1598005429-afd80cdf49ba7e5f6ece6b974d8fd3c4 (811213), страница 17
Текст из файла (страница 17)
16. Занисккооть мощно' сты, отдаваемой электрическим генератором наныгнцыонного бун, от периода ыонерхыостыых колы з« 6 н. В. Верьтпнсека Ряс. 14. Наннгнцыоыыый буй е питанием сигнального огня на счет аиерппе ыонерхыоетных волн струкции И. А. Бабинцева. Однако на атом сходство практически кончается. Имеется особая камера с клапанами, а внутри нее — пневматический турбогенератор.
Нижний конец центральной трубы открыт в воду, а верхний— в камеру пневматического турбогенератора. Когда буй качается вверх-вниа, колебания уровня воды в трубе создают тягу воздуха, например, когда гребень волны подходит к бую, то он поднимается вверх благодаря пла-. вучести. В этот момент, пока уровень воды в трубе еще не изменился, там образуется разрен<ение, из-за чего атмосферный воздух будет входить в трубу через кл;паны камеры. Когда к бую подходит впадина волны, оп опускается под влиянием собственного веса. В этот полупериод воздух из центральной трубы будет вытесняться водой и выходить через выходные клапаны камеры турбогенератора.
Рке. аз. Кланаиная ыамера навигационного буи т — е — клапаны, х — воактапнкй ттрботенератор На рис. 15 приведена схема устройства камеры с клапанами, внутри которой размещен турбогеператор. Камера имеет четыре клапана, необходимых для создания однонаправленного воздушного потока во время прохождения обоих полупериодоз поверхностных волн. Столь большое количество клапанов не может быль отнесено к числу достоинств рассматриваемой системы.
Указывается, что можно обойтись всего одним клапаном, если ограничиться работой турбины только на выходящем воздушном потоке. Однако использование этого предложения означает уменьшение средяей мощности установки минимум вдвое, что вряд лн желательно. В свете сказанного, а также учитывая сложность клапапной коробки, особенно хорошо видны преимущества системы И. А. Бабинцева. Однако для его конструкции нужна турбина с особым направляющим аппаратом, а японские специалисты воспользовалнсь самолетной пусковой турбиной с ротором диаметром 20 см, заменив для облегчения конструкции ее стандартный ротор нз ткароупорного сплава алюминиевым.
Пневлтатическпе клапаны сделаны из стеклопластика толщиной 2 мм, герметизирующие прокладки— из неопреновой резины. Используется трехфазный генеРатор переменного тока с кремниевым выпрямителем. Для любой системы преобразования с алаваюшим' буем и центральной трубой, т. е. неаависимо в первом прибли«кении от особенностей устройства силового пневмоагрегата, важно соблюдение некоторых оптимальных соотношений между периодом собственных колебаний столба воды в его центральной трубе и собственными колебаниями буя.
Если бы буй и водяной столб колебались с одним периодом и в одной фазе, то никакой мощности снять с воздушного столба было бы нельзя. Воздушная труба, составляющая одно целое с корпусом буя, играет роль цилиндра, поршнем которого является водяной столб. Чтобы такой «насоса работал, необходимо их относительное перемещение.
Как показывает рис. 16, резонансная кривая преобразователя имеет два максимума, причем первый ббльшпй максимум отдаваем й мощности соответствует периоду Т, собственных колебаний буя в целом. Период собственных вертикальных колебаний буя с центральной трубой японскими авторами определяется формулой т/ж,+ж, Т,=~~ э у, с, где и«, — масса буя, кг; гп, — средняя масса морской воды в трубе, кг; р — плотность морской воды, кг/м', Я вЂ” площадь буя, мз. Второй максимум соответствует периоду Т, собственных колебаний столба воды в центральной трубе; он значительно меньше.
Период собственных колебаний столба воды в центральной трубе буя является функцией длины трубы и может быть аппроксимирован приближенной формулой Т,= 2я ~)Цу, где 1, — длина трубы, м; Т, — период собственных колебаний столба воды в Г-образной трубе удвоенной длины, где диаметр второго плеча бесконечно велик. Заметим, что полезная мощность, которая может быть снята пневматической турбиной, зависит не только от точности н„стройки колебаний водяного столба или буя в резонанс с частотой колебаний поверхностных волн.
Пневматический преобразователь энергии поверхностных волн следует рассматривать как сложную систему, состоящую минимум иэ двух связанных колебательных контуров, собственные периоды колебаний которых приближенно определяются формулами, приведенными выше. Из теории колебании известно, что для получения максимальной мощности от одного из свяаанных контуров коэффициент связи между ними должен удовлетворять определенному соотношению. Практическп это означает, что в преобразователе должно пметься устройство для регулировки коэффициента связи между буем и центральной трубой или воздушной камерой. Ни в одной из рассмотренных выше систем подобного регулятора нет, что свидетельствует о наличии потенциальной возможности их усовершенствования.
В этих преобразователях имеется, очевидно, еще и третья колебательная систеыа. Речь идет о воздушном столбе. Он приводится в движение колеблющимся водяным столбом, который действуетна него как поргпепь. Поддействием этого поршня воздушный столб совершает вынужденные колебания, произв ~дя необходимую работу. Однако собственная частота колебаний воадушного столба, как правило, не может совпадать с частотой вынуждаюгцих колебаний. Собственную частоту колебаний воздушного столба, по-видимому, пе учитывал ни один автор.
К счастью, она достаточно высока н острой надобности в ее учете не возникало в конструкциях относительно маломощных пневматических преобразователей. Однако с увеличением мощности и'соответственно размеров воздушных камер их резонанс будет перемещаться в низкочастотную область. Весьма оригинально подошли к решению задачи преобразования энергии волн английские конструкторы Уиттекер и Уэллс. Они предложили конструкцию пневматического преобразователя энергии волн без клапанов (рис. 17).
В верхней части преобразователя находится пневматический турбогенератор мощностью 65 кВт. Главной особенностью пневматическ:й турбпны является ротор, обладающий выпрямляющим действием. Оно заключается в том, что ротор сохраняет неизменным направление своего вращения при перемене направления воздушного потока, следовательно, поддерясивается неизменным и направление вращения генератора. Ротор турбины диаметром 1,36 м имеет лопасти симметричного профиля, установленные без угла атаки. Поэтому перед началом работы ротор необходимо раскрутить. Воздушный поток создается с помощью камеры, имеющей вид полусферы, открытой в нижней части, куда ааходят волны.
В верхней части камера заканчивается иа- 82 Рис. 17. Пиеиматичсстотй нреобраиоватсль энергии поверхностных воли Уиттенсра и У»элса 1 — генератор мощностью ьб нвт, в — лиевматнчесняя турбиня с ротором диаметром 1,»б и, в — нунал дняметрои Кб и, Я вЂ” ьлеиент нлавучестн, Л вЂ” стальная трубчатая армятурл, в — балласт, У вЂ” стальная иоплввон небтральнаанчьнучести диаметром бм, Л вЂ” няседно Вентури садкой Вентури, внутри кое торой расположен ротор турбины. Диаметр полусферы 4,5 и. Вся конструкция преобразэвателя укреплена на буенейтральной плавучести в виде стальн й сферы диаметром 4 м.
В сферу было залито 30 т воды, что позволило уравновесить к»нструкцию в нужном положении на поверхности моря. Буй нейтральной плавучести играет роль инертной массы, как показали теоретические расчеты авторов, — это наиболее выгодное применение инерционной массы с минимальной плавучестью. Однако буй нейтральной плавучести оказался самым неудачным звеном этой интересной конструкции. Преобрааователь потерпел аварию при первом же аимнем шторме 1978 г. Преобразователь был снабжен пятиканальной телеметрической системой, которая, в частности, поаволяла контролировать и работу ротора. Однако авария проиаошла быстрее, чем с преобрааователя поступила какая-либо информация о его работе.
Было бы интересно испытать этот преобразователь с более надежной инерптой массой, типа стабильного буя И. Кусто, который потерпел аварию лишь после нескольких лет безупречной работы (в Лионском заливе), когда высота волн во время необычно сильного шторма превысила высоту расположения входного люка (8 м). Небольшой буй подобного типа, в конструкции которого нет ненадежных дверей, в течение многих лет успешно противостоит штормам на Черном море.
Водоизмещение его — около 60 т. 11уй практически не ка иется'. его колебания по вертикали пе превышают +0,15 м во время сильного путорма. При примененип подобного буя достигается та же цель, какую стремились достигнуть Упттекер и Уэллс, н одновременно обеспечивается необходимая надежность всей установки, что подтверждается практикой. Большую известность полу шла мощная установка пневматическими преобразоватолямн, известная под названием чКаймей» (пли система профессора Иошио лабуды). В ео создании принимали участие С1ВА, Канада и Великобритания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
