close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Львівський технологічний ліцей
Науково-дослідницький проект
«Вітроенергетична установка для
захисту водойм від гіпоксії»
Автори проекту:
Зінкевич Дмитро, Ковшило Владислав,
учні 11 класу Львівського технологічного ліцею
Науковий керівник:
Хірівський П.Р., завідувач кафедри біології та
екології ЛНАУ, кандидат біологічних наук, доцент
Львів, 2013 рік
ЗМІСТ
ВСТУП ………………………………………………………….
с. 3
1. Патентний пошук та аналіз шляхів вирішення проблеми
у світовій практиці
…..………………………………………….
с.4
2. Мета та робоча гіпотеза проекту ………………..………….. с. 5
3. Експериментально дослідницька робота ………………….
с. 6
4. Висновки …..………………………………………………… с.9
Список використаних джерел
ДОДАТКИ
………………………………… с.10
…………………………………………………… . с.12
2
ВСТУП
Предметом
нашого дослідження є вивчення проблеми подолання
гіпоксії водойм і розробка пристрою для збагачення киснем води у них.
На Україні, та і взагалі в світі, є багато малих озер, котрі могли б мати
суттєве економічне значення, як ставки чи навіть ферми по розведенню риби,
але на практиці вони поступово заростають рослинністю і перетворюються в
болота. Причина такого явища - погане насичення водойм киснем. Як відомо,
у теплій воді погано розчиняється кисень, що сповільнює процеси
природного окиснення сірковмісної органіки, яка буквально отруює рибу. В
результаті вода отруюється недокисленними продуктами життєдіяльності
водяних організмів і стає некомфортною для проживання і росту цінних
порід риб та їх кормової бази.
Нестача кисню викликається тим, що в малих водоймах відсутні
вертикальні течії по переносу насичених киснем поверхневих шарів води в
глибину водойми, а природна дифузія кисню відбувається дуже повільно.
Для боротьби з цим явищем у водоймах організовують штучні течії, чи
просто закачують повітря у придонні шари води. Але такі способи хоч і
ефективні, та досить затратні як по ресурсах так і по енергетиці. А саме
головне, в наших умовах це не прийнятно для віддалених водойм, котрі якраз
і потребують максимальної оксигенації. Тому гостро стоїть питання по
розробці пристрою, котрий був би простим і дешевим у виготовленні, та
дозволяв організовувати циркуляцію води у водоймах не використовуючи
зовнішніх джерел енергії. Також було б дуже корисним, щоб цей пристрій
викошував
в озерах надлишкову рослинність, що створює додаткові
перешкоди для водної циркуляції.
Виходячи з вищевказаного , темою нашого дослідження є розробка
пристрою для подолання гіпоксії водойм, котрий би для своєї роботи не
вимагав зовнішнього джерела енергії.
3
1. Патентний пошук та аналіз шляхів вирішення проблеми у
світовій практиці
У процесі роботи над проектом було опрацьовано відповідну
літературу та зроблено патентний пошук та на предмет вивчення вже
існуючих рішень та їх відповідності до нашого завдання.
На даний час винайдено різноманітні способи штучної аерації водойм
[21], переважно з використанням мережевої електроенергії [22].
Йдеться
насамперед про пристрої з компресорами, що подають повітря у воду [23], а
при випадках віддаленості водойм від електромережі біля них встановлюють
вітрогенератори,
електроенергія від яких подається до відповідних
споживачів. Тому ці методи
є доволі дорогими та
затратними в
експлуатації, а також потребують постійного нагляду та обслуговування.
З історичного погляду можна відзначити патент від 1884 року як
реалізацію однієї з перших спроб побудови турбіни з вертикальним ротором
для практичного використання енергії вітру [9, 16]. Складною і цікавою для
вивчення та аналізу є конструкція приводу водяного гвинта від повітряного
гвинта [11, 19].
Вже багато років не припиняються пошуки ідей для
боротьби з замором риби [20]. Окремі з цих патентів містять доволі
оригінальні ідеї, наприклад, наявність спрямовуючої труби у пристроях
дозволяє досягати більш глибинної циркуляції за допомогою вітрової енергії
[17]. Корисним було ознайомлення з конструкцією горизонтальної вітрової
турбіни [10] та турбіни з розтяжками для запобігання поламці щогли. [11].
Захищені патентами пристрої для захисту риби від замору здебільш
мають електропривод для обертання турбіни, відповідно до цього й зовнішнє
постачання електроенергії за допомогою кабелів [18, 22,23].
Але усі ці
пристрої неможливо використовувати у віддалених від ліній електропередач
водойм, що особливо характерно для наших умов.
4
2. Мета та робоча гіпотеза проекту
Виходячи з набутої інформації, було прийняте рішення розробити і
створити повністю автономний пристрій, який би створював циркуляцію
води у водоймі за рахунок виключно енергії вітру, та по можливості, не
вимагав обслуговування протягом робочого сезону.
Тому за основу була взята ідея виготовити монолітну турбіну верхній
кінець якої був би вітровим і обертався під дією вітру, а нижній вільно
плавав би у воді, створюючи вертикальну циркуляцію води при обертанні
турбіни. Розміщення турбіни у воді буде також відносно вільним, щоб вона
плавала по якійсь зоні озера за одно викошуючи надлишкову рослинність.
5
3. Експериментально дослідницька робота
Перш ніж приступити до виготовлення великої турбіни, котра буде
влітку запущена на одному з озер України, ми зробили серію макетів, щоб
дослідити і зрозуміти основні закономірності її роботи.
Спочатку біла змакетована турбіна для викошування рослинності, в
першу чергу ряски.
Вільно плаваючий плоский поплавок з турбіною Савоніуса через
вертлюг, що прив’язаний канатом заданої довжини до закріпленого на дні
водойми анкера.
6
Під дією вітру
поплавок починає обертатись і боковими ножами
викошує всю ряску. Оскільки вітер літом поривчастий і с часто міняє
напрямки, то така турбіна викосить ряску по площі всього круга, радіус якого
заданий довжиною канату.
Але нам потрібно не тільки викошувати зайву рослинність, а й
налагодити циркуляцію води, щоб зруйнувати термоклін і наситити киснем
придонні шари води, тому був створений наступний макет.
7
Тут ми маємо справу з високим циліндром, вертикально плаваючим у
воді. На боковій поверхні циліндра змонтовано плоску спіраль Архімеда
(шнек), котра виконує одразу дві функції – по-перше вона забезпечує
циркуляцію води знизу вгору, чи згори вниз, в залежності від намотки шнека,
а
по-друге
вона
боковою
гранню
викошує
всю
рослинність,
що
намагатиметься прорости в зоні плавання нашої турбіни. Енергію для роботи
надаватиме турбіна Савоніуса, що розміщена поверх плавучої частини.
Як і попередня, ця варіація турбіни матиме вертлюг, через який вона
буде також прив’язана до анкера.
В даний час нами проводяться роботи по макетуванню третього
варіанту турбіни з діагональним розміщенням циліндра, котрий однією
стороною буде притоплений до дна, а друга сторона виглядатиме з води, що
дозволить розмістити на ній не турбіну Савоніуса, а багатолопатевий
вентилятор:
За такої аеродинамічної схеми ми матимемо більший коефіцієнт
використання вітру. Особливо на великих його швидкостях. В той же час
турбіна лишатиметься монолітною з єдиною рухомою деталлю – вертлюгом.
Результати експериментів показують, що можна створити дешеву в
виготовлені і експлуатації монолітну турбіну, котра забезпечить штучну
циркуляцію води у озері використовуючи лише енергію вітру.
8
4. Висновки
Ідея монолітної турбіни виявилася перспективною і вдалою. При такій
конструкції, за відсутності рухомих і регульованих елементів, пристрій є
максимально надійним і не потребуючим обслуговування в процесі
експлуатації.
Також виявилася доброю ідея використати архімедів шнек
одразу в двох якостях – його бокові поверхні в якості водяної поми, а бокову
грань в якості косарки для надлишкової рослинності.
Фактично здобута вся інформація, необхідна для побудови великої
турбіни, котра буде випробувана на одній з водойм України.
Проект
має
перспективне
продовження.
Пристрій
екологічно
безпечний. Важливо, що при експлуатації пристрою й влітку, придонна вода
також збагачується киснем внаслідок кращого примусового перемішування її
шарів, ніж при природному газообміні.
9
5. Список використаних джерел та літератури
1. Войналович О., Моргунюк В. Російсько-український словник
наукової і технічної мови (термінологія процесових понять). – К.: Вирій,
Сталкер, 1997. – 256 с.
2. Горский В.А. Техническое конструирование. М.: ДОСААФ, 1977.–
128 с., ил.
3. Ехонович А.С. Физика. Техника. Производство: Краткий справочник.
– М.: Госучпедиздат Минпроса РСФСР, 1962.- 576 с.
4. Краткий автомобильный справочник.- 10-е узд., перераб. и доп. – М.:
Транспорт, 1983.- 220 с.,ил., табл. – (Гос. науч.-исслед. ин-т автомоб.
трансп.).
5. Меніович С.Н. Короткий політехнічний довідник / За ред.
В.Ф.Кілессо. – 2-е вид., переробл., доп. – К.: Рад.школа, 1981. – 239 с.,іл..
6. Расчет ветровой загрузки на сплошной забор [Електронний ресурс]. –
Режим доступу: http://www.avers-steel.ru/
7. Расчет столба для забора на прочность [Електронний ресурс]. –
Режим доступу: http://www.avers-steel.ru/
8. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия (ветровые нагрузки)
[Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.teclar.ru/
9. Patent US294943 – WINDMILL - CHARLES W. WHITE, CHARLES
W. WHITE
10. Patent US973823 – WATER MOTOR – N. A. STAMM
11. Patent US 1181988 – BREITUNG - EDWARD NICKLAS
BKBITTJNG, EDWARD NICKLAS BKBITTJNG
12. Patent US1602853 – WIND TURBINE - PATRICK J. MAHER,
PATRICK J. MAHER
13. Patent US1766765 - WIND ROTOR - SIOUKD J. SAVONITJS,
SIOUKD J. SAVONITJS
10
14. Patent US1835018 – TURBINE HAVING ITS ROTATING SHAFT
TRANSVERSE - GEORGES JEAN MARIE HARRIETTS, GEORGES JEAN
MARIE HARRIETTS
15. Patent US3373821 - POND MILL - Ted O. Sare, Ted O. Sare
16. Patent US3603699 - LIQUID AGITATOR - Queenstown; Donald Max
Stapteton, Queenstown; Donald Max Stapteton
17. Patent US4179243 - Floatation pump device - Richard J. Aide
18. Patent US4292540 - Wind-powered impeller-mixer - Worthington J.
Thompson, Peter A. Freeman
19. Patent US4308137 - Water aeration and circulation apparatus - Peter A.
Freeman
20. Patent US4764313 - Air driven water circulation mill - Douglas
Cameron, Lorraine Cameron
21. Patent US7566983 - Power installation for conversion of energy of water
and air streams - Victor Lyatkher
22.Patent US2007/0014680 A1 - Devices and process to keep ice fishing
holes from freezing - Chalres Jacob Gifford, Roland Benjamin Knapton
23. Patent US2011/0186133 A1 - Apparatus and method for preventing ice
formation on the surface of water - A. Dale Hiatt, JR., Henry D. Hiatt
11
ДОДАТКИ
12
13
14
15
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа