[makkss 0]

Добрый день.
У меня задача из реальности. Есть "халявная" энергия в виде колеблющегося тела. Частота - 3 колебания в минуту. Скорость колебания - примерно за 0,2 секунды. Амплитуда - 12 см. Колеблется это тело с силой в 200 кг. Круглосуточно. Типа маятник такой...
Я хочу приделать к этой железяке зубчатую рейку, передать энергию на возвратную пружину (которая как улитка) через шестерню (чтобы сгладить колебания). Ну а с пружины снимать электроэнергию с помощью электорогенератора - мотор-колеса.
Собственно вопрос: как рассчитать сколько примерно гигаватт http://mathhelpplanet.com/images/smilies/smile.gif я сниму (всё же 200 кг - вполне прилично), чтобы понять стоит ли оно того. Или нужно искать железяку с колебаниями в тонну?...
Просто не очень понятно как считать и если да, то какой силы возвратную пружину заказывать?
Как вариант, может есть способ трансформировать механическую в электро проще?
В общем, помогите, пожалуйста, а то я по медицине, а не по технике (((
Спасибо!

[k155la3 26]

7 часов назад, makkss сказал:

. . .
Как вариант, может есть способ трансформировать механическую в электро проще?
. . . 

В промышленных масштабах энергию накапливают в гидроаккумулирующих электростанциях.

В Вашем случае можно поступить аналогично, от "возвратно-поступательного" сделать привод на механический водяной насос, который будет закачивать воду на опредлеленную высоту. Масса закачанной на эту высоту воды с ее потенциальной энергией - и будет "выработка" в грубом прниближении. 

Допустим "сила 200 кг" соответствует силе, с которой эти 200 кг притягиваются к земле (кгс). Если Вы приложите эту силу к поршню водяного насоса с сечением поршня 1 см (получаем давление 200кгс/см2), это позволит за один "качек" (ход 12 см) закачать водяной "цилиндр" диаметром  сечением 1 см и длиной 12см на определенную давлением высоту. Если принять, что 1кгс/см2 соотв-ет 10м, то Вы можете закачать воду в накопительный резервуар на высоту 2000м. Потенциальная энергия этой массы (просуммировать), закачанной за 1 час и даст мощность в  Джоулях/час или Ват/час Вашей энергосистемы. (E=m*g*h)

Это не расчет, а скорее ориентир,  "стоит ли игра свеч".

Изменено 9 августа, 2022 пользователем k155la3
опечатка

[jcxz 184]

3 часа назад, k155la3 сказал:

Если принять, что 1кгс/см2 соотв-ет 10м, то Вы можете закачать воду в накопительный резервуар на высоту 2000м.

  Предлагаете ТСу построить водонапорную башню высотой 2 км???! Посрамить арабских шейхов?

Да ещё с трубопроводом (да и всей гидросистемой) у основания башни работающих под давлением 200 атмосфер!?

 

Гидронакопитель (с порционной подкачкой), усредняющий колебания источника энергии, можно построить намного проще: большой цилиндрический бак (большая высота не нужна, главное - его общий объём, масса воды); в бак опущена мешалка с широкими лопастями; вращательный момент на мешалку подаётся от маятника через обгонную муфту; в одной из стенок бака сделан отвод воды (труба) на генератор, с возвратной трубой обратно в бак. Мешалка постепенно раскручивает вращение воды в баке, в трубе генератора возникает поток воды. А масса в несколько тонн (несколько кубометров воды) сгладит любые колебания накачки (попробуйте-ка резко остановить такую массу вращающейся воды! инерционным вращательным моментом она и бак может из земли вывернуть!  )

Из условия задачи не очень понятно - рабочее усилие 200кг маятник развивает в обоих направлениях движения (прямом и обратном)? Или только в одном? От этого будет зависеть конструкция обгонной муфты и результирующая энергия. Если одно из направления качания - нерабочее, то в этот интервал времени мешалка будет вращаться инерцией вращающейся массы воды, за счёт обгонной муфты.

Такой бак намного проще/дешевле сделать (хоть на даче выкопать), чем строить водонапорную башню. И с гидросистемой высокого давления заморачиваться не надо.

Но всё будет сильно зависеть от общего КПД всей механической системы. Трудно что-то посчитать с более-менее приемлемой предсказуемостью.

 

PS: В качестве рабочего тела необязательно использовать воду. Можно какой-то твёрдый маховик раскручивать. С жёстким приводом на вал э/генератора. Только отцентровать придётся качественно.

 

PPS: Ещё можно пневмонакопитель построить. Запасающий энергию сжатого воздуха.

[k155la3 26]

36 минут назад, jcxz сказал:

  Предлагаете ТСу построить водонапорную башню высотой 2 км???! Посрамить арабских шейхов?

Да ещё с трубопроводом (да и всей гидросистемой) у основания башни работающих под давлением 200 атмосфер!?

. . . 

Нет, я не думаю что ТС согласится строить ГАЭС, тем более у арабов, там земля достаточно плоская. Хотя это вопрос маркетинга :) Водяной "концепт" привел только как наглядный пример перевода кинетической энергии в потенциальную и ее общей оценки.

[byRAM 24]

Магнит с катушкой, выпрямитель и батарею ионисторов.

[RobFPGA 27]

 ...  башни, ГАЭС ... понеслась инженерная мысль 

А стоит ли это делать из за ~24 Вт/час халявой  мощности? 

[makkss 0]

2 часа назад, RobFPGA сказал:

 ...  башни, ГАЭС ... понеслась инженерная мысль 

А стоит ли это делать из за ~24 Вт/час халявой  мощности? 

Точно не стоит. Но обидно, что всего 24... 

4 часа назад, jcxz сказал:

  Предлагаете ТСу построить водонапорную башню высотой 2 км???! Посрамить арабских шейхов?

Да ещё с трубопроводом (да и всей гидросистемой) у основания башни работающих под давлением 200 атмосфер!?

 

Гидронакопитель (с порционной подкачкой), усредняющий колебания источника энергии, можно построить намного проще: большой цилиндрический бак (большая высота не нужна, главное - его общий объём, масса воды); в бак опущена мешалка с широкими лопастями; вращательный момент на мешалку подаётся от маятника через обгонную муфту; в одной из стенок бака сделан отвод воды (труба) на генератор, с возвратной трубой обратно в бак. Мешалка постепенно раскручивает вращение воды в баке, в трубе генератора возникает поток воды. А масса в несколько тонн (несколько кубометров воды) сгладит любые колебания накачки (попробуйте-ка резко остановить такую массу вращающейся воды! инерционным вращательным моментом она и бак может из земли вывернуть!  )

Из условия задачи не очень понятно - рабочее усилие 200кг маятник развивает в обоих направлениях движения (прямом и обратном)? Или только в одном? От этого будет зависеть конструкция обгонной муфты и результирующая энергия. Если одно из направления качания - нерабочее, то в этот интервал времени мешалка будет вращаться инерцией вращающейся массы воды, за счёт обгонной муфты.

Такой бак намного проще/дешевле сделать (хоть на даче выкопать), чем строить водонапорную башню. И с гидросистемой высокого давления заморачиваться не надо.

Но всё будет сильно зависеть от общего КПД всей механической системы. Трудно что-то посчитать с более-менее приемлемой предсказуемостью.

 

PS: В качестве рабочего тела необязательно использовать воду. Можно какой-то твёрдый маховик раскручивать. С жёстким приводом на вал э/генератора. Только отцентровать придётся качественно.

 

PPS: Ещё можно пневмонакопитель построить. Запасающий энергию сжатого воздуха.

Маятник развивает усилие только в 1 сторону. Обратно - очень медленно уползает. Маховик - идея интересная, но железяка себя не окупит. Буду думать стоит ли оно того...

[jcxz 184]

В 09.08.2022 в 13:25, RobFPGA сказал:

А стоит ли это делать из за ~24 Вт/час халявой  мощности? 

А вы знаете где ТС свою энергию качает? Думаете туда точно ЛЭП 110кВ проложена? Или запас аккумуляторов на 100 лет вперёд запасён?  

А может он хочет запитать какой-то свой девайс например - внутри лопасти ветрогенератора? Как туда прикажете эти 24 Вт доставить иным способом? А если при этом по ТЗ есть условие "не вмешиваясь в существующий конструктив крепления лопастей"? А вот расположить внутри этой лопасти какой-то маятник и питаться от энергии вращения самих лопастей - вполне себе решение. Если конечно не нарушается баланс лопастей....

[_pv 52]

17 hours ago, makkss said:

Как вариант, может есть способ трансформировать механическую в электро проще?

линейный мотор в качестве генератора.

на маятник постоянный магнит (можно несколько напихать в трубку аксиально намагниченных навстречу друг другу со сменой полярности),

вокруг магнита намотать катушку (ну или несколько с периодом в размер магнита),

200кг всё-таки, лучше бы по длине немного размазать.

[RobFPGA 27]

2 hours ago, jcxz said:

А вы знаете где ТС свою энергию качает? Думаете туда точно ЛЭП 110кВ проложена? Или запас аккумуляторов на 100 лет вперёд запасён?

Не знаю,  да и мне не особо то и важно. Потому как фантазировать о источнике и области применения можно так же как и о строительстве башен и ГАЭС. 
А вопрос то изначально был задан  сколько халявы сыпется.     

 

[makkss 0]

Так-с... Меня тут замучали сомнения. Я не физик, но чисто эмпирически кажется, что 200 кг это больше 24 вт/час. Только что нашёл такой вариант рассчёта:

"Мощность определяется как Сила, умноженная на Скорость (насколько быстро выполняется толчок при постоянной скорости), и обычно выражается в Ваттах" 

Силу перевёл в ньютоны, получилось почти 2000 ньютон. Скорость - 12 см за 0,2 с = 6 см за 1 с., или 0,06 м/с. Тогда 2000 ньютон *0,06 м/с будет 120 ватт. Верно?

Тогда за 120 стоит побороться. Или я ошибаюсь и тут не 120? 

[тау 23]

2 минуты назад, makkss сказал:

Или я ошибаюсь и тут не 120? 

120 Вт это в течение 0,2 секунд только.  а потом 20 секунд пауза ( т.к. 3 колебания в минуту) . Поэтому среднюю за период мощность надо умножить на 0,2 и разделить на 20. Либо просто сразу разделить на 100.  Усредненный выхлоп 1,2 Ватта.  а может и гигаватта

[RobFPGA 27]

17 minutes ago, makkss said:

Так-с... Меня тут замучали сомнения. Я не физик

Я тоже не физик,  но со школы еще что то помню.  12см за  0.2 с  это  60 см/s или 0.6 м/s. 
Мощность = 2000*0.6  = 1200Вт. 
Усреднённая за цикл 1200/100  = 12 Вт.
Для  симметричного случая  24 Вт.   

[makkss 0]

17 минут назад, тау сказал:

120 Вт это в течение 0,2 секунд только.  а потом 20 секунд пауза ( т.к. 3 колебания в минуту) . Поэтому среднюю за период мощность надо умножить на 0,2 и разделить на 20. Либо просто сразу разделить на 100.  Усредненный выхлоп 1,2 Ватта.  а может и гигаватта

:( Просто разрыв шаблона. Даже не 24... т.е., чисто в теории, чтобы получить 120 вт нужно 0,2*5*60=300 штырей. В общем вдвойне не стоит заморачиваться. 

[Сергей Борщ 119]

Если вы в Европе - переводите сразу в тепло трением!