость работы от направления прихода волн, широкий спектральный диапазон волнения. Основной недостаток, по словам самого Дж. Айзекса,— возможность э эффективной эксплуатации лишь на с достато шо больших глубинах, т. е. вдали от берега. Впрочем, этот недостаток обращается в достоинство, когда речь идет о необходимости снабжать энергией автономный унс. 6ла. Волновой насос Айасаса удаленный от берега объект либо 1661 подавать на морскую ферму глубин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
