Теперь рассмотрим работу отдельно взятого рабочего цилиндра насосной секции показанного на рис № 4. На данном рисунке насосная секция вместе с волной движется вверх, что показано стрелкой. Принцип действия данного насоса заключается в следующем: переместившись вверх, на волне данная насосная секция накапливает потенциальную энергию. Камера « А увеличивается в объеме и заполняется водой через клапана забортной воды 5 рис. №4. В момент, когда вся секция, вместе с волной начнет опускаться в камере «А» создастся давление. Приемные клапана №5 забортной воды закроются, а клапана нагнетания № 8 откроются, и объем воды, находящийся в камере «А» выдавится в водовод. При этом в камере «В» происходит обратный процесс. Через открытые клапана забортной воды №12 происходит заполнение водой камеры «В». Нагнетательный клапан №10 камеры «В» при этом закрыт. По мере поднятия на гребень волны, такт сжатия и выталкивания воды в водовод через клапан №10 происходит в камере «В» и.т.д.
На рис №9 крупным планом показан поршневой узел, где 1- это водовод, по которому, вода подается на верхний ярус, на котором расположено гидротурбинное отделение. Одновременно этот же водовод является жесткой стойкой поршневой системы. Поскольку в насосной секции в едином блоке четыре водовода, то каждый из них несет попеременную нагрузку, как на сжатие, так и на растяжение приблизительно 82 т. [ 328 т : 4 = 82 т ].
2 - цилиндр насосной секции.
3 - клапана нагнетания камеры «А».
4 - поршневые уплотнения, выполненные из жесткой резины, такой, как та, что используется в подшипниках на гидрогенераторах, кроме того, эти резиновые кольца поджимаются постоянно давлением воды внутри поршня.
5 - клапан нагнетания камеры «В».

На рисунке №9 насосная секция вместе с волной движется вверх, что показано стрелкой, при этом клапана №3 закроются, а клапана №5 откроются, и в водовод выдавится объем воды из камеры «В».
Произведем некоторые расчеты позволяющие судить о производительности данной насосной секции. Итак, при волне в 1м тело находящееся на плаву поднимается в верх на 0,5 м ,а затем опускается на 0,5 м. ниже спокойного уровня воды. Поскольку в водоводах будет создаваться противодавление, то ход поршня будет несколько меньшим. Условно выберем такую высоту волны при которой общий ход поршня будет равен 1м. Тогда объем воды, вытесненный в водовод за один цикл из камеры «А» равен: «см рис.9»

Va = ∏r1²h – Пr²2h

Где r1 –радиус цилиндра насосной секции 1,5 м
r2 –радиус водовода равный 0,4м.
h – высота волны равная 1 м.

Va = 3,14*1,5²*1 -3,14*0,4²*1 =7,065-0,5024=6,5626 м³

Тогда объем воды вытесненный в водовод из камеры «В» будет равен:

Vв= ∏r1²h = 7,065 м³

Суммарный объем воды камеры «А» и камеры «В» за один цикл равен:

Vs = Va + Vв = 6,5626+7,065=13,6276 м³

Так как в одной насосной секции четыре цилиндра то суммарный объем будет равен:

Vнс = Vs * 4 = 13,6276 * 4 =54,5104 м³

Периодичность морских волн равна 5-6 сек . Примем период между волнами равный 6сек. Тогда производительность одной секции за одну секунду будет равна:

Qнс= 54,5104:6 =9,085м³/сек.

Тогда общая производительность 72 насосных секций будет равна:

ΣQнс=9,085м³/сек * 72 =654,12 м³/сек

Выше в расчетах было показано, что давление в каждом цилиндре, как при подъеме на волну, так и при спуске вместе с ней равно 82 т. Поскольку, каждые два цилиндра имеют выход в единый водовод, имеющий диаметр 0,8 м , то давление в водоводе будет равно 164 т. Площадь сечения водовода равна:

S = ∏r² = 3,14 * 0,4² = 0,5024 м² = 5024 см²

Таким образом, давление на каждый квадратный сантиметр будет равно:

164000 кг : 5024 см² = 32,64атм

Если учесть, что гидротурбины находятся на втором ярусе на высоте приблизительно 40 м от уровня водоема, то потеря давления на подъем воды составит 4 атм, таким образом на лопатки гидротурбины вода попадет под давлением 28,64 атм. Но в отличие от гидросооружений где напор воды на лопатки гидротурбины обусловлен высотой плотины в рассматриваемом случае поршневой насос работает и как гидропресс. Иными словами при уменьшении диаметра сечения водовода давление внутри него возрастает. И это можно использовать при выборе необходимого напора. Существует формула расчета возможной мощности, которая равна:

Мощность [ квт ] = Напор [ м ] * Расход воды [ т/сек ] * Ускорение свободного падения [ 9,81 м/сек² ] * КПД [ 0,6 ]

Таким образом, предполагаемая мощность при волне в 1 м будет равна:

N = 286,4м * 654,12 * 9,81 м/сек² * 0,6 =1102683 квт =1102,6 мвт

Высота внутренней камеры насосной секции была принята равной 13 м, тогда данные насосные секции могут быть использованы при высоте волны не более 12 м. Для нормальной работы достаточно волны в 1 м вся лишняя вода, будет сброшена в водоем.
В случае, когда волны будут более 12 м, то поршень [коснувшись] откроет специальный предохранительный клапан и затопит насосные секции, они повиснут в подводном положении, каждая на своем каркасе. Кроме этого, как было сказано ранее, секция может быть затоплена и при помощи гибкого штатного трубопровода постоянно подсоединенного к ней и выведена из работы при необходимости. Когда шторм прекратится, и высота волн приблизится к расчетным параметрам, в насосные секции будет закачено определенное количество воздуха, и они вновь придут в рабочее состояние.
Произведем расчет возможной максимальной мощности выбранной станции при волне в 5м.

Vа =3,14*1,5²*5 – 3,14*0,4²*5 = 32,813м³

Vв=3,14*1,5²*5=35,325м³

Vs=Vа + Vв= 32,813м³ + 35,325м³ =68,138м³ *4 =272,552м³

За одну секунду производительность насосной секции при волне в 5м будет равна:


Qнс = 272,552м³ : 6 =45,425м³/сек

ΣQнс=72*45,425м³=3270,6 м³/сек

Таким образом, предполагаемая мощность при волне в 5м будет равна:

N= 286,4м * 3270,6м³/сек * 9,81 м/сек² * 0,6 =9189042 квт =9189 Мвт

Все разделы проекта морской, волновой гидроэлектростанции.

Следующий раздел:
Расчет окупаемости проекта морской, волновой гидроэлектростанции.