Δημιουργία μετατροπέα ενέργειας κυματισμού Μέρος 6: Κατασκευή του Spar - 💡 Fix My Ideas

Δημιουργία μετατροπέα ενέργειας κυματισμού Μέρος 6: Κατασκευή του Spar

Δημιουργία μετατροπέα ενέργειας κυματισμού Μέρος 6: Κατασκευή του Spar


Συγγραφέας: Ethan Holmes, 2019

Αυτό είναι το έβδομο μέρος μιας σειράς 10 μερών που καταγράφει την Ε & Α ενός μετατροπέα ενέργειας κύματος. Διαβάστε τα μέρη ένα, δύο, τρία, τέσσερα και πέντε.

Με τον μεγάλο κίτρινο αφρό αφρού που ήδη χτίστηκε, η ομάδα των φοιτητών μηχανικών μας επικεντρώθηκε τώρα στην κατασκευή του μακρού λεπτού συναρμολογούμενου στύλου. Ο στύλος συνδέεται στην κάτω πλευρά του σημαντήρα και είναι το πλαίσιο που διατηρεί το υδραυλικό κύλινδρο και το μηχανικό συγκρότημα ελατηρίων ευθυγραμμισμένα μεταξύ τους.

Είναι επίσης το κρίσιμο χαρακτηριστικό που επιτρέπει τη σχετική κίνηση μεταξύ του πλωτήρα και της πλάκας ανύψωσης για να ωθήσει και να τραβήξει τον υδραυλικό κύλινδρο καθώς τα κύματα κινούνται πέρα ​​από τον μετατροπέα ενέργειας κυμάτων (WEC). Αυτή η κυκλική κίνηση ώθησης-τράβηγμα αντλεί το υδραυλικό υγρό που γυρίζει τον υδραυλικό κινητήρα και περιστρέφει τη γεννήτρια ώστε να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Σύμφωνα με το στόχο να καταστεί εύκολη η κίνηση και η ανάπτυξη του WEC, ο σπάγγος χωρίστηκε σε τρία τμήματα, έτσι ώστε η μακρά βαριά δομή να μπορεί να διαλυθεί για μεταφορά.

Ο στύλος σχεδιάστηκε έτσι ώστε να είναι όσο το δυνατόν συντομότερος. αυτό έγινε για να ελαχιστοποιηθεί το συνολικό βάρος και να μειωθεί το κόστος των υλικών. Για να επιτευχθεί αυτό, κάθε τμήμα σχεδιάστηκε για να είναι διαφορετικό μήκος για να φιλοξενήσει τους διάφορους εξοπλισμούς και τα μέρη που έπρεπε να χωρέσουν σε κάθε ενότητα. Ο υδραυλικός κύλινδρος και ο δακτύλιος συμπίεσης ενσωματώθηκαν στο τμήμα μήκους 79 " τα μηχανικά ελατήρια, τα κολλάρα ευθυγράμμισης πολυμερούς και ο άξονας επέκτασης χάλυβα ενσωματώθηκαν στο τμήμα 90 " και το κουτί πολυμερούς υψηλής πυκνότητας και το χαλύβδινο καλώδιο εγκαταστάθηκαν στο τμήμα 60.5 ". Αυτό σήμαινε ότι κάθε τμήμα σφαίρας θα μπορούσε να συναρμολογηθεί ανεξάρτητα το ένα από το άλλο και να μεταφερθεί ως προ-συναρμολογημένες μονάδες. Τα τρία τμήματα απλώς βιδωμένα μαζί για να δημιουργήσουν μια μακρά δομή χρησιμοποιώντας 16 βίδες βαθμού 8.

Τελική διάταξη της διάταξης πυροπροστασίας με διαστάσεις και ονόματα εξαρτημάτων.

Η δοκός κατασκευάστηκε από τετραγωνικό χαλύβδινο σωλήνα που ήταν 2 "πλάτος και 1/4" παχύ. Παρόλο που αυτό μπορεί να φανεί υπερβολικά σχεδιασμένο, αυτό έγινε για να αποφευχθεί η αποτυχία στην περίπτωση μιας φρικιαστικής καταιγίδας με γιγαντιαία κύματα. Σε ένα ιδανικό τεχνικό πρόβλημα, είναι δυνατό να προβλέψετε ή ακόμα και να μετρήσετε τις δυνάμεις που θα εφαρμοστούν στο σχέδιό σας. Αυτές οι πληροφορίες βοηθούν τον μηχανικό να επιλέξει τον συγκεκριμένο τύπο υλικού που απαιτείται για να αποφευχθεί η αποτυχία του εξαρτήματος και είναι ένας από τους πολλούς παράγοντες (συμπεριλαμβανομένου του κόστους, του βάρους, της επεξεργασίας) που διαμορφώνει το τελικό προϊόν. Ωστόσο, καθώς μάθαμε τον σκληρό τρόπο, οι πραγματικές εφαρμογές δεν είναι πάντα τόσο απλές και ως εκ τούτου η ομάδα φοβόταν να προσπαθεί να προβλέψει τις μέγιστες δυνάμεις που θα ασκούσε η WEC. Ευτυχώς, είχαμε μάθει για ένα ειδικό κριτήριο σχεδιασμού που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή μηχανικών συστημάτων που έπρεπε να επιβιώσουν στο ακραίο θαλάσσιο περιβάλλον, τον παράγοντα Francois.Ορισμός: Ξεκινήστε σχεδιάζοντας το σύστημα ώστε να είναι τόσο ισχυρό όσο νομίζετε ότι θα χρειαστεί να είναι για να επιβιώσει στον ωκεανό, στη συνέχεια να το κάνει πέντε φορές πιο ισχυρό. (Ονομάστηκε με αγάπη ο κ. Francois Cazenave, ο οποίος πρόσφερε αυτή τη συμβουλή κατά τη διάρκεια του ταξιδιού μας στο MBARI.)

Χρειαζόμασταν να ορίσουμε ένα σενάριο χειρότερης περίπτωσης και να προσεγγίσουμε τη μέγιστη προς τα πάνω προς τα πάνω δύναμη στον πυρήνα πριν εφαρμόσουμε το συντελεστή Francois. Αυτό ήταν σχετικά απλό. Υποθέσαμε ότι ένα μαζικό κύμα θα περάσει από το WEC και θα προκαλέσει την πλήρη επιμήκυνση του υδραυλικού κυλίνδρου, οπότε ο σημαντήρας θα συνεχίσει να τραβιέται προς τα πάνω ενώ η πλάκα ανύψωσης θα τραβηχτεί προς τα κάτω λόγω της υδροδυναμικής οπισθέλκουσας. Κάτι τέτοιο θα έθετε τη σφαίρα σε μέγιστη ένταση. Για να προσεγγίσουμε αυτήν την εφελκυστική δύναμη, πήραμε τη συνολική προς τα άνω ανοδική δύναμη της σημαδούρας, 3800 λίβρες, και υποθέσαμε ότι αυτό θα ήταν το μέγιστο έλξης που ασκήθηκε στον ιστό.

Αυτή η υπόθεση ήταν έγκυρη όσο η πλάκα ανύψωσης παρέμεινε σταθερή κοντά στον πυθμένα του ωκεανού και ήταν μια απλούστευση που χρησιμοποιήσαμε σε όλη την ανάλυση. Επίσης, παραμελήσαμε το βάρος του σκαριού, καθώς θα επενεργούσε μόνο για να μειώσει τη μέγιστη δύναμη πλεύσης του σημαντήρα. Στην πραγματικότητα, για να δημιουργηθεί μια προς τα κάτω υδροδυναμική δύναμη οπισθέλκουσας, η πλάκα ανύψωσης πρέπει να κινείται προς τα πάνω με κάποια ταχύτητα, αλλά κάναμε μια υποκείμενη υπόθεση για απλοποίηση της ανάλυσης και υποθέσαμε ότι η πλάκα ανύψωσης ενεργούσε ως ιδανική "άγκυρα". θα μπορούσε να υποθέσει ότι όλες οι ανοδικές δυνάμεις πλεύσης που δημιουργούνται από τον πλωτήρα θα μεταφερθούν σε οκτώ μπουλόνια που συνδέουν τα τμήματα των ράβδων μεταξύ τους.

Διάγραμμα της θεωρούμενης χειρότερης περίπτωσης για το WEC.

Με το χειρότερο σενάριο που εκπονήθηκε, εφαρμόσαμε τότε τον παράγοντα Francois για να υπολογίσουμε ένα συνολικό φορτίο εφελκυσμού ίσο με 19.000 λίβρες. Γνωρίζοντας ότι είχαμε αρχικά προγραμματιστεί να χρησιμοποιήσουμε οκτώ μπουλόνια για να συνδέσουμε καθένα από τα τμήματα μαζί, ήταν τότε δυνατόν να υπολογίσουμε την τάση σε κάθε μπουλόνι και να δούμε αν η τιμή ήταν μικρότερη από το φορτίο απόδοσης των 120.000 psi των βιδών Βαθμού 8. Τα αποτελέσματα από όλα αυτά έδειξαν ότι το spar θα ήταν 10 φορές τόσο ισχυρό όσο έπρεπε να είναι (αν υποτεθεί ότι το σενάριο χειρότερης περίπτωσης ήταν έγκυρο) και δεδομένου ότι το κόστος των βιδών εξώθησης δεν ήταν πολύ περισσότερο σε σύγκριση με το άλλες επιλογές που έχουμε κολλήσει με το αρχικό σχέδιο και έχτισε μια πραγματικά ισχυρή πυγμή. Αυτή η ίδια διαδικασία σκέψης και διαδικασία χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό του μεγέθους και του πάχους της τετραγωνικής χαλύβδινης σωλήνωσης που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή των τμημάτων των σπειροειδών.

Καθαρισμός του χάλυβα

Το χαλυβουργείο έφτασε σε τμήματα μήκους 20 ποδιών και παραγγέλθηκε από τοπικό πωλητή στο Σακραμέντο της Καλιφόρνιας, το οποίο το έστειλε στο σχολικό κατάστημα με φορτηγό με επίπεδη κλίνη. Μόλις εκφορτωθούν όλα τα 180 γραμμικά πόδια από το φορτηγό, η ομάδα έθεσε σε λειτουργία τον καθαρισμό της επιφάνειας του σωλήνα. Κατά την κατασκευή και την επεξεργασία στο χαλυβουργείο, η επιφάνεια του χαλύβδινου σωλήνα καλύπτεται με μαύρο λάδι για την προστασία του χάλυβα από την υγρασία και την πρόληψη της σκουριάς. Ενώ το λάδι βοηθά στην προστασία του χάλυβα ενώ βρίσκεται σε αποθήκευση, το ίδιο λάδι μπορεί να προκαλέσει προβλήματα κατά τη διάρκεια της κατασκευής και συνεπώς πρέπει να αφαιρεθεί πριν από τη συγκόλληση ή τη βαφή. Ψεκαστήκαμε το WD-40 στον χάλυβα, το οποίο βοήθησε να σπάσουμε το μαύρο λάδι και να διευκολύνουμε να σκουπίζουμε με κουρέλια.

Αυτή η παρουσίαση διαφανειών απαιτεί JavaScript.

Κοπή του χάλυβα σε μέγεθος

Μόλις η επιφάνεια είχε καθαριστεί κάπως, ήρθε η ώρα να μετρήσουμε και να επισημάνουμε τα τεμάχια χαλύβδινων σωλήνων μήκους 20 ποδιών και να τα κόψουμε σε μέγεθος με τη μαζική κατακόρυφη ταινία. Ήμασταν τυχεροί που είχαμε πρόσβαση σε μια τόσο μεγάλη και ισχυρή μηχανή. Με το χαλύβδινο σωλήνα πάχους 1/4 ", αυτό το βήμα πήρε πολύ καιρό και κάποιος πάντα έπρεπε να παρακολουθεί τη μηχανή για να εξασφαλίσει ότι τίποτα δεν πήγε στραβά.

Αυτή η παρουσίαση διαφανειών απαιτεί JavaScript.

Λείανση του χάλυβα και προσθήκη αμβλύτων

Μετά την κοπή του χάλυβα, η ομάδα χρησιμοποιεί γωνιακούς λειαντήρες για να αλέσει τα τυχόν υπολείμματα πετρελαίου και να μολύνει γύρω από τις άκρες του σωλήνα. Πριν από τη συγκόλληση των τεμαχίων μαζί, η περιοχή που θα συγκολληθεί έπρεπε να είναι εξαιρετικά καθαρή. Αυτή η διαδικασία λείανσης ήταν ένας γρήγορος και αποτελεσματικός τρόπος προετοιμασίας όλων των επιφανειών. Προστέθηκαν και οι άσφαλτοι στα άκρα. Με αυτόν τον τρόπο, όταν δύο τεμάχια σωληνώσεων τοποθετήθηκαν μαζί σε γωνία 90 °, θα υπήρχε μια μικρή κοιλότητα που θα δημιουργούσε V-αυλάκωση, η οποία στη συνέχεια θα ήταν γεμάτη με υλικό συγκόλλησης συγκόλλησης. Αυτή η τεχνική V-αυλάκωσης δημιουργεί ισχυρότερη συγκόλληση και επιτρέπει την προσθήκη μεγαλύτερης ποσότητας υλικού στον σύνδεσμο, εξασφαλίζοντας βαθιά διείσδυση και βέλτιστες συνθήκες συγκόλλησης στις γωνιακές περιοχές.

Αυτή η παρουσίαση διαφανειών απαιτεί JavaScript.



Μπορεί Να Σας Ενδιαφέρει

Βιβλίο Δώρου υπενθύμιση συν το έργο Απόσπασμα: Παραγωγή Crafting και ψήσιμο με τα παιδιά

Βιβλίο Δώρου υπενθύμιση συν το έργο Απόσπασμα: Παραγωγή Crafting και ψήσιμο με τα παιδιά


Το Bay Lights: Εγκατάσταση LED για να Animate Bay Bridge

Το Bay Lights: Εγκατάσταση LED για να Animate Bay Bridge


Whimseybox: Εγγραφή εφοδιασμού Craft Supply

Whimseybox: Εγγραφή εφοδιασμού Craft Supply


Kit-A-Day Giveaway: MakerBot Thing-O-Matic (# 3 από 5)

Kit-A-Day Giveaway: MakerBot Thing-O-Matic (# 3 από 5)