صنع محول الطاقة الموجة الجزء 2: عالقة في حلقة التصميم - 💡 Fix My Ideas

صنع محول الطاقة الموجة الجزء 2: عالقة في حلقة التصميم

صنع محول الطاقة الموجة الجزء 2: عالقة في حلقة التصميم


مؤلف: Ethan Holmes, 2019

هذا الجزء الثاني من سلسلة مكونة من 10 أجزاء تؤرخ البحث والتطوير لمحول طاقة الأمواج. قراءة الجزء الأول.

لقد مرت أربع سنوات منذ أن علمت لأول مرة عن تكنولوجيا طاقة المحيطات المتجددة. لدي الآن فريق وتمويل وبداية خطة لإنشاء محول طاقة الموجة (WEC) باستخدام الأجزاء الجاهزة حتى يتمكن الآخرون من أخذ خططنا وتحسينها. حتى قبل بدء المشروع ، كان لديّ عدد لا يحصى من التصميمات التي وضعت في ذهني. ومع ذلك ، فبالرغم من أنها كانت مؤلمة كما كانت في ذلك الوقت ، فإن رؤيتي الأولية يجب أن تتشكل في نهاية المطاف وتنقيحها إلى نموذج أولي فعلي قائم على أساسات هندسية صلبة والعمل الجماعي. خلال مدة المشروع ، سوف يمر تصميم WEC بثلاث تكرارات تصميم جذرية قبل الوصول إلى التصميم الرابع والأخير ، WEC_004. لقد قدم لنا كفيلنا CITRIS ، سنة واحدة لتنفيذ اقتراحنا وإنفاق الأموال وفقًا لذلك.

ومع ذلك ، كطلاب هندسة كبار في جامعة كاليفورنيا ديفيز ، كان علينا جميعا أن نشارك في مشروع تصميم كبار قبل التخرج. بعد التحدث مع أستاذ الفصل ، قررنا تحويل تمويل المنحة إلى مشروعنا للتصميم الأقدم مع إدراك أن هذا من شأنه تسريع الجدول الزمني للمشروع. هذا يعني أننا سنكون قادرين على تركيز كل وقتنا واهتمامنا على مشروع واحد كبير بدلاً من تقسيم وقتنا بين مشروع تصميم كبير ومشروع منحة الطاقة المتجددة. تم تحديد الجدول الزمني في الحجر ، وكان علينا إنهاء المشروع من أجل التخرج. سوف نقضي أول 12 أسبوعًا من الفصل في البحث والتصميم ، وفي النصف الثاني من الفصل ، سنقوم ببناء WEC في متجر الطلاب واختباره في المحيط. بدأ العد التنازلي.

تصميم مفهوم WEC الأولي.

خلال الأسبوعين الأولين من المشروع عملنا معًا يوميًا. حتى في حالة عدم وجود اجتماع رسمي للفريق ، فقد كان من المحتم أن نواجه زملاء آخرين في الفصل ، وستعود المحادثة دائمًا إلى مشروع WEC. كان لا مفر منه. كنا نعلم أننا أردنا بناء WEC وكنا نأمل أن نتمكن من اختباره في خليج Bodega ، لذلك كانت الخطوة التالية هي معرفة كيفية تحويل حركة أمواج المحيط إلى كهرباء.

قبل عامين ، وجدت ورقة بحثية متعمقة بعنوان "مراجعة لتكنولوجيا تحويل طاقة الموجة" أثناء بحثي عن طاقة الأمواج لتقديم عرض تقديمي. نظرًا لأن لدينا أقل من 12 أسبوعًا لتصميم WEC ، فقد كان من المفهوم أننا لن نطور طريقة جديدة جديدة لاستغلال الطاقة من الأمواج. بدلاً من ذلك ، فقد خططنا لدمج التكنولوجيا الحالية في نظام أساسي يمكن الوصول إليه بشكل أكبر ، وقد يكون الآخرون قادرين على نسخه. كانت المخطوطة مكانًا رائعًا للبدء ، وأنا أوصي به بشدة لأي شخص مهتم في طاقة الأمواج ، حيث أنه مليء بالمصطلحات والمصطلحات المتعلقة بقوة المحيطات.

خلال الأسبوع الأول وافق الفريق على التركيز على تصميم نظام تشغيل خطي ممتص للنقاط من شأنه أن يرتفع صعودا وهبوطا في الأمواج لإنتاج الكهرباء. نظرًا لأننا أردنا اعتماد تصميمنا بسهولة من قبل الآخرين ، شعرنا أن الجهاز يجب أن يكون قادرًا على العمل في مجموعة واسعة من ظروف الموجة. يمكن لامتصاصي النقاط جمع الطاقة من الأمواج بغض النظر عن مصدرها. هذا يجعلها مناسبة لمواقع مثل خليج بوديجا ، حيث تقترب الأمواج في الغالب من الشمال الغربي ولكن يمكن أن تتحول فجأة وتتحول من الجنوب خلال العواصف الكبيرة. بجعل العوامة العائمة في الشكل ، يمكن أن يستقبل WEC موجات من أي زاوية. نظرًا لأن نظام القيادة الخطية يتمتع بحرية واحدة فقط ، فسيكون تصميمنا مهتمًا بتسخير حركة الأمواج صعودًا وهبوطًا. جعل تصميم محرك الأقراص الخطي هذا النمذجة الرياضية أكثر قابلية للإدارة وسيكون من الأسهل أيضًا تصنيعها في متجر الطلاب.

التصميم المبكر لنظام إقلاع الطاقة الذي يتلاءم مع WEC_001.

والآن بعد أن قررنا استخدام نظام تشغيل خطي ممتص للنقاط ، احتجنا بعد ذلك إلى اختيار نظام لإقلاع الطاقة من شأنه أن يحول حركة الرفع فعليًا من العوامة إلى طاقة كهربائية. لم نتمكن من استخدام المغناطيس وملفات الأسلاك لتحويل الحركة المباشرة لأعلى ولأسفل إلى كهرباء. قبل بضع سنوات كنت قد استخدمت هذه الفكرة لبناء نموذج محول طاقة الأمواج باستخدام مغناطيس النيوديميوم وملفات الأسلاك المغناطيسية. إنه نفس المبدأ المستخدم في المصابيح الكهربائية القابلة لإعادة الشحن التي تهتزها: حيث يتحرك المغناطيس داخل الملف وخارجه ، يتم إحداث تيار كهربائي بديل في الملفات. طالما أن المغناطيس يتحرك يمكنك توليد الكهرباء. ومع ذلك ، فإن الجهد الكهربائي وتردد الكهرباء يتقلبان بناءً على سرعة وتشريد المغناطيس ، مما يجعل جمع الطاقة أكثر تعقيدًا.

كان مشروع WEC الخاص بالفريق أكبر بكثير من نموذج الأنابيب البلاستيكية الصغير الخاص بنا ، وبما أنه لم يكن أي منا مهندسين كهربائيين فكرنا في بناء دائرة لتصحيح حالة الإشارة المرعبة لنا جميعًا. حتى بدون مشاكل الطور والتصحيح ، كان سعر مغناطيسات الأرض النادرة يرتفع ، مما جعل الفكرة غير عملية من الناحية المالية.

تم تصميم Mini WEC عام 2010 باستخدام المغناطيس والملفات.

بعد ذلك ، نظرنا في استخدام البكرات والأوزان المضادة المغطاة في حاوية مقاومة للماء: شبكة من البكرات والحبال والأوزان تتحرك جميعها معًا ، مثبتة في قاع المحيط وترتبط بعوامة عائمة تتمايل على السطح. كان عضو الفريق أليكس بيكرمان مولعًا بهذه الفكرة بشكل خاص ، لأنه في عقله الهندسي يمكنك تصميم أي شيء في الحياة كنظام من الجماهير والينابيع والخامدات ومن ثم استخدام حساب التفاضل والتكامل لإيجاد الحل. ومع ذلك ، مع وجود جميع البكرات والمحامل اللازمة لإنجاز هذا العمل ، قدّرنا أن الخسائر الاحتكاكية ستقلل إلى حد كبير من إجمالي خرج الطاقة وأن احتمالية تآكل الكبل وتكسيره أكبر من اللازم.

الدائرة الهيدروليكية لنظام إقلاع الطاقة (PTO) لـ WEC_001 - WEC_003.

تبحث عن تصميم أكثر بساطة مع عدد أقل من الأجزاء المتحركة ، اقترحت أن نستخدم المكونات الهيدروليكية.أشارت عدة أوراق بحثية عبر الإنترنت إلى دائرة هيدروليكية أساسية تستخدم مكبس مزدوج المفعول لضخ السائل من خلال سلسلة من الصمامات أحادية الاتجاه وتدور محركًا هيدروليكيًا إلى جانب مولد. كان من السهل العثور على الأجزاء ، ومعظم المكونات والمكونات التي تم تصنيفها من أجل ضغوط التشغيل العالية ويمكن أن تصمد أمام القوى الضخمة وبيئة المحيطات المسببة للتآكل. حتى أن هناك مقالات تصف كيفية تصميم هذه الأنواع من الدوائر الهيدروليكية في محاكاة كمبيوتر للتنبؤ بإنتاج الطاقة المحتمل كطريقة لتقييم فعالية النظام.

المشكلة الوحيدة هي أنه لم يكن لدى أي شخص في الفريق خبرة كبيرة في العمل مع المكونات الهيدروليكية الصناعية. من المؤكد أن البعض منا كان لديه خبرة في إصلاح السباكة في جميع أنحاء المنزل أو تثبيت قيم الري ، ولكن تصميم نظام يحتوي على بطاريات عالية الضغط ومحركات هيدروليكية ، في حين كان التخصيم في خسائر الضغط بسبب قيود الفتحات ، أراضٍ أجنبية. نظرًا لوزن جميع خياراتنا ، قرر الفريق أن البساطة النسبية على ما يبدو للنظام الهيدروليكي وسهولة العثور على الأجزاء الجاهزة للاستخدام جعلت هذا الخيار هو الفائز.

بحلول نهاية الأسبوع الثاني ، شعرنا بحالة جيدة. لقد اتخذنا قرارات كبيرة حول التصميم العام للتصميم والآن بعد أن اتفقنا على استخدام المكونات الهيدروليكية لبناء نظام الإقلاع عن الطاقة الخاص بنا ، يمكن للفريق أن ينفصل ويمكن لكل منا أن يبدأ العمل في الأقسام الفرعية المختلفة: الهيدروليكية ، والالكترونيات ، العوامة ، لوحة التجويف ، والصاري. ما لم نكن ندركه في ذلك الوقت هو كيفية ربط كل نظام فرعي بجميع النظم الفرعية الأخرى.

في مشاكل الكتب المدرسية ، يتم تقديم معظم المتغيرات إليك في بيان المشكلة أو يمكنك البحث عنها في جدول في مكان ما. لذلك عندما جلسنا لبدء العمل على الحسابات المطلوبة "لحل" مشكلة تصميم WEC ، وجدنا أنفسنا عالقين في حلقة تصميم ضخمة غير قادرين على اتخاذ أي قرارات مهمة لأن هناك الكثير من المجهولين. على سبيل المثال ، سيحاول توم رومبل ، عضو الفريق ، تحديد حجم محرك هيدروليكي للشراء ، لكنه يحتاج إلى كيفين كوتش لتحديد الكبش الهيدروليكي أولاً ، لكن كيفن كان بحاجة لتحديد تجويف الأسطوانة الهيدروليكية ، التي كانت مرتبطة مباشرة بـ مقدار الضغط في النظام ، مما أدى إلى مسألة المحرك الهيدروليكي. كان أليكس يحاول تصميم صفيحة معدنية كبيرة ، والتي ستوفر سحبًا هيدروديناميًا من شأنه أن يقاوم حركة السحب الصعودية من العوامة ، لكنني أولاً كنت بحاجة لتحديد الحجم الكلي للعوامة. ولكن قبل أن أتمكن من حساب إجمالي قوة الطفو المطلوبة للعوامة ، كنت بحاجة لمعرفة الوزن الكلي لـ WEC من تيريزا ييه وثقل لوحة التجويف من أليكس. استمر هذا لمدة أربعة أسابيع بائسة وانزلق الفريق في شبق غير مثمر.

حركة الحركة لتصميم WEC-004 في أمواج المحيط.

بحلول الأسبوع السادس كنت أواجه مشكلة في النوم ليلاً. كنت مستلقياً على السرير وهو يحدق في السقف ، محاولاً فك المشروع بأكمله مثل كرة من الخيط كلها معقّدة. كان حجم المشروع يثقل علي ، وأستطيع أن أقول أن أعضاء الفريق الآخرين كانوا يشعرون بضغوط الضغط. كانت منتصف المدة علينا ، مما يعني أن المواعيد النهائية للمشروع خرجت من النافذة. أصبحت اجتماعات الفريق متوترة ، حيث سيحاول شخص واحد توضيح أن بإمكانه حل الجزء الخاص به من المشكلة إذا قام شخص آخر فقط بتزويده بالمعلومات التي يحتاجها.

في الوقت الحالي ، انتقلنا إلى تصميم WEC_002 من خلال عمود انسيابي محايد مصنوع من أنبوب HDPE قطره 20 بوصة ومجموعة الأسطوانة الجاهزة أعلى العوامة ، لكن PTO لم تحرز سوى تقدم بسيط. لإضافة الإحباطات ، كنت أحاول معرفة كيف سنختبر هذا الشيء بالفعل بمجرد بنائه ، لكن رسائل البريد الإلكتروني الخاصة بي إلى المختبر البحري كانت بلا إجابة ولم تكن لدينا خطة احتياطية. كان هناك شيء يجب أن يتغير ، وبسرعة. هل كنا محكومين علينا منذ البداية ، هل كان هذا كبيرًا جدًا وطموحًا جدًا في مشروع لا يمكننا التعامل معه نحن الخمسة؟ كنت قد بدأت لدي شكوكي.

لحن في الأسبوع المقبل للجزء 3!



قد تكون مهتمة

الكسوف الكلي للطريق السريع أو: كيف تعلمت التوقف عن القلق وحب المرور

الكسوف الكلي للطريق السريع أو: كيف تعلمت التوقف عن القلق وحب المرور


رحلة صانع لمساعدة اللاجئين على طهي الطعام بالشمس

رحلة صانع لمساعدة اللاجئين على طهي الطعام بالشمس


YBox2 Kit - DIY فك التشفير

YBox2 Kit - DIY فك التشفير


7 طرق للتسلية في Maker Faire Eindhoven

7 طرق للتسلية في Maker Faire Eindhoven