Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Ustvarjanje energijskega pretvornika v valovih 2. del: Stuck in Design Loop

To je drugi del serije iz 10 delov, ki opisuje raziskave in razvoj pretvornika valovne energije. Preberite prvi del.

Bilo je že štiri leta, odkar sem se prvič naučila o tehnologiji energije iz obnovljivih virov. Sedaj imam ekipo, financiranje in začetek načrta za izgradnjo pretvornika energije valov (WEC) z uporabo delov, ki so na voljo poljubno, tako da bi drugi lahko vzeli naše načrte in jih izboljšali. Še preden se je projekt začel, sem imel v glavi nešteto projektov. Vendar je bila moja prvotna vizija tako boleča, kot je bila v tistem času, da bi se morala oblikovati in izpopolniti v delovni fizični prototip, ki temelji na trdnih inženirskih osnovah in timskem delu. V času trajanja projekta bo WEC zasnova potekala skozi tri drastične iteracije načrtovanja, preden bo dosegla četrto in končno zasnovo, WEC_004. Naš sponzor sponzorstva, CITRIS, nam je dal eno leto za uresničitev našega predloga in ustrezno porabo sredstev.

Kot starejši študenti inženirja na UC Davisu pa smo morali pred diplomiranjem sodelovati pri projektu višjega oblikovanja. Ko smo se pogovarjali s profesorjem razreda, smo se odločili, da bomo sredstva za nepovratna sredstva vključili v naš projekt višjega oblikovanja z razumevanjem, da bi to pospešilo časovni potek projekta. To je pomenilo, da bi se lahko osredotočili ves čas in pozornost na en velik projekt in ne na delitev časa med projektom višjega oblikovanja in projektom nepovratnih sredstev za obnovljive vire energije. Časovnica je bila postavljena v kamen in projekt smo morali zaključiti, da bi diplomirali. Prvih 12 tednov v razredu smo raziskovali in načrtovali, v drugi polovici razreda pa bi zgradili WEC v študentski trgovini in ga testirali v oceanu. Odštevanje se je začelo.

Začetna zasnova koncepta WEC.

V prvih dveh tednih projekta smo sodelovali vsak dan. Tudi ko ni bilo predvidenega uradnega sestanka ekipe, bi neizogibno naleteli na druge ekipe v razredu in pogovor bi se vedno vrnil k projektu WEC. Bilo je neizogibno. Vedeli smo, da želimo zgraditi WEC in upali smo, da ga bomo lahko testirali v zalivu Bodega, zato je bil naslednji korak ugotovitev, kako spremeniti gibanje oceanskih valov v elektriko.

Dve leti prej sem našel poglobljen raziskovalni članek z naslovom »Pregled tehnologije pretvornika valovne energije«, medtem ko sem raziskoval valovno energijo za predstavitev razreda. Ker smo imeli manj kot 12 tednov za oblikovanje WEC, smo razumeli, da ne bomo razvili novega, novega načina za izkoriščanje energije iz valov. Namesto tega smo načrtovali, da obstoječo tehnologijo vključimo v bolj dostopno platformo, ki bi jo drugi lahko posnemali. Rokopis je bil odličen začetek, zato ga priporočam vsem, ki se zanimajo za energijo valov, saj je poln žargona in terminologije, povezane z močjo morja.

V prvem tednu se je ekipa strinjala, da se bo osredotočila na oblikovanje a linearni pogonski sistem za absorpcijo točk ki bi v valovih dvignila in spustila elektriko. Ker smo želeli, da bi jih drugi lahko hitro sprejeli, smo občutili, da mora biti naprava sposobna delovati v širokem razponu valov. Točkovni absorberji lahko zbirajo energijo iz valov ne glede na to, od kod prihajajo valovi. Zaradi tega so posebnosti primerne za kraje, kot je zaliv Bodega, kjer se valovi večinoma približujejo od severozahoda, vendar se lahko ob velikih nevihtah nenadoma preklopijo in se približajo jugu. Z oblikovanjem plavajoče boje v obliki kroga bi lahko WEC sprejemal valove iz katerega koli kota. Ker ima linearni pogonski sistem samo 1 ° svobode, bi se naš dizajn ukvarjal z izkoriščanjem gibanja valov navzgor in navzdol. Ta linearna zasnova pogona je naredila matematično modeliranje bolj obvladljivo in bi bilo tudi veliko lažje izdelati v študentski trgovini.

Zgodnja zasnova sistema za odjem moči, ki se prilega znotraj WEC_001.

Zdaj, ko smo se odločili, da uporabimo linearni pogonski sistem, ki absorbira točke, smo morali izbrati sistem za odjem moči, ki bi fizično pretvarjal gibanje v vleko iz boja v električno energijo. Magnete in žične tuljave bi lahko uporabili za neposredno pretvorbo valov v elektriko. Nekaj ​​let prej sem to zamisel uporabil za izdelavo modela pretvornika valovne energije z uporabo neodimskih magnetov in tuljav magnetne žice. To je isto načelo, ki se uporablja pri baterijskih baterijah, ki jih lahko pretresete: ko se magnet premika v in iz tuljave, se v kolobarjih sproži izmenični električni tok.Dokler se magnet premika, lahko ustvarite elektriko; napetost in frekvenca električne energije nihata glede na hitrost in premik magneta, zaradi česar je zbiranje energije bolj zapleteno.

Projekt WEC projekta je bil veliko večji od mojega majhnega modela cevi iz PVC-ja, in ker nihče od nas ni bil elektro inženir, je mislila, da bomo zgradili vezje za popravo in pogoj signala, ki nas je vse strah. Celo brez faze in težav s popravljanjem se je cena redkih zemeljskih magnitov povišala, zaradi česar je bila ideja finančno nepraktična.

Mini WEC model, zgrajen leta 2010 z uporabo magnetov in tuljav.

Nato smo razmislili o uporabi škripcev in protiutežev, zaprtih v neprepustno ohišje: mrežo jermenic, vrvi in ​​uteži, ki se gibljejo skupaj, pritrjene na oceansko dno in vezane na plavajočo bojo, ki se dviguje po površini. Ta ideja je bila posebej navdušena nad članom ekipe Alexom Beckermanom, saj lahko v svojem inženirskem umu modelirate karkoli v življenju kot sistem množic, vzmeti in blažilnikov, nato pa uporabite račun za iskanje rešitve. Vendar pa smo z vsemi jermenicami in ležaji, ki so bili potrebni za to delo, ocenili, da bi izgube zaradi trenja znatno zmanjšale skupno izhodno moč in da je verjetnost, da bi se kabel preobremenil in zlomil, prevelika.

Hidravlični krog za sistem priključne gredi (PTO) za WEC_001 - WEC_003.

V iskanju enostavnejše zasnove z manj gibljivimi deli sem predlagal uporabo hidravličnih komponent. Več raziskovalnih člankov na spletu je omenilo osnovni hidravlični krog, ki je uporabljal bat z dvojnim delovanjem za črpanje tekočine skozi serijo enosmernih ventilov in vrtenje hidravličnega motorja, povezanega z generatorjem. Dele je bilo enostavno najti, večina fitingov in komponent pa je bila ocenjena za visoke obratovalne tlake in lahko prenesejo velike sile in korozivno morsko okolje. Bilo je celo člankov, ki opisujejo, kako modelirati te vrste hidravličnih krogov v računalniški simulaciji, da bi napovedali potencialno izhodno moč kot način za oceno učinkovitosti sistema.

Edino vprašanje je, da nihče v ekipi ni imel veliko izkušenj pri delu z industrijskimi hidravličnimi komponentami. Seveda, nekateri od nas so imeli izkušnje s popravljanjem vodovodnih napeljav po hiši ali nameščanjem vrednosti namakanja, toda oblikovanje sistema z visokotlačnimi akumulatorji in hidravličnimi motorji, medtem ko je bilo upoštevanje izgub tlaka zaradi omejitev na odprtinah, tuje ozemlje. Tehta vse naše možnosti, ekipa ugotovila, da navidezno relativno enostavnost hidravličnega sistema in enostavnost iskanja off-the-police deli je to zmagovalno izbira.

Do konca drugega tedna smo se počutili zelo dobro. Imeli smo velike odločitve glede splošne zasnove načrta in zdaj, ko smo se dogovorili za uporabo hidravlike za izgradnjo sistema za odjem moči, se je ekipa lahko razdelila in vsak od nas bi lahko začel delati na različnih podpodročjih: hidravlika, elektronika , bojo, ploščo za dviganje in spar. V tistem času nismo zavedali, kako je bil vsak podsistem povezan z vsemi drugimi podsistemi.

V učbeniških težavah je večina spremenljivk podana v izjavi o problemu ali pa si jih lahko ogledate v tabeli. Torej, ko smo sedli in začeli delati na izračunih, ki so bili potrebni za "reševanje" problema oblikovanja WEC, smo se znašli v množični oblikovalski zanki, ki ni mogla sprejeti nobenih pomembnih odločitev, ker je tam, kjer je preveč neznank. Na primer, član ekipe Tom Rumble bi poskušal ugotoviti, kako velik je hidravlični motor za nakup, vendar je potreboval Kevina Quacha, da najprej izbere hidravlični boben, vendar je Kevin potreboval določitev izvrtine hidravličnega cilindra, ki je bil neposredno povezan z tlak v sistemu, ki je vodil nazaj k vprašanju hidravličnega motorja. Alex je poskušal oblikovati veliko kovinsko ploščo, ki bi zagotavljala hidrodinamični upor, ki bi se upiral gibanju navzgor, ki ga vlečejo z boje, vendar sem najprej določil skupno velikost boje. Toda preden sem lahko izračunala skupno plavajočo silo, ki je potrebna za boj, sem morala vedeti, kakšna je skupna teža WEC od Terese Yeh in teža dvigalne plošče od Alex. To se je nadaljevalo štiri nesrečne tedne in ekipa je zdrsnila v neproduktivno rutino.

Gibanje modela WEC-004 v oceanskih valovih.

Do šestega tedna sem imel težave s spanjem ponoči. Ležal sem buden v postelji in gledal v strop, poskušal razvozlati celoten projekt kot kroglo, ki je bilo povezano skupaj. Velikost projekta me je tehtala, in lahko povem, da so drugi člani ekipe čutili, kako pritiskajo na kup. Na voljo so bili vmesni roki, kar je pomenilo, da so se projektni roki iztekli skozi okno. Sestanki ekipe so postali napeti, saj bi ena oseba poskušala pojasniti, da bi lahko rešila svoj del problema, če bi jim le nekdo drug dal informacije, ki jih potrebujejo.

Do sedaj smo se preselili na konstrukcijo WEC_002 z nevtralno plavajočim pregibom, izdelanim iz HDPE cevi s premerom 20 ″ in montažnim valjem na vrhu boje, vendar je PTO dosegel majhen napredek. Da bi dodali frustracije, sem poskušal ugotoviti, kako bi dejansko preizkusili to stvar, ko jo zgradimo, vendar moja e-poštna sporočila morskemu laboratoriju niso bila odgovorjena in resnično nismo imeli rezervnega načrta. Nekaj ​​se je moralo spremeniti in hitro. Ali smo bili že od začetka obsojeni na propade, ali je bil to prevelik in preveč ambiciozen projekt za nas petih, da se lotimo? Začel sem dvomiti.

Tunej naslednji teden za 3. del!

Delež

Pustite Komentar