1598005429-afd80cdf49ba7e5f6ece6b974d8fd3c4 (811213), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Интересна кривая для %=-0,5; она имеет два максимума при г=0,6 и г=1,8, где КПД достигает почти 50 %, а в интервале волновых чисел а=0,4 — 2,6 КПД имеет значение, превышающее 0,4, т. е. более 40 %. Хороших результатов следует также ожидать от пластины, имеющей волновое число % в пределах 0,5 — 0,7. Например, пластина длиной 20 м при те=0,5 будет иметь эффективность свыше 40 % при любой длине волны в пределах 50 м — 300 м. В лабораторных условиях подобный КПД возможен для пластины длиной 15 см н длине волны от 40 до 160 см.
Другое семейство кривых, построенных Ивенсом,' по- Рис. 4. Зависимость КПД прпемввка апергвм веем в виде темней властмвы (ч„) ет безраамернеге волнового часаа '1ч) дая ма'=О и ме' О,б казывает зависимость !гПД пластины от волнового числе т для разных значений уе, эти кривые построены для гп'=0,5, т. е. для случая, более близкого к практике. Сравнение семейств этих кривых показывает влияние возрастания инерции колеблющейся пластины. Ширина полосы эффективности по уровню КПД около 0,4 сократилась до диапазона т=0,42 — 1,62; второй максимум исчез. Оптимальное значение и, возросло н стало близко, вндлмо, к значению г =-1,2, обеспечивающему получение КПД выше 0,4 в пределах г=0,6 — 1,6. Для пластины длиной 20 и КПД выше 40 % при т'=0,5 возмо"кен для волн длиной 80 — 200 и.
Ивенсом выведено уравнение, позволяющее рассчитать амплитуду колебаний пластины как функцвю волнового числа ~, и построены два семейства кривых для 4 я 4 в» =0 и л» =0,5, определяющих отнотпение амплитуды колебаний пластины к амплитуде падающей волны для разных аначений рр в пределах О,З вЂ” 0,8. При малых значениях рр н» кривые имеют резонансный характер: амплитуда колебаний нижнего конца пластины резко возрастает прн сближении значений» п»р.
Например, для »»=0,3 максимальное смещение нижнего края пластины в 7 раз болыпе а»шлитуды падающей волны. Автор указывает, что столь большие колебания пластины не совместимы с какой-лноо линейной теорией н что в этом случае следует ожидать нелинейных эффектов вплоть до разрушения волны. Добавим, что иначе и быть не может, поскольку всякие колебания пластины с амплитудой, больптей амплитуды волн, вызовут разрушение волнового поля. Пластина перестанет отбирать энергию от волн и потребует подвода эпергнп для совершенпя работы перв>не>ппвапня воды.
Приведенные соображения позволяют заключить, что механический приемник энергии поверхностных волн в виде тонкой плиты, колеблющейся вокруг горизонтальной осп, можно с успехом использовать для преобразования энергии волн. С помощью колебл>оп(ейся плиты илн пластины можно построить просту>о и достаточно эффективную установку не только для накачивания воды, но и для преобрааования энергии волн в электрическую анергию. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С КОЛЕБЛЮЩИМИСЯ МАГНИТАМИ Фарадей открыл закон электромагнитной индукции с помощью постоянного магнита в виде стержня, который он вводил (рукой) в катушку с медной проволокой. При каждом вводе нлп выводе магнита в катушку ня концах ее обмотки наблюдалось возникновение электрического напряжения.
Согласно закону электромагнитной индукции, величина возникающей электродвижущей силы прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока через кату>пку к числу витков катушки. Закон:>лектромагнитпой индукции определил путь раавнтня электрических машин. Их главный принцип: чтобы получить быстрые изменения магнитного потока, надо вращать магнит при неподвижной катушке нли, наоборот, вращать катушку при неподвижном магните.
Именно так действовала первая электрическая машина, йзобретенная итальянцем Граммом более 100 лет назад й спустя примерно 50 лет после открытия Фарадеем электромагнитной индукцж, — так называемое «Кольцо Грамма». «Кольцою> она была названа по той причине, что в качестве якоря имела торондальное кольцо из тонких железных проволок, вращавшееся на оси в поле подковообразного. постоянного магнита. На кольце крепилось несколько катушек из медной проволоки. Кольцо приводилось во вращение рукой с помощью ременной передачи.
Грамм не мог вращать магнит, поскольку 100 лет назад магниты должны были быть достаточно длинными. Теперь же новейшие магниты (типа РЗМ ') хорошо работают только при малой длине, поэтому конструктивно их просто привести во вращение. Речь идет преимущественно об электрических машинах малой мощности, к шда я<елательно избежать применения коллектора или контактных колец. Это важно для машин, длительно работающих в тяжелых ° условиях эксплуатации, без частых осмотров и своевременной профилактики, например велогенераторов, генераторов для тракторов и т. и, Для волновых энергетических установок также удобнее бесконтактные генераторы, особенно для установок в открытом море.
Электрические машины в своем развитии прошли громадный путь, теория электрических машин — одна из наиболее разраб таиных глав современной электротехники. Но вращение якоря нли ротора н сегодня остается основным принципом получения высокой скорости изменения магнитного потока и соответственно высокой электрической мощности, необходимой современной индустрии '. Вместо вращательного или прямолинейного движений для получения электрической энергии можно применить также колебательное движение. Так (или почти так), как это делал Фарадей, только работу (движения) руки заменить работой волн. Мысль об ислольаовании колебательного движения, естественно, возникает прн поиске 4 РЗМ вЂ” редкоармркькыа магниты, влк ма»акты кр основе Ррдккк земель, — самые сялькыр (во хрукквр) костояккыр магниты.
Отечественные РЗМ сделаны ва основе самарин в соединении с кобальтом (ЗшСор). ' Однако в наше время раззява>отся к ккыр способы кокучрккя большой рярктркчрской мощности, ке обязательно свяраквыр с вращательным двяяррккрм. Накрвмрр, МГД-генераторы кр имеют вращающихся частей. Струя раскал«якой плазмы с большой скоростью яр»нарывает сильное магам»кое поле (склрэые линии поля Распело>каны по кормакк к струв), э плазм» ккдуцкруртся элрктрвчрсквй ток, отэодящвйся с помощью окот»мы рлвктродок.
бпособов использования энергии паве)чхностмых волн: как иавестно, волны являются самым наглядным примером колебательного движения. Можно по-разпому выполнить преобразователь для работы в колебательном режиме. Схема одного из простейших (макета) изображена на рис. 5. Приемником энергии волн здесь служит тонкая плоская плита (пластина) 1, в которую ударяют набегающие волны. Под давлением волн плита совершает колебания относительно горизонтальной оси 3. Ось может вращаться в подшипниках 9.
До сих пор это устройство очень походило на первую волноэнергетическую установку в Ошен-Грове. Однако дальше начинаются серьезные различия. Колебания плиты с помощью штанги 4 передаются не поршню гидравлического насоса, а генератору электрической энергии. Оа размещен подальше от поверхности воды, поэтому потребовалась достаточно длинная штанга. Нижний конец штанги болтами скреплен с плитой, а на ее верхнем конце укреплена перемычка (ярмо) Б из трансформаторного железа с двумя магнитами б. Перемычка с магнитами является существенной частью колебательного генератора, она соответствует ротору или якорю в обычном генераторе. Неподвижная часть генератора (статор) состоит из магнитопровода г П-образной формы, собранного пз полосок тонкого трансформаторного железа.
Применение трансформаторного железа для магнитопровода и перемычки необходимо для уменьшения потерь на вихревые токи, На вертикальных стержнях (частях) магнитопровода насажены две катушки 8, каждая имеет по 400 витков толстого медного изолированного провода. Катушки соединены последовательно и включены на общую нагрузку. Вся конструкция связана сварной рамой 9 из угловой стали (на ней укреплены и два подшипника скольжения, поддерлотвающие ось), которая крепится к причалу. Под ударами волн плита периодически совершает колебания, т. е.
качается. Качается и жестко связанная с ней штанга, поэтому перемычка с магнитами периодически замыкает и размыкает цепь магнитопровода. В тот момент, когда перемычка с магнитами замыкает магнитопровод, в нем появляется нарастающий магнитный поток, пересекающий витки обеих катушек. А когда волна продвигает плиту дальше, перемычка с магнитами размыкает магнитопровод, поэтому магнитный поток уменьшается, снова пересекая витки катушек. По закону электро- ас Рнс б Графини поясняющие процесс нндукцнн (Ф-квменекке мвгкктнсгс потока в цепи магнмгспрсвсда, З вЂ” ккцу.
цлрсввлшад влектредвкжушая сила) Рне. б. Иннематнческан схема преобразователя энергии ноаархнастныл воли с колаблющнмнся магннтамн н нрнемннком энергнн воин в виде нластнны магнитной индукции в обоих случаях в цепи катушек возникает электродвижущая сила, вызывающая электрический ток. Процесс индукции поясняется с помощью рис. 6. В качестве примера оценим электрическую мощность, которая может быть получена в режиме колебаний с помощью описанного устройства при следующих условиях: период поверхностных волн Т=б с; амплитуда поверхностных волн А =1 м; размер постоянных магнитов и направлении качания перемычки (т. е. ярма) 6=0,05 м (эта величина равна соответствучощей стороне поперечного сечения магнитопровода); полное число витков на двух катушках 11г,=800; максимальное значение магнитного потока через магнитопровод Ф==ВЯ=-1,7 10', максимальное значение индукции в сердечнике магнитопровода В= — 8000 Гс; площадь поперечного сечения магнитопровода 8=-19,6 см'.
Определим время, в течение которого магнитный поток в сердечнике будет нарастать от начального значения, н. в, вершкпсвка близкого к нулю, да максимальной величины, принятой в расчете (1,7.10' силовых линий). Нарастание потока начнется при подходе перемычки с магнитами к магнитопроводу и будет продолжаться до тех пор, пока она не встанет точно под ним. Совпадение проекций плоскостей поперечного сечения вертикальных стержней магнитопровода с плоскостями магнитов на перемычке будет соответствовать максимуму магнитного потока через сердечник; при дальнейшем движении переллычки магнитный поток будет уменьшаться.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
