1598005429-afd80cdf49ba7e5f6ece6b974d8fd3c4 (811213), страница 20
Текст из файла (страница 20)
По достижении числа оборотов, близкого к нормальному, центробежньш выключатель 21 через контактор 22 соединяет асинхронный генератор 18 с кабелем 15, т. е. с сетью станции. В случае понижения уровня воды и соответствующего давления в резервуаре воздушного колпака 8 ниже допустимого контактный манометр 17 включает контактор 28, что приводит к разьединению асинхронного генератора 18 от сети и к закрытию задвижки 16 сервомотором 19. По закрытии задвижки сервомотор останавливается благодаря ограничительному контакту 24.
Из вышесказанного вытекает возможность иметь весьма упрощенные конструкции как асинхронного генератора И, так и турбины 10. Асинхронньш генератор имеет коротко- замкнутый ротор; зто вполне возможно, так как включение в сеть происходит лишь при числе оборотов, близком к нормальному. Простота конструкции турбины 10 заключается в том, что, во-первых, не требуется регулятора скорости, таи Каи скорость регулируется асинхронным генератором, и, во-вторых, можно применять неподвия<- ное направляющее колесо (вместо обычного регулируемого). Как видно, чем больше волнение, тем больше энергии перекачивается в сеть станции. При малых волнениях перекачка энергии происходит с перерывами.
Автоматиам включения и выключения установки позволяет обойтись без постоянного обслуз«ивающего персонала, ограничиваясь периодическим осмотром, что позволяет небольшому штату обслужить целую батарею подобных плавучих установок. Для мест, недостаточная глубина которых во допускает применения длинной вертикальной трубы 8 инерционного насоса, предназначается форма выполнения установки, изображенная в поперечном разрезе иа фиг. 3. Плавучей установке придается такая форма, гго она качается на волнах, причем положение якорных цепей обеспечивает преобладание бортовой качки.
Благодаря-этим качаниям в закрытых концах длинной трубы 8„обвивающей один илп несколько раз центральную часть снаряда установки вокруг ее горизонтальной оси, возникают попеременно разрежения и п»вы«пенные давления„так что морская вода нсасывается н трубу через клапаны и выдавливается через клапаны 7 в резервуар воздушного колпака 8, где оиа находится под давлением.
В остальном форма выполнения (турбина, генератор, схема управления, вспомогательные мех низмы) пичем не отличается от ранее описанп»й. Предмет изобротения 1. Плавучая гидрогенераторпая установка для использования энергии волн, »тличающаяся тем, что для воэможности работы турбины 10 с полезным напором, превышающим высоту волны, водоподводящая часть 8 установки выполнена в виде инерционного насоса с отбойным 8 и нагнетательным клапанами 7 и воздушным колпаком 8 (фиг.
з). 2. Форма выполнения плавучей гидрогенераторпой установки, отличающаяся тем, что для использования преимущественно бортовой качки плавучего снаряда установки труба 8 инерционного пасоса двойного действия обвивает один или несколько раз центральную часть снаряда вокруг его горизонтальной оси (фиг. 3)«. Авторское свидетельство А. Г. Баранова говорит о том, что волновой инерционный насос — русское изобретсние, А.
Г. Баранов четко сформулировал одну на 96 главных особенностей волнового инерционного насоса— возможность получения напора, превышающего высоту волн. Это очень важное свойство установки, поскольку поверхностные волны являются»тн»сительн» низкоп»тенциальным источником энергии, из-за чег» Их не всегда легко исп»зьзэнать. Это важное свойстно установка А. Г. Баранова унаследовала от шидравлического тарана. Таран— пр»стая машина, и поэтому очень наде киая.
Но волноэнергетическая установка, оснащенная гидравлическим тараном, включает дополнительные детали, необходимые для выработки электрической энергии, т. е. гидравлическую турбину, трансхп«ссию, электрический генератор и некоторые другие устройства, необходимые для контроля и управления всей установкой. В гидрогенераторной установке Баранова сохранены основные элементы инерционного насоса, т.
е. гидравлического тарана, в том числе два клапана. С современной точки зрения два клапана для волноэнергетической установки не купаны. Вполне достаточно одного. Более того, наличие двух клапанов даже вредно, поскольку понижает КПД установки в условиях волноного репнина работы, т. е. отбойный клапан 8 — лишний.
ВИВРАЦИОННЫИ И ВОЛНОВОИ НАСОСЫ Среди полезных применений вибрации можно упомяпуть вибрационный насос (рис. 20). В основу его устройства положена идея, представляющая некоторый интерес с точки зрения преобрааования энергии поверхностных волн. Насос представляет собой трубу 1, в нижней части которой имеется клапан 2 с пружинами 8, прижимающими его к входному отверстию для воды, в нижнем фланце трубы. В верхней части трубы имеется выходное отверстие (окно) 4, через которое выливается поднимаемая вода. Перед началом работы труба заливается водой. Насос работает следующим образом. «Если труба зафиксирована в показанном на рисунке положении или если она движется вверх, то клапан будет оставаться закрытым.
Но если придать трубе достаточную скорость, напранленную вниз, то нагрузка на клапан с внешней стороны сможет возрасти настолько, чтобы преодолеть сопротивление пружин и внутреннее давление столба воды. Тогда клапан откроется и через нижнее отверстие в трубу станет поступать вода из бассейна; «1 7 н, в. В«вши«скин соответственно через верхнее окно вода будет выливаться наружу, Идея водоподъемника состоит в том, чтобы этапы двия.ения вверх и вниз чередовались; прп этом желательно, чтобы размахи таких колебаний были достаточно малы (хотя бы потому, что оассейн может иметь малую глубину). Тогда в каждом цикле в трубу через нижнее сечение будут поступать определенные порции воды, а из окна будут с той же периодичностью выбрасываться такие»ке порции. Можно сказать, что в среднем установится течение воды вверх по трубе» ".
Для обеспечения колебаний трубы ио вертикали можно воспользоваться либо вибронозбудителем дебалансного типа, либо возбудителем электромагнитного типа. Роль возбудителя колебаний трубы могут выполнить и поверхностные волны. Для этого трубу следует укрепить на поплавке, способном колебаться по вертикали с амплитудой, близкой к амплитуде поверхностных волн. В этом случае клапан на нижнем конце трубы не требуется. Хотя это и кажется парадоксальным, но труба будет качать воду без клапана: восходящий поток воды и ней будет возникать каждый раз во время прохо»кдения ложбин поверхностных волн, когда поплавок с, трубой опустится ни~ке среднего уровня спокойного моря.
В этом случае из верхнего конца трубы будет выливаться вода на основе принципа сообщающихся сосудов (одним из которых является сама труба, а вторым — окружающая ее вода). Эффект будет наблюдаться только при достаточно длинной трубе, когда динамическое давление проходящих волн на ее нижнем конце будет близко к нулю. Такое условие легко выполняется при длине трубы, близкой к половине длины поверхностных волн.
Подобное устройство является простейшим способом подъема глубинной воды в поверхностный слой водоема. Рис. 21 поясняет принцип действия этого устройства. Здесь л — подъемная труба, 2 — поддерживающий ее 'поплавок. Стрелками показано направление течения воды во время прохождения ложбин поверхностных волн. «» Веыел Р.
Колебания. М.: Наука, 1979, с. «55. Рис. 21. Волновой насос лля подъема глубинной веды в яелерхиеет- иый елей Средний расход воды, вытекающей из верхнего конца ~рубы 1, когда он находится во впадине между гребнями волн, может быть оценен по приближенной формуле ю» С, 7»Яг рЯ ~ »~ЬХА ыи«МАТ « = р8 — ~ ~(2уяА Аз»и «К д (еЕ) = « »'2 я = — ~(дА ~ ~/яп Х АХ, « где С„„— средний расход воды, и»/с; р — коэффициент расхода, учптывающий потери на входе и выходе трубы; Я вЂ” площадь поперечного сечения трубы, м', Р'„— средняя скорость подъема воды в трубе за период волны, м/с; А — амплитуда понерхностной волны, м; Т вЂ” период волны, с. Входяшдй в последнее выражение интеграл находим с помощью гамма-функций О,У06 а Получаем 2,26 б« = — 'р.Я»)яА.
»~2 я Так как 2,26/л~(2 = 0,51, те окончательно имеем О, =0,51 уЯр/Ад. Приближенный расчет по последней формуле показывает, что труба с внутренним диаметром 1,2 м (8==1 мз), длиной 100 м, установленная на подходящем поплавке в районе океана, характеризующемся средней амплитудой волн 0,85 м (полная высота 1,7 м, что близко к средней величине для Мирового океана) при периоде 6 с и коэффициенте расхода 0,7, обеспечит расход воды, равный 1 мз с, что составит свыше 85тыс. мз в сутки. Цифра эта очень велика, Однако фактический расход воды будет меньгпе вычисленного, так как интеграл был взят за всю отрицательную половину периода поверхностной волны, тогда как на самом деле вода будет фонтанировать значительно меныпую часть полупериода из-за потерь давления в трубе.
В гидравлике потеря давления (или напора) в трубах обычно характеризуется в метрах водяного столба и зависит от длины трубы, ее диаметра, гпероховатости ее стенок и скорости течения воды в ней. Чтооы оценить величину потери напора по длине трубы, прежде всего следует рассчитать коэффициент сопротивления трубы; г =НЕ,)А, где с — коэффициент гпероховатости (для новой чугунной трубы его значение приближенно равно 0,02); 1,— длина трубы, м; Н вЂ” диаметр трубы, м. Для нашего примера (,=100 м, 0=1,2 м. гд — — 0,02 100/1,2 =1,67.
Потерю напора из-эа трения на всей длине трубы найдем по формуле Ьз = гз )Р, з/2д, где У„ — скорость воды в трубе, м/с. В нашем случае )г„=1 м/с, поэтому Ьз=(1,6 1з)/(2.9,81) =0,08. Потери напора при входе воды в трубу определяются по формуле Ь =г,()г, з/2д), где гз — коэффициент сопротивления при входе в трубу принимается равным 0,5. Он обусловлен сжатием струи при входе и последующим ее расширением внутри трубы, на что и расходуется напор. Для нагпего примера потеря напора при входе бр=0,5 (1'/2 9,81) =0,025 м. Потеря напора при выходе струи иа трубы аз=ге ( р рр/2у)~ где г„— коэффициент сопротивления при выходе струи иэ трубы в воздух; примем его равным 1.
Тогда аз=1 (1'/2'9,8) =0,05 и. Полная потеря напора определяется суммой трех по- терь, т. е. аз= — ь,+аз+аз= — 0,08+0,025+0,05=-0,155 м. При синусоидальпых колебаниях трубы по вертикали во время прохождения ложбин вода из трубы не будет выходить до тех пор, пока она вместе с поддерживающим поплавком не опустится ниже среднего уровня спокойного моря на величину, равную суммарной потере напора, т. е. а нашем случае до 0,155 м. Вода будет продолжать течь во время прохождения ложбин до тех пор, пока труба, ' пройдя отрицательный минимум, не дойдет до среднего уровня моря на величину суммарной потери напора, т. е.
до 0,155 и. Очевидно, что из-за наличия потерь на- пора время подачи воды в течение прохождения ложбины уменыпается. Вода не пойдет по трубе, пока напор волны не превысит потери напора в трубе. Если амплитуда волны станет равна суммарной потере напора, подача воды прекратится. Определим долю полупериода, в течение которой вода практически не будет подаваться из-за описанного эффекта. Половина периода имеет длительность л радиан, или 180 . Для рассмотренного примера она определится уравнением йз=А з(п ря, где А — амплитуда поверхностных волн, принятая равной 0,85 м. зр=2л/Т=6,28/6=1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
