Проектная деятельность, как эффективность работы на уроке труда

Автор: Дымов Сергей НИколаевич

Организация: МАОУ Школа №10

Населенный пункт: Свердловская область, город Ирбит

Вводный тезис (проблема)

Современный мир невозможно представить без повсеместного использования электроэнергии. Электроэнергию вырабатывают электростанции. В основе работы большинства современных электростанций лежит преобразование энергии источников в механическую энергию, которая затем в электрических генераторах преобразуется в электроэнергию и подаётся в электрическую сеть. Источники энергии, используемые для приведения генераторов во вращение, могут быть самыми разнообразными. Большинство электростанций в мире для выработки электроэнергии сжигают ископаемое топливо, такое как уголь, нефть и природный газ. Но в процессе эксплуатации тепловых электростанций образуются дымовые газы, которые являются основным источником загрязнения атмосферы, почвы, водного бассейна, флоры и фауны. Объем дымовых газов выбрасываемых крупной ТЭС составляет порядка 1800 м3/с. Среди них наибольшую опасность представляют зола, двуокись серы и окислы азота. Также ТЭС используют полезные ресурсы земли, такие как: нефть, газ и др. Существуют такие электростанции, в ходе работы, которых не образуется вредных выбросов, к ним относятся: ветряные электрогенераторы, солнечные батареи, геотермальные электростанции.

Тезис(Решение)

Я решила рассмотреть именно ветроэлектростанции, так как они более просты в изготовлении и есть возможность установки ветрогенераторов не только на суше, но и на воде. Но проблема ветрогенераторов, которые устанавливаются на дно водоёма, заключается в том, что они требуют массивного основания; более дорогого и сложного оборудования, которое способно работать под водой для установки и ремонта такого ветрогенератора. Все эти факторы негативно сказываются на экономических затратах необходимых для реализации ветрогенераторов такого типа.

Модель надводного ветрогенератора, в масштабе уменьшения примерно М1:24. То есть габаритные размеры реальной конструкции ветрогенератора я предполагаю: 7 x 7 метров в основании и по высоте 9 метров.

Итак, цель моего проекта: проектирование и изготовление модели наводного ветрогенератора. Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать существующие конструкции ветрогенераторов;

- разработать банк своих идей;

- выполнить конструкционную и технологическую документацию;

- провести экологическую оценку изделия;

- изготовить модель надводного ветрогенератора.

Основной тезис

Основной проблемой надводного ветрогенератора является его неустойчивость. Решением данной проблемы может стать система амортизации, благодаря данной системе ветрогенератор будет испытывать меньшие нагрузки от волн на водоёме. Для изготовления уменьшенной модели в качестве амортизатора можно использовать пружины, спрятанные в корпус (рис.1). Но в реальном, полноразмерном ветрогенераторе необходимо использовать более надежные и устойчивые к коррозии - гидравлические амортизаторы.

Главные элементы ветрогенератора: 1) Каркас. Он будет играть роль связующего всех деталей ветрогенератора; 2) Электрогенератор. Генератор переменного тока с выходной мощностью 3 вольта; 3) Роторный винт. В качестве винта будет использоваться ротор Савониуса, напечатанный на 3д принтере; 4) Понтоны. В количестве 4 штук будут расположены на краях основания каркаса; 5) система амортизаторов. Будет представлять собой 3 идентичных амортизатора, расположенных над понтонами; 6) Система якорей.

Благодаря ротору Савониуса, установленному вертикально, можно отказаться от поворотного механизма, который бы улавливал встречные потоки ветра, ведь ротор имеет симметричную форму относительно вертикальной оси. Это означает, что с какой бы стороны не был поток воздуха, ротор будет вращаться. (рис.2)

На российском побережье Черного и Азовского морей сильные ветры наблюдаются ежегодно и во все сезоны. Однако наиболее интенсивные и продолжительные усиления ветра отмечаются в холодную часть года с октября по март. Поэтому на побережьях этих морей целесообразнее всего устанавливать такие ветрогенераторы. Направление ветра на берегу меняется днем и ночью, это происходит вследствие разности температур суши и моря. Такие ветры называются - бриз. (рис. 3)

Понтоны будут также распечатаны на 3д принтере и, иметь обтекаемую форму шара, благодаря чему при транспортировке ветрогенератора по воде на него будет оказываться меньшее сопротивление.

С понтонами будут непосредственно соединены амортизаторы, то есть понтон, и амортизатор будут представлять собой, целую деталь. Амортизатор будет иметь форму полого цилиндра с вырезом для хода каркаса. Сверху амортизатор будет закрываться крышкой в форму полусферы. (рис.4,5), (рис.6)

В ходе выбора конструкционных материалов, я решила использовать ABS пластик. Далее мне необходимо определиться со способом соединения деталей, его я буду выбирать по главным для моих целей критериям: прочность, долговечность, простота в изготовлении, легкость готовой конструкции. Я остановила свой выбор на соединение фанеры в полдерева. Две детали соединяются путем вырезания в каждой из них пазов по длине равных половине детали, а по ширине равных толщине детали. При правильно, вырезаных пазах, такой способ соединения не требует крепежных приспособлений.

Использование лазерных станков позволяет производить различные эффекты на изделия из фанеры, стекла, кожи и др. в числе которых сувениры, картины в черно-желтых тонах, гравировка изделий из дерева, резка шпона, а также криволинейная резка деревянных заготовок. При работе с лазерным гравером необходимо особое программное обеспечение: ArtCAM и Компас-3D являющихся ведущими программами для проектирования будущих изделий.

Во все времена деятельность человека характеризовалась влиянием на окружающую природу. Когда-то оно было не столь значительным как сейчас. В наше время экологическая обстановка с каждым днем и годом ухудшается, поэтому при разработке любого изделия или конструкции нельзя не учитывать его безопасность с точки зрения влияния на человека и окружающую его среду. Спроектированная уменьшенная модель, по большей части будет изготовлена из экологически чистого материала – фанеры. При производстве фанеры используется лишь клей, который, несомненно, соответствует стандартам качества РФ. Резка фанеры осуществляется на лазерном станке, подготовка заготовок с помощью режущего инструмента – ножовка, а надфили и других шлифовальных принадлежности для отделки. Однако реальная, полноразмерная модель должна быть выполнена с использованием более прочных и устойчивых к влаге материалов, таких как нержавеющая сталь. Сталь при должном обслуживании будет служить долгие годы. Изделие покрыто лаками, их качество и безопасность для окружающей среды также гарантируется производителем. Плохо разлагающимися в естественных условиях являются провода и выключатели. Так как при их производстве используется большое количество полимерных соединений и металлов. Следовательно, после использования эти детали должны быть утилизированы специальным образом, чтобы не ухудшать экологию. В целом, экологическая оценка показывает, что при должном использовании детали, узлы конструкции, механизмы, материалы для изготовления, отходы производства и другие составляющие не повлияют на ухудшение природных условий.

Заключительный тезис

Выполняя поставленные задачи, была исследована история возникновения электрогенераторов, проведен анализ существующих конструкций в интернет-источниках, разработан свой банк идей и выявлены их положительные и отрицательные особенности, выбраны виды материалов. Исходя из опыта, полученного в процессе конструирования, были выявлены и устранены некоторые недочеты. Применил на практике уже знакомые, из школьного курса физики, знания, касающиеся электротехники. Проведена эстетическая, экологическая и экономическая оценка изделия.

Была проделана колоссальная работа по изучению электрогенераторов, поиску подходящего нам генератора, который бы соответствовал нашим требованиям, то есть был достаточно легким и вырабатывал достаточное количество электричества при низких оборотах.

Творческий проект позволяет лучше усвоить этапы проектирования, они еще не раз встретятся в других подобных изделиях. Работа над проектом помогает хорошо изучить оформление графической, технологической документации, а так же составление пояснительной записки и выполнение презентации.

Планы на будущее – реализовать проект «Модель надводного ветрогенератора» в глобальный масштабный объект. В процессе дальнейшей работы над проектом, будут исправляться существующие недостатки и в конечном итоге при поддержке государства планируется возвести полностью функционирующий ветрогенератор, который бы располагался на побережье Черного моря и вырабатывал электроэнергию для вошедших в состав России Донецкой и Луганской Народных Республик.

Полный текст статьи см. в приложении.