Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Membuat Penukar Kuasa Gelombang Bahagian 6: Membina Spar

Ini adalah bahagian enam siri 10 bahagian yang mencatatkan R & D penukar tenaga gelombang. Baca bahagian satu, dua, tiga, empat, dan lima.

Dengan pelampung buih kuning besar yang sudah dibina, pasukan pelajar kejuruteraan kami kini memberi tumpuan kepada pembinaan perhimpunan spar langsing yang panjang. Spar dilampirkan ke bahagian bawah pelampung dan merupakan bingkai yang menyimpan silinder hidraulik dan pemasangan mekanikal musim bunga sejajar dengan satu sama lain.

Ia juga merupakan ciri kritikal yang membolehkan gerakan relatif antara pelampung dan plat heave untuk menolak dan menarik pada silinder hidraulik sebagai gelombang bergerak melepasi penukar tenaga gelombang (WEC). Pergerakan menolak motosikal kitaran ini menghidupkan cecair hidraulik yang mengubah motor hidraulik dan berputar penjana untuk menghasilkan elektrik. Selaras dengan matlamat untuk menjadikan WEC mudah untuk bergerak dan digunakan, spar dipecah menjadi tiga bahagian supaya struktur berat yang panjang dapat dipisahkan untuk pengangkutan.

Spar direka untuk sesingkat mungkin; ini dilakukan untuk mengurangkan berat keseluruhan dan mengurangkan kos bahan. Untuk mencapai matlamat ini, setiap bahagian direka untuk menjadi panjang yang berbeza untuk menampung pelbagai peralatan dan bahagian yang sesuai dengan setiap modul. Penyepit silinder hidraulik dan pemampatan telah dibina dalam bahagian 79 "-long; mata air mekanikal, kolar penjajaran polimer, dan batang lanjutan keluli dibina ke dalam seksyen 90 "; dan ketumpatan polimer berkepadatan tinggi dan kabel keluli dipasang di bahagian 60.5 ". Ini bermakna setiap bahagian spar boleh dipasang secara berasingan dari satu sama lain dan diangkut sebagai unit pra-pemasangan. Ketiga-tiga bahagian itu hanya digerakkan bersama untuk mewujudkan satu struktur panjang menggunakan 16 Gred 8 bolt.

Susun atur akhir pemasangan spar dengan dimensi dan nama bahagian.

Spar dibina daripada tiub keluli persegi yang tebal 2 "dan 1/4". Walaupun ini mungkin kelihatan terlalu banyak kejuruteraan, ini dilakukan untuk mengelakkan spar daripada gagal dalam kes ribut aneh dengan gelombang raksasa. Dalam masalah kejuruteraan yang ideal, mungkin untuk meramalkan atau mengukur kekuatan yang akan digunakan untuk reka bentuk anda. Maklumat ini membantu jurutera memilih jenis bahan tertentu yang diperlukan untuk mengelakkan sebahagian daripada gagal dan merupakan salah satu daripada banyak faktor (termasuk kos, berat, mesin) yang membentuk produk akhir. Bagaimanapun, semasa kita belajar dengan cara yang sukar, aplikasi dunia sebenar tidak begitu mudah dan oleh itu, pasukan itu bimbang tentang cuba meramalkan daya maksimum yang akan dikenakan ke atas WEC. Nasib baik, kami telah belajar tentang kriteria reka bentuk khas yang digunakan untuk membina sistem mekanikal yang terpaksa bertahan dengan persekitaran laut ekstrem, Francois Factor. Definisi: Mulailah dengan merancang sistem supaya seberapa kuat yang anda fikirkan perlu untuk bertahan di lautan, kemudian buat LIMA kali lebih kuat. (Mestis bernama selepas Encik Francois Cazenave, yang menawarkan nasihat ini semasa perjalanan MBARI kami.)

Kita perlu menentukan senario kes terburuk dan menghampiri daya maksimum maksimum pada spar sebelum menggunakan Faktor Francois. Itu agak mudah. Kami menganggap gelombang besar akan bergerak melepasi WEC dan menyebabkan silinder hidraulik sepenuhnya memanjang, di mana titik pelampung akan terus ditarik ke atas sementara plat heave akan ditarik ke bawah disebabkan oleh drag hydrodynamic. Ini akan meletakkan spar dalam ketegangan maksimum. Untuk menganggarkan daya tegangan ini, kami mengambil jumlah daya keunggulan buoy, £ 3800, dan mengandaikan bahawa ini akan menjadi tarikan maksimum yang dikenakan pada spar.

Anggapan ini adalah sah selama plat heave tetap tetap dekat dasar laut, dan merupakan penyederhanaan yang kami gunakan sepanjang analisis. Kami juga mengabaikan berat spar, kerana ia hanya akan bertindak untuk mengurangkan daya maksimum buoyant. Pada kenyataannya, untuk menghasilkan daya seret hidrodinamik yang menurun, plat heave mesti bergerak ke atas dengan beberapa halaju, tetapi kami membuat asumsi mendasar untuk mempermudahkan analisis dan mengandaikan bahawa plat heave bertindak sebagai "jangkar" yang ideal. Dengan cara ini kita boleh mengandaikan bahawa semua daya lonjakan yang meningkat oleh buoy akan dipindahkan ke lapan bolt yang menyambungkan bahagian spar bersama-sama.

Diagram senario terburuk yang dikira untuk WEC.

Dengan senario kes terburuk yang dihasilkan, kami kemudian memohon Francois Factor untuk mengira jumlah beban tegangan yang sama dengan 19,000 paun. Mengetahui bahawa kami pada mulanya merancang untuk menggunakan lapan bolt untuk menghubungkan setiap bahagian bersama-sama, maka mungkin untuk mengira tegasan pada setiap bolt dan melihat sama ada nilai itu kurang daripada beban bukti 120,000psi dari bolt Gred 8. Keputusan dari semua ini menunjukkan bahawa spar akan 10 kali lebih tinggi daripada yang diperlukan (dengan mengandaikan bahawa senario kes terburuk kita adalah sah) dan kerana kos bolt tambahan kekuatan tidak lebih berbanding dengan pilihan lain yang kami terjebak dengan pelan asal dan membina spar benar-benar kuat. Proses pemikiran dan prosedur yang sama ini digunakan untuk menentukan saiz dan ketebalan tiub keluli persegi yang digunakan untuk membina bahagian-bahagian spar.

Membersihkan Keluli

Stok keluli itu tiba di bahagian 20 kaki panjang dan telah dipesan dari ventral tempatan di Sacramento, Calif., Yang menyampaikannya ke kedai sekolah di atas trak datar. Setelah semua 180 kaki lurus dipunggah dari trak, pasukan itu menetapkan untuk membersihkan permukaan tiub. Semasa pembuatan dan pemprosesan di kilang keluli, permukaan tiub keluli dilindungi di dalam minyak hitam untuk melindungi keluli dari kelembapan dan mencegah karat. Walaupun minyak membantu melindungi keluli semasa penyimpanan, minyak yang sama boleh menyebabkan masalah semasa fabrikasi dan oleh itu mesti dikeluarkan sebelum kimpalan atau lukisan. Kami menyembur WD-40 pada keluli, yang membantu memecahkan minyak hitam dan memudahkan untuk menghapuskan dengan kain.

Tayangan slaid ini memerlukan JavaScript.

Memotong keluli ke saiz

Sebaik sahaja permukaannya telah dibersihkan, sudah tiba masanya untuk mengukur dan menandakan kepingan tiub keluli 20 kaki panjang dan memotongnya dengan saiz dengan jalur lebar menegak. Kami bernasib baik kerana mempunyai akses kepada mesin yang besar dan berkuasa. Dengan tiub keluli menjadi 1/4 "tebal, langkah ini mengambil masa yang lama dan seseorang sentiasa perlu menonton mesin untuk memastikan tidak ada yang salah.

Tayangan slaid ini memerlukan JavaScript.

Mengisar keluli dan menambah chamfers

Selepas keluli dipotong, pasukan menggunakan pengisar sudut untuk mengisar apa-apa minyak yang tinggal dan mencemarkan sekitar tepi tiub. Sebelum mengimpal kepingan bersama, kawasan yang harus dikimpal harus sangat bersih. Proses pengisaran ini adalah cara yang cepat dan cekap untuk menyediakan semua permukaan. Chamfers juga ditambah ke hujung. Dengan cara ini, apabila dua keping tiub diletakkan bersama-sama pada sudut 90 ° akan ada lembah V-alur kecil yang kemudiannya akan diisi dengan bahan pengisi kimpalan. Teknik V-groove ini menghasilkan kimpalan yang lebih kuat dan membolehkan sejumlah besar bahan ditambah ke sendi, memastikan penembusan yang mendalam dan keadaan kimpalan yang optimum di kawasan sudut.

Tayangan slaid ini memerlukan JavaScript.

Kongsi

Meninggalkan Komen