1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (811202), страница 34
Текст из файла (страница 34)
ные воды. Принцип действия такого насоса основан на неразрывности столба жидкости в трубе, вертикальное движение которой сообшается колебаниями поверхности. Чтобы такая труба стала насосом, ее нижний конец необходимо опустить в невозмушенные поверхностным волнением слои жидкости, а саму трубу снабдить клапаном, препятствуюшим вытекаиню порции воды, попавшей в трубу во время хода вниз.
Насос можно использовать как для подъема воды в резервуар, размещенный над водой, так и для закачки ее в танк с противодавлением, величина которого примерно пропорциональна скорости перемещения трубы. Первый образец такого насоса был испытан в 1972 †19 гг. в заливе Консепсеон острова Сан-Клементе. й!одель была разработана в океанологическом институте Скриппса, имела трубу диаметром 20 см и длиной 6! м, причем клапан был установлен на глубине 6,1 м. На волне высотой 2 м насос развивал избыточное давление около 5 1О' Па прн периоде колебаний 6 — 8 с.
Аккумуляторный танк насоса имел отверстие диаметром 1,3 см. Экспериментальные результаты полностью подтвердили данные предварительных расчетов, выполненных по методике, изложенной ниже. В 1975 г. были проведены испытания аналогичного устройства, но с трубой диаметром 5 см длиной 92 м. Для удержания трубы использовался поплавок с переменным течением, обеспечивающим нелинейное изменение выталкивающей силы. Поверхность поплавка имела экспоненциальный профиль с радиусом, изменяюгцимся по закону !7 = !(о + ае"~6.
(6.11) Система оказалась чрезвычайно эффективной и дала давление в аккумулируюгцем танке около 2 106 Па при высоте волн всего 0,6 м. Оценка эффективности показала величину 30%. Здесь !7о, а и 6 наилучшим образом подобранные постоянные. Остальные обозначения см.
на рпс. 6.!6. Уравнение движения поплавка с трубой имеет вид М, —, = — Гь — р,А~ — Ьй + Моу + Гг, (6.12) для трубы с открытым клапаном и с!са Мс~.-=-~»- Ь'+ М У+ Рг. (6. 13) для трубы с закрытым клапаном С учетом формы внешней поверхности поплавка величина выталкивающей силы, действующей на него, равна Ро = яру ! !АУ вЂ” ЬФ!7о(е" — 1) + — (е " " — 1)~. (6.14) 157 В этих выражениях величина р А1 — дополнительная ускоряющая сила, действующая на систему при открытом клапане; ̄— присоединенная масса жидкости; Ь вЂ” коэффициент потерь в трубе.
Рт и Рт — силы тяжести, действующие на систему при открытом ! а ги закрытом клапане, г г = Рг + рА11.д(6), где функция д(6) прнни- 2 ! мает значение 0 или 1 в зависимости от того; открыт или закрыт аслапан. Рь Ра= 1 [Л Рь (6.18) (6.20) 169 После соответствующих преобразований для величины ускорения системы получаются выражения — (гь+ Р М + Ьй — Рг, — М,у) — клапан открыт. 1 (6.15) (Рь + Ьй — Рт, — Моу) — клапан закрыт. 1 Выражение для описания движения столба жидкости в трубе представляется в следующем виде: ЕА,Рдф = Р,А, + урйА, — рд (Е + я) А, + ЕРОВА, — Рта, (6.16) где ф — ускорение столба жидкости; Р,в — сила трения, определяемая как Р,р — — [[Ей[д[РА,/(Е72д)[, Значение величины [ определяется в зависимости от числа Рейнольдса потока: 1= 64/Ке (Ке " 1000), 1= 0,316[гсем ' (Ке ) !000).
(6.17) Так как давление в аккумулирующем танке начинает увеличиваться только после поступления в него какого-то количества жидкости, величину избыточного давления в нем определяют со- отношением Уравнение неразрывности для жидкости в танке имеет вид и=ус+ ~,— 'Ж вЂ” ) — 'с[1, (6.10) с с где и=по при 1=0, приток Яг —— Аьо и расход Яа=Ааи, откуда следует для скорости изменения уровня жидкости в танке и 2 т у = —" (Еь~р — Оаи) 4А и, наконец, выражение для вырабатываемой насосом мощности Р=Р,Я,.
(6. 21) Результаты решения приведенной системы уравнений показаны на рис. 6.17. Для наглядности расчеты выполнены для случая синусоидальной волны. Приведены графики перемещения, скорости и ускорения самого преобразователя, водяного столба, изменения давления в аккумулирующем танке, закрытия и открытия клапана. Пульсации клапана объясняются появлениями отрицательных ускорений в относительном движении трубы и водяного столба и могут быть устранены с помощью демпфирующего элемента. Подробный анализ результатов приведен в работе Дж.
Айзекса [56]. Идея волнового насоса не изжила себя: нет-нет да и появятся в печати сообщения о новых конструкциях. Так, компанией «Свенска варн» (Швеция) ведутся разработки волновых генера- торов на основе так называемой петропомпы, созданной Я. Перссоном н П. Трофтеном (название устройства включает первые слоги фамилий авторов).
Петропомпа, так же как и насос Лйзекса, имеет поплавок и присоединенную к нему трубу, но в отличие от насоса, труба эта сделана из резинового шланга, армированного о — салка; лсглаа5 Нав г а -Раааяа ллалана; о-лагос: ндаальлла Ь лалагмглеле. Рнс. 6.17. Характсрнстнкв волнового насоса [661 стальной спиралью и прикрепленного нижним концом к мертвому якорю. Вертикальное движение поплавка заставляет шланг изменять свой внутренний объем и используется для засасывания воды через нижний конец, снабженный клапаном, и выхлопа ее через верхний, также закрытый невозвратным клапаном.
Далее жидкость, как и в случае насоса Айзекса, может быть подана на турбину либо в аккумулирующий танк. Компания «Свенска варв» уже использует петропомпу в качестве надежного насоса при сооружении колодцев. Надежность устройства определяется, с одной стороны, отсутствием обычного у подобных устройств колодезных насосов штока, а с другой — появлением высококачественных армированных шлангов. Последние уже выпускаются в двух модификациях — один диаметром несколько десятков сантиметров, л друтой — с наружным диаметром 28 и внутренним 21 см. Инте- шей через турбину, у подошвы набегающей волны, что обеспечивает повышение производительности.
Этот проект также рассматривается как возможный вариант конструкций будущих электростанций, но уступает другим устройствам по материалоемкостн. Кроме того, выражаются опасения, что подобные сооружения будут плохо противостоять штормовым нагрузкам. Поэтому устройства, ана.логичные маврикийскому проекту, так сказать, в чистом виде, кажутся многим оолее перспективными, особенно в тех районах, где позволяют естественные условия.
Одно из таких технических решений — «конфузорный откос». Его рабочая поверхность выполняется в виде наклонного, сужаю- щей глубине. Важные достоинства такого концентратора— сравнительно высокая широкополосность и независимость от направления прихода волн, Принцип действия концентратора поясняет рнс. 6.21. Наоегающая на сферическую поверхность волна из-за перестройки профиля, связанного с изменением фазовой скорости, как бы охватывает купол, достигая размещенного в его вершине направляющего аппарата. Последний снабжен криволинейными лопатками, закручивающими поток в одну сторону и сообщающими ему свойство вращающегося инерционного компен- Рис.
6.26. Концентратор волновой энергии длв открытого моря «дамба-атолл» [6! щегося кверху лотка (см. рис, 6.18, а). Морская волна высотой 1,1 м с волновым фронтом длиной 350 м при 30-кратном сужении в лотке может дать примерно 15-кратное увеличение амплитуды. Если установка с простым подъемом воды на наклонной плоскости с углом подъема 30' обеспечивает поднятие уровня всего на 2,5 м прп средней высоте волн 1,5 м, то на «конфузорном откосе» это даст подъем уровня примерно на 20 м. При таком перепаде высот в накопителе-водохранилище уже можно использовать более производительные высоконапорные гидроагрегаты для выработки электроэнергии, Общая производительность «конфузорного откоса» будет примерно такой же, как и простого откоса, и составит около 50 МВт.ч в год на 1 м длины наклонной стенки.
Одно из больших достоинств «конфузорного откос໠— возможность монтировать все его основные узлы на берегу, что делает его наиболее надежным из всех волновых преобразователей в эксплуатации 18, 64). Опытный образец такой станции мощностью 350 кВт строится сейчас в Норвегии. В качестве концентратора волноной энергии для условий открытого моря пока разработано единственное устройство.
Это «дамбы-атоллы» инженера фирмы «Локхид» Ле-Вирта (рис. 6.20)г Поверхность выпуклого линзообразного купола круглого сечения фокусирует и направляет в центральную часть волны, имеющие расчетную частоту и малые амплитуды. Что касается волн большой амплитуды, то они полностью разрушаются на соответствую- 162 Рис. 6.21. Принцип действия «дамбы-атолла» [66!. à — фазовый угол; à — нулевав глубвва; Э вЂ” область бу- рувев сатора колебаний волновой мощности. Двигаясь вниз по сужающемуся водоводу поток еще сильнее закручивается н попадает на колесо турбогенератора [56]. КПД такой установки — около 50 ого ° Уже разработан проект «дамбы-атолла» диаметром до 100 и высотой до 30 м с водоводом диаметром до 18 м.
Около десяти лет ведутся лабораторные испытания на модели, выполненной в масштабе 1: 100, В ближайшее время фирма «Локхид» намечает создать модель вдвое большего размера. Первая модель рассчитана на получение полезной мощности от 20 до 40 кВт. Реальную установку планируется снаодить турбиной мощностью до нескольких мегаватт. Выпускаемый из турбины поток оудет проходить через диффузор для снижения остаточного напора. Для предотвращения обрастания купола, направляющих лопаток и диффузора предлагается снабдить их открылками из синтетического материала, постоянное движение которых в потоке будет препятствовать прикреплению организмов-оорастателей к выполненным из бетона элементам концентратора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
