1598005429-afd80cdf49ba7e5f6ece6b974d8fd3c4 (811213), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Среднее отрицательное отклонение бочкк больтяо, чем положи«елькое, т. е. наблюдается что-то наподобие хорошо известного в радиотехнике эффекта детектирования. Обнаруженный аффект необходимо учитывать прн выборе го. ложення статора электрогеьератора. В описываемых экспериментах постоянная составляющая угла отклонения достигала примерно 5', Таким ооразом, опыты показали, что инерционный преобразователь в виде двухплечевого маятника пригоден для получения небольших мощностей электрической энергии. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ )Пирокую известность получил преобразователь энергии поверхностных волн, пРедлоя<енпый английским паобретателем Солтером, часто называемый «утка Сол«ера» за форму корпуса, напоминающую сидящую на воде утку. Эта конструкция обладает способностью тесьма эффективно »' Смл Есааиас Л.
Г., Ксистаитииса В. о)о. Системы со случайиепая параметрами. Мл Наука, $976, с. 21 — 23. «ч. В Ве»шизо«из поглощать энергию поверхностных волн — используетси до 90 % энергии приходящих волн, аа «уткой» остается почти ровная поверхность воды. Следовательно, цепочка подобных преобразователей сможет не только вырабатывать электрическу<о энергию, но такн<е будек служить эффективным волноломом. Несомненно, ео многих случзлх сочетание этих двух качеств представит определенный интерес, так как позголит решить проблему защиты берегов, подвергающихся абразии, и, кроме того, одновре'менно получать электрическую энергию, Важной особенностью конструкции Солтера являетси необходи»юсть одновременного использования нескольких десятков <уток» (пе менее 20 — 30 штук), соединенных общей осью; суммарная длина цепочки из них получается около мили.
Такой же длины требуется н общая ось (большое число поплавков и длина оси являются естественным результатом применении законов статистики для стабилизацпи оси). Только при выполнении этого условия система Солтера сможет работать: ко.чебании корпусов («уток») х<од действием волн относктельно общей неподвижной осн могут быть использованы длн привода насосов, нагнетающих рабочую жидкость в гидравлические аккумуляторы, откуда она пойдет в турбины пли гидравлические моторы, вращающие генераторы электрической энергии. Если число поплавков и длина оси будут малы, то сумма вращающих моментов на ось от отдельных поплавков не будет равна нулю, ось будет совершать беспорндочвые рывке и выраб«гка электрической энергии прекратится. Отсюда вытекает главный недостаток системы Солтера— трудность практического осуществления.
На общую огь длиной в мил<о ляжет громадная нагрузка. Чтобы обеспечить ее прочность, запроектирован диаметр оси в 15 и. исходя из максимальной мощности волн 500 кВт/и, Но волны бывают и более сильные — иногда мощностью до . 1000 кВт/и и выше. Поэтому прочность системы Солтера вызвала сомнение у экспертов и в 1982 г. финансировани этой Разработки английским правительством было пре кращено. Однако недостаток конструкции Солтера можно пр одолеть, если отказаться от использования статистически закономерностей для стабилизации оси, а применить за коны физики, не связанные со статистикой: речь нде о гидродинамической стабилизации оси, основанной н явлении присоединенной массы. Как известно, всякое тело, погруженное в жидкость, йриобретает некоторую дополнительную массу, обнару;кивающуюся прн всех перемещениях тела. Эта дополнительная масса обычно называется присоединенной, ее значение зависит от геометрии тела.
Тела хорошо обтекаемой формы приобретз<от меньшую присоединенную массу; наоборот, плохо обтекаемые тела имеют значительную присоединенную массу. Точный Расчет присоединенной массы для тел различной формы достаточно сложен. Известны ее значения дли тел распространенных форм. Например, для шара, погружонного в воду, присоединенная масса составляет 50% массы вытесненной пм воды, а для плоского квадратного щита она примерно равна массе шара, который может быть описан вокруг этого щита и заполнен водой.
Если опустить щит в воду на некоторую глубину, то момент инерции подобной системы относительно горизонтальной оси, находищейся на уровне свободной поверхности воды, будет достаточно болыпим и его можно пспольаовать для стабилизации оси. Стабилизированная подобным образом ось может применяться в любой колеблющейся системе тел в качестве неподвижной основы, т. е. некоторого фундамента, необходимого для обеспечения нормальной работы насосов или любых других механизмов в системе преобразователя. Подобная инерционная стабилизация может с успехом заменить статистическую стабилизацию, предложенную Солтером.
Обязательным условием ускешпой работы гидроднпамического способа стабилизации является выполнение требования где М вЂ” момент инерции щита с крепящей его рамой и присоединенной к ним массой воды; ̄— момент инерции колеблющегося корпуса со всеми деталями, находящимися в нем. Рассматривая погруженный в воду щнт с присоединенной кнемумассой воды и колеблющийся на поверхности коРпус как связанные системы, согласно закону сохранения момента количества д ижения можно написать Мв <» = М, <»„, где <» — угловая скорость колебаний щита; <е„— угловая скорость колебаний корпуса. Угловую скорость колебаний щита найдем по формуле О Примем, что щит жестко связан с горизонтальнои осью так, что угловая скорость колебаний оси равна углов скорости колебаний щита. Будем также считать, что го- ризонтальная ось, гкестко связанная со щитом, одновре- менно служит осшо, вокруг которой совершаются коле- бания корпуса эа счет энергии поверхностных волн.
Форма корпуса предполагается оптимальной для иаксиьгально~ ~ отбора энергии. По ходу нашего расчета сейчас нам важен: лишь собственный момент инерция корпуса. С точки зрс нпя наилучшей работы рассматриваемого способа гп родинаьп ческой стабилизации желательно, чтобы корпзс имел минимальную величину собственного момента инер- ции, но при слишком малом моменте инерции нельзя получить нужную мощность.
Исходя из требования получения от колеблющегося корпуса заданной мощности, величина его массы не можег быть ниже некоторого минимального значения, что прак- тически ограничивает также и минимальное значение момента инерции корпуса. Для нормальной раооты меха- низмов, преооразующих периодические колебания коР- пуса во вращательное движение (какими бы они не были), необходимо, чтобы ~"ова ~щ (~ мм где м„, — угловая скорость колебаний горизонтальной оси. Угловую скорость колебаний корпуса примем Равной угловой скорости колебаний поверхностных волн, т. е. м 2я1=2п!Т, где Т вЂ” период поверхностных волн, энергия которых подложит преобразованию; 7 =1/Т вЂ” частота поверхностных волн. Слецовательно, для энергонесущих компонентов воли с периодом от 6 до 12 с угловая скорость колебаний коо.
пуса будет изменяться в пределах от 1 до 0,5 с '. Поэтому угловая скорость колебаний щита должна быть минимум на порядок меяыпе. т. е. составлять пе более 0,05 — 0,1 с '. Для выполнения этого условия отношение моментов инерции щита и корпуса должно быть не менее 10, а еще лучше— несколько больше. Чтобы показать реальную возможность выполнения этого условия, сделаем следующий подсчет.
Пусть щит имеет размер Зх 3 м. Присоединенную к нему массу воды примем равной ооъему шара с радиусом г=1,5 м. Тогда присоединенная к щиту масса воды т„—.—.Ияг'р =3375 кгье =3,375 10э кг, где р — иле~ность воды (1000 кг/мэ), середина щита заглублена на 10 м — эта величина достаточна для волнового режима прибрежных районов Черного моря.
Из теории поверхностных волн известно, что затухание амплитуды воли с глубиной происходит по экгпоненцпальному закону. Показатель экспоненты зависит от длины волны п глубины. На глуоине, равной половине длины поверхностной волны, ое амплитуда составляет примерно 0,002 от амплитуды волн па поверхности. Для выполнения этого условия при длине волн на поверхности 20м достаточно погрузить щит на глубину 10 и; прп волнах длиной в 100 м потребуется глубина погружения в 50 м.
Обе эти цифры (10 или 50 и) пе вызывают практических затруднений. Оценим значение момента инерции для минимального заглубленяя середины щита. Момент инерции щита с присоединенной к нему массой воды для заглубления в 10 м М„=т ° 10' = 3,4 10' кгм'. Фактически он будет несколько больше, так как в расчете не учтены масса рамы, присоединенная к ней масса воды и масса самого щита. При необходимости эту величину легко увеличить на несколько порядков. Полученное значение момента инерции щита с присоединенной к нему массой воды для выполнения условия стабилизации позволяет иметь корпус с моментом инерции менее 3 4. 10' кгм'. Возьмем стальной цилиндр диаметром 2,5 и (по средней линии обшивки), массой 4000 кг, включающей массу всех деталей преобразователя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
