Date de proiectare:

MECANISMEDate de proiectare:

Volumul flotorului: V=4 Distanta de la centrul flotorului la axa boltului de articulatie al parghiei flotorului: L=2m

Distanta de la axa cilindrului de pompare pana la axa boltului de articulatie: l=0.2m

Suprapresiunea creata de sistemul de pompare este de =30* Inaltimea maxima a valurilor marii luata in calcul: Cuprins41.Tehnologii de valorificare a potenialului energetic al valurilor mrii

41.1.Consideraii generale. Energia apelor Oceanului Planetar.

71.2.Energia valurilor

111.3.Sisteme de captare a energiei valurilor

222.Funcionarea instalaiei

222.1.Instalaie de obinere a energiei electrice I.E.V.0.Pri componente i funcionarea instalaiei

342.2.Schema cinematic a mecanismului i calculul mobilitii mecanismului

413.Calculul de dimensionare al mecanismului

413.1.Calculul diametrului pistonului I.E.V.1.1.2.0 , a cursei n a pistonului si a debitului Qv dat de instalaia I.E.V.0.

443.2.Calculul nalimii cilindrului hidraulic I.E.V.1.1.1.0

463.3.Determinarea randamentului volumic al pompei, pentru lungimea aleas a pistonului L=50mm i diametrul tijei d=50mm

513.4.Calculul diametrelor tijelor pistoanelor

523.5.Calculul ansamblului flotor si parghie

533.5.1.Determinarea diametrelor bolurilor de asamblare dintre flotor asamblat I.E.V1.4.0 i prghia I.E.V1.3.

543.5.2.Determinarea grosimii urechilor flotorului I.E.V1.4.3.

553.5.3.Calculul urechilor avnd in vedere solicitarea la incovoiere

563.5.4 Calculul de dimensionare al flotorului

583.5.5.Calculul de dimensionre al prghiei I.E.V.1.3.

593.5.6.Dimensionarea patinei II, I.E.V.1.1.2.3.2.

613.5.7.Calculul de dimensionare al patinelor

633.5.8.Determinarea nlimii h, a suportului I.E.V.1.2.3.1 (fig. 5)

654.Calculul de dimensionare a instalatiei de transport

654.1.Determinarea diametrelor conductelor de aduciune I.E.V. 2.0.

674.2.Determinarea diametrelor uruburilor pentru asamblarea conductelor intermediare I.E.V.2.2.0 (fig. 2)

684.3.Determinarea fortei de ancorare a conductei cu cot I.E.V. 1.6.0

714.4.Dimensionarea elementelor componente ale postamentului

735.Calculul injectorului

816.Determinarea costului energiei produs intr-un an de zile de instalaia I.E.V.O.

857.Alegerea sistemului de ajustaj, treptei de precizie si ajustajului pentru piesele ce intra in contact

99BIBLIOGRAFIE

1.Tehnologii de valorificare a potenialului energetic al valurilor mrii

1.1.Consideraii generale. Energia apelor Oceanului Planetar.

n ultimul secol, folosirea energiei din combustibili fosili (iei, gaze, crbuni), prin ardere a avut efecte dezastruoase asupra mediului, mai mari dect orice activitate uman din istorie: acumularea de gaze nocive n atmosfer, ceea ce a declanat procese, poate ireversibile, precum subierea stratului de ozon, nclzirea global etc. De aceea, utilizarea unor surse alternative de energie, devine tot mai important, tot mai necesar pentru lumea de azi. Aceste surse, precum soarele, vntul, energia geotermal etc. practic nu se consum i se numesc energii regenerabile, fiind cunoscute i ca surse alternative sau neconvenionale.

Energiile regenerabile se bazeaz n principal pe marele reactor de fuziune nuclear care este Soarele. Energia mareelor, se bazeaz pe energia cinetic a Lunii, care prin gravitaia sa genereaz mareele iar energia geotermal se bazeaz pe miezul fierbinte al pmntului, rmas de la crearea sa.

Toate energiile regenerabile produc emisii mult mai puine, reduc poluarea chimic, termic, radioactiv i sunt disponibile, teoretic oriunde pe glob.

Epuizarea rapid a rezervelor de combustibili fosili, folosirea lor fiind nsoit de poluarea mediului nconjurtor (incluznd i aa zis ,,murdrire" termic, i mrirea n proporii mai mult dect ngrijortoare a nivelului de bioxid de carbon din atmosfer), resursele limitate de uraniu (prin folosirea lui n energetic, rezultnd deeuri radioactive) i incertitudinea att a duratei, ct i a consecinelor ecologice la folosirea industrial a energiei termonucleare, i pune pe cercettori, savani i ingineri s acorde mai mult atenie cutrii de noi posibiliti rentabile pentru utilizarea surselor energetice alternative, nelimitate i nepoluante.

Printre cele mai eficiente energii alternative sau neconvenionale se consider a fi i energia apelor Oceanului Planetar (valurile, curenii oceanici, energia undelor i hidroenergia). Oceanele i mrile ocup 71 % din suprafaa Pmntului i, n plus, dein o resurs inepuizabil: valurile. Energia mrilor i oceanelor se reprezint sub form de energie mecanic i termic. Apele Oceanului Planetar dein un imens potenial energetic care poate fi valorificat pentru producerea de energie electric, rezervele de energie ale Oceanului Planetar fiind imense.

Energia intern, corespunztoare nclzirii cu 20 C a suprafeei apelor oceanice, n comparaie cu cele fluviale, are o mrime de circa 1026 J. Energia cinetic a curenilor oceanici este egal aproximativ cu 1018 J, ns, din aceast energie se poate utiliza doar o cantitate infim. Principalele surse de energie luate n considerare, cel puin la nivelul tehnicii actuale, se refer la: maree, curenii marini, valuri, diferene de temperatur ale straturilor de ap marin.

Mareele, datorate atraciei lunare, se produc cu regularitate n anumite zone de litoral de pe glob, cu amplitudini care pot ajunge uneori la 14-18 m, determinnd oscilaii lente de nivel ale apelor marine. Principiul de utilizare a energiei mareelor n centrale mareomotrice, const n amenajarea unor bazine ndiguite care s fac posibil captarea energiei apei, declanat de aceste oscilaii, att la umplere (la flux), ct i la golire (la reflux). Energia mareelor este energia ce poate fi captat prin exploatarea energiei poteniale rezultate din deplasarea pe vertical a masei de ap la diferite niveluri sau a energiei cinetice datorate curenilor de maree. Energia mareelor rezult din forele gravitaionale ale Soarelui i Lunii, i ca urmare a rotaiei terestre. Pentru o valorificare eficient a energiei mareelor sunt necesare anumite condiii naturale:

- s existe un bazin natural (de regul un estuar), care s comunice cu oceanul printr-o deschidere foarte ngust;

- amplitudinea mareelor s fie de cel puin 8 m. Aceste condiii naturale apar numai n circa 20 de zone ale globului (rmurile atlantice ale Franei, Marii Britanii, SUA, Canadei, nordul Australiei, estul Chinei etc.). Dac ar putea fi valorificat integral n centrale electrice mareomotrice, cantitatea de energie disponibil ar produce de circa 100.000 de ori mai mult energie electric dect toate hidrocentralele aflate n funciune n prezent pe glob (alte calcule apreciaz c energia furnizat anual de maree ar putea echivala cu cea obinut prin arderea a peste 70 mii tone de crbune). ns, centralele mareomotrice produc kWh la un pre de cost de dou ori mai mare dect cel obinut n hidrocentrale. n funciune, astfel de centrale mareomotrice se afl:

- n Frana: n estuarul Rance, format de rul cu acelai nume la vrsarea n Golful Saint Malo, construit n perioada 1961-1966 cu o capacitate de 240 MW; proiectul "Chausey" prevede o construcie asemntoare n Golful Le Mont Saint Michel.

- n Rusia: n estuarul Kislaya, format de rurile Tuloma i Kola Ia Marea Barents, cu o capacitate de 400 MW; un alt proiect vizeaz rmurile Mrii Albe).

- alte proiecte prevd noi amenajri pe rmul de sud-est al Marii Britanii; pe rmul Golfului Fundy, unde SUA i Canada realizeaz o construcie de mari proporii.

Curenii marini care se pot prezenta sub forma de:

- cureni orizontali (datorai vnturilor dominante);

- cureni verticali (caz n care apele urc sau coboar din/spre adncuri).

Curenii marini datorai micrii apelor la nivel planetar, sunt purttorii unor energii cinetice deosebit de mari. Literatura de specialitate evideniaz c un curent oceanic cu o lime de circa 100 m, 10 m adncime i o vitez de 1 m/s, ar putea genera, timp de un an o energie cinetic de circa 2 milioane kWh.

Valurile reprezint o form de stocare a energiei transmise de vnt, energie calculabil i demn de luat n consideraie. Micarea valurilor este datorat tot radiaiei solare. Calculele au evideniat c valurile cu nlimea de 1 m, lungimea de 40 m i perioad de 5 s, au o putere disponibil de aproximativ 5 kW pe un front de 1 m lime. Numeroase institute de cercetri hidraulice i energetice din SUA, Frana, Marea Britanie, China i Japonia au n programul lor de activitate realizarea unor instalaii de captare a energiei valurilor. i totui, judecnd dup potenialul imens oferit de mrile i oceanele lumii, energia valurilor este insuficient exploatat.

Conversia energetic oceano-termic, const nobinerea energiei electrice pe seama diferenei de temperatur ntre apele de la suprafa i cele de adncime. Potenialul termic poate fi valorificat prin intermediul pompelor de cldur. Diferenele de temperatur ale structurilor de ap marin creeaz energie termic - nmagazinat sub form de cldur. Cantitatea de cldur, care poate fi valorificat corespunde unei diferene de potenial termic (ntre apele de suprafa i cele de adncime) cuprinse ntre cteva grade pn la 30o C. O perspectiv mai ndeprtat o reprezint obinerea energiei electrice pe baza diferenelor de salinitate dintre apa srat i apa dulce (fenomenul este prezent la vrsarea Dunrii n Marea Neagr).1.2.Energia valurilor

Valurile sunt micri ritmice ale particulelor de ap n jurul unui punct imaginar de echilibru. Sub aspect fenomenologic, se cunosc: valuri eoliene, mareice, anomobarice, navale, staionare, gravitaional libere, forate de vnt. Valurile eoliene sunt cele care apar sub aciunea forelor de frecare tangeniale a maselor de aer n deplasare.

n privina formrii valurilor exist mai multe teorii, cea mai durabil fiind teoria valurilor trohoidale (trochoid - trohoid, curb descris de un punct al unui cerc care se deplaseaz pe o suprafa plan; trochoidal waves - valuri trohoidale), a lui Gerstner (1802) (modelul de val Gerstner nu este un model perfect, admind o anumit form dat valului). Pe lng valurile trohoidale, literatura de specialitate utilizeaz i alte modele: valuri de tip Stokes, valuri conoidale, etc. Teoria lui Gerstner este elaborat pentru un volum de lichid ideal de adncime nelimitat, fr frecare lichid, cu densitate constant, n care se formeaz valuri cu micare de translaie gravitaional i liber.Concluziile acestei teorii sunt c particulele de ap n micarea lor urmresc o orbit nchis, ntr-un interval de timp egal perioadei valului, orbit care este uor deformat pe direcia valului iar particulele de la suprafa primesc cea mai mare cantitate de energie eolian, deci vor avea raza orbitei cea mai mare.

Odat cu creterea adncimii, energia se transmite pe cale hidraulic, deci orbitele particulelor vor fi tot mai mici. Valurile dispun de energie potenial, Ep i energie cinetic, Ec, care se calculeaz n funcie de elementele de mrime a valului i de vitez. Valul cu desfurare ideal i simetric este hula regulat, care este un val gravitaional n stingere, neforat de vnt. Cum aceast energie se manifest n intervalul de timp egal cu perioada T a valului, puterea P va fi egal cu raportul dintre energia Ep sau Ec i timpul T. deoarece in procesele de captare se preia in present doar una din cele doua forme de energie a valului, expresia puterii brute disponibile este prezentata in relatia:

Fig. 1.1 Profilul unui val: h = nlimea; = lungimea de und; L = lungimea frontului de val

n condiiile n care raportul /T exprim viteza de propagare a valului, numit celeritate (celeritte s.f. , livr.- 1. iueal, repeziciune, vitez. 2. viteza de propagare a undei, a perturbaiei printr-un mediu fluid n repaus. din fr. clrit, lat. celeritas, -atis.) notat cu c:

expresia puterii se poate scrie i sub forma:

(1.3)Sub form simplificat literatura de specialitate recomand pentru coeficientul K o valoare fix, K = 1/16 (n alte lucrri coeficientul K, ine seama i de adncimea apei n care se propag valul). Adoptnd valoarea greutii specifice a apei Mrii Neagre, = 9986,58 N/m, puterea dezvoltat pe fiecare metru de front de val este:,

(1.4)Desigur nu toat energia brut va putea fi captat de sistemele aliniate pe frontul respectiv. O parte din energie este reflectat la contactul cu captatorii, o alta este disipat n bazinele de recepie i de captare ale hidrocentralelor marine, iar o parte reuete s traverseze zona de barare. n msura n care o instalaie este capabil s capteze o cantitate ct mai mare din energia nmagazinat n valuri, deci n msura n care dovedete un randament global de captare, , superior, aceasta i demonstreaz eficiena economic. Energia captata, E, se obtine din relatia:

nlimea valului (n englez wave height) este distana msurat pe vertical ntre creasta valului i linia de cea mai mic cot, corespunztoare bazei valului imediat urmtor. nlimea valului se determin cu ajutorul unor aparate speciale, iar valorile se dau n metri sau picioare. nlimea obinuit a valurilor oceanice este de 5 m, iar valorile maxime msurate pn n prezent sunt:

- 21 m n bazinul nordic al Oceanului Pacific;

- 15,6 m n bazinul nordic al Oceanului Atlantic;

- 14 m n emisfera sudic;

- 11,5 m n Oceanul Indian.

Lungimea valului (n englez wave length) este distana n metri sau n picioare msurat pe orizontal ntre dou creste sau scobituri succesive de val. Valorile medii ale valurilor oceanice sunt cuprinse ntre 69 m i 110 m. Valorile maxime ale lungimii valurilor determinate pe baza unor numeroase observaii sunt urmtoarele:

- 170 m n bazinul nordic al Oceanului Atlantic;

- 214 m n bazinul sudic al aceluiai ocean;

- 233 m n Oceanul Pacific;

- 342 m n bazinul sudic al Oceanului Indian.

Dimensiunile maxime ale valurilor se observ n regiunile unde viteza vntului, durata ei i spaiul de dezvoltare liber al valurilor sunt cele mai mari. n cuprinsul Oceanului Planetar frecvena cea mai mare o au valurile cu nlime mic, sub 2,1 m. n cazul fenomenelor extreme excepionale ele pot avea nlimi de peste 20 m i o lungime n jur de 400 m. Valurile obinuite n timpul uraganelor au o nlime de circa 8 m, cu perioad de 8 secunde, vitez de 18-20 m/s i pant n jur de 1/10 1/30 m. Regiunile cu uragane frecvente i periculoase pentru navigaie coincid cu regiunile de genez a ciclonilor, cum sunt prile nordice ale Oceanului Pacific, ale Oceanului Atlantic, precum i regiunile uraganelor tropicale (taifunurilor). Frecvena cea mai mare a uraganelor se observ n perioadele de sfrit de iarn (februarie) i de sfrit de var (august).

n momentul cnd valurile ajung pe fundurile mici din dreptul coastelor ntinse are loc fenomenul numit deferlare. Prin deferlare se nelege ridicarea, aplecarea n fa, ndoirea i prbuirea crestei, cu zgomot. Dac deferlarea se produce deasupra unui banc aflat la distan de coast, valurile de acest gen se numesc brizani". Calmarea valurilor eoliene n zona porturilor se obine prin mprtierea unei cantiti limitate de ulei la suprafaa apei. Prin acest procedeu se oprete micarea orbitoidal a particulelor de ap de la suprafa, proces, care prin interferen, se transmite i la adncime. Efecte asemntoare rezult din acoperirea suprafeei mrii cu sloiuri de ghea, sau dezvoltarea unei vegetaii acvatice pe suprafee mari.

Picturile de ploaie calmeaz i ele valurile, mai ales n timpul ploilor intense, cu energie mare. Energia valurilor este ntr-adevr fr limit, fiind un izvor nesecat, cum nesecat este i oceanul. n mrile cu ap mic, nchise n toate prile de uscat, cum este, de pild Marea Neagr, valurile rareori depesc nlimea de patru, cinci metri, pe cnd n largul oceanului, n special n emisfera sudic, unde cercul de ap cuprinde tot globul i valurile se pot dezlnui n voia lor, iar vnturile de apus sufl n permanen fr s-i schimbe direcia, se ntlnesc destul de des valuri nalte de 12-18 m. Energia colosal a valurilor se manifest prin fora de izbire, care are valori extrem de mari.

Folosirea deplin a energiei valurilor este mpiedicat de faptul c acest izvor de energie este foarte inegal. n acest context energia valurilor poate fi utilizat doar dac valurile sunt nalte i constante n timp. Tehnica contemporan nu cunoate, la acest moment, sisteme prin intermediul crora energia valurilor s poat fi transformat uor, complet i economic n energie electric.

1.3.Sisteme de captare a energiei valurilor

Primii care au nceput s foloseasc energia valurilor au fost europenii (Scoia, Portugalia i Marea Britanie au programe speciale prin care valurile mrilor care le nconjoar rmurile s fie folosite pentru producerea energiei). Conceptul de baz pentru a obine energie electric din curgerea apei printr-un rotor turbin este bine stabilit pentru aplicaiile consacrate din hidroenergie (ruri i curgeri de ape) i pentru energie eolian. Dou mari grupuri de tehnologii au fost inventate pentru producerea energiei electrice din energia valurilor: dispozitivele din apropierea rmurilor (uor accesibile, mai uor de ntreinut i de monitorizat) i dispozitivele din largul mrilor (n larg i la adncimi mari, se gsesc cele mai mari resurse energetice). Pe termen scurt, pn ce tehnologia va avansa, dispozitivele din apropierea rmurilor pot fi folosite cu precdere datorit accesibilitii facile. Pe termen lung, se vor folosi dispozitivele din largul mrii datorit cantitii mult mai mari de energie obinute(dar aceasta numai n cazul n care se vor gsi tehnologii ce pot uura accesul i mentenana acestora).

Dispozitivele din apropierea rmurilor sunt n general fixate direct pe fundul mrilor i oceanelor cu o adncime nu prea mare i sunt conectate la rm sau n imediata apropiere a acestuia. Unul din primele sisteme, care valorific energia valurilor este dispozitivul amplasat pe insula scoian Islay, care folosete conceptul tehnologic de Coloan de Ap Oscilatorie (Ocillating Water Column OWC) propus de firma Wavegens Limpet. Tehnologia OWC permite captarea micrii valurilor mrilor/oceanelor pe msur ce acestea mping o pern de aer n sus i n jos n spatele unui dig de care se sparg valurile. Turbina Wells din interior genereaz electricitate din rotaia n aceeai direcie, indiferent dac aerul se deplaseaz n sus sau jos.

Se cunosc mai multe sisteme de captare a energiei valurilor, dintre care:

1. Sistemul de conducte sub presiune (se aseamn cu sistemul de frnare al unui autovehicul). Astfel presiunea exercitat pe o suprafa mare este transmis prin intermediul unui lichid, prin conducte, unei suprafee mai mici, multiplicndu-se astfel fora pe unitate de suprafa. Printr-un sistem mecanic, aceast for realizeaz antrenarea generatorului electric. Acest principiu esteaplicatdeInterprojectService(IPS) Buoy (Sweden) http://members.tripod.com/interproject,-ArchimedesWave Swing (Netherlands) www.waveswing.com - Ocean Power Delivery (Scotland) www.oceanpd.com- Energetech (Australia) www.energetech.com.au2. Sistemul bazat pe ascensiunea lichidului. Sistemul se bazeaz pe ascensiunea apei sub form de val pe o pant artificial, care ulterior este preluat prin cdere de paletele unui generator electric. IdeeaafostpusnpracticdeWave Dragon(Denmark) www.wavedragon.net3. Sistemul pistonului lichid. ntr-o incint, prin micarea sa de urcare i coborre, valul marin acioneaz ca un piston, pompnd i aspirnd aerul, cu rezultat direct asupra unei turbine (n multe dintre aplicaii se folosete turbina Wells). Wavegen (Scotland) www.wavegen.co.uk i Mighty Whale (Japan) www.jamstec.go.jp, au pus n practic astfel de proiecte. ntr-o schem simpl, sisteme flotabile urc i coboar odat cu trecerea valurilor. Prin aceast micare se acioneaz o pomp, care mpinge apa dintr-o turbin care acioneaz un generator.

Scoia are acces la una din cele mai bogate resurse energetice marine din lume. Dac n anul 2001, raportul Scotlands Renewable Resource arta c Scoia genera o capacitate de pn la 21,5 GW (79,2 TWh/an) cu ajutorul energiei valurilor i mareelor, n 2010 guvernul scoian finana cu peste patru milioane de lire sterline cea mai mare ferm de energie marin din lume, care asigura pn la 10 % din necesarul electric al rii.. Conform raportului Harnessing Scotlands Marine Energy Potential efectuat de Marine Energy Group, pn n 2020 n apele scoiene se pot instala capaciti de 1300 MW, adugnd cte 100 MW n fiecare an.

n nordul Scoiei (Nigg), specialitii scoieni au gndit o platform special care s utilizeze la maximum fora valurilor, fr s monteze generatoare hidroelectrice plutitoare (proiectul Oyster, o invenie care promite multe, fig.1.2).

Fig. 1.2 Platforma OYSTER, 300- 600 kWPlatforma are o component montat n ap, care basculeaz atunci cnd este lovit de valurile uriae. De ea sunt prinse dou pistoane, care prin compresie mping apa cu vitez printr-o conduct, pn ntr-o unitate aflat n apropriere. Acolo, apa sub presiune acioneaz o serie de palete, tot mecanismul fiind identic cu cel prezent n centralele hidroelectrice.

Totul difer prin metoda inovativ de a transporta apa sub presiune. Productorii spun ca Oyster poate genera ntre 300 i 600 kW, ns la configuraii multiple, se poate ajunge la valori suficient de mari ct s alimenteze oraele din apropriere. Se sper c noua industrie ar revitaliza economia scoian, mai ales n zonele rurale i ar crea peste 7000 de noi locuri de munc n diversele domenii colaterale implicate. O alt schem experimental de utilizare a energiei valurilor, este realizat pentru Insula Islay, n dreptul coastei de vest a Scoiei, fiind conceput pentru a genera 180 kW. Ea funcioneaz pe principiul coloanei de ap oscilant.

Fig. 1.3 Sistemul companiei SDE Energy Ltd de producere a energiei electrice.

O camer scufundat, deschis n partea inferioar, conine o coloan de ap cu aer deasupra. O dat cu trecerea valurilor, coloana de ap se ridic i coboar, mpingnd i scond aerul dintro turbin conectat la un generator electric. Compania SDE Energy LTD folosete echipamente care prin generarea presiunii hidraulice datorate micrii valurilor, produce energie electric.

Principiul de funcionare este relativ simplu: cteva plute urc i coboar odat cu trecerea valurilor; prin aceast micare este acionat o pomp care mpinge apa printr-o turbin care acioneaz un generator, fig.1.3.

Turbina Wells de captare a energiei valurilor, a fost inventat n anul 1980 de profesorul Alan Wells de la Queen University din Belfast. Turbina Wells, fig. 9.4, este utilizat cu precdere n centralele electrice care exploateaz energia valurilor, avnd unele dezavantaje care fac ca tehnologia s fie greu fezabil. Randamentul este foarte sczut iar n condiiile unui curent slab de aer turbina se blocheaz; palele turbinei Wells au un bord de atac foarte voluminos i un unghi de aezare redus, care rezult din necesitatea utilizrii acestor pale n ambele sensuri de acionare a aerului.

Fig. 1.4 Turbina Wellsn 1995, chinezii de la Institutul de Conversie a Energiei Guangzhou au construit o geamandur de navigaie de 60 W folosind turbina Wells. Cele mai impresionante aplicaii ale turbinei Wells au fost puse n practic n India acolo unde energia valurilor aduce n sistemul electric 1,1 MW. O instalaie experimental a fost construit i n Romnia, n apropierea digului de la Mangalia. Sistemul este alctuit dintr-un cilindru fr fund, cu diametrul de 1,5 m i nlimea de 2,5 m.

Portugalia a instalat pn n 2009 28 de centrale care produc o cantitate de energie de 72,5 MW. n acest sens primul generator dat n folosin se afl la cinci kilometri de rm, unde a fost instalat dispozitivul de tip Pelamis (numele vechi al arpelui de mare), montat la Peniche, fig.1.5. Pelamis este un obiect care plutete pe valuri i care execut o micare cu o traiectorie eliptic. Cea mai simpl form de valorificare a acestei micri pentru recuperarea energiei valurilor sunt pontoanele articulate. O construcie modern este cea de tip Pelamis format din mai muli cilindri articulai, care, sub aciunea valurilor au micri relative care acioneaz nite pistoane. Pistoanele pompeaz ulei sub presiune prin motoare hidraulice care acioneaz generatoare electrice, fig. 1.6. Construcia plutete la suprafaa mrii, unde capteaz energia valurilor i trimite curentul produs ctre plaja Aguacadoura, la nord de Porto. Trebuie s menionm c un singur generator poate asigura curentul electric pentru 5000 de gospodrii. n zonele cu valuri tot timpul anului sau n largul mrilor i oceanelor, energia valurilor este o form de energie regenerabil cu un potenial foarte mare. Firma Orecon, a investit peste 24 milioane dolari ntr-un dispozitiv, care este o combinaie de baliz/platform maritim (dotat cu camere de presiune speciale), n care fora valurilor care lovesc platforma este transformat n electricitate de ctre o turbin. Pn n anul 2015 se vor vedea primele platforme care vor furniza electricitate reelelor de distribuie a energiei, o platform producnd circa 1,5 MW. Unul din avantajele platformei o constituie mrimea acesteia, fiind mai puin predispus distrugerii i avnd costuri de ntreinere mai mici, fig.1.6.

Fig. 1.5 Sistemul de tip Pelamis (Peniche, Portugalia)

Fig.1.6 Platforma maritim OreconSistemul cu plan nclinat i bazin. La mijlocul anului 1940 lng Alger n Marea Mediteran a fost pus n funciune experimental n dou amplasamente, la Sidi Ferruch i Pointe Pascade, prima instalaie modern care consta dintr-o structur conceput pe principiul planului nclinat i un bazin de acumulare. Soluia se bazeaz pe faptul c n contact cu o construcie rigid, sub aciunea valurilor, apa are tendina s-i ridice nivelul suprafeei libere.

Aceasta este recepionat ntr-o structur cu radier curb nclinat, care se opune direciei de naintare a frontului de val. Cantitatea de ap ajuns ntre doi perei convergeni, urc la o nlime maxim a valului, deversnd apoi ntr-un rezervor special conceput pentru a reine apa la o cot superioar nivelului mediu al mrii. Prin cderea realizat, apa reinut pune n micare turbinele care la rndul lor antreneaz generatorii electrici. Curburile pereilor convergeni sunt impuse de forme hidraulice optime, care fac ca ntreaga construcie s realizeze o diferen ct mai mare ntre nivelul mediu al mrii i nivelul maxim al apei din bazinul de acumulare, fig.1.7.

Fig. 1.7 Sistemul cu plan nclinat i bazinSistemul cu cu ponton greu i piston lichidAnsamblul sistem-structur de captare este alctuit dintr-un ponton greu prin mijlocul cruia strbate o conduct n care apa oscileaz, antrenat de valuri, comprimnd i aspirnd aerul de deasupra ei ntr-o ncpere amplasat pe un plutitor bine ancorat sau fixat pe o fundaie rigid.

Pistonul lichid pune astfel n micare un volum limitat de aer, care acioneaz rotorul unui turbine cuplat la un generator electric. Recuperarea energiei valurilor se poate face folosind scheme similare cu cele de la centralele mareomotrice cu baraj. Datorit perioadei scurte a valurilor aceste scheme sunt puin eficiente. Ansamblul de supape, ca i aparatul director, impune curentului de aer condiii optime de valorificare. Pontonul trebuie construit n aa fel nct s rmn ct mai imobil n masa agitat a valurilor, fig.1.8.

Fig. 1.8 Sistem cu ponton greu i piston lichid

Fig.1.9 Sistem cu plutitor i valv clapet pe coloanOrice oscilaie a pontonului consum n mod inutil din energia nmagazinat de vnt n apa mrii sau a oceanului. Soluia a fost testat pe mare i a dat rezultatele cele mai bune n amplasamente cu valuri a cror nlime medie a variat ntre 2 i 4 m, cu randament estimat ntre 30 i 70 %. Pentru o turbin cu diametrul de 200 mm, realizat dintr-un aliaj de aluminiu, puterea nominal a fost de 60 W, iar durata de funcionare a fost apreciat la mai mult de 3 ani (anul 1960 a nsemnat punerea n exploatare a primelor balize i geamanduri luminoase n Marea Japoniei, alimentate cu energie electric provenit din valuri, iar mai trziu, pe baza unui brevet emis n 1967 pe numele lui Kaisha Ryakusei, tot aici s-au realizat hidrocentrale marine de capacitate redus utiliznd soluia pistonului lichid).Sistem cu plutitor i valv clapet pe coloann principiu structura este alctuit dintr-un plutitor care susine o coloan vertical pe traseul creia este plasat o valv clapet. Aceasta este conceput n aa fel nct s se nchid timp de o jumtate din durata unui ciclu de val, oblignd apa din conduct s urmeze micarea plutitorului.

Fig. 1.10 Sistem cu piston acionat de valuri i acumulator hidraulic interior

La schimbarea direciei de micare a flotorului, apa continu s se ridice n virtutea ineriei, la un nivel superior nlimii valului. Succesiunea ciclurilor sporete nlimea coloanei de ap pn se ajunge la presiunea necesar acionarii turbo-generatorului (s-a experimentat o instalaie a crei lungime a msurat 90 m, cu un diametru al coloanei de 4,5 m; la valuri cu nlimea medie de 2,4 m, sistemul de captare i conversie a realizat o putere de 300 kW).

Sistem cu piston acionat de valuri

Soluia const n transmiterea forei mecanice dat de un volum mare de valuri de joas presiune, printr-un sistem de dou pistoane cu diametre diferite, unui volum mic de lichid auxiliar, cruia i ridic astfel presiunea, determinnd stocarea lui n acumulatoare hidraulice interioare, fig.1.10.n diverse zone de pe glob s-au conceput i alte tipuri de instalaii destinate valorificrii energiei valurilor, instalaii studiate de-a lungul anilor n laboratoare i n natur, cu rezultate nu totdeauna dintre cele mai spectaculoase.

Specialitii romni prognozeaz c potenialul energetic brut al valurilor de pe cei 200 km de litoral romnesc al Mrii Negre se ridic la valoarea de circa 8109 kWh/an, potenialul energetic tehnic utilizabil estimndu-se la 4109 kWh/an, ceea ce ar conduce la o economie de combustibil convenional de aproximativ 2 milioane t/an. Elementele caracteristice asociate valurilor, curenilor i vntului sunt prezentate n fig. 1.11. Studiile ntreprinse (chiar n lipsa finanrii acestora) au condus la concluzia oportunitii captrii energiei valurilor de vnt i au impulsionat o serie de specialiti s continue aprofundarea problemei.

Figure 1.11. nlimea valului semnificativ Hs: negru- val; alb vnt; rou curent.Procedeul de captare proiectat este specific valurilor neregulate i const n preluarea direct, prin intermediul unui plutitor, a micrii pe vertical a apei, fr transport de debit - figura 1.12.

Fig. 1.11 Sistemul romnesc de valorificare a potenialului energetic al valurilor n Marea Neagr: 1 - panou cu celule fotovoltaice; 2 - turbin eolian; 3 - motor pneumatic rotativ; 4 - rezervor de aer; 5 dispozitiv pneumatic; 6 - generator rectiliniar; 7- dispozitiv de ridicare; 8 - generator de curent continuu; 9 - echipament mobil; 10 - dispozitibv de blocare; 11 - articulaie; 12 - urechi de anoraj; 13 - ni; 14 - plutitor.

Transmisia micrii este realizat cu ajutorul unui generator rectiliniu (al crui flux magnetic este fcut astfel s varieze). Astel aceast micare este transformat n curent electric alternativ, cu frecvena neregulat, care poate fi folosit n stare brut ca surs de cldur. Echipamentul hidraulic al unui element de captare este format dintr-un plutitor, care preia valurile neregulate (cu nlimea cuprins ntre 50 mm i 9 m) i din echipamentul electric principal (alctuit dintr-o parte mobil legat cu articulaii de plutitor i o parte fix, solidar cu structura imobil). Soluia prezentat impune realizarea unui structuri plutitoare ct mai stabile n masa agitat a valurilor, capabil s susin echipamentul energetic. O caracteristic deosebit o constituie posibilitatea nelimitat de dezvoltare pe vertical a instalailor, precum i capacitatea individual a elementelor.

Pentru a compara tipurile de energie alternativ, profesorul Mark Jacobson de la Universitatea Stanford a calculat impactul pe care acestea l-ar avea, dac Statele Unite ar fi alimentate doar cu un singur tip de energie. El a luat n calcul nu numai cantitatea de gaze cu efect de ser care ar fi emise, dar i impactul pe care l-ar avea asupra ecosistemului (suprafaa ocupat de teren i poluarea apei). "Cele mai bune energii alternative nu sunt cele despre care se vorbete cel mai mult", a concluzionat Jacobson.

Producia i consumul de energie exercit presiuni considerabile asupra mediului: schimbri climatice, deteriorarea ecosistemelor naturale etc. Activitatea energetic este responsabil de existena poluanilor n proporie de peste 50 % pentru emisiile de metan i monoxid de carbon, 97 % pentru emisiile de bioxid de sulf, 88 % pentru emisiile de oxizi de azot i 99 % pentru emisiile de bioxid de carbon.

Apele Oceanului Planetar dein un imens potenial energetic care poate fi valorificat pentru producerea de energie. Principalele surse de energie luate n considerare, cel puin la nivelul tehnicii actuale, se refer la: maree, curenii marini, valuri, diferene de temperatur ale straturilor de ap marin. Valurile oceanelor poart cantiti masive de energie, dar aceast energie este greu de exploatat eficient i ieftin.

2.Funcionarea instalaiei

2.1.Instalaie de obinere a energiei electrice I.E.V.0.Pri componente i funcionarea instalaiei

Pe conducta de aduciune I.E.V.2.0, fig. 2, se monteaz prin intermediul tuurilor I.E.V.2.6.0, o sut de Instalaii de pompare a apei I.E.V.1.0, dup cum rezult din fig.1.A.

Fig 1.A.Schema instalaiei de obinere a energiei electrice I.E.V. 0

Nr. buc.

1. Instalatie de pompare I.E.V. 1.0.......................1

2. Conducta de aductiune I.E.V. 2.0....................1

3. Turbina Pelton I.E.V.3.0...................................1

Fig 1.B. Instalatia de pompare a apei I.E.V. 1.0.

Nr. buc.

1. Pompa cu piston clasica I.E.V. 1.1.0...........2

2. Conducta refulare I.E.V. 1.2.0.....................1

3. Parghie I.E.V. 1.3.........................................1

4. Flotor I.E.V. 1.4.0........................................1

5. Postament I.E.V. 1.5.0.................................1

6. Conducta cu cot I.E.V. 1.6.0........................8

7. Conducta de aspiratie I.E.V 1.7.0.................2

8. Suport cu limitatori..1

9. Garnitura I.E.V. 1.8.0.................................72

10. Surub M16 x 60 STAS................................72

11. Piulita M16 STAS.......................................72

12. Saiba Grower STAS....................................72

13. Bol 1 .....1

14. Bol 2 .....1

15. Splint 1 ....1

16. Splint 2 ....1

Fig. 2.. Conducta de aduciune I.E.V.1.2.0

Nr.buc.

1. Conducta de capat I.E.V. .2.1.0........................... 1

2. Conducta intermediata I.E.V. 2.2.0................... 99

3. Conducta finala I.E.V. 2.3.0.............................. 1

4. Hidrofor I.E.V. 2.4.0............................................. 1

5. Garnitura I.E.V. 2.5............................................101

6. Stut I.E.V. 2.6.0...................................................101

7. Surub I.E.V. M36 STAS......................................1000

8. Piulita I.E.V. M36 STAS.....................................1000

9. Saiba Grower M36 STAS...................................1000

Flotorul I.E.V.1.4.0 (fig. 3) este deplasat oscilatoriu pe vertical sub aciunea forelor arhimedice i a forelor de greutate proprie. Aceast micare este transmis pistoanelor asamblate I.E.V.1.1.2.0 (fig. 8) ce se deplaseaz n cilindrii hidraulici I.E.V.1.1.1.0 ai pompelor cu piston clasic I.E.V.1.1.0 (fig. 8c), prin intermediul prghiei I.E.V.1.3.(fig. 4)

Fig. 3 Flotor asamblat I.E.V. 1.4.0.

Nr. buc.1. Flotor I.E.V.1.4.1........................1

2. Capac flotor .I.E.V.1.4.2..............2

3. Ureche I.E.V.1.4.3.......................2

Dup cum observm din fig. 1.B, fiecare prghie acioneaz simultan dou pistoane. Micarea este transmis de la prghie I.E.V. 1.3. (fig. 4) la patinele I.E.V. 1.1.2.3.2 din suportul tijei I.E.V.1.1.2.3.0 (fig. 5), prin cuple cinematice de clas 5,, de translaie i rotaie. Pentru evitarea solicitrii la torsiune a prghiei flotorului, i a solicitrii suplimentare de ncovoiere la tijele pistoanelor I.E.V.1.1.2.2, s-a conceput transmiterea forelor la fiecare piston de la prghia flotorului prin dou patine.

Fig. 4 Parghie I.E.V. 1.3.

Montarea flotorului I.E.V.1.4.0(fig.3) pe prghia I.E.V.1.3 (fig.4) se face prin dou boluri cu cap mic de diametre 45 i 30, dup cum se vede n fig. 1, fig.3 i fig.4 .Deplasarea axial a bolurilor, dup montare este anulat prin montarea a dou plinturi.(fig. 1.B)

Montarea prghiei I.E.V.1.3. la elementul baz (postamentul I.E.V.1.5.0-fig. 6.) se face printr-un bol de diametru 30 i lungime l=135mm realizndu-se astfel articulaia O dintre prghie i elemetul baz (fig.1.1 si 1.B).

Pe fig.5, observm c bolul, (pozitia 5, din fig. 6) se prinde la elementul baz (postamentul I.E.V.1.5.0) prin intermediul suportului prghie I.E.V.1.5.2,figura 8, suport care la rndul lui se fixeaz la placa suport sudat I.E.V.1.5.1.0, figura 7 prin dou uruburi M30x60 STAS. Postamentul este realizat dintr-un pilon de beton fixat pe fundul mrii, pozitia 8 din fig. 5., pilon pe care se fixeaza incastrat suportul sudat I.E.V.1.5.0.Pe ascest suport sudat se monteaza prin suruburi ghidajul I.E.V.1.5.4.0. figura 9,iar pe ascest ghidaj se monteaza tot prin suruburi suportul pompei I.E.V.1.5.3.0. Inaltimea pilonului se accept a fi de 2 3 m (o nlime mai mareduce la un pre de realizare nejustificat de mare).

Figura5-Postament I.E.V.1.5.0. Fig. 7 Suport sudat I.E.V 1.5.1.0

(vedere din A)

1. Suport sudat I.E.V. 1.5.1.0................1

2. Suport parghie I.E.V. 1.5.2................1

3. Suport pompa cu piston I.E.V. 1.5.3.0........2

4. Ghidaj I.E.V. 1.5.4.0.....................................1

5. Bolt STAS 5735-58.......................................1

6. plint STAS 1991.........................................1

7. Surub M18x50..........................................24

8. Pilon beton .................................................1

9. Garnitura ..................................................24

10. Surub M16x65 ..........................................12

11. Piulita M16................................................12

12. Saiba Grower M30....................................12

13. Surub M30x60............................................12

14. Saiba Grower M30......................................12

Figura 7. Suport sudat I.E.V 1.5.1.0

Nr. buc.

1. Placa suport I I.E.V. 1.5.1.1........................2

2. Placa suport II I.E.V. 1.5.1.2.......................1

Figura 8. Suport parghieI.E.V 1.5.2

Fig. 9. Piston asamblat I.E.V. 1.1.2.0.

Nr. buc.1. Piston I.E.V. 1.1.2.1.................1

2. Tija I.E.V. 1.1.2.2.....................1

3. Suport tija .I.E.V. 1.1.2.3.0.......1

2.2.Schema cinematic a mecanismului i calculul mobilitii mecanismului

Figura 10 - Schema cinematica a mecanismului de pompare

Mecanismul cu trei elemente cinematice (1;2;3), dup cum reiese din figur are, dou cuple cinematice de rotaie, i dou cuple cinematice de translaie. Elementul cinematic 1 este reprezentat n fig 1B, prin prghia I.E.V.1.3(fig 4) i flotorul I.E.V.1.4.0.(fig.3) , prin intermediul cruia se transmite micarea oscilatorie la prghie. Prin urmare elementul cinematic 1 este un element motor. Elementul cinematic 2 este patina I.E.V. 1.1.2.3.2., din fig. 12.

Schema constructiv a elementului cinematic 3 este redat n fig. 9, Piston asamblat I.E.V.1.1.2.0

Dup cum observm elementele 1 i 3 sunt formate din mai multe organe de maini solidar legate ntre ele.Elementul cinematic 1 este format din parghie I.E.V1.3, din flotor asamblat I.E.V.1.4.0 , din bolturile ce leaga aceste doua elemente precum si din splinturile ce impiedica iesirea bolturilor .Elementul cinematic 3 este format din urmatoarele organe de masini solidar legate intre ele : Piston I.E.V.1.2.3.1 , Tija I.E.V.1.2.2 , Suport I.E.V.1.1.2.3.1 .

Acest element cinematic 3 il putem vedea si pe desenul I.E.V.1.1.0 din figura 11.

Figura 11 -Pompa cu piston clasica I.E.V 1.1.0

Nr. buc.

1. Cilindru sudat I.E.V. 1.1.1.0...................1

2. Piston asamblat I.E.V. 1.1.2.0...............1

3. Supapa de admisie I.E.V.1.1.3..............2

4. Supapa refulare I.E.V. 1.1.4..................2

5. Suport supapa admisie I.E.V. 1.1.5.0....2

6. Arc supapa admisie I.E.V. 1.1.6............2

7. Suport supapa refulare I.E.V. 1.1.7.0...2

8. Capac II I.E.V. 1.1.8...............................1

9. Arc supapa refulare I.E.V. 1.1.9............2

10. Garnitura I.E.V. 1.1.1.0.........................1

11. Surub M10x50......................................8

12. Piulita M18...........................................8

13. Saiba Grower M18...............................8

14. Garnitura I.E.V. 1.1.1.4........................4

15. Surub M10x25....................................32

16. Saiba GrowerM10..............................32

17. Splint 3x10 STAS 1991-68....................2

18. Saiba plata...........................................2

Fig. 12 Patina I.E.V. 1.1.2.3.2.

Elementul cinematic 3, are schema constructiv n fig. 9, unde se gsete desenul de subansamblu al acestui element. Cuplele cinematice sunt (0,1) i (2,3) de rotaie iar cuplele , (3;0) i (1;2) sunt de translaie. Fiindc toate elementele cinematice se gsesc n plane paralele, mecanismul face parte din familia 3, i prin urmare mobilitatea lui este dat de relaia. Numarul de cuple cinematice de clas patru este 0, i prin urmare mobilitatea M a mecanismului este: . Din relaia de mai sus rezult c pentru o micare a elementului cinematic 1 celelalte dou elemente primesc micri bine determinate.

Fig. 13 Piston I.E.V.1.1.2.1

Fig. 14 Tija I.E.V. 1.1.2.2

Dup cum rezult din fig 8.3, pe suportul tij I.E.V.1.1.2.3.0 se afl dou patine, dar din punct de vedere cinematic mecanismul funcioneaz la fel de bine i cu o patin, prin urmare o patin este pasiv. Ea are rolul de a ne transmite mai bine micarea ntre elemente, i de a evita o solicitare de torsiune a elementului cinematic 1, moment de torsiune ce ar trebui s fie preluat de articulaia (1,0), ceea ce ar conduce la o uzur mai pronunat a elementelor articulaiei i la dimensiuni mai mari are loc.

Forele arhimedice i de greutate ale flotorului se transmit multiplicat cu raportul braelor prghiei I.E.V.1.3(fig. 4), de la elementul cinematic 1 la elementul cinematic 3, prin intermediul patinelor (patina II I.E.V.1.1.2.3.2(fig. 5.2) i patina I de pe parghia I.E.V.1.3). ntre patine apar fore de frecare, care se reduc ntr-un punct de pe axa pistonului (punctul R din fig. 8a) la un torsor format din acele fore din momentele lor de ncovoiere, momente ce ar trebui s fie anulate de momentele foreelor ce s-ar nate ntre piston i cilindru. Pentru diminuarea acestor fore, i deci pentru a diminua uzura dintre piston i cilindru se va introduce cupla cinematic pasiv de translaie c.p. din fig. 6. Desigur fiind o cupl pasiv nu s-a inut cont de ea cnd s-a calculat mobilitatea mecanismului. Construcia acestei cuple de translaie se poate vedea n desenul de ansamblu I.E.V.1.5.0., fiind cuple cinematice de translaie dintre elementul baz, materializat prin piesa Ghidaj I.E.V.1.5.4.0 i tija pistonului I.E.V. 1.1.2.2. n figura 8.a i respectiv 8.b, se remarc faptul c n aceast cupl schematizat prin reazemul simplu k ia natere reaciunea care mpreun cu noiunea anuleaz momentul forei de frecare.

Fig. 15

Fig. 16

Calculul reaciunilor din cuplele cinematice ale acestui mecanism, precum i dimensionarea elementelor cinematice 1, 2 i 3 sunt redate la paragraful II Dimensionarea prghiei I.E.V.1.3., paragraful III Dimensionarea tijei pistonului I.E.V.1.1.2.2 i la paragraful IV Dimensionarea patinei I.E.V.1.1.2.3.2.

Schema constructiv a elementului cinematic 1 din fig. 6 se gsete n fig. 3 i 4. Precizez c elementul cinematic 1 este format din piesele I.E.V.4.0 i I.E.V.3. asamblate prin dou boluri (vezi fig.1.B).Schema constructiv a elementului cinematic 2 este patina II I.E.V.1.1.2.3.2, din fig.12 Aceast patin realizeaz cu patina I, de pe elementul cinematic I.E.V.1.3. o cupla cinematica de clasa C5 de translatie.

Patina I se realizeaz practic prin cele dou degajri paralelipipedice practicate pe parghia I.E.V.1.3. O cupl cinematic de translaie, iar cu elementul cinematic 3 realizeaz o cupl de rotaie prin intermediul piesei suport I.E.V.1.1.2.3.1 din fig. 5.

3.Calculul de dimensionare al mecanismului

3.1.Calculul diametrului pistonului I.E.V.1.1.2.0 , a cursei n a pistonului si a debitului Qv dat de instalaia I.E.V.0.

Fig.10

Fortele ce actioneaza asupra elementului cinematic 3 din fig 1B.

3.A Alegem pentru nceput un volum V=1m al flotorului lungimea L=2m i laimea l=0,2m. n fig. 10 s-a reprezentat schematic prghia poz. 3 i flotorul poz. 4 din fig 1.B. La poziia de echiibru a flotorului, pe apa mrii fr valori, partea imersat a flotorului este jumtate din volumul total. n acest caz, fora arhimedic maxim va fi egal cu dublul greutii. Deci n cazul n care valul acoper n totalitate flotorul, fora maxim F ce acioneaz pe flotor, va fi :

(1)

n relaia 1 am notat - fora arhimedic maxim a flotorului i G greutatea flotorului. Pentru simplificare, pentru nceput neglijm fora arhimedic pe prghie i greutatea prghiei. n relaia 1, este densitatea apei, iar este acceleraia gravitaional. nlocuind n relaia 1 valorile date, obinem:

(2)

Prin punctul B i C se transmit forele de la prghie la cele dou tije ale pistonului asamblate I.E.V.1.1.2.0, prin intermediul cuplelor cinematice de translaie i de rotaie. Din relaia rezult FF1(3). Din relaia 3 innd cont de relaia 2 i alegnd constructiv raportul rezult . Alegnd presiunea de refulare , i neglijnd presiunea de admisie , putem calcula diametrul pistonului . Din relaia 5 rezult

(5)

Dp = = m = 0,1 dm

Pentru ca a rezultat un diametru prea mic, vom alege un flotor cu un volum mai mare.

3.B. Alegem constructivvolumul flotoruluiV=4m3,lungimea L=200mm i laimea l=200mm; n aceste condiii, prin calcule similare ca la varianta A, obinem , , iar diametrul pistonului , variant pe care o accept. Pentru amplitudinea valului de hv=1m, i n ipoteza c flotorul este ridicat n timp de 1s, (deci la o perioad a valului de T=4s), deplasarea pistonului este h=0.12m, pentru c pe baza fig. 8c putem scrie (6); h=1m (6)- n triunghiuri asemenea laturile omoloage sunt proporionale-.

Prin urmare, volumul de fluid trimis n conducta de aduciune I.E.V.2.0, de ctre intalaia de pompare I.E.V.1.0, n timp de o secund legnd n paralel 100 de instalaii de pompare la conducta de aduciune avem debitul total ce ajunge n conducta final I.E.V.2.3.0 i n hidroforul I.E.V.2.4.0.este:

(7)Relaia (7) s-a scris, avnd in vedere c debitul este dat de relatia (7); volumul V din relatia (7), reprezint volumul de ap pompat de cei doi cilindri fidraulici fixai pe aceai prghie in timpul t=1s

Lund constructive pe o instalaie 100 de flotoare, debitul totatl dat de instalaie este:Qt=100= 0,9m3/s

Acest debit transmis sub forma unui jet la palele rotorului unei turbine Pelton, dezvolt puterea hidraulic , P: (8) [1;7]

n relaia 8, este randamentul total al turbinei Pelton.

-randamentul mecanic- randamentul volumic

-randamentul hidraulic n relaia 7 s-a inut cont c cei doi cilindri hidraulici acionai de parghia I.E.V.1.3 refuleaz apa sub presiune simultan, pentru c avem cilindrii cu dubl aciune. S-a neglijat n relaia 7, diametril tijei pistonului.

3.2.Calculul nalimii cilindrului hidraulic I.E.V.1.1.1.0nalimea cilindrului hidraulic este hc = 2h + L (9). In relatia (9) am notat cu L grosimea cilindrului hidraulic.

hc = 20,12 + 0,05 = 290mm.

Acceptam constructiv hc=295mm, dupa cum se vede in fig. 10.

fFig. 10 Cilindru sudat I.E.V 1.1.1.0

Adoptam constructiv L = 50 mm. La o grosime L mica, pierderile hidraulice Qp sunt mari, dup cum rezulta din relatiile(10) i (11):Qp = s(10)

Qp = s (10`)

Coeficientul de debit = (11) este mic daca L este mare, dupa cum rezulta din (11). [1;2]

3.3.Determinarea randamentului volumic al pompei, pentru lungimea aleas a pistonului L=50mm i diametrul tijei d=50mmPentru a avea un randament volumic mare la pistonam aceptat L=50mm

Dup cum rezulta din relaiile 10;11;12, randamentul este mare dac L ales este mare.vp=1- (12) [1]

Am notat n relaiile de mai sus:

vp- randamentul volumic innd cont de pierderile la piston

s - seciunea de trecere dintre piston i cilindru

s= 2Dp=220mm-vezi I.E.V.1.1.1.O

s= Dp b Dp-diametrul pistonului

s=0,2 b

coeficientul pierderilor liniare; =[Re ;]

Alegem =0,02Din diagrama Moody [2;7]

b limea interstiiului dintre piston i cilindru

Qp debitul pierdut pe la piston

Alegnd vp=0,95 din (12) rezult :

Qp=Q(1-0,95) = 0,05Q (13)

innd cont de relaia (7) rezult :

Qpp=0,05 (14)

Din 10 i 14 obinem :

(15)

Rezolvnd relaia (15) determinm interstiiul b dintre piston i cilindru pentru randamentul de v =0,95i lungimea pistonului de L=50mm.

10-8=60 (16)

Relaia (16 ) s-a dedus din (15) prin ridicarea la ptrat

4,8b3=3b10-8+10-11(18)

Neglijnd n prima apoximaie termenul 10-11 rezult :

=10-8b=104 m = 10-4= 0,8 10-4 m=0,08mm (19)

Pe baza interstiiiului b aflat , alegem ajustajul cu joc dintre piston i cilindru H7/h7. (STAS 8105-68). Din STAS 8103-68, gsim pentru diametrul pistonului de 200mm toleranele 200 iar pentru dimametrul cilindrului gsim toleranele200 ceea ce asigur un interstiiu b maxim de bmax=20,046=0,092 mm, iar bmed==0,046 mm. Deci acest ajustaj cu joc dintre cilindru i piston ne asigur un randament volumic , v =0,98.Se calculeaz v =0,98 cu relaia (12), introducnd n relaiile 10 i 13, valoarea b=bmed =0,046mm

vpt=1-(20)

n relaia (20) am notat cu debitul pierdut prin interstiiul dintre tija pistonului i capacul cilindrului Capac I.E.V.1.1.8.

Impunnd ca debitul pistonului s fie egal cu Qpp i randamentul vpp=vpt , relaia (15) devine n acest caz:

10-4= (22)

n relaia (22) am avut n vedere c diametrul tijei este dt=0,05m iar grosimea capacului Lc=0,02m.

Am pstrat acelai coeficient al pirderilor liniare =0,02.

Qpt= t st(21)

Relaia (22) rezult din relaia (21) avnd n vedere relaiile de mai jos :

st= dt btst - seciunea de trecere dintre tij i capac

bt1 - interstiiul dintre tij i capac

t - ceficientul de debit

t= (23) [1]

Din (22) rezult:

10-8= 60 3bt1 10-8+410-12=5010-4bt160 (24)

Neglijnd termenul 410-12 din relaia (24) obinem :

b2t1===10-7m2bt1= (25)

Avnd n vedere c n acest caz interstiiul este mult mai mare (bt1>bt), alegem un ajustaj H8/h8 dintre tij i capac. Din STAS 8103-68 gsim tolerantele 50 pentru tij i 50 pentru capac. Rezult n acest caz un interstiiu bt1m0,05mm, ceea ce va conduce la un debit pierdut pe la capac mult mai mic dect cel pierdut pe la piston, i care se poate calcula cu relaia (22).Calculul cordoanelor de sudur

Calculul cordonului de sudur de la cilindru I.E.V.1.1.1.0 (fig. 9)

Dup cum am vzut, fora F12 pe care o dezvolt prghia 1 asupra tijei pistonului 2, este: F12=100.000N. Aceast for este transmis prin presiunea apei din cilindrul sudat cordoanelor de sudur ce imbin placa superioar I.E.V.1.1.1.1 i placa inferioar I.E.V.1.1.1.3 de cilindrul I.E.V.1.1.1.2.

Dac mergem pe diametrul cilindrului interior de diametru 220 Atunci putem scrie relaia:

(26)

ats=0,65 at=0,651400=910 (27)

Din relaia (26) innd cont de (27) obinem:

91000,20 cm a =100 000 N (28)

a = mm ;

Acceptm a=5mm.

Acest valoare a nlimii cordonului s-a trecut n desenul de subansamblu Cilindru sudat I.E.V.1.1.1.0 (vezi fig.9)

Fig. 10 Cilindru sudat I.E.V.1.1.1.0

Calculul cordonului de sudur de mbinare a urechilor I.E.V.1.4.3 de flotorul I.E.V.1.4.0.(fig.3)Momentul ncovoietor care solicit sudura este:

Mis== 70 cm = 70 000 daN cm (29)

ais = (30)

Din fig. 37. a rezult h=14 cm

Determinm nlimea, lund ais = 0,85a =850 (31) [5]

Din relaiile (29), (30) i (31) rezult :

850 = a= a 2,5 cm (32)3.4.Calculul diametrelor tijelor pistoanelorDin condiia de echilibru a rigidului tij-piston, rezult:

Pentru =Atunci devine iar devine =150mm

Deci

Din solicitarea la incovoiere rezult

=Daca se ia=

Din relatia (22), tinand cont de solicitarea la intindere a tijei, a rezultat un diametru de tija d=3,5 cm

Acceptand o tija de diametru d=5 cm rezulta = +=

+ = + = 500 + =

=(500+560) = 1060

Deoarece , se reface calculul ocupind un diametru al tijei pistonului d=5cm.

3.5.Calculul ansamblului flotor si parghie3.5.1.Determinarea diametrelor bolurilor de asamblare dintre flotor asamblat I.E.V1.4.0 i prghia I.E.V1.3.

1. Flotor asamblat I.E.V.1.4.0

2. Prghie I.E.V.1.3

3. Bol I

4. Bol II

Fig. 11 Schema de ansamblu a flotorului pe parghie

Alegem

l2-se alege constructivDin condiiile de echilibru ale flotorului, putem scrie relaiile 103 i104

Relaia 105 s-a scris innd cont c bolurile sunt solicitate la forfecare i c sunt dou seciune de forfecare pentru fiecare bol.

Se admite [4]

Pentru Bol I vom avea (6.3)

(6.4)

innd cont c Bolul II este solicitat de fora , va rezulta (6.5)3.5.2.Determinarea grosimii urechilor flotorului I.E.V1.4.3.

Calculm grosimea urechilor b innd cont c fora , dat de relaia 6.2, solicit cele dou urechi ale flotorului la strivire, deci putem scrie relaia

(7.1)

(7.2)Acceptm grosimea

Am luat relaia (109) pentru tensiunea admisibil la strivire , valoarea

Vscozitatea cinematic a apei.3.5.3.Calculul urechilor avnd in vedere solicitarea la incovoiere

Fig.37

b)Calculul urechilor avnd in vedere solicitarea la ncovoiere.

Din Fig. 37 rezulta:

Mimax=

Aceptam constructive: h=13,5 cm

(7.3)

; (7.4)

Wzmodulul de rezisten axial al seciuni din fig.37,b.

Jz1 i Jz2 sunt momentele de inerie ale seciunilor urechilor din fig.37.b, in raport cu axa oz.

Din relaia (7.3) rezult: b=Observam ca b dat de relatia 7.5 este mai mare decat cel dat de relatia 7.2.Ramane deci b=2,5 cm.3.5.4 Calculul de dimensionare al flotorului

Fig.11

n conformitate cu forele din fig.3. , fora pe flotor, atunci cand el este complet imersat este, F=20.000N.

Aceasta for este rezultanta dintre fora arhimedic maxima Fa max i greutatea G, a flotorului.

Aa dup cum deja s-a precizat am ales un flotor cilindric de raya Rf=700mm i de volum V=4 m3. Rezult o lungime a flotorului de Lf

n fig. 11, flotorul este n poziia de echilibru,(atunci cnd nu sunt valuri), poziie in care s-a pus conditia ca el s fie pe jumatate imersat. Din aceast condiie rezult

GPe de alt parte, (23)

Am notat n relaia (23) densitatea materialului flotorului si cu grosimea peretelui flotorului ( neglijm greutile urechilor flotorului si a capacelor flotorului)

Din (23) rezult: (24)

(25)

Grosimea fiind prea mare, ea va putea fi confecionata din apte table de grosime =20mm.

3.5.5.Calculul de dimensionre al prghiei I.E.V.1.3.

Fig.6

Din relaia ,rezult reaciune in articulaia 0 R0=F. Pe baza acestei reaciuni dimensionm bolul din articulaie. ; (14).

n relaia (12) am inut cont c avem la bol dou seciuni de forfecare.

Alegnd pentru bol ,rezult din relaia (15),

Din fig.3, rezulta: Mimax=20000Nai=; (13)

Alegnd pentru material efortul unitar din relaia 13 rezulta,

(16) Fig.6b

Pentru seciune dreptunghiular aleas o parghie, (fig.4), modulul de rezisten axial al seciuni este:; (17)

3.5.6.Dimensionarea patinei II, I.E.V.1.1.2.3.2.Din fig.8c , rezult c pentru flotorul ales, (V=4m3) i pentru cazul cand este complet acoperit de val, fora arhimedic este de F=20000N. Pentru aceast for,ntre patine ia natere o for de F1=100000N. Pentru patina din fig. 14 i tinnd cont de modul ei de asamblare din fig. 5, putem realiza schema de calcul din fig. 15 de mai jos, considernd-o o grind ncastrat.

Patina I.E.V. 1.1.2.3.2

Dup cum rezult din fig. 15.b si fig. 15.c patina este solicitat la ncovoiere i la forfecare. Considernd fora aplicat la jumtatea lungimii de contact dintre patine, rezult c :

Deci

(90)

Considernd acoperitor c seciunea de ncovoiere este un ptrat de latur 4.25cm, dup cum rezult din fig. 7, putem scrie

(91)

n relaia (90) am notat cu , momentul ncovoietor maxim, iar cu , modulul de rezisten axial al seciunii patinei. Am scris relaia (91), innd cont c patina este solicitat la ncovoiere, n conformitate cu fig. 15.b.

Dup cum vedem din fig. 15.c, patina este solicitat i la forfecare, prin urmare putem scrie

(92); [3]

Din fig. 7, rezult c suprafaa de contact a patinei, , este

Din relaia (94) rezult

(97)

3.5.7.Calculul de dimensionare al patinelor

n conformitate cu ipoteza III de rupere, efortul unitar echivalent ce ia natere n patin este

,patina II I.E.V.1.1.2.3.2

OBSERVAIE! innd cont c fora se transmite prin dou patine (vezi fig. 5, suport tij 1.2.3.0) pentru a nu solicita excentric tija I.E.V.1.2.2, putem afirma c putem reface calculul de mai sus, calculnd dimensiunea h a patinei pentru fora . Relaiile de calcul sunt aceleai.

Patina II I.E.V.1.1.2.3.1. fig. 8 realizeaz mpreun cu suportul I.E.V.1.2.3.1, fig. 8, o cupl cinematic de rotaie, cupl ce permite acestei patine s se roteasc n jurul axei proprii, astfel nct s se asigure un contact pe ntreaga suprafa a patinelor, ce formeaz cupla de translaie, atunci cnd elementul cinematic 1 oscileaz.

Presiunea ntre patinele ce formeaz cupla de translaie este (94). Din tabelul A II 16, oel clit pe oel clit este de . Pentru fusuri cilindrice din A I 16, , pentru .

Alegnd lungimea fusului , rezult

(95) [4]

Din relaia 95 rezult

Pe baza acestor date, acceptm diametrul fusului i lungimea fusului (vezi fig. 14).

Din fig. 14, rezult ca suprafaa de contact a patinei, Sc, este: . Din realaia (94) rezult:

(97)

3.5.8.Determinarea nlimii h, a suportului I.E.V.1.2.3.1 (fig. 5)

Suport I.E.V. 1.1.2.3.1

Fora de pe patin I.E.V.1.2.3.2., se reduce n axul fusului A, la un torsor (vezi fig. 14). Momentul este anulat la braul suportului. Aceast for solicit suportul la ncovoiere n conformitate cu fig. 5.

Am neglijat solicitarea la forfecare.4.Calculul de dimensionare a instalatiei de transport

4.1.Determinarea diametrelor conductelor de aduciune I.E.V. 2.0.

Fig. 2. . Conducta de aduciune I.E.V.1.2.0

Nr.buc.

1. Conducta de capat I.E.V. .2.1.0........................... 1

2. Conducta intermediata I.E.V. 2.2.0................... 99

3. Conducta finala I.E.V. 2.3.0.............................. 1

4. Hidrofor I.E.V. 2.4.0............................................. 1

5. Garnitura I.E.V. 2.5............................................101

6. Stut I.E.V. 2.6.0...................................................101

7. Surub I.E.V. M36 STAS......................................1000

8. Piulita I.E.V. M36 STAS.....................................1000

9. Saiba Grower M36 STAS...................................1000

Diametrul maxim al conductei de aduciune I.E.V.2.0. se alege n funcie de debitul maxim al instalaiei care este dat de relaia (7') Qt=0, 628m3/s=628l/s

Pentru acest debit, din tabelul Agrochin rezult c viteza economic a apei n conduct este de 1,7m/s ceea ce conduce la un diametru economic de 700mm.

Dac lungimea flotorului este de 2700mm, alegem distana dintre prghiile flotoarelor de 3000mm.

Lungimea conductei de la prima articulaie pn la ultima este de 99*3m=297m.

Vom realiza conducta I.E.V.2.0. din 10 tronsoane. Pentru primul tronson prin care trece un debit maxim de , alegem un diametru al conductei de 250mm , din tabelul Agraschin.

Justific alegerea unei evi de diametru =300mm deoarece debitul normal mediu l accept a fi de (nlimea medie a volumelor o lum ).

n acest fel obin o conduct de aduciune la un pre de cost mai mic.

Pentru al doilea tronson prin care trece un debit maxim de se alege un diametru economic de 300m.

Pentru a evita trecerile de la un diametru mic la un diametru mare printr-o conduct tronconic de nclinare 17 (pierderi hidraulice minime), vom alege acelai diametru la toate conductele de 300mm.4.2.Determinarea diametrelor uruburilor pentru asamblarea conductelor intermediare I.E.V.2.2.0 (fig. 2)

Asupra conductei de capt, I.E.V.2.1.0, prin capacul sudat I.E.V. 2.1.1 se transmite fora care este preluat de uruburile poziia 7 din fig. 2. innd cont c ne-am ales pentru toate tronsoanele de conduct acelai diametru , i avnd n vedere c presiunea n conducta aleas este de , rezult

Alegem un numr de uruburi i prin urmare fora ce revine pe urub este

uruburile sunt solicitate la ntindere i prin urmare putem scrie relaia

(102

4.3.Determinarea fortei de ancorare a conductei cu cot I.E.V. 1.6.0

Fig.1.B

Cunoscnd debitul ce trece prin conduct Q = 6,28 x 10-3 m3/s (vezi relaia 7) i diametrele d1 = 50 mm i d2 = 100 mm, din desenul conductei , putem afla vitezele V1 i V2 cu relaiile:

V1 = / (d12/4) i V2 = / (d22/4)

V1 = (4 6,28 10-3 m3/s)/ ( 502 10-6 m2) = (25 10)/ ( 25) m/s 3 m/s

V2 = (4 6,28 10-3 m3/s)/ ( 104 10-6 m2) = 25 / 4 10-1 m/s 0,6 m/s

Aplicnd relatia lui Bernoulli ntre punctele 1 si 2, putem scrie:

z1 + p1/ + V12/(2g) = z2 + p2/ + V22/(2g) + h12Aproximnd cotele z1 z2 i neglijnd pierderile hidraulice longitudinale si locale din acest cot, I.E.V. 1.7.0, h12 0, relaia (43) se poate scrie:

P2 = p1 + /2 (V12-v22); (44)

S-a tinut cont c pentru p1 s-a obtinut 30 atunci (vezi relatia 5), p2 fiind presiunea de refulare, rezult:

P2 = 30 105 N/m2 + ( ) 103 kg/m3 (9 m2/s 0,36 m2/s) = 30 105 N/m2 + 4,3 103 N/m2 =

= 3004,3 103 N/m2 (45)

Am tinut cont c densitatea apei, = 103 kg/m3 i c 1 N = 1 kg (m/s2)

Aplicnd teorema impulsului pentru conducta cu cot I.EV. 7.0 obinem:

Q(V2 V1) = F (46)

Q(V2 V1) = p1 d12/4 (j) + p2 d22/4 (i) + Fx i + Fy j (47)

Relatia (47) proiectat pe cele dou axe ne d:

Q (-V2 ) = p2 d22/4 + Fx (48)

Q V1 = p1 d12/4 (j) + Fy (49)

S-a notat n relaiile de mai sus cu Fx i Fy, componentele pe axele Ox i Oy a fortei ce actioneaz asupra cotului (forta de reactiune).

Din relaia (49) rezult:

Fy = 30 105 N/m2 /4 502 (10-3)2 m2 + 9,42 /4 2500 N + 103 kg/m3 6,28 10-3 m3/s 3 m/s

60 102 N + 18,9 N 6 103 N (50I)

Fx = 30,043 105 N/m2 /4 1002 (10-3)2 m2 + 103 kg/m3 6,28 10-3 m3/s 0,6 m/s

30 105 N/m2 10-2 m2 + 3,7 N 10/4 104 N = 25 103 N (50II)

Forta de reactiune n cot este:

R = (Fx2 + Fy2)1/2 = 103 (252 + 62)1/2 26 103 N (50)

Aceast reactiune solicit suruburile de prindere a flansei I.E.V. 7.3. Notnd cu ds diametrul surubului si alegnd 8 suruburi de prindere putem scrie relatia: M01 = 0 (51)

Avnd n vedere figura 5 relatia (51) devine:

Fx ly + Fy lx Fs1 Dt 2Fs2 Dt cos 22 = 0 (52)

Tinnd cont de notatiile din fig. 9, avem:

Lx = 0; ly = 215 mm; Dt = 80 mm.

Fs = (25 103 N 215 mm) / (40 + 2 40 cos22)(mm) = 25 103 N 215/70 75 103 N (53)

ds2/4 as = Fs (54)

Relatia (54) tine cont c forta Fs solicit suruburile flansei la ntindere:

ds = [(4 Fs)/( as)]1/2 = [(4 7,5 103 daN)/( 103 daN/cm2) ] 3 cm (54)

Deoarece diametrul ds este inacceptabil, mergem pe un cot de conduct de diametru constant de dc = 50 mm. Prin urmare, n acest caz Fx Fy = 6 103 N, iar relatia (53) devine:

Fs = 6 103 3 N = 18 103 N

ds = [(4 1,8 103 N)/( 103 daN/cm2)]1/2 = (4 0,6)1/2 = 2,41,2 cm 1,5 cm (55)

Deoarece si acest diametru este inacceptabil, vom modifica cotul n sensul de a reduce ly de la ordonata 215 mm la ly = 100 mm. Relatia (53) n acest context devine:

Fs = 6 103 100 N/70 = 8,5 103 N (56)

Prin urmare obtinem: ds= [(4 0,85)/( )]1/2 cm = 1,04 cm

n baza acestui calcul vom alege pentru asamblarea flansei I.E.V. 7.2.cu capacul II I.E.V. 1.8al cilindrului hidraulic, suruburi M 10 x 25.

4.4.Dimensionarea elementelor componente ale postamentuluiIn baza schitei postamentului in care sunt trecute fortele F1, dezvoltate de forta Fce actioneaza pe flotor, putem s precizam ca toate suruburile sunt solicitate la intindere. fortele de intindere sunt preluate de suruburile din planele (P1); mP2) si (P3) sunt aceleasi, egale cu F1. Prin urmare este bine sa nu alegem acelasi numar de suruburi in fiecare plan de imbinare.

Ne-am ales, aa dup cum razultm i din desene un nr. de 12 surubui, pe fiecare plan. Planul (P1) este dat de mbinarea pompei I.E.V. 1.1.0 cu suportul pompei I.E.V. 1.5.3.0 i cu capacul II-I.E.V. 1.1.O.

Panul(P2) este dat de mbinarea dintere I.E.V. 6.4.3 i I.E.V. 6.4.4

Planul (P3) este dat de mbinarea dinntre I.E.V. 6.4.0 i I.E.V. 6.1.0

Alegem pentru fiecare mbinare un numar de suruburi Ns=12.

Prin urmare forta ce revine unui urub, este:

n relatia (33) am luat n calcul jumatate din numarul Ns de uruburi ales, (), pentru c n timp ce pe un cilindru fora F1 acioneaz astfel nct solicita tija pistonulul la intindere (presiune sub piston), n celalt cilindru tija pistonului este solicitat la compresiune (co in care se creaz lichid sub presiune deasupra pistonului datorita aciuni forei arhimedice pe flotor, F)Pentru materialul ales al uruburilor, OLC 45 STAS rezult:

Deci aria unu urub este:

n baza relaiei (35) alegem uruburi M 18x50.

Din desen rezulta ca mbinarea dintre cilindru I.E.V.1.1.0 i capac I.E.V.1.1.0 se face prin 8 uruburi. n acest caz fora preluata de urunb va fi:

n baza diametrului calculat cu relatia (36), alegem uruburi M16x60x1,5 pentru a imbina capacul I.E.V.1.1.0 pe cilindru I.E.V.1.1.0.

Dup cum rezult din fig.3 i n articulaia o dintre elementul cinematic 4 i elamentul baz (postament) acioneaz o reaciune R, egala cu fora arhimedic F=20.000N.

innd cont de relaia 15, rezult c aria de forfecare a bolului poziia 8, STAS.

Din desenul Postament I.E.V. 6.0 este de Af=3,3cm2. Rezult c diametrul bolului db

este dat de relaia:

Vom alege constructiv un diametru de 3cm, pentru a mari coeficientul lui de sigurant.

De acest diametru am inut cont la dimensionarea elementului Baza I.E.V.1.1.2.

Postament I.E.V.15.0

5.Calculul injectorului Pentru a nu avea solicitari de incovoiere in arborele turbinei vom folosi doua injectoare identice astfel dispuse, incat fortele hidrodinaice sa se reduca pe axul turbinei la un torsor:

69

Cele doua injectoare vor fi dispuse ca in figura VII.1. Tinand cont de relatiile 69 si de dispunerea generatorului electric cu arborele rotorului pe verticala, rezulta ca arborelele generatorului preia momentul de torsiune M0 si greutatea rotorului turbinei. Deci puterea gandi un agregat turbina Pelton- generator electric format dintr-un singur arbore pe care sa se dispuna atat rotorul generatorului electric cat si rotorul de turbina Pelton.

Determinarea diametrului turbinei Da si a razei Rec din fig VII.1, se va face in capitolul VII- " Contributii privind crestearea randamentului la turbinele Pelton"

Debitul pe un injector este : Qi=Q/2= s1v1 (70)

Viteza de iesire a apei din injector "v1" este:

(71)

Din relatiile (70) si (71) tinand cont de debitul 6m3/s vom obtine:

(72)

(73)

Am notat cu d1 si s1 diametrul respectiv sectiunea de iesire a apei din duza( vezi figura VII.2)

Mentinand viteza de circulatie a apei pe injector aceeasi ca pe conducta de adictiune putem scrie relatia:

Q=SV=2S2V (74)

(75)

Din (75) rezulta:

Debitul este dat de relaia

. Din (57) rezult seciunea , a duzei injectorului.

Condiia de echilibru a acului pentru poziia nchis este:

Condiia de deschidere rezult din (75) dac anulm fora de apsare a acului de duz, .

Presiunea din sistemul de conducte poate crete la o valoare . n acelai caz pistonul acului va deplasa n sus pn cnd presiunea devine , i n acest fel arcul din volumul iniial l comprim dup o izoterm pn la volumul , cnd din nou se realizeaz un echilibru al forelor, i prin urmare acul rmne fix la noua poziie de echilibru.

Din (79) i (81) rezult:

Prin aceste poziii de echilibru ale acului injectorului, se realizeaz debite diferite pe injector, n funcie deci de nlimea valorilor. Prin urmare, la valori mari vom avea debite mari, iar la valori mici debite mici. Rolul hidroforului n instalaie este acela de a evita variaiile brute de presiune n sistemul de conducie. Relaia (77) rezult din (76), dac nmulim numrtorul i numitorul fraciei cu factorul . Relaia (79) rezult din (77), cnd acul se afl ntr-o nou poziie de echilibru.

Deplasarea injectorului este

Fig. 3.2

Din figura de mai sus rezult

Alegnd pentru acul injectorului unghiul rezult :

Din relaia (83) rezult

Din relaia (80) rezult

Alegnd , vom avea din 88:

Fig. 13

Conducta final I.E.V.2.3.0

Conducta final asamblat I.E.V.2.3.0.

1. Conducta final neasamblat I.E.V. 2.3.1.0.

2. Duz 2322

3. Arcul injectorului 1233

4. Cilindrul injectorului 234

5. Piston 235

6. Capac cilindru

7. Garnitura I

8. Garnitura II

9. urub M18x50

10. Piuli M18

11. aib Grower M18

12. Garnitur III

13. urub M8x30

14. aib grower M8

15. Piuli M8

Condiia de echilibru a acului pentru poziia nchis este: (72)

p0 D2 + p () - p (D2 - d2) - Fa = 0 (73)

D2 (P0 - P) + p - Fa = 0 (74)

p0 D2 = p() + Fa

(75)

Condiia de deschidere rezult din (75) dac anulm fora de apsare a acului pe duz, Fa = 0.

(76)

(77)

Presiunea din sistemul de conducte poate crete la o valoare Px> P; n acest caz pistonul acului se va deplasa n sus pn cnd presiunea P0 devine P0> P, i n acest fel aerul volumul iniial V0 se comprim dup o izoterm pn la volumul V1, cnd din nou se realizeaz un echilibru al forelor i prin urmare acul rmne fixat la noua poziie de echilibru. Prin aceste poziii de echilibru ale acului injectorului, se realizeaz debite diferite pe injector n funcie, deci de nalimea valurilor.

Prin urmare, la valuri mari vom avea debite mari, iar la valuri mici debite mici.

Rolul hidroforului n instalatie este acela de a evita variaiile brute de presiune n sistem, avnd n vedere c apa este foarte puin compresibil, creteri care ar duce la suprasolicitri n sistemul de conducte.

Relaia (77) rezult din (76) dac nmulim numrtorul i numitorul fraciei cu factorul ,,.

(78)

= (79)

(80)

(81)

Din relaiile (79) i (81) rezult:

(82)

Relaia (79) rezult din (77), cnd acul se afl ntr-o nou poziie de echilibru.

Deplasarea injectorului este: (83)

Fig. 14

Din figura de mai sus rezulta: tg = (84)

Alegand pentru acul injectorului unghiul rezulta:

(85)

Din relatia (83) rezulta: Din relatia (80) rezulta = - 8,5 cm

(86)

Alegand = 35 at, vom avea din 88:

; (87)

= 7 8,5 cm = 59,5 cm

Pentru a nu avea solicitari de incovoiere in arborele turbinei vom folosi doua injectoare identice astfel dispuse, incat fortele hidrodinaice sa se reduca pe axul turbinei la un torsor:

69

Cele doua injectoare vor fi dispuse ca in figura VII.1. Tinand cont de relatiile 69 si de dispunerea generatorului electric cu arborele rotorului pe verticala, rezulta ca arborelele generatorului preia momentul de torsiune M0 si greutatea rotorului turbinei. Deci puterea....................un agregat turbina Pelton- generator electric format dintr-un singur arbore pe care sa se dispuna atat rotorul generatorului electric cat si rotorul de turbina Pelton.

Determinarea diametrului turbinei Da si a razei Rec din fig VII.1, se va face in capitolul VII- " Contributii privind crestearea randamentului la turbinele Pelton"

Debitul pe un injector este :Qi=Q/2= s1v1 (70)

Viteza de iesire a apei din injector "v1" este:

(71)

Din relatiile (70) si (71) tinand cont de debitul 6m3/s vom obtine:

(72)

(73)

Am notat cu d1 si s1 diametrul respectiv sectiunea de iesire a apei din duza( vezi figura VII.2)

Mentinand viteza de circulatie a apei pe injector aceeasi ca pe conducta de adictiune putem scrie relatia:

Q=SV=2S2V (74)

(75)

Din (75) rezulta:

6.Determinarea costului energiei produs intr-un an de zile de instalaia I.E.V.O.

Relaia (8) ne arat c puterea instalaiei la o amplitudine a valurilo de 1m este de Pmax=2,16Mw

Dac acceptm o inalime medie anual cu valori de 0,1m , puterea medie anul va fi:

Pm==0,216 MW, deoarece puterea este practic proporional cu inalimea hv a valurillor (vezi relaiile 6,7 i 8).

Energia anual produs de o astfel de instalaie va fi:Ean=Pm.tan=216.103Kw.8760=1840.106 (9)

Cunoscnd ca preul de cost al unui Kw/ora este Pc=putem calcula pretul energiei produs anual de instalaia I.E.V-0:

(10) C=EanPc=1847=92006=929

Am caculat timpul annual tan cu relatia tan=365zile.

Preul de cost al energiei C ne d posibilitatea n a estima amortizarea investiiei in aproximativ 0,5 ani de zile, dac apreciem o investiie de 109 euro.

Pentru c totui investiia este de ordinul milioanelor de lei, se impune realizarea unei machete a instalaiei.

Fig. 5.3 Suport tija I.E.V.1.1.2.3.2

Nr. buc.

1. Suport I.E.V. 1.1.2.3.1.............1

2. Patina I.E.V. 1.1.2.3.2.............2

3. Inel elastic STAS......................2

4. Cuzinet I.E.V.1.1.2.3.4.............2

Suport Fig. 5.3.1 I.E.V. 1.1.2.3.1

Fig. 5.2.2 Patina I.E.V. 1.1.2.3.2

Fig. 5.2.3 Cuzinet I.E.V.1.1.2.3.4

Montarea flotorului I.E.V.1.4.0(fig.3) pe prghia I.E.V.1.3 (fig.4) se face prin dou boluri cu cap mic de diametre 45 i 30, dup cum se vede n fig. 1, fig.3 i fig.4 .Deplasarea axial a bolurilor, dup montare este anulat prin montarea a dou plinturi.(fig. 1.B)

Montarea prghiei I.E.V.1.3. la elementul baz (postamentul I.E.V.1.5.0-fig. 6.) se face printr-un bol de diametru 30 i lungime l=135mm realizndu-se astfel articulaia O dintre prghie i elemetul baz (fig.1.1 si 1.B).

Pe fig.5, observm c bolul, (pozitia 5, din fig. 6) se prinde la elementul baz (postamentul I.E.V.1.5.0) prin intermediul suportului prghie I.E.V.1.5.2,figura 8, suport care la rndul lui se fixeaz la placa suport sudat I.E.V.1.5.1.0, figura 7 prin dou uruburi M30x60 STAS. Postamentul este realizat dintr-un pilon de beton fixat pe fundul mrii, pozitia 8 din fig. 5., pilon pe care se fixeaza incastrat suportul sudat I.E.V.1.5.0.Pe ascest suport sudat se monteaza prin suruburi ghidajul I.E.V.1.5.4.0. figura 9,iar pe ascest ghidaj se monteaza tot prin suruburi suportul pompei I.E.V.1.5.3.0. Inaltimea pilonului se accept a fi de 2 3 m (o nlime mai mareduce la un pre de realizare nejustificat de mare).7.Alegerea sistemului de ajustaj, treptei de precizie si ajustajului pentru piesele ce intra in contactAlegerea sistemului de ajustaj. Elementele care determin de obicei alegerea unuia dintre cele dou sisteme de ajustaj sunt: felul produselor executate, posibilitile de prelucrare ale uzinei, sistemul de lucru (fabricaie n serie sau fabricaie de piese individuale). n general, sistemul alezaj unitar se folosete la montaje, pentru diametre diferite, arborii de precizie se execut mai uor dect alezajele de precizie. Acest sistem este utilizat la construcia mainilor unelte (strunguri, maini de frezat), locomotivelor, vagoanelor, autovehiculelor, compresoarelor, pompelor centrifuge etc. Sistemul arbore unitar se prefer n cazurile cnd apar construcii cu arbori rezemai pe mai multe lagre i pe care se monteaz, diferite organe de maini. Astfel, acest sistem este recomandabil la arborii de transmisie n cadrul mainilor de transmisie, n cazul mainilor agricole i textile cu arbori de transmisie lungi, confecionai din bare laminate calibrate i din evi ale cror tolerane de execuie nu depesc

Valorile stabilite n sistemul arborelui unitar. n acest caz se prelucreaz numai alezajul dup, tipul unui anumit ajustaj i clas de precizie ceea ce este mai raional i mai economic.

La alegerea ntre sistemele de ajustaj alezaj unitar i arbore unitar, se mai ine seama de:

Costul calibrelor. n sistemul alezaj unitar este necesar un calibru tampon pentru msurarea alezajului i cteva calibre potcoava pentru fiecare ajustaj din familia de ajustaje a arborelui respectiv.

n sistemul arbore, este necesar un calibru potcoava pentru msurarea arborelui i cte un calibru tampon pentru fiecare ajustaj din familia de ajustaje a alezajului respectiv.

Calibrele pentru sistemul alezaj unitar sunt mai convenabile, deoarece preul de cost al calibrului potcoav este mai redus dect preul calibrului tampon i prin faptul c n acest sistem se poate utiliza micrometrul n locul calibrelor potcoav.

ntreinerea calibrelor. Numrul total al calibrelor fiind acelai pentru ambele sisteme de ajustaj, controlul i reajustarea calibrelor uzate necesit aceleai cheltuieli.

Costul sculelor.Prelucrrile cu tolerane precise i foarte precise necesita pentru oel, font i metale moi, alezoare diferite pentru fiecare tolerant de alezaj; rezult deci c, pentru acelai diametru vom avea n sistemul arbore unitar mai multe scule dect n sistemul alezaj unitar.

Pentru ultimul sistem se confecioneaz numai dornurile de fixare i acestea numai atunci cnd trebuie, de exemplu, s se frezeze un numr mai mare de roi dinate. Consumul de munc i de material pentru confecionarea sculelor necesare n sistemul arbore unitar este evident mult mai mare dect cel necesar pentru sistemul alezaj unitar.

ntreinerea sculelor.Din cauza numrului mare de alezoare necesare pentru sistemul arbore unitar ntreinerea sculelor pentru sistemul alezaj unitar este de asemenea mai avantajoas.

Alegerea treptei de precizie. La alegerea treptei de precizie a unui ajustaj trebuie s se in seama c ea s corespund condiiilor funcionale impuse asamblrilor. Variaia jocurilor, respectiv strngerilor este cu att mai mic i deci caracterul ajustajului este cu att mai uniform, cu ct treapta de precizie aleas este mai fin.

Deoarece costul manoperei la prelucrarea pieselor crete foarte mult cnd se mrete precizia, este necesar s se prescrie acea precizie care este economic necesar, deci cea mai larg toleran compatibil cu funcionarea corect a ansamblului respectiv.

n general, treptele de precizie 01 i 0 se folosesc numai n mecanic de precizie; treptele de precizie 1, 2, 3 i 4 sunt utilizate n fabricaia de calibre; treptele de precizie 5, 6, 7, 8, 9, 10, i 11 se folosesc n fabricaia pieselor care formeaz ajustaje. Totui, preciziile 5, 6 i 7 se pot folosi i pentru calibre destinate pieselor cu tolerane mai mari. Treptele de precizie 12, 13, 14, 15 i 16 se utilizeaz n cazul procedeelor de lucru mai puin precise (laminare, presare etc.) i n cazul dimensiunilor libere.

Treapta de precizie 5 este utilizat numai atunci cnd n exploatare sunt impuse condiii speciale cu privire la precizia de lucru a subansamblului. De exemplu, n construcia motoarelor, treapta de precizie 5 este utilizat la ajustajul piston-bol i uneori la ajustajele rulmenilor.

n alte cazuri, destul de importante, este utilizat treapta de precizie 7, de exemplu la ajustajele dintre: piston i cmaa cilindrului, arborele cotit i lagre, axul principal i lagre, la pompele de ulei, bucele capului bielei etc.

Tabelul 9.3 Sistemul ISO de tolerane i ajustaje. Cmpuri de toleran prefereniale si ajustaje prefereniale pentru dimensiuni pn la 500 mm.Sistemul alezaj unitar (STAS 8104-68)

H6H7H8H9H10H11H12

aa9a11

bb9b11b12

cc8c9c11

dd8d9d10d10d11

ee7e8e9

ff6f7f8f9

gg5g6

hh5h6h8h9h10h11h12

jj5j6j7

kk5k6k7

mm5m6m7

nn5n6n7

pp5p6p7

rr5r6r7

ss5s6s7

tt5t6

uu5u6u7

vv5v6

xx5x6x7

yy5y6y7

zz5z6z7

Treptele de precizie 8 i 9 se folosesc la asamblri analoge cu cele precedente, ns n cazul ajustajelor mai puin importante, unde gradul de limitare al ajustajului nu joac un rol att de important, de exemplu limea canalelor pentru segmenii de etanare i limea segmenilor respectivi, poriunea strunjit n capul bilei etc.

Treptele de precizie 10, 11, 12 i 13 se utilizeaz la subansamblurile mainilor agricole, locomotivelor i vagoanelor, la ajustajele pieselor matriate i, n general, la acele construcii undo nu exist motive de a impune condiii pretenioase ajustajelor i precizia de asamblare nu prezint o deosebit importan. Astfel de cazuri sunt ansamblurile cu boluri, gurile care urmeaz a fi alezate ulterior, montajele la care urmeaz a se executa o operaie de sudare etc. n acest ultim caz se poate folosi i treapta de precizie 13. Treapta de precizie 13 este utilizat i la distanele ntre axe. Astfel la distana dintre axele capetelor bielelor este utilizat treapta de precizie 13, iar la distana dintre axa fusului principal i cea a bilei, treapta de precizie 14.

Treapta de precizie 14 se folosete deseori la piesele, matriate pentru dimensiunile exterioare libere, adic, pentru acele dimensiuni care nu formeaz ajustaje, pentru gurile destinate niturilor, bolurilor etc.

Treptele de precizie 14, 15 i 16 nu sunt utilizate la ajustaje.Ele servesc pentru dimensiunile libere, limitnd volumul i greutatea pieselor i pentru operaii prealabile brute.

Alegerea ajustajului. Sistemul ISO de tolerane i ajustaje adoptat n ara noastr, permite alegerea unei mari varieti de cmpuri de tolerana i combinarea lor ntr-un numr i mai mare de ajustaje. Criteriile economice de fabricaie impun nsa o ngrdire a cmpurilor de tolerane.

Aceasta ngrdire este realizat prin recomandrile cuprinse n STAS 8104-68 referitoare la cmpurile de tolerana i ajustajele prefereniale pentru dimensiuni pin la 500 mm n sistemul alezaj unitar, respectiv n STAS 8105-68 pentru arbore unitar.

STAS 8104-68 recomand dou iruri prefereniale 1 i 2 de cmpuri de tolerana pentru alezaje i dornuri prefereniale 1 i 2 de cmpuri de tolerant pentru arbori. Cmpurile de toleran se vor alege de preferina din irul 1.n cazul n care cmpurile de tolerant din irul 1 nu permit rezolvarea problemei respective, se vor alege cmpurile de tolerant din irul 2.

Dac nici cmpurile de toleran din irul 2 nu sunt satisfctoare se vor alege cmpuri de tolerant de uz general, dintre cele cuprinse n STAS 8102-68 i n STAS 8103-68, iar n cazuri cu totul excepionale, se va recurge la cmpuri de tolerana care nu sunt cuprinse n STAS 8102-68 i STAS 8103-68 i ale cror valori se calculeaz conform prescripiilor din STAS 8101-68 sau se aleg n funcie de necesiti.

Ajustajele recomandate a fi folosite

Tabelul 9.4 Sistemul ISO de tolerane i ajustaje. Cmpuri de toleran prefereniale si ajustaje prefereniale pentru dimensiuni pn la 500 mm.Sistemul alezaj unitar (STAS 8104-68)

h6h7h8h9h11

AA11

BB11

C

DD8D11

E

FF7

GG7

HH7H8H9H11

JJ7

KK7

MM7

NN7

PP7

RR7

SS7

UU7

XX7

ZZ7

n practic industriala curent sunt indicate n tabelul 9.3. Cmpurile de toleran fcnd parte din irul 1 sunt culese cu caractere groase i ncadrate n chenar, ajustajele respective avnd folosire preferenial.n caz de necesite se pot folosi i ajustaje formate prin alte combinaii ale cmpurilor de tolerant cuprinse n tabelul 9.3.

STAS 8105-68 trateaz aceeai problem n cadrul sistemului arbore unitar. n tabelul 9.4 sunt indicate ajustajele prefereniale pentru acest sistem.

Alegerea grupei de ajustaj (cu joc, intermediar, cu strngere) pentru diferitele cazuri de construcii nu prezint de obicei dificulti. Astfel, de exemplu, ajustajele fixe, la care poziia relativ a color dou piese trebuie s fie suficient de precis, sunt realizate din ajustaje cu strngere sau prin ajustaje intermediare; primele sunt folosite la asamblri nedemontabile, iar celelalte cnd se prevd posibiliti de demontare. Asamblrile cu joc pot fi realizate numai utiliznd grupa ajustajelor cu joc.

n ceea ce privete alegerea ajustajelor n interiorul unei grupei aceasta constituie o situaie mai dificil, deoarece este necesar s se in seama de caracteristicile fiecrui ajustaj, de condiiile asamblrii, de condiiile de exploatare i de reparaii.

AJUSTAJE CU STRNGERE, INTERMEDIARE I CU JOC

Ajustaje cu strngere. Din grupa ajustajelor eu strngere fac parte urmtoarele ajustaje:

- Ajustajele cu strngeri cu caracter special U6/v5, H6/x5, H7/v6,

H7/x6, H7/y6, H7/z6, H8/x7, H8/y7 i H8/z7;

- Ajustajele cu strngeri extrem de mari H6/u5, H7/u6 i H8/117;

- Ajustajele cu strngeri foarte mari H6/t5 i H7/t6;

- Ajustajele cu strngeri mari H6/s5, H7/s6 i U8/s7;

- Ajustajele cu strngeri mijlocii H6/r5, H7/r6 i H8/r7 (ultimul ajustaj se folosete numai cnd D > 100 mm);

- Ajustajele cu strngeri mici H6/p5, H7/p6;

- Ajustajele cu strngeri foarte mici H6/n5, dar numai pentru D> 3mm.

Ajustajele cu strngere cu caracter special, cu strngeri foarte mari i strngeri extreme de mari se folosesc la transmiterea unor momente mari de rsucire i n cazul unor ncrcri dinamice mari. Asamblrile cu aceste ajustaje se realizeaz de obicei la cald, nclzind pies cu alezaj i lsnd arborele rece. Uneori mrimea strngerii permite ca n locul nclzirii piesei cu alezaj s se rceasc arborele n dioxid de carbon sau n aer lichid. Folosind aceleai ajustaje asamblarea pieselor se mai poate face i prin presare.

Pentru exemplificare, se indica folosirea ajustajului cu strngere extrem de mare H7/u6 n urmtoarele cazuri: asamblarea bandajelor de oel pe roile de locomotiv i vagoane, asamblarea bolurilor de manivel cu discul manivelelor, asamblarea cuplajelor de legturii n form, de disc la capetele unui arbore etc.

Ajustajele cu strngeri mari se pot folosi la piese cu perei subiri. Astfel, ajustajul H7/s6 este indicat la montarea inelelor de contact pe mainile electrice de dimensiuni mici i mijlocii, iar ajustajul H8/s7 la montarea, cuplajelor i inelelor nedemontabile pe arborii diferitelor maini. Cnd asamblarea trebuie s aib, o precizie mare, din cauza lungimii ei prea mari sau n cazul n