Разработка автономного радиомаяка
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
? проблесковом режиме - 0,5 - 1,2 А; диапазон рабочих температур составляет от минус 15 до плюс 40 0С), щелочные аккумуляторы (ЭДС полностью заряженного аккумулятора составляет 1,4 - 1,45 В, при подключении нагрузки - 1,2 В; номинальный зарядный и разрядный ток составляет 11,25 - 31 А и 5,65 - 12,50 А соответственно; диапазон рабочих температур составляет от минус 20 до плюс 40 0С), солнечные батареи (ЭДС, не менее 9,1 В; ток короткого замыкания, не менее 0,78 А; номинальный ток при напряжении 7 В, не менее 0,66 А; диапазон рабочих температур составляет от минус 30 до плюс 50 0С), радиоизотопные генераторы и др. [2].
Сухие гальванические батареи и щелочные аккумуляторы содержат в себе редкоземельные материалы, что является причиной высокой стоимости таких источников питания.
Известны устройства, которые вырабатывают энергию при воздействии альтернативных источников, таких как проточная вода (реки, ручьи), ветер, обладающие кинетической энергией, основным элементом которых является гидротурбина или лопасти и генератор электрической энергии.
Гидравлической турбиной называется двигатель, предназначенный для преобразования энергии водного потока в механическую энергию. При помощи гидрогенератора, ротор которого обычно укрепляется на одном валу с турбиной, механическая энергия вращения преобразуется в электрическую [7].
Гидравлические турбины по характеру передачи энергии водного потока рабочему колесу делятся на две группы: реактивные и активные. К реактивным турбинам можно отнести три типа: радиально-осевые, пропеллерные и поворотно-лопастные, а к активным - ковшовые (свободноструйные) турбины.
Классификация гидротурбин приведена в таблице 1.4.
Таблица 1.4
ХарактеристикаРеактивные Активные ковшовыеповоротно- лопастныепропел- лерныерадиально- осевыеПредельная мощность, кВт Коэффициент полезного действия 250 0,94 150 0,85 (малые) 0,92 - 0,94 (крупные) 500 0,92 110 0,88
Серьёзным недостатком гидротурбин является резкое снижение к. п. д. при расходах, меньших расчётного. Например, у пропеллерных турбин при расходе воды около 30 % расчётного к. п. д. приближается к нулю [7].
К устройствам, содержащих гидротурбину или лопасти и генератор электрической энергии, можно отнести речной навигационный буй со встроенной гидроэнергетической установкой, генератор универсальный, машина для преобразования энергии воды, сигнальный буй, энергоагрегат, плавучая маломощная гидроэлектростанция с вертикальным ротором, бакен с автоматическим проблесковым огнём, устройство для преобразования энергии гидравлического потока в электрическую [8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15].
Наиболее уязвимым элементом таких устройств является гидротурбина. К её недостаткам можно отнести непостоянные обороты, ржавление, что требует проведения регулярного технического обслуживания. Также гидротурбина может подвергаться механическим повреждениям от мусора, плывущего по реке.
Наиболее ярким представителем этой группы устройств является речной навигационный буй со встроенной гидроэнергетической установкой [8].
Сущность этого устройства поясняется на рисунке 1.1, на котором изображена конструктивная схема буя со встроенной гидроэнергетической установкой. Центральным элементом буя является поплавок 1, соединяющий надводную часть, выполненную в виде сигнальной фигуры 2, и подводную часть, имеющую ферменную конструкцию. Эта конструкция включает в себя две вертикальные пластины 3, жестко связанные с поплавком 1 и нижней поперечной пластиной 4, которая дополнительно связана с поплавком 1 четырьмя стойками 5. Между вертикальными пластинами 3 и стойками 5 установлена рама 6, в которой на опорах 7 размещена гидротурбина 8 с вертикальным валом 9, соединенным гибкой передачей с валом генератора 10. Генератор 11 размещен в водозащитной камере 12, которая смонтирована на поплзащитный щиток 13.
Данное устройство функционирует следующим образом. Буй обтекается потоком воды, который взаимодействует с гидротурбиной, поплавком и неподвижными деталями конструкции подводной части буя. Взаимодействие потока с гидротурбиной приводит к её вращению, которое через вал турбины передается ротору генератора. В результате в генераторе вырабатывается электрический ток, необходимый для питания электрооборудования буя.
Монтаж гидротурбины в раме и размещение этой рамы внутри ферменной конструкции в подводной части буя защищают гидротурбину от повреждений. Защита от мусора осуществляется двумя способами. Первый способ - установка мусорозащитного щитка вдоль нижнего края поплавка и второй способ защиты - выбор расстояния между вертикальными пластинами, конструкции гидротурбины и ее размеров такими, чтобы плывущий мусор, мог беспрепятственно проходить через ферменную конструкцию подводной части буя. Вращение гидротурбины способствует ее самоочищению [8].
1 - поплавок; 2 - надводная часть в виде сигнальной фигуры; 3 - вертикальная пластина; 4 - нижняя поперечная пластина; 5 - стойка; 6 - рама; 7 - опора; 8 - гидротурбина, 9 - вертикальный вал; 10 - вал генератора, 11 - генератор; 12 - водозащитная камера; 13 - мусорозащитный щиток.
Рисунок 1.1 - Речной навигационный буй со встроенной гидроэнергетической установкой
Известны также устройства, в которых электрическая энергия вырабатывается в результате прямого пьезоэффекта. К ним можно отнести пьезоэлектрическую газовую зажигалку с узлом жиклера, устройство для воспламенения и сжигания горючей смеси в двига