1598005429-afd80cdf49ba7e5f6ece6b974d8fd3c4 (811213), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Происходит как бы своеобразная «кусочная» линейная аппроксимация профиля волны звеньями плота. При этом совершается работа, испольауемая вторым преобрааователем 2, В качестве второго преобрааователя работают насосы, накачивающиэ рабочую жидкость в гидравлический аккумулятор 2.
Следовательно, механическая энергия колебаний звеньев плота преобразуется в анергию гидравлического потока, запасаемую в гидравлическом аккумуляторе. Оттуда, по мере надобностп, рабочая жидкость поступает в гидравлический двигатель 4, вращающий генератор электрической энергии б з. » Идея механического приемника энергии воли а виде шарнирного плота была вы«казака:К. Э. Циолковским а 1936 г. См.>а>(волковский К."3. Полн. собр.
соч.'М.> Наука, 1964, т. 4, с. 363. Зта схема сложнее предыдущих. 1'лавный Иедостаток плота Коккереля заключается в высокой стоимости обслуживания волноанергетических установок, связанной с необходимостью оплаты высококвалифицированного персонала для обслуживания гидравлических систем. Именно по этой причине английское правительство прекратило с 1982 г. дальней>пее финансирование работ в этом направлении. Однако необходимо подчеркнуть, что дорого- виана обслуживания не является общим недостатком систем, построенных по схеме 17, а относится лишь к устройствам типа плота Коккереля. В качестве рабочего тела в установках по схеме 1 «' используются масло нли вода. Положительная особенность применения масла состоит в значительном уменьптении влияния коррозии на рабочие механизмы установки. Все же, видимо, нельая говорить о полном устранении коррозииных явлений нз-за неизбежного случайного проникновения морской воды в гидравлнческу>о систему через различные неплотности, в том числе через сальники.
Как известно, морская вода отличается высокой агрессивностью. Но применение масла в качестве рабочей жидкости приводит к значительному усложнению н удорожанию установки в целом. Поэтому представляют большой интерес системы, могущие работать с водой в качестве рабочей жидкости. Одно из первых устройств такого типа было предло>кено советским изобретателем Л.
Г. Барановым в 1936 г. В последние годы в атом направлении успешно работал американский ученый Д. Айзеке с коллегами (Институт использования морских ресурсов Калифорнийского университета). В любом случае применяется водяная туроина, спаренная с генератором электрической энергии. Воаможность использования обычных гидравлических турбин в этом случае обеспечивается особым устройством приемника-преобразователя. Ок выполнен так, что подает за счет энергии волн на гидравлическую турбину водяной поток неизменного направления. Волвоэнергетическая установка этого типа укладывается в схему 1Ъ', но порядок следования основных составляющих алементов изменяется: после первичного преобразователя ставится пневмогидравлический аккумулятор, работающий на турбину. Если турбина достаточно быстроходная, то ее вал можно непосредственно связать с валом генератора электрической энергии. В этом случае число основных звеньев установки сокращается с пяти 3' 33 до четырех. Это очень важно, поскольку каждое звено имеет КПД меньше единицы.
В результате сокращения числа звеньев повышается суммарный КПД установки и, главное, возрастает ее надежность и упрощается обслуживание. К тому же получить хороший редуктор не всегда легко. Высоким КПД с необходимым передаточным отношением обладают планетарные редукторы, но при их изготовлении требуется высокая точность. Другой путь— применение низкооборотного генератора переменного тока.
Подобные генераторы имеют болыпне габариты и редко применя|отея в наше время. Поэтому подбор эффективной пары турбина — генератор является одной нз сложных задач при разработке таких установок. Установки этого типа могут одинаково успешно работать как на пресной, так и на соленой воде. Практическая значимость пх ке вызывает сомнений.
Вместо гидравлических аккумуляторов в установках по схеме 1Ъ могут применяться и другие типы накопителей энергии. Простейший нз них — маховик. Расчеты показывают, что маховик с вполне приемлемыми размерами может обеспечить достаточно равномерное кращение вала генератора электрической энергии в установках не слишком высокой мощности. Еще один пример — пневматический аккумулятор.
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ На основе пьезоэлектрического эффекта А. С. Шеиным был построен маленький электрический гевератор (рис. 2), главная деталь которого — кристалл сегнетовой соли, немного больше тех, какие применяются в звукоснимателях злектропроигрыва|елей или в пьезоэлектрических микрофонах. Проводящие обкладки кристалла из фольги 1 соединены двумя изолированными проводами с неоновой лампочкой 2. Если кристалл изогнуть илн легонько щелкнуть по нему пальцем, то неоновая лампочка вспыхнет. А чтобы она горела непрерывно, надо вертеть ручку 3, соединенну|о с зубчатым колесиком (трещоткой) 4. Прв вращении ручки зубья трещотки нагибают кристалл несколько раз за один ее оборот, благодаря чему неоновая лампочка кажется горящей непрерывно. Это — макет пьезоэлектрического генератора, принцип действия которого основан на прям|и пьезоэлектрическом аффекте. С его помощью механическая энергия, развиваемая рукой, непосредственно превращается Рис.
2. Кпигмзтпческап схема пьезоэлектрического преобразователя А. С. Шепна (атрещотпа») в электрическую энергию, идущую на свечение неоновой лампочки. При пьезоэлектрическом преобразовании отсутствуют затруднения, связанные с преооразовакием энергии поверхностных волн на основе закона электромагнитной индукции.
Дело в том, что скорость орбитального движения воды в поверхностных волнах обычно мала, а использование закона электромагнитной индукции для выработки электрической энергии эффективно лишь при достаточно высоких скоростях. Именно поэтому, как правило, требуется применение того или иного типа преобразователей для повышения скорости до достаточной величины, когда работа преобразователей на основе принципа электромагнитной индукции становится эффективной. Но любой преобразователь имеет много разных механических настей и поэтому не всегда отличается высокой надежностью, необходимой при работе в тяжелых морских условиях. Электрическая энергия, выраоатываемая пьезозлектриками, не зависит от скорости их деформации. Электрический заряд, возникающий при пьезоэффекте, прямо пропорционален давлению на пьезоэлемент. Подобная зависимость благоприятна для использования энергии волн на поверхности воды; морские волны способны развивать большие давления при относительно малых скоростях.
Поверхностные волны с успехом могут выполнять работу по механической деформации того или иного пьеэоэлектряка Но решение вопроса о практическом применен|ы| пьезоэффект» для использования энергии волн состоит в нахождении подходящего пьезопреобразователя. Наибо- 37 нее чувствительныь«из числа известных сегодня является сегнетовая соль. Именно поэтому она широко применяется в гидроакустике и радиотехнике. Однако с точки зрения использования энергии волн ее нельзя считать приемлемой по нескольким причинам.
Одна из них — недостаточная механическая прочность, вторая — чувствительность к парам воды. Прп л«обои применении кристаллов сегнетовой соли кх неооходнмо защищать от непосредственного контакта с водой. Сегнетова соль — гигроскопична, ее кристаллы разрушаются под действием влаги. Но с этим затруднением можно справиться, например поместив кристалл в масло, как это обычно и делается в гидроакустике, Главное аатруднение в другом — в малости пьезоэлектрического модуля. «1тобы оценить и»се«ощяеся возможности, сделаем следующей расчет.
Согласно закону Кюри, количество электричества, выделившегося пря механической деформации пластинки из того нли иного пьеаокрнсталла, определяется формулой () =йР К, где й — пьезоэлектрический модуль, значение которого зависит от используемого пьеаоэлектрика. Для сегнетовой соли /с=.З 10», где Р— действующая сила, кг.
Электрическое напряжение, развиваемое дзформируе- мым пьезокристаллом, «7 ()/С=/сР/С В, где С вЂ” емкость пластинки вместе с подводящими проводами (в фарадах). Пусть С=20.10 т» Ф, /с=З 10 ', Р= . =1 кг. Тогда Полученное напряжение вполне достаточно для зажигания неоновой лампочки. Расчет был сделан для работы пьезокристалла на сжатие, тогда как в генераторе («трещотке») Шеина используется деформация изгиба, что принципиально ничего не меняет. Для получения ббльшего напряжения или тока необходимо соединить вместе несколько пьезоисточников последовательно или параллельно. Именно так сделано в зажигалках на пьезокерамике для газа, напряжение разряда в них может достигать 10 — 15 тыс. В при токе в искре до 10 мкй. Электрическая мощность подобной зажигалки достигает 0 1 0,15 Вт, что* значительно превосходит мощность «трещотки».
Электрическая энергия, запасенная в емкости С, заряженной до напряжения г7, определяется формулой И~„=- С(7»/2=/с»Р»/2С, Дж. Эта формула позволяет вычислить электростатическую энергию, возникающую в пьезоэлектрической пластинке площадью в 1 см' под действием силы Р (кг).
Если деформации одновременно подвергаются несколько последовательно соединенных пьезопластинок, то генерируемое напряжение будет соответственно больше: 77„=~Я/С»- и/сР/С В, где и — число одновременно деформируемых пластинок. Суммарная энергия ансамбля из п пластинок будет И'«=и»/с»Р«/2С Дж. Примем площадь каждой пластинки 100 см', =100 штук, Р=-100 кг, С=10 '" Ф. Получим ( 0')'(3 ° )О )'(10») «= 2. )О-.» =5 Дж. При набегании поверхностных волн на твердую стенку обычно происходит их частичное или полное раарушение, сопровождающееся выделением большего количества энергии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
