ביצוע גל אנרגיה ממיר חלק 4: לקחים למד ב MBARI - 💡 Fix My Ideas

ביצוע גל אנרגיה ממיר חלק 4: לקחים למד ב MBARI

ביצוע גל אנרגיה ממיר חלק 4: לקחים למד ב MBARI


המחבר: Ethan Holmes, 2019

זהו חלק 4 של סדרה 10 חלקים המתעד את מו"פ של ממיר אנרגיית גל. קרא חלקים אחד, שניים ושלושה.

עיצוב סופי של גל האנרגיה צוות של צוות, עם הרבה עזרה והשראה של צוות MBARI.

בסוף חלק 3 של סדרה זו, הצוות שלנו של סטודנטים להנדסה מכנית היו שיוט במורד כביש 101 לכיוון מוס נחיתה לפגישה 10 בבוקר במכון מונטריי ביי אקווריום מכון המחקר (MBARI). הוזמנו על ידי ד"ר אנדרו המילטון ועמיתו פרנסואה קאזנייב, שעבדו שניהם על פיתוח של ממיר אנרגיית גל של 500 וולט (WEC) ב - MBARI וניהלו בהצלחה ניסויים באוקיינוס. במהלך פגישה זו, הצוות שלנו תכנן להציג את מושגי המחקר והעיצוב שלנו לד"ר המילטון ומר קאזנייב כדי לראות אם היו להם הצעות או עצות לפני שהמשיכו להתקדם עם הבנייה הסופית.

כשהגענו למתקן, הקבוצה הייתה נרגשת וגם חששה מהפגישה. במהלך 12 השבועות האחרונים עבדנו יחד כדי ליצור סימולציות מחשב וציורי CAD כדי להסביר כיצד המערכת תתאסף ותפעל, אבל המבחן האמיתי יהיה יישום העיצובים שלנו כדי להפוך אותם חזקים מספיק כדי לעמוד בתנאי האוקיינוס ​​הקיצוני.

מצוף גדול עבור פרויקט האנרגיה ממיר MBARI גל.

לא נתקל הרבה ניסיון הנדסה האוקיינוס, חששתי שאנחנו אולי לפשט את הבעיה בהישג יד או, אפילו יותר גרוע, לא ממש מודעים לכל השיקולים והסוגיות הקשורות בבניית מכונה עבור האוקיינוס. בניית מערכת הידראולית-אלקטרונית-מכאנית על הקרקע היא מאתגרת דיה, אבל מנסה להפוך עמיד למים, עמיד בפני קורוזיה, התקן ציפה מוסיף רשימה שלמה של המורכבויות. בפגישה עם ד"ר המילטון ומר קאזנייב, קיוויתי שנוכל להתמודד עם כמה מהשאלות הספציפיות לאוקיינוס ​​ולטפל טוב יותר בנושאים האלה.

מתקן MBARI הוא מקום מדהים, מלא מדענים האוקיינוס ​​ומהנדסים לעבוד על פרויקטים הנעים בין לימוד חומציות האוקיינוס ​​וכימיה ימית לבניית מתחת למים הפעלה מרחוק כלי רכב (ROVS) וללמוד דפוסי הים העולמי ומגמות. לפני שישב לדון בעיצוב WEC שלנו, מר Cazenave נתן לנו סיור כללי במעבדות ודיבר על ההיסטוריה של מרכז המחקר. לאחר הסיור הלכנו לבניין תעשייתי גדול שהיה יותר כמו קולב מטוסים קטן לראות את ממיר האנרגיה גל MBARI מקרוב.

מערכת ה- WEC שלהם היתה גדולה בהרבה מכפי שציפיתי. המצוף היה ענקי, לפחות 5 מטר גבוה עם מערך השמש גדול תיבות פלדה מסיבית רכוב על גבי. הדיסקית הצהובה המוצקה לקחה את כל פינה של הבניין והיה כל כך גדול שאתה צריך לעמוד על סולם רק כדי לראות את כל האלקטרוניקה ואת החיישנים רכוב על גבי. החלק של WEC כי בדרך כלל המצורפת לתחתית של המצוף, את spar, היה מונח על צדו ו spanned כמעט 30 רגל עם כל הידראוליקה ו מסגרת פלדה מרכיב לגמרי התאספו.

פרנסיוס Cazenave (משמאל) לענות בסבלנות שאלות מחבר צוות טום ראמבל כמו קווין Quach (מימין) מקבל מקרוב על האלקטרוניקה רכוב על גבי המצוף.

לפתע פתאום, קבוצת התלמידים הביישנית, השקטה, בדרך כלל, פרצה פתאום עם מיליון שאלות שהפנו אל השקט והלחין את מר קאזנייב. "איזה סוג של מנוע הידראולי השתמשת? ""איך אתה מאחסן את החשמל?" "מה זה? "אחרי שמר קזנוב ענה בסבלנות על כל השאלות שלנו, נפרדנו להפסקת צהריים והנחנו את המידע .

אחרי ארוחת הצהריים עברנו על פני טנק הצלילה באורך 20 מטר, דרך מעבדת המחקר ROV, ומצאנו חדר ישיבות קטן עם נוף מדהים של חוף הים של מפרץ מונטריי. חבר צוות קווין Quach הצליף הנייד שלו ופתח את המצגת שהכנו לקראת הפגישה. זה היה רגע האמת, הסיבה כולה לביקור שלנו במכון המחקר המדהים הזה, להציב את התוכניות שלנו לשני המומחים ולראות אם נוכל לקבל את חותמת האישור שלהם.

את spar מ MBARI גל אנרגיה ממיר פרוייקט מנוחה אופקי על ספסל הבדיקה.

חמשתנו התחלנו לדבר בתורה, מדברים על התחומים הספציפיים של הפרויקט שהתמקדו בו. קווין דנה בעיצוב הספאר וכיצד בחרנו להשתמש בצינור HPDE עבור הקטע הראשי של החנית, בעוד שתרזה יה דנה במערכת ייצור החשמל ובסיבות לבחירה באלטרנטור כיתה ימית. חבר הצוות טום ראמבל המשיך והסביר את תכנון המערכת ההידראולית ואת הצורך בארבעת ערכי הסימון כדי להסדיר את זרימת הנוזלים, כדי שהאלטרנטור יסתובב בכיוון אחד. ולבסוף דיבר אלכס בקרמן על הפרטים של עיצוב הצלחת העילית וכיצד תכננו לבנות אותה מסדין פלדה ותיבות זוויתיות.

לאורך כל ההרצאה, שניהם דר 'המילטון ומר קאזנייב היו שואלים שאלות להבהרה ולדעת כלאחר יד, אבל ברגע שהמצגת הסתיימה באופן רשמי, ד"ר המילטון היה הראשון שבאמת נתן לנו לדעת מה הם חושבים על העיצוב כולו. הוא התחיל לברך אותנו על שהיה שאפתן מספיק כדי לנסות להתמודד עם הפרויקט הזה, ושבח אותנו על המאמצים שלנו עד כה על ההיגיון השתמשנו לפתח העיצובים שלנו.

צילום מקרוב של חיבורים חשמליים עבים ומבודדים המשמשים למניעת התנגשות מתנועת המצוף.

אבל (והיה גדול אבל) היינו חסרים כמה מושגי מפתח, יחד עם כמה רעיונות פשוטים שלנו שהיו פשוט רע. ראשית, בשלב התכנון החלטנו להפוך את הצוואר שלנו לצייד נייטרלי, כך שהוא ישתרע באופן טבעי במים, כשהמצוף ינוע למעלה ולמטה בחוץ, כשגלים יעברו. זה מנע את הצורך לכלול מעיינות או מכשיר אחר כדי להחזיר את המצוף ואת spar בנקודה באמצע לפני הגל הבא יבוא על ידי לדחוף את המצוף מעלה ומשאבה את גליל הידראולי.

עם זאת, באמצעות המודל הבסיסי של המונית-המפרק שעליו נשענו במעמד הדינמיקה שלנו, הדמיין ד"ר המילטון כי עם "קפיץ" שנבנה לתוך המערכת שלנו במקום כלשהו, ​​יהיה קשה שהצבת תחזור למצב בינוני לפני שהגל הבא חלף על פני WEC, ובמקום זאת הציוד והספאר ינועו יחד עם המצוף תקוע בראש הדף. לכן, עבור השינוי הראשון, היינו צריכים לשלב כוח שחזור כדי לדחוף את המצוף בחזרה אל המיקום האמצעי ולאפס אותו באמצע של spar כך בפעם הבאה גל עבר על ידי, המצוף יהיה מוכן לזוז מעלה ומשאבה את האיל הידראולי. בסופו של דבר, זה לקח את הטופס של חמש מכוניות מכונית מעיינות נערמו יחד, כך בחלק העליון של גל גל האיל הידראולי ירחיב, דחיסת המעיינות אשר דחף את האיל בחזרה למצב דחיסת מלא.

העיצוב הסופי של המצוף של הקבוצה, שונה מן סופגנייה לצילינדר מוצק.

בעזרת אותו מודל של מעיין האביב, ניתן היה לקבוע באופן מתמטי את המסה האופטימלית של לוח הצלחת ולדחוף יחד את המודל הדינמי כך שיכלול מערכת של שני מפרקי גוף. משתי מערכות של גוף-מסה-קפיץ, נוכל להפיק משוואות אופייניות של תנועה כדי לנבא כיצד הצוף והספאר פלוס צלחת ינועו בגלי האוקיינוס ​​האידיאליים. ניתן ליצור סימולציה ממוחשבת חדשה בתוכנת MatLab, והדבר יסייע לנו לקבוע את גודל המנוע האופטימלי ואת שאר המרכיבים הידראוליים הקשורים.

העיצוב הנוכחי משמש גם גלילים גומי כדי לשמור על מצוף בצורת סופגנייה מיושרים מרוכזים עם spar, הגבלת מצוף רק לנוע למעלה ולמטה בגלי האוקיינוס. בהתבסס על הניסיון שלהם, הן ד"ר המילטון והן מר Cazenava הביעו חשש כי רולים אלה היו ריבה או להיות סתומים עם אצות ופסולת, אפילו בתקופות קצרות של בדיקות, ובסופו של דבר להיכשל. בנוסף, זה יכול להיות די קשה כדי להבטיח את היישור הנכון של rollers במהלך ייצור, מה שהופך את זה מאתגר וקשה עיצוב ליישם.

עיצוב סופי עבור הרכבה spar כי נוקשה הרכבה על החלק התחתון של המצוף.

היה צורך במציאת פתרון גמיש יותר, ומאחר שהצוות היה צריך להוסיף את המעיינות כדי לכלול כוח שחזור, הרעיון הנייטרלי הצפוי הפך לפלופ. בהרשאתם ובסכמתם הנדיבה, אימצנו התקנה דומה לתצורת ה- MBARI-Spar עם מצוף צף על פני המים, והספאר נחפר מתחת למים. עבור העיצוב שלנו, את spar היה מותקן בנוקשות על החלק התחתון של המצוף כדי למנוע את הצורך מפרק גמיש. חיבור קשיח גם הבטיחו כי צינורות הידראוליים וחיבורים חשמליים בין הספאר למצוף לא יתמוטטו או יפרצו עקב כיפוף או כיפוף בצימוד.

העיצוב הראשוני שלנו עבור צלחת heave נחשבה דקיק מדי ולא חסון מספיק כדי לעמוד בפני כוחות האוקיינוס ​​הקיצוני. הפרויקט MBARI השתמשו לוחות עבים של פלדה מרותך לשני קורות אני ליצור צלחת כבדה, בלתי ניתנת להריסה. בשל מגבלות משקל וחששות התחבורה, החלפנו את הצלחת הגדולה והדלילה שלנו עבור עיצוב מודולרי עשוי 2 "x2" כיכר מרובע שאנחנו בריח יחד. ד"ר המילטון גם ציין כי רצוי יותר לקבל את צלחת לגעת עמוק ככל האפשר שבו המים יהיו רגועים יותר לעומת גלי פני השטח. בתחילה את הצלחת היה רק ​​20 מטר עמוק והיה צפוי להקפיץ למעלה ולמטה בעמודה מים. התיקון הסופי כלל כבלים פלדה כי הנמיך את הצלחת יותר מ 45 מטר במים.

עיצוב סופי של הרכבה צלחת להרכיב עם ארבעה מודולים הבריח יחד עבור תחבורה קלה.

איסוף ואחסון האנרגיה עומד להיות אתגר. הייצור של WEC היה קשור ישירות לגודל ולתקופת הגלים, כך שציפינו שיהיה צורך לתקן את החשמל ולסנן אותו לפני שהוא מתאים לטעינת סוללות ימיות במחזוריות עמוקה. לאחר שראה צוותי סטודנטים אחרים מנסים להתמודד עם אותה בעיה, הציע ד"ר המילטון שאנחנו פשוט להתמקד במדידת הכוח שנוצר ולשכוח מנסה ללכוד בפועל ולאחסן את האנרגיה באמצעות סוללות. על-ידי חיבור משושה גדול של 1500 וואט כדי לשמש עומס "דמה" נוכל למדוד את ירידה המתח על פני הנגד ולחשב את הכוח המיידי באמצעות חוק אוהם כדי לפתור עבור כוח: מתח = מתח = 2 / התנגדות.

בתחילה תכננו להשתמש באלטרנטור שפועל בכיוון אחד, כי זה יספק DC 14V מוסדר, אשר היה אידיאלי עבור charing סוללות ימית 12V.עם זאת, מאז אנחנו כבר לא לחייב סוללות ואת אלטרנטור לא לייצר חשמל מתחת 500 סל"ד, החלטנו להשתמש קבוע מגנט מברשת מנוע DC כמו גנרטור שלנו. על ידי חיבור פיר המוצא של המנוע ההידראולי לפיר של מנוע המגנט הקבוע של מגנט, היינו מפעילים את המנוע לאחור ומשתמשים בו בגנרטור. החשוב מכל, זה היה לייצר חשמל אפילו סל"ד נמוך מאוד.

לעצב מחדש את כוח ההמראה המערכת (PTO) עם מנוע DC משמש גנרטור.

הודות לתובנה ולעצות של ד"ר המילטון ומר קאזנייב, עזבנו את MBARI עם רשימה של שינויים ותיקונים קריטיים. הפחדים שלי אושרו - אכן היינו מפשטים יתר על המידה את הבעיה ולא היו מודעים באמת לכל השיקולים והנושאים הקשורים בבניית מכונה לאוקיאנוס. עם זאת, למרות שהמערכת כולה היתה צריכה לעבור שיפוץ בתוך פחות משבועיים (היינו צריכים להתחיל להזמין חלקים ובנייה!), הרגשתי עוד יותר נלהב ואופטימי. לפני צאתו הביתה עצר הצוות הצוהל בחוף ומצא חולית חול מתגלגלת לשבת ולהרהר בכל מה שקרה זה עתה. השארנו את העפרונות ואת הנייר במכונית, ודיברנו שעה, מציירים תמונות בחול.

כולנו הרגשנו כמו בשבועות הראשונים של הפרויקט, כאשר כולם היו נרגשים ו משתוקק לחלוק את הרעיונות שלהם, אלא הפעם במקום לגשש את המילים הנכונות כולנו מדברים באותה ז 'רגון ויכולים להביע את הרעיונות שלנו כי היה קל להבין. לאחר הטיול שלנו ל- MBARI, מה לקח לנו 12 שבועות ושלושה ניסיונות מהנדס עוצב מחדש בפעם הרביעית והאחרונה בפחות מ -14 ימים. זה היה - היה לנו העיצוב הסופי שלנו. השלב הבא היה בניית מצוף צהוב גדול.



אתה עשוי להתעניין

את האונייה טובה

את האונייה טובה


דואט עם מתופף רובוטי

דואט עם מתופף רובוטי


M. עין קנדי ​​- וינטג 'קרפט תמונות מתוך מגזין LIFE

M. עין קנדי ​​- וינטג 'קרפט תמונות מתוך מגזין LIFE


בנה: גיקן מחאמו מרבה

בנה: גיקן מחאמו מרבה