1598005429-afd80cdf49ba7e5f6ece6b974d8fd3c4 (811213), страница 21
Текст из файла (страница 21)
1з ю Подставляя цифры, получаем з1п в1=0,155/0,85=0,183, Окончательно находим вФ =10'30'. В точке, соответствующей этой цифре (или близкой к ней), вода начнет проходить через трубу и над ее выходным отверстием появится фонтанчик глубинной воды. Подача воды через трубу будет продолжаться до тех пор, пока текущее значение углубления ложбины, пройдя через максимум (отрицательный), снова не уменьшится до найденного значения высоты потери напора (0,155 м). Следовательно, вода не будет подаваться в течение удвоенного значения найденного промежутка (21'), или около 0,37 радиана. Подсчет показывает, что примерно 11,5 % .времени отрицательного полупериода (т. е.
ложбины волны) волновой насос не работает. К этому надо прибавить еще и весь положительный полупериод, т. е. время прохождения гребня. Выходит, что большую часть периода поверхностных волн подобный волновой насос воду не качает. Для труб меньшего диаметра результаты будут хуже.
Н прнзшр, для трубы с внутренним диаметром 0,27 м и той н1е шероховатости коэффициент сопротивления г,=(2 10 '100)/0,27=7,4, Следовательно, суммарная потеря напора при прочих равных условиях станет вчетверо больше, т, е. Аз=0,62 м, откуда 'определим з(п в1=0,62/0,85=0,73, Окончательно найдем в~=47'; 2в1=94'. Подсчет показывает, что при трубе с внутренним диаметром 0,27 и вода будет подаваться в течение времени меньше половины времени прохождения ложбины или меньше четверти полного периода поверхностной волны.
Как показали эксперименты, такой простейший волновой насос действительно подает глубинную воду короткими импульсами. Хотя за волны платить не надо, но вряд ли можно признать подобное устройство эффективным. Значителько улучшить его эффективность можно введением клапана. ИНЕРЦИОННЬ1Н ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АЙЗЕКСА Схема инерционного преоб- ' разователя американского ученого Д. Айзекса представлена на рнс. 22. Преобразователь представляет собой вертикальную трубу 1, поддерживаемую на плаву с помощью буя 2. Нинке уровня спокойного моря на глубине 6,1 м в грубо имеется расширение, где помещен клапан о'. В верхней части трубы на буе расположен турбогенератор 4 и напорный бак б; имеется также спивная труба 6'. Буй слабо привязан, поэтому,'он непосредственно откликается на волновые движения, т.
е. отслеживает поверхности уровня проходящих волн благодаря достаточно длинному якорному концу. Клапан о' закрыт примерно в течение половины периода волны, благодаря чему водяной столб в трубе поднимается вверх при подъеме оуя на гребеяь очередной волны. А когда буй начинает опускаться с гребня, сила инерции заставляет воду внутри трубы продолжать движений вверх, поднимая водяной столб выше, чем высота волны. Последующие периоды волн поднимают давление в напорном баке еще выше, пока не будет достигнуто значение, необходимое для работы турбогенератора 4.
Последовательно набегающие волны поддерживают давление з напорном баке б, откуда питается водой турбина. Отработанная вода, выходящая нз турбины, сливается обратно в море через спивную трубу б. Вертикальное положение трубы 1 — наилучшее. Но инерционный насос будет работать и в том случае, если трубу расположить горизонтальпо или свить в спираль. Инерционный насос со спиральной трубой будет работать за счет качки судна-носителя (вспомним изобретение А. Г. Баранова). Преобразователь с трубой длиной 61 м обеспечивает увеличение напора в 9 раз, а с трубой длиной 92 м — более чем в 20 раз. Такие результаты были получены при волнах высотой 1,8 м. Расчет показывает возможность получения при этих условиях мощности около 50 кВт 102 при трубе длиной 153 м и диаметром 92 см.
Для трубы диаметром 460 см и длиной 90 м возможная мощность оценивается в 350 кВт (хорошая цифра, представляющая несомненный интерес). Энергетическая установка с подобной трубой будет иметь установочную стоимость примерно 300 долл. за 1 кВт, т. е. стоить всего приблизительно 105 тыс. долл. Это — дешево. Однако для установки мощностью в 20 кВт стоимость оценивается в 2 тыс. долл. за 1 кВт, т. е. полная стоимость установки в этом случае будет составлять примерно 40 тыс.
долл. Столь значительная разница в цене связана с тем, что при неизменной длине трубы мощность возрастает приблизительно пропорционально квадрату диаметра трубы, тогда как стоимость поддерживающей конструкции — пропорционально диаметру трубы в первой степени. Эксплуатационные расходы в сильной степени будут зависеть от удачности конструкции в целом. Можно полагать, что при работе в глубоких водах в достаточном удалении от прибойной полосы волновые нагрузки на энергетическую установку будут немногим большее чем на обычные буи. По оценке Лйзекса, эффективность использования энергии волн рассмотренным преобразователем составляет около 30 %.
Цифра эта блиака к КПД водоподъемных установок с тараном. г РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ИНЕРЦИОННОГО НАСОСА Для любых применений волнового инерционного насоса весьма вангна его производительность. Рассмотрим некоторые особенности ее расчета. Упрощенная схема инерционного насоса показана на рис. 23. Насос состоит из трех основных частей: буя 1, водоподъемной трубы 2 и клапана л.
Буй поддерживает верхний конец трубы н отслеживает поверхность уровня проходящих поверхностных волн. По трубе глубинная вода подается утаверх. Клапан на верхнем срезе трубы служит для автоматической синхронизации движения воды в трубе с прохождением поверхностных волн и обеспечения оптимального режима работы установки; полезен он также и для предотвращения заплескивания воды в трубу из поверхностного слоя во время прохонщения гребней волн. Для расчета производительности примем, что поплавковая система насоса, т, е. буй, точно отслеживает взвол- 404 Рнс. 23. Инерционный волновой насос Рнс.
24. Графики, иллюстрирующие работу инерционного волнового ннсосв.' о — иеиеневпе вмплитудыпо. верхностных волн и одновременно колебвнпй буя вместе с трубой, б --неменениеволнового ускоре~шя подповременно ускорения водяиого стопба в водоподъемной трубе при еенрытом «лепеис, е — изменение скорости водоподъемной трубы по вертикали соответствует изменению волковой своростп Ы вЂ” касательная к шике Ь; еаштриховвкнан площадь определяет количество поднимве- иай нвсосом воды) нованную поверхность, колебания которой следуют вакону синуса, т. е.
-'1 (~)= — Ао з1п ш8, где А (р) — отклонение поверхности моря от среднего УРовня, м; Ао — амплитуда поверхностных волн, м; Т вЂ”. ш=2п)Т вЂ” угловая частота поверхностных волн, 1ус; -„период поверхностных волн, с; 1 — текущее значение времени, с. 8 Н. в. вершинский 100 может быть ааписано в виде Ь Ь $ д,(1)81 = $ Ис. ц Подставляя в последнее уравнение выражения для волнового ускорения д, (1) и ускорения столба воды 1', после интегрирования получаем — Ао ю сов югэ+Ао ю сов ю1,=(дй,/(й,+5) )(1,— Ю,).
Результирующее смещение столоа воды в подъемном труоопроводе за один период волны определяется по формуле П=~И (1) и, Ь Ь где п1' (г) = ~ уй — ~ б„(1) яг =;(бй,/(Йг + ь)) (сэ — гч) + Ь Ь +Аою сов югэ — Аою сов <ос, — разность скоростей подьемного трубопровода н столба воды в нем. Объем воды, поднятый с глуоины и прошедший черев клапан за один период волны, рассчитывается следующим образом: О, =8П. В экспедиции) ВНИРО и ИОАН на Черном море была испытана установка искусственного апволлинга с трубой длиной 22 м. Результаты испытаний дали близкио к расчетным значения пропвзодительпости установки. Об эффективности установки свидетельствуют н данные химического анализа поверхностной п глубинной воды (в маг-ат,л); кремнпй — 3,5 на поверхности, 10,1 в глуоине; ннтраты— соответственно 0,11 и 0,94; аммопий — 0,27 и 1,68; фосфор ипнеральный — 0,98 и 0,35.
ВОДОРОДПЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Новый принцип преобразования энергии поверхностных волн предложил в 1978 г. Р. Сэломон; позже эта идея была раввита им в совместной раооте с Хэрдингом. Принцип действия пх преобразователя виден из рис. 25. Преобразователь представляет собой цилиндр 7, неподвижно укрепленный на морском дне и наполненный водородом. В цилиндре перемещается поршень 2. В средней части цилиндр перегорожен пористой перегородкой 108 ;фюа ааюг Рпс.
20. Преобразователя энергии поверхностных волн, работающие па принципе действия водородного гальваппчесяого элемента. Во втором варианте (справа) поршень отсутствует, вместо пего работаег столб воды, поднимающийся влв опуеяающяйся в цилиндре под действием проходящих волн (мембраной) У, до которой поршень при своем движении не доходит. На верхней и нижней )тлоскостях перегородки имеются проводящие электроды 4 и б с выводами к полезной нагрузке б. В верхнеи части цплиндра расположен сальник 7, через который проходит пггок 8. Сальник необходим для предотвращения попадания воды в цилиндр, а также для исключения уте1ки из него ведер~ да. 1[1ток связан с поплавком 9, находящимся на поверхности воды. Под действием поверхностных волн поплавок совершает вертикальные колебания. Усилие от поплавка через шток передается поршню 2, который поэтому также колеблется синхронно (и синфазно) вверх и вниз, вызывая тем самым периодические повышения или понижения давления водорода в цилиндре.
Пористая мембрана-перегородка обладает особыми свойствами: она имеет протонную проводимость. В качестве материала для мембраны Саломон применил разработанный им новый материал — синтетический полимер нафион; это самая важная деталь нового преобразователя. Когда в верхней части цилиндра при движении поршня вниз повышается давление водорода, на поверхности 109 меллбраны иа нафиона происходит разложение молекул водорода. Точный ход реакции не описан.
Можно предполагать, что реакция идет по уравнению На -+ 2Н -+ 2Н'+2 . Протоны Н'проникают в мембрану, а электроны улавливаются электродом 4 и текут в нагрузку б, совершая там полезную работу как обычный электрический т!к. Цепь тока замыкается через нижний электрод 5 (плюс при прохождении ложбин поверхностных волн), на котором происходит компенсация протонов.
Прп прохождении гребней поверхностных волн поршень движется вверх, благ.!даря чему объел! между поршнем ы мембраной возрастает я образуется разрежение. Поэтому концентрация водор !да здесь п.!нкжается. При этом процесс повторяется, но с обратным знаком. Протоны из ни;иней полости цилиндра (ниже мембраны) пройдут через мембрану, а электроны будут собраны нижним электродом 5 и п' текут в нагрузку 6. Направление тока на этой фазе волны будет обратным — плюсом станет верхний электрод 4. Таким образом, водородный преооразователь будет генерировать переменный ток с частотой поверхностных волн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
