Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Laineenergia muunduri tegemine 2. osa

See on osa 10-osalisest seeriast, mis kroonib laineenergia muunduri teadus- ja arendustegevust. Loe esimene osa.

See oli olnud neli aastat pärast seda, kui ma esimest korda sain teada taastuvenergia võimsustehnoloogiast. Mul oli nüüd meeskond, rahastamine ja algus plaani ehitamiseks laineenergia muundur (WEC) kasutades off-the-shelf osad, et teised saaksid meie plaanid ja parandada. Isegi enne projekti alustamist oli mul arvukalt kujundeid, mis kõik mu peas töötasid. Kuid nii valus, kui see oli sel ajal, tuleb minu algne nägemus lõpuks kujundada ja täiustada töötavaks füüsiliseks prototüübiks, mis põhineb tugevatel tehnilistel alustel ja meeskonnatööl. Projekti kestel läbis WEC-disain kolm neljandat ja lõplikku disaini, WEC_004. Meie toetuste sponsor CITRIS andis meile ühe aasta aega meie ettepaneku rakendamiseks ja raha kulutamiseks.

Kuid UC Davise kõrgemate inseneriõpilastena pidime enne lõpetamist osalema vanemate projekteerimisprojektidega. Pärast klassiprofessoriga rääkimist otsustasime anda toetuste rahastamise meie vanemate disainiprojektide juurde, eeldusel, et see kiirendaks projekti ajakava. See tähendas, et me saame keskenduda kogu oma aja ja tähelepanu ühele suurele projektile, mitte jagada oma aega vanemate projekteerimisprojektide ja taastuvenergia toetusprojekti vahel. Ajakava oli kivi ja me pidime projekti lõpetama. Me veetsime klassi esimesed 12 nädalat uurides ja projekteerides ning klassi teisel poolel ehitaksime WEC-i õpilaste kauplusesse ja katsetaksime seda ookeanis. Tagaplaanil algas.

Esialgne WEC kontseptsiooni kujundamine.

Projekti kaks esimest nädalat tegime iga päev koos. Isegi siis, kui ametlikku meeskonna koosolekut ei plaanitud, sattuksime paratamatult teistesse meeskonnakaaslastesse ja vestlus viiks alati tagasi WEC projekti. See oli vältimatu. Me teadsime, et soovime ehitada WEC-i ja lootsime, et suudame seda testida Bodega lahes, nii et järgmine samm oli välja selgitada, kuidas muuta ookeanilaine liikumine elektriks.

Kaks aastat varem leidsin põhjaliku uurimuse pealkirjaga „Ülevaade laineenergia konverteritehnoloogiast”, uurides samal ajal klassi esitluse laineenergiat. Kuna meil oli WECi kujundamiseks vähem kui 12 nädalat, oli arusaadav, et me ei kavatsenud arendada uut, uudset viisi, kuidas energiat lainetest kasutada. Selle asemel kavandasime olemasoleva tehnoloogia integreerida juurdepääsetavamale platvormile, mida teised võiksid paljundada. Käsikiri oli suurepärane koht alustamiseks ja ma soovitan seda kõigil, kes on huvitatud laineenergiast, nagu see on pakitud jagari ja ookeani jõuga seotud terminoloogiaga.

Esimese nädala jooksul nõustus meeskond keskenduma a punkt-absorbeeriv lineaarne ajam mis bobides üles ja alla saaksid elektri tootmiseks. Kuna me tahtsime, et teised kujundused oleksid hõlpsasti vastu võtnud, pidime me seda, et seade peab olema võimeline töötama laias laineolukorras. Punkti neelajad suudavad koguda energiat lainetest olenemata sellest, kust lained tulevad. See muudab need eriliseks sobivateks kohtadeks, nagu Bodega lahe, kus lained lähenevad peamiselt loodeosast, kuid võivad suurte tormide ajal äkki minna ja läheneda lõunast. Muutes ujuva poi ümmarguse kujuga, võib WEC saada laineid mis tahes nurga alt. Kuna lineaarsel draivisüsteemil on ainult 1 ° vabadus, oleks meie disain seotud lainete liigutamise, üles-alla liikumise rakendamisega. See lineaarse ajami konstruktsioon muutis matemaatilise modelleerimise paremini hallatavaks ja oleks ka üliõpilaste poes palju lihtsam valmistada.

WEC_001 sisseehitatud jõuvõtusüsteemi varajane kujundamine.

Nüüd, kui me olime otsustanud kasutada punkt-neelavat lineaarset ajamit, tuli meil valida võimsusetõmbesüsteem, mis muundaks poobast väljuva liikumise füüsiliselt elektrienergiaks. Võiksime kasutada magneteid ja traadi pooli, et vahetada otse üles ja alla liikumine laineteks elektriks. Mõni aasta varem kasutasin seda ideed laineenergia muunduri mudeli ehitamiseks, kasutades neodüümimagneteid ja magnettraadi. See on sama põhimõte, mida kasutatakse laetavates taskulampides, mida raputate: kui magnet liigub sisse ja välja spiraalist, tekib rullides vahelduv elektrivool. Niikaua kui magnet liigub, saate luua elektrit; elektrivoolu pinge ja sagedus kõikuvad, sõltuvalt magneti kiirusest ja nihestusest, mis muudab energia kogumise keerulisemaks.

Meeskonna WEC projekt oli palju suurem kui mu väike PVC-toru mudel, ja kuna ükski meist ei olnud elektriinsenerid, mõtlesime, et ehitaksime ringi, mis parandaks ja konditsioneeriks meid kõiki. Isegi ilma etappide ja paranduste tegemiseta oli haruldaste muldmetallide hind tõusmas, mis muutis idee majanduslikult ebapraktiliseks.

Mini WEC mudel ehitati 2010. aastal magnetite ja rullide abil.

Järgnevalt kaalusime veekindlasse korpusesse paigaldatud rihmarattad ja vastukaalud: rullide, köied ja kaalud, mis kõik liiguvad koos, kinnitatud ookeani põrandale ja seotakse ujuva poi poolt, mis põrkab pinnale. Meeskonna liige Alex Beckerman oli eriti selle idee pärast, sest oma inseneriteadvuses saab mudelis midagi elus kujundada masside, vedrude ja summutite süsteemina ning seejärel kasutada lahenduse leidmiseks kalkulaatorit. Kuid kõigi selle töö tegemiseks vajalike rihmarattade ja laagrite puhul hindasime, et hõõrdekadu vähendaks oluliselt kogu võimsust ja et kaabli kulumise ja purunemise tõenäosus oleks liiga suur.

WEC_001 - WEC_003 jõuülekandesüsteemi hüdrauliline ahel.

Otsides lihtsamat konstruktsiooni vähem liikuvate osadega, soovitasin kasutada hüdraulilisi komponente.Mitmed uurimustöödokumendid viitasid põhilisele hüdraulilisele ahelale, mis kasutas topelttoimivat kolvi vedeliku pumpamiseks ühe suuna ventiilide abil ja pöörleb generaatoriga ühendatud hüdraulilist mootorit. Osad olid kergesti leitavad ning enamik toruliitmikke ja komponente hinnati suure töörõhu jaoks ja võisid taluda massilisi jõude ja söövitavat ookeanikeskkonda. Oli isegi artikleid, mis kirjeldavad, kuidas neid tüüpi hüdraulilisi ahelaid arvutisimulatsioonil modelleerida, et ennustada potentsiaalset võimsust süsteemi tõhususe hindamiseks.

Ainus probleem on selles, et keegi meeskonnas ei olnud tööstuslike hüdrauliliste komponentidega töötamisel palju kogemusi. Muidugi, mõnel meist oli kogemusi torustiku kinnitamiseks maja ümber või niisutusväärtuste paigaldamiseks, kuid kõrgsurveakumulaatorite ja hüdrauliliste mootorite süsteemi projekteerimine, kuigi tegurite tegemine rõhu langusest avauste piirangute tõttu, oli välismaa territoorium. Kaaludes kõiki meie valikuid, otsustas meeskond, et hüdraulikasüsteemi näiliselt suhteline lihtsus ja riiuliväliste osade leidmise lihtsus on see võitnud.

Teise nädala lõpuks tundsime päris hästi. Olime teinud suuri otsuseid disaini üldise paigutuse kohta ja nüüd, kui me oleme nõustunud kasutama hüdraulikat, et ehitada oma jõuvõtusüsteem, võis meeskond jagada ja igaüks meist saaks alustada erinevate alamrubriikidega: hüdraulika, elektroonika , poi, soojendusplaat ja spar. See, mida me sel ajal ei teadnud, oli see, kuidas iga allsüsteem oli ühendatud kõigi teiste allsüsteemidega.

Õpikuprobleemides antakse enamik muutujatest kas probleemi väljaandes või saate neid tabelis kusagil vaadata. Nii et kui me istusime, et alustada WEC disaini probleemi lahendamiseks vajalike arvutustega töötamist, leidsime end ummikusse massiivse disainisilmuseni, mis ei suutnud teha olulisi otsuseid, sest seal oli liiga palju tundmatuid. Näiteks püüaks meeskonnaliige Tom Rumble kindlaks määrata, kui suur on hüdrauliline mootor, kuid ta vajas kõigepealt hüdrosilindri valimiseks Kevin Quachit, kuid Kevin vajab hüdraulilise silindri avade määramist, mis oli otseselt seotud hüdrosilindriga. rõhk süsteemis, mis tõi kaasa hüdraulilise mootori küsimuse. Alex püüdis kujundada suurt metallist soojendusplaati, mis annaks hüdrodünaamilise tõmbe, mis oleks vastu poi ülespoole tõmmatud liikumisele, kuid kõigepealt vajasin poori suuruse kindlaksmääramist. Aga enne kui oleksin võimalik poi jaoks vajalikku kogu jõudu arvutada, pidin ma teadma WECi kogukaalu Teresa Yehilt ja Alexi plaadi kaalust. See jätkus nelja õnnetu nädala vältel ja meeskond libises ebaproduktiivsesse rutti.

WEC-004 disaini liikumine ookeani lainetes.

Kuuendaks nädalaks oli mul probleeme öösel magades. Ma valetaksin magamaminekut, vaadates lakke, püüdes kogu projekti lahti haarata nagu stringid, mis kõik sõlmisid kokku. Projekti maht oli mulle kaalukas ja ma võin öelda, et teised meeskonnaliikmed tunnevad survet. Midterms olid meie peal, mis tähendas, et projekti tähtajad läksid aknast välja. Meeskonna kohtumised muutusid pingeliseks, sest üks inimene üritaks selgitada, et nad suudaksid lahendada oma probleemi osa, kui ainult keegi teine ​​annaks neile vajaliku teabe.

Nüüdseks olime edasi liikunud WEC_002 konstruktsioonile neutraalselt ujuva spariga, mis oli valmistatud 20-tollise diameetriga HDPE-torust ja monteeritavatest rullkomplektidest poi peal, kuid jõuvõtuvõll oli teinud vähe edusamme. Pettumuste lisamiseks püüdsin ma välja mõelda, kuidas me seda asja tegelikult katsetaksime, kui me selle ehitasime, kuid minu e-kirjad merelaborile jäid vastuseta ja meil ei olnud tõesti varukava. Midagi tuli muuta ja kiiresti. Kas me oleksime algusest peale hukule määratud, kas see oli liiga suur ja liiga ambitsioonikas projekti jaoks, mida viis meist lahendada? Alustasin oma kahtlusi.

Häälesta järgmisel nädalal 3. osa jaoks!

Osa

Jätnud Kommentaari