Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Wave Energy Converterin tekeminen Osa 6: Sparin rakentaminen

Tämä on osa kuudennen osan sarjasta, joka kertoo aaltoenergian muuntimen T & K-toiminnasta. Lue osat yksi, kaksi, kolme, neljä ja viisi.

Suuri keltainen vaahtopoukku on jo rakennettu, ja insinööriopiskelijoiden tiimimme keskittyi nyt rakentamaan pitkää hoikka kokoonpanoa. Vara on kiinnitetty poijun alapuolelle ja on kehys, joka pitää hydraulisylinterin ja mekaanisen jousikokoonpanon linjassa toistensa kanssa.

Se on myös kriittinen ominaisuus, joka mahdollistaa poijun ja kuumuuslevyn välisen suhteellisen liikkeen työntämisen ja vetämisen hydraulisylinteriin, kun aallot liikkuvat aaltoenergian muuntimen (WEC) ohi. Tämä syklinen työntöveto liikuttaa hydraulinestettä, joka kääntää hydraulimoottorin ja pyörii generaattorin tuottamaan sähköä. Saavuttaen tavoitteen tehdä WEC: stä helppo siirtää ja asentaa, spar oli jaettu kolmeen osaan niin, että pitkä raskas rakenne voidaan purkaa kuljetusta varten.

Spar oli suunniteltu mahdollisimman lyhyeksi; tämä tehtiin kokonaispainon minimoimiseksi ja materiaalien kustannusten pienentämiseksi. Tämän saavuttamiseksi jokainen osa suunniteltiin eri pituiseksi eri laitteiden ja osien mukauttamiseksi jokaiseen moduuliin. Hydraulisylinteri ja puristusholkki on rakennettu 79-tuumaiseksi osaksi; mekaaniset jouset, polymeerin kohdistuskaulukset ja teräksinen jatke-akseli on rakennettu 90-osaan; ja suuritiheyksinen polymeeriholkki ja teräskaapeli asennettiin 60,5 ″ osaan. Tämä tarkoitti sitä, että kukin spar-osa voidaan koota toisistaan ​​riippumatta ja kuljettaa esiasennettuna yksikkönä. Kolme osaa yksinkertaisesti ruuvataan yhteen, jolloin muodostuu yksi pitkä rakenne, jossa on 16 asteen 8 ruuvia.

Spar-kokoonpanon lopullinen asettelu osien mitoilla ja nimillä.

Spar rakennettiin neliön teräsputkesta, joka oli 2 ″ leveä ja 1/4 ″ paksu. Vaikka tämä saattaa tuntua yliarvostetulta, tämä tehtiin estääkseen sparilta epäonnistumisen, kun kyseessä oli kumma myrsky, jossa on valtavat aallot. Ihanteellisen teknisen ongelman vuoksi on mahdollista ennustaa tai jopa mitata suunnitelmallesi kohdistuvia voimia. Nämä tiedot auttavat insinööriä valitsemaan tietyntyyppisen materiaalin, jota tarvitaan estämään osan vikaantuminen, ja se on yksi monista tekijöistä (mukaan lukien kustannukset, paino, työstettävyys), joka muodostaa lopputuotteen. Kuitenkin, kun opimme kovaa tietä, reaalimaailman sovellukset eivät aina ole niin yksinkertaisia, ja siksi tiimi oli huolissaan siitä, että se yrittää ennustaa WEC: lle kohdistuvia enimmäisvoimia. Onneksi olimme oppineet erityisistä suunnittelukriteereistä, joita käytettiin mekaanisten järjestelmien rakentamiseen, jotka joutuivat selviytymään äärimmäisestä meriympäristöstä, Francois Factorista.Määritelmä: Aloita suunnittelemalla järjestelmä niin voimakkaaksi kuin luulet, että sen täytyy olla selviytyäkseen valtameressä, ja tee se sitten viisinkertaiseksi niin vahva. (Nimetty hellästi Francois Cazenave, joka tarjosi tätä neuvontaa MBARI-matkan aikana.)

Meidän oli määriteltävä pahin mahdollinen skenaario ja lähennettävä enimmäisvoimaa ylöspäin, ennen kuin käytät Francois Factoria. Se oli melko yksinkertaista. Oletimme, että massiivinen aalto siirtyisi WEC: n ohi ja aiheuttaa hydraulisylinterin täysin pitkänomaisen, jolloin poiju vedetään edelleen ylöspäin, kun taas lämmityslevy vedetään alaspäin hydrodynaamisen vedon takia. Tämä asettaisi sparin maksimijännitykseen. Tämän vetovoiman lähentämiseksi otimme poijuen nousevan voiman kokonaisuudessaan ylöspäin, 3800 kiloa, ja oletimme, että tämä olisi enimmäisvipu, joka kohdistuu spariin.

Tämä olettamus oli voimassa niin kauan kuin taivutuslevy pysyi kiinteänä lähellä meren pohjaa, ja se oli yksinkertaistaminen, jota käytimme koko analyysin ajan. Emme myöskään laiminlyöneet sparin painoa, koska se vain vähentäisi poijun suurinta voimaa. Todellisuudessa alaspäin suuntautuvan hydrodynaamisen vetovoiman aikaansaamiseksi on taivutuslevyn liikkuttava ylöspäin jonkin verran nopeudella, mutta teimme perustavanlaatuisen olettamuksen analyysin yksinkertaistamiseksi ja oletimme, että taivutuslevy toimi ihanteellisena "ankkurina". voisi olettaa, että kaikki poijun muodostamat nousevat voimat siirrettäisiin kahdeksaan pulttiin, jotka yhdistävät spar-osat yhteen.

Kaavio oletetusta pahimmasta tapauksesta WEC: lle.

Pahimman skenaarion avulla käytimme sitten Francois Factoria laskemaan kokonaiskestävyyskuormaa, joka on 19 000 kiloa. Tietäen, että olimme alun perin suunnitelleet kahdeksan pultin liittämistä kummankin osion yhdistämiseen, oli mahdollista laskea jokaisen pultin jännitys ja nähdä, onko tämä arvo pienempi kuin luokan 8 pulttien 120 000 psi: n todellinen kuormitus. Kaikesta tästä saadut tulokset osoittivat, että spar olisi 10 kertaa niin voimakasta kuin olisikin (olettaen, että pahin tapauksemme oli pätevä) ja koska ylimääräisen lujuuspulttien hinta ei ollut niin paljon suurempi kuin muita vaihtoehtoja, joihin jäimme alkuperäiseen suunnitelmaan ja rakensimme todella vahvan spar. Tätä samaa ajatteluprosessia ja -menetelmää käytettiin määrittämään spar-osien rakentamiseen käytetyn neliön teräsputken koko ja paksuus.

Teräksen puhdistus

Teräsvarasto saapui 20-jalkaisille osille ja tilattiin paikalliselta Sacramentossa sijaitsevalta myyjältä, joka toimitti sen koulun myymälälle litteällä kuorma-autolla. Kun kaikki 180 lineaarista jalkaa purettiin kuorma-autoista, tiimi asetti työskentelemään letkun pinnan puhdistamiseksi. Terästehtaan valmistuksen ja jalostuksen aikana teräsputken pinta peitetään mustalla öljyllä suojaamaan terästä kosteudelta ja estämään ruostumisen. Vaikka öljy auttaa suojaamaan terästä varastoinnin aikana, sama öljy voi aiheuttaa ongelmia valmistuksen aikana ja siksi se on poistettava ennen hitsausta tai maalausta. Ruiskutimme teräkselle WD-40: n, joka auttoi hajottamaan mustan öljyn ja helpottamaan pyyhkimistä rätillä.

Tämä diaesitys vaatii JavaScriptin.

Teräksen leikkaaminen koon mukaan

Kun pinta oli jonkin verran puhdistettu, oli aika mitata ja merkitä 20-jalkaiset teräsputket ja leikata ne kooksi massiivisella pystysuoralla sahatavalla. Olimme onnekkaita pääsemään niin suurelle ja tehokkaalle koneelle. Kun teräsputki oli 1/4 ″ paksu, tämä vaihe kesti kauan ja joku joutui aina katsomaan laitetta varmistaakseen, ettei mikään meni pieleen.

Tämä diaesitys vaatii JavaScriptin.

Teräksen hionta ja liuskojen lisääminen

Kun teräs oli leikattu, tiimi käyttää kulmahiomakoneita jauhaa pois jäljellä olevat öljyt ja saastuttaa letkun reunojen ympärille. Ennen palojen hitsausta hitsattavan alueen oli oltava erittäin puhdas. Tämä jauhamisprosessi oli nopea ja tehokas tapa valmistaa kaikki pinnat. Lohkareita lisättiin myös päihin. Tällöin, kun kaksi putkikappaletta sijoitettiin yhteen 90 ° kulmassa, olisi pieni laaksoon perustettu V-ura, joka sitten täytettäisiin hitsauksen täyteaineella. Tämä V-uratekniikka luo vahvemman hitsin ja mahdollistaa suuremman määrän materiaalia liitokseen, mikä takaa syvällisen tunkeutumisen ja optimaaliset hitsausolosuhteet kulma-alueilla.

Tämä diaesitys vaatii JavaScriptin.

Osake

Jättänyt Kommenttia