Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

एक लहर ऊर्जा कनवर्टर भाग 2 बनाना: एक डिजाइन लूप में फंस गया

यह एक तरंग ऊर्जा कनवर्टर के आर एंड डी को क्रोनिक करने वाली 10-भाग श्रृंखला के दो भाग है। एक भाग पढ़ें

चार साल हो गए जब मैंने पहली बार अक्षय महासागर बिजली प्रौद्योगिकी के बारे में सीखा। मेरे पास अब एक टीम थी, फंडिंग थी, और ऑफ-द-शेल्फ भागों का उपयोग करके एक वेव एनर्जी कन्वर्टर (WEC) बनाने की योजना की शुरुआत थी ताकि अन्य लोग हमारी योजनाओं को ले सकें और उनमें सुधार कर सकें। परियोजना शुरू होने से पहले ही, मेरे पास अनगिनत डिजाइन थे जो मेरे सिर में काम करते थे। फिर भी, जैसा कि उस समय दर्दनाक था, मेरी प्रारंभिक दृष्टि को अंततः ठोस इंजीनियरिंग बुनियादी बातों और टीमवर्क में काम कर रहे भौतिक प्रोटोटाइप में आकार और परिष्कृत करना होगा। परियोजना की अवधि के दौरान, WEC डिजाइन चौथे और अंतिम डिजाइन WEC_004 तक पहुंचने से पहले तीन कठोर डिजाइन पुनरावृत्तियों से गुजरेगा। हमारे अनुदान प्रायोजक, CITRIS, ने हमें अपने प्रस्ताव को लागू करने और तदनुसार धनराशि खर्च करने के लिए एक वर्ष का समय दिया था।

हालांकि, यूसी डेविस में वरिष्ठ इंजीनियरिंग छात्रों के रूप में हम सभी को स्नातक होने से पहले एक वरिष्ठ डिजाइन परियोजना में भाग लेना था। कक्षा के प्रोफेसर के साथ बात करने के बाद, हमने इस समझ के साथ अनुदान राशि को अपने वरिष्ठ डिजाइन परियोजना में रोल करने का फैसला किया कि इससे परियोजना की समयरेखा में तेजी आएगी। इसका मतलब है कि हम अपने सभी समय और एक बड़े प्रोजेक्ट पर ध्यान केंद्रित करने में सक्षम होंगे बजाय एक वरिष्ठ डिजाइन परियोजना और अक्षय ऊर्जा अनुदान परियोजना के हमारे समय को विभाजित करने के। समयरेखा पत्थर में सेट की गई थी, और हमें स्नातक करने के लिए परियोजना को पूरा करना था। हम कक्षा के पहले 12 सप्ताह शोध और डिजाइनिंग में बिताएंगे, और कक्षा का दूसरा भाग हम छात्र की दुकान में डब्ल्यूईसी का निर्माण करेंगे और समुद्र में इसका परीक्षण करेंगे। उलटी गिनती शुरू हो गई।

प्रारंभिक WEC अवधारणा डिजाइन।

परियोजना के पहले दो सप्ताह हमने दैनिक रूप से एक साथ काम किया। यहां तक ​​कि जब कोई आधिकारिक टीम की बैठक निर्धारित नहीं थी, तो हम अनिवार्य रूप से कक्षा में अन्य टीम के साथियों के साथ दौड़ेंगे और बातचीत हमेशा डब्ल्यूईसी परियोजना में वापस आ जाएगी। यह अपरिहार्य था। हमें पता था कि हम एक WEC का निर्माण करना चाहते थे और उम्मीद कर रहे थे कि हम Bodega Bay में इसका परीक्षण करने में सक्षम हो सकते हैं, इसलिए अगला चरण यह पता लगा रहा था कि समुद्र की लहरों की गति को बिजली में कैसे परिवर्तित किया जाए।

दो साल पहले मुझे एक कक्षा प्रस्तुति के लिए तरंग ऊर्जा पर शोध करते हुए "ए रिव्यू ऑफ वेव एनर्जी कन्वर्टर टेक्नोलॉजी" नामक एक गहन शोध पत्र मिला। चूंकि हमारे पास WEC को डिजाइन करने के लिए 12 सप्ताह का समय कम था, इसलिए यह समझा गया था कि हम तरंगों से ऊर्जा का दोहन करने के लिए कुछ नया, नया तरीका विकसित नहीं करेंगे। इसके बजाय हमने मौजूदा तकनीक को एक अधिक सुलभ प्लेटफॉर्म में शामिल करने की योजना बनाई, जो दूसरों को दोहराने में सक्षम हो। पांडुलिपि शुरू करने के लिए एक शानदार जगह थी, और मैं इसे लहर ऊर्जा में रुचि रखने वाले किसी भी व्यक्ति को सुझाता हूं, क्योंकि यह महासागर की शक्ति से संबंधित शब्दजाल और शब्दावली से भरा है।

पहले सप्ताह के भीतर टीम एक डिजाइन तैयार करने पर ध्यान केंद्रित करने के लिए सहमत हुई बिंदु-अवशोषित लीनियर ड्राइव सिस्टम बिजली का उत्पादन करने के लिए लहरों में ऊपर और नीचे बॉब होगा। चूंकि हम चाहते थे कि हमारा डिज़ाइन दूसरों द्वारा आसानी से अपनाया जाए, इसलिए हमें लगा कि डिवाइस को कई तरह की तरंग स्थितियों में काम करने में सक्षम होना चाहिए। प्वाइंट अवशोषक तरंगों से ऊर्जा एकत्र करने में सक्षम होते हैं, भले ही लहरें कहां से आ रही हों। यह उन्हें बोदगा खाड़ी जैसे स्थानों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाता है, जहां लहरें मुख्य रूप से उत्तर पश्चिम से संपर्क करती हैं, लेकिन अचानक बड़े तूफानों के दौरान दक्षिण से स्विच और आ सकती हैं। फ्लोटिंग बोय को गोलाकार बनाकर, WEC किसी भी कोण से तरंगें प्राप्त कर सकता था। एक लीनियर ड्राइव सिस्टम होने के कारण केवल 1 ° स्वतंत्रता होती है, हमारे डिजाइन का संबंध तरंगों के भारी, ऊपर-नीचे गति का दोहन करने से होगा। इस लीनियर ड्राइव डिज़ाइन ने गणितीय मॉडलिंग को अधिक प्रबंधनीय बना दिया और छात्र की दुकान बनाने में भी बहुत आसानी होगी।

WEC_001 के अंदर फिट होने वाले पावर टेक-ऑफ सिस्टम का शुरुआती डिज़ाइन।

अब जब हमने एक बिंदु-अवशोषित लीनियर ड्राइव सिस्टम का उपयोग करने का निर्णय लिया था, तब हमें एक पावर टेक-ऑफ सिस्टम का चयन करने की आवश्यकता थी, जो शारीरिक रूप से बिजली की गति को बोया से विद्युत ऊर्जा में बदल देगा। हम इस्तेमाल की गई मैग्नेट और वायर कॉइल को सीधे तरंगों के अप और डाउन मोशन को बिजली में बदलने के लिए इस्तेमाल कर सकते हैं। कुछ साल पहले मैंने इस विचार का उपयोग एक तरंग ऊर्जा कनवर्टर मॉडल का निर्माण करने के लिए किया था जिसमें नियोडिमियम मैग्नेट और चुंबक तार के कॉइल का उपयोग किया गया था। यह वही सिद्धांत है जिसका उपयोग रिचार्जेबल फ्लैशलाइट्स में किया जाता है जिसे आप हिलाते हैं: जैसे चुंबक कुंडल में और बाहर निकलता है, एक वैकल्पिक विद्युत प्रवाह कॉइल में प्रेरित होता है। जब तक चुंबक घूम रहा है आप बिजली बना सकते हैं; हालाँकि, चुंबक की गति और विस्थापन के आधार पर बिजली के वोल्टेज और आवृत्ति में उतार-चढ़ाव होता है, जो ऊर्जा को अधिक जटिल बनाता है।

टीम का WEC प्रोजेक्ट मेरे छोटे पीवीसी पाइप मॉडल की तुलना में बहुत बड़ा होने जा रहा था, और चूंकि हम में से कोई भी इलेक्ट्रिकल इंजीनियर सर्किट बनाने के बारे में नहीं सोचते थे और सिग्नल को सुधारने के लिए हम सभी को भयभीत करते थे। चरण और सुधार के मुद्दों के बिना भी, दुर्लभ पृथ्वी मैग्नेट की कीमत आसमान छू रही थी, जिसने इस विचार को आर्थिक रूप से अव्यवहारिक बना दिया था।

मैग्नेट और कॉइल का उपयोग करके 2010 में बनाया गया मिनी डब्ल्यूईसी मॉडल।

इसके बाद हमने एक वाटरटाइट हाउसिंग में संलग्न पेलियों और काउंटरवेट्स का उपयोग करने पर विचार किया: पल्सिस, रस्सियों का एक नेटवर्क, और सभी एक साथ बढ़ते हुए वज़न, समुद्र तल पर लंगर डाले और सतह पर तैरते हुए बुब से बंधा हुआ। टीम के सदस्य एलेक्स बेकरमैन विशेष रूप से इस विचार के शौकीन थे, क्योंकि उनके इंजीनियरिंग दिमाग में आप जीवन में कुछ भी जनसमूह, स्प्रिंग्स, और डैम्पर्स के रूप में मॉडल कर सकते हैं और फिर समाधान खोजने के लिए पथरी का उपयोग कर सकते हैं। हालाँकि, इस काम को करने के लिए ज़रूरी सभी पुलियों और बियरिंग्स के साथ, हमने अनुमान लगाया कि घर्षण नुकसान से कुल बिजली उत्पादन में बहुत कमी आएगी और केबल के खराब होने और टूटने की संभावना बहुत अधिक थी।

WEC_001 - WEC_003 के लिए पावर टेक-ऑफ (PTO) सिस्टम के लिए हाइड्रोलिक सर्किट।

कम चलती भागों के साथ अधिक सरल डिजाइन की तलाश में, मैंने सुझाव दिया कि हम हाइड्रोलिक घटकों का उपयोग करें।कई शोध पत्रों ने ऑनलाइन एक बुनियादी हाइड्रोलिक सर्किट का उल्लेख किया है जिसमें एक तरह से वाल्वों की एक श्रृंखला के माध्यम से तरल पदार्थ को पंप करने और जनरेटर के लिए युग्मित हाइड्रोलिक मोटर को स्पिन करने के लिए एक डबल-अभिनय पिस्टन का उपयोग किया गया था। भागों को ढूंढना आसान था, और अधिकांश फिटिंग और घटक जहां उच्च परिचालन दबाव के लिए मूल्यांकन किया गया था और बड़े पैमाने पर बलों और संक्षारक महासागर के वातावरण का सामना कर सकते थे। यहां तक ​​कि यह भी वर्णन किया गया था कि सिस्टम की प्रभावशीलता का मूल्यांकन करने के तरीके के रूप में संभावित बिजली उत्पादन की भविष्यवाणी करने के लिए कंप्यूटर सिमुलेशन में इस प्रकार के हाइड्रोलिक सर्किट को कैसे मॉडल किया जाए।

एकमात्र मुद्दा यह है कि टीम के किसी भी व्यक्ति को औद्योगिक हाइड्रोलिक घटकों के साथ काम करने का ज्यादा अनुभव नहीं था। निश्चित रूप से, हम में से कुछ को घर के आसपास पाइपलाइन को ठीक करने या सिंचाई मूल्यों को स्थापित करने का अनुभव था, लेकिन उच्च दबाव वाले संचयकों और हाइड्रोलिक मोटर्स के साथ एक प्रणाली को डिजाइन करना, जबकि छिद्र प्रतिबंधों के कारण दबाव के नुकसान में फैक्टरिंग, विदेशी क्षेत्र था। हमारे सभी विकल्पों को ध्यान में रखते हुए, टीम ने निर्धारित किया कि जलगति प्रणाली की उचित सापेक्ष सादगी और दूर-दराज के हिस्सों को खोजने में आसानी ने इसे जीत का विकल्प बना दिया।

दूसरे सप्ताह के अंत तक हम काफी अच्छा महसूस कर रहे थे। हमने डिजाइन के सामान्य लेआउट के बारे में बड़े निर्णय लिए थे और अब जब हम अपनी पावर टेक-ऑफ प्रणाली के निर्माण के लिए हाइड्रोलिक्स का उपयोग करने के लिए सहमत हुए थे, तो टीम अलग हो सकती थी और हम में से प्रत्येक विभिन्न उपखंडों पर काम करना शुरू कर सकता था: हाइड्रोलिक्स, इलेक्ट्रॉनिक्स , बॉय, हीव प्लेट, और स्पार। उस समय हमें पता ही नहीं चला कि प्रत्येक उपतंत्र अन्य सभी उपतंत्रों से किस प्रकार जुड़ा हुआ था।

पाठ्यपुस्तक की समस्याओं में, अधिकांश चर या तो आपको समस्या कथन में दिए गए हैं या आप उन्हें कहीं तालिका में देख सकते हैं। इसलिए जब हम डब्ल्यूईसी डिजाइन की समस्या को "हल" करने के लिए आवश्यक गणनाओं पर काम करना शुरू करने के लिए बैठ गए, तो हमने पाया कि एक बड़े पैमाने पर डिजाइन लूप में फंस गया है क्योंकि कोई भी महत्वपूर्ण निर्णय लेने में असमर्थ है, जहां बहुत अधिक अज्ञात हैं। उदाहरण के लिए, टीम के सदस्य टॉम रंबल यह निर्धारित करने की कोशिश करेंगे कि हाइड्रोलिक मोटर की कितनी बड़ी खरीद की जाए, लेकिन उन्हें पहले हाइड्रोलिक राम का चयन करने के लिए केविन क्वाच की जरूरत थी, लेकिन केविन को हाइड्रोलिक सिलेंडर के बोर को निर्धारित करने की आवश्यकता थी, जो सीधे संबंधित था सिस्टम में दबाव की मात्रा, जिसके कारण हाइड्रोलिक मोटर का सवाल वापस आ गया। एलेक्स बड़ी धातु की हेवी प्लेट को डिजाइन करने की कोशिश कर रहा था, जो कि हाइड्रोडायनामिक ड्रैग प्रदान करेगा, जो बोय से ऊपर की ओर खींचने की गति का विरोध करेगा, लेकिन पहले मुझे बोया के कुल आकार को निर्धारित करने की आवश्यकता थी। लेकिन इससे पहले कि मैं बुआ के लिए आवश्यक कुल उछाल बल की गणना कर सकता, मुझे टेरेसा ये से डब्ल्यूईसी के कुल वजन और एलेक्स से हेवे प्लेट के वजन को जानने की जरूरत थी। यह चार दुखी सप्ताह के लिए जारी रहा और टीम एक अनुत्पादक रट में फिसल गई।

समुद्र की लहरों में WEC-004 डिजाइन की गति का ताप।

सप्ताह छह तक मुझे रात को सोने में परेशानी हो रही थी। मैं छत पर टकटकी लगाए बिस्तर में जागता रहता, पूरी परियोजना को एक गेंद की तरह पूरी तरह से खोल देने की कोशिश करता। परियोजना का परिमाण मुझ पर तोल रहा था, और मैं बता सकता था कि टीम के अन्य सदस्य दबाव के ढेर को महसूस कर रहे थे। Midterms हम पर थे, जिसका मतलब था कि परियोजना की समय सीमा खिड़की से बाहर चली गई। टीम की बैठकें तनावपूर्ण हो गईं, क्योंकि एक व्यक्ति यह समझाने की कोशिश करेगा कि वे समस्या के अपने हिस्से को हल कर सकते हैं यदि केवल कोई अन्य व्यक्ति उन्हें आवश्यक जानकारी देगा।

अब तक हम WEC_002 डिज़ाइन पर चलते हुए 20 r-जेडीमीटर एचडीपीई पाइप से बने न्यूट्रली बोयेंट स्पर और बोय के शीर्ष पर पूर्वनिर्मित रोलर असेंबली से आगे बढ़े थे, लेकिन पीटीओ ने कोई प्रगति नहीं की थी। कुंठाओं को जोड़ने के लिए, मैं यह पता लगाने की कोशिश कर रहा था कि एक बार इसे बनाने के बाद हम वास्तव में इस चीज का परीक्षण कैसे करेंगे, लेकिन मेरी समुद्री प्रयोगशाला के ईमेल अनायास ही जा रहे थे और हमारे पास बैकअप योजना नहीं थी। कुछ बदलना पड़ा, और उपवास करना पड़ा। अगर हम शुरू से ही बर्बाद हो गए थे, तो क्या हम से निपटने के लिए पांच में से एक परियोजना के लिए यह बहुत बड़ा और बहुत महत्वाकांक्षी था? मुझे अपनी शंका होने लगी थी।

भाग 3 के लिए अगले सप्ताह में ट्यून करें!

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