EMUn toiminta

EMUn toiminta esitetään tällä sivulla yksityskohtaisesti, kuinka laite ja laitteisto hyödyntävät myrskykeskuksen energiaa, joka on peräisin auringon mahtavasta maahan osuvasta 120 000 TW tehosta.
Tuulessa pyörivän laitteen sisällä on välineet myrskykeskuksen energian muuttamiseksi sähköenergiaksi.
Koska sähköenergiaa on vaikeaa saada myrskyn aikana laitteesta ulos, muutetaan se edelleen kolmanneksi energiamuodoksi , joka varastoidaan laitteeseen.
Valitsemalla kolmas energia sopivasti, saavutetaan lisäetuja. Esim. hiilipitoisten polttoaineiden valmistaminen sitoo hiilidioksidia jne.
Käyttäen myöhemmin esitettyä menetelmää energian ottamiseksi myrskystä, voidaan pienentää myrskyn voimaa. Lisäksi tuntuu mahdolliselta vaikuttaa myös myrskyn kulkusuuntaan .

EMUn profiilikuviaLaitteen EMU (Energian MUunnin) runkorakenne on pyörähdysellipsoidin muotoinen.

Ellipsoidin rakenne on kestävämpi kuin sylinterin ja sen valmistamiseen tarvitaan vähemmän materiaalia. Voimakkaan aallon iskiessä laitteeseen vesi soljuu sylinteriä helpommin sen ohi, ja ellipsoidi uppoaa heittelyssä helposti veteen, jolloin EMUa rasittavat hitausvoimat ovat kohtuullisia.
Laitetta pyörittävien siivekkeiden lopullinen rakenne on vielä avoin (kuvassa kaksi eri malliehdotelmaa). Rakenteen on oltava sellainen, että siivekkeisiin kohdistuu mahdollisimman pieni veden aiheuttama noste ja pyörimisvastus. Vasemmanpuoleiseen siipirakenteeseen vaikuttaa pienempi veden aiheuttama noste, joten se on siltä osin toimivampi.
Myös hyrrävoimat saavat pidetyksi EMUn pyörimisakselin suunnassaan, koska ellipsoidin päihin kohdistuvat pienet nostevoimat. Silloin mahdollinen prekessioliike on pienempää kuin sylinterimäisellä laitteella.
EMU on koko ajan ympäristötietoinen. Se ennakoi mahdolliset vaaratilanteet, kuten maakosketus- ja törmäysuhan toisiin laitteisiin ja pystyy moottoreillaan liikkumaan ilman tuultakin.
Laitteen jatkuvalla tehon hienosäädöllä on mahdollista hyödyntää kaikki myrskyn energiat.

Pyörremyrskyn energia                   Sivun alkuun

Animaatiot laitteen pyörimisestä

Päätykuva EMUn pyörimisestä, animaatio

Päätykuva EMUn pyörimisestä.

EMU liikkuu katsojasta pois, animaatio

EMU liikkuu katsojasta poispåin.

EMU on  tarkoitettu toimimaan merellä riehuvan pyörremyrskyn silmän ympärillä olevissa voimakkaissa tuulissa.

Poikkileikkaukseltaan pyöreä runkorakenne pyörii vapaasti veden pinnalla tuulen osuessa pinnan yläpuolella oleviin osiin ja siivekkeisiin. Tämä toiminta pyörittää laitteen sisällä olevia generaattoreita.

EMUn pyörimisakselin ihanteellinen suunta on suorassa kulmassa tuulen kulkusuuntaan nähden, mutta se voidaan tarvittaessa asettaa myös vinoon. Silloin voidaan hyödyntää vain osa tuulen suuntakomponentista ja EMUa rasittavat hyrrävoimat suurenevat.

Pyörremyrskyn energia                    Sivun alkuun

Generaattoreiden toiminta

Generaattorit  17 on sijoitettu pääakselille ja tietokoneet voivat muuttaa ne hetkessä toimimaan myös moottoreina.
Tuulen osuessa veden pinnan yläpuoliseen osaan ja siivekkeisiin, lähtee EMUn ulkokuori pyörimään. Roottorit on kiinnitetty pääakseliin, johon on ankkuroitu myös vastapainot. Nämä pyrkivät pysymään ala-asennossa maapallon vetovoiman ansiosta, pitäen siten roottoria paikoillaan. Riippuen generaattoreiden tehon säädöstä alkavat vastapainot nousta ylöspäin. Maksimiteholla toimiessaan vastapainon painopiste on pyörimisakselin korkeudella.
Generaattorien optimaalista tehon tuottoa hallitaan jatkuvalla tietokoneiden automaatisella hienosäädöllä.
Tarvittaessa voidaan generaattoreiden tehon muuttamisella säätää EMUn jarrutuksen voimakkuutta. Energian tuoton lisääminen hidastaa laitteen pyörimistä, jolloin laitteen nopeus pienenee veteen nähden. Jos näkyvissä on ehdoton törmäys, voidaan EMUn pyörimisliike lopettaa hyvinkin lyhyessä ajassa tai pysäyttää moottorilla  laitteen eteneminen maahan nähden.  Näin voidaan välttää mahdolliset vahingot. Katso tiedostetut ongelmat.

Tuulen suunta

Genvas2Generaattori, animaatioGenoik2

 

Pyörremyrskyn energia                    Sivun alkuun

Moottoreilla liikuttaminen

Pääakselille sijoitetut generaattorit 17 on suunniteltu toimimaan myös moottoreina. Näiden lisäksi on olemassa muita moottoreita 23, joita käytetään sähköenergian loppuessa.

Pakotettaessa näillä moottoreilla vastapainoa 16 nousemaan sivulle/pyörimään, lähtee silloin todellisuudessa EMUn kuori pyörimään, jolloin EMU etenee haluttuun suuntaan. Tällä tavoin EMU voi liikkua tyynelläkin säällä.
Tarvittaessa voidaan moottoreita käyttää myös jarrutuksessa. Parhain jarrutustapa on kuitenkin sähkötuotannon tehon lisääminen.
Mikäli EMU on jaettu osiin pyörimisakselia vastaan kohtisuorilla saumoilla 20, voidaan osia pyörittää toisistaan riippumatta. Tällä tavoin voidaan tehostaa laitteen ohjausta. Moottoreilla liikkuessaankin EMUa voidaan ohjata säätelemällä laitteen painopistettä.

MotvasGeneraattori moottorina, animaatioMotoik

Pyörremyrskyn energia                     Sivun alkuun

 Normaali veden aaltoliike

Alhaalla olevassa animaatiossa punainen piste kuvaa sen kohdalla olevien vesipartikkeleiden liikettä ( ”lastu laineilla” ).
Tarkkailemalla pisteen liikettä huomataan, että veden pinnalla olevat vesipartikkelit liikkuvat aallon harjalla myötätuuleen ja aallon pohjalla vastatuuleen, ainakin teoriassa.
Myrskyisissä olosuhteissa voi aaltojen muoto ja vesipartikkeleiden liikerata muuttua radikaalistikin, mutta mainittu periaate pitää paikkansa yleisesti ottaen silloinkin.

Aallon liikkuminen vedessä

Veden potentiaalienergian hyödyntäminen

EMU aallonharjallaOlettakaamme, että laite on päässyt aallon harjalle ja vierii veden pintaa myöten alas seuraavaan aallonpohjaan.
Laitteen pyörimisnopeus pyrkii kasvamaan, jolloin voidaan lisätä generaattoreiden tehon tuottoa eli suurentamalla vedenalaisiin siivekkeisiin kohdistuvaa painetta, saadaan veden potentiaalienergiaa muunnetuksi sähköenergiaksi.

Pyörremyrskyn energia                    Sivun alkuun

Energia  vastatuuleen liikkuvasta vedestä

EMU vastavirrassaOlettakaamme, että laite tulee myötätuuleen liikkuvan veden päältä vastatuuleen liikkuvan veden päälle.
Painopisteen etenemisnopeus suurenee veden pintaan nähden, mutta pienenee kiinteään maahan nähden.
Tämä pyrkii suurentamaan laitteen pyörimisnopeutta, jolloin voidaan lisätä generaattoreiden tehon tuottoa.
Näin saadaan vastatuuleen liikkuvan veden nopeutta pienennetyksi, eli voimme muuttaa veden liike-energiaa sähköenergiaksi.

Energia myötätuuleen liikkuvasta vedestä

EMU myotävirrassaOlettakaamme, että laite tulee vastatuuleen liikkuvan veden päältä myötätuuleen liikkuvan veden päälle.
Tällöin voidaan ajatella, että laitteen painopisteen etenemisnopeus pienenee veden pintaan nähden, mutta suurenee kiinteään maahan nähden.
Tämä pyrkii pienentämään laitteen pyörimisnopeutta, joka voi pienentää generaattoreiden tehon tuottoa.
Koska laitteen painopisteen nopeus kiinteään maahan nähden suurenee myötätuuleen liikkuvassa vedessä, laitteen liike-energia kasvaa. Tätä liike-energiaa voidaan hyödyntää joko laitteen aallon päälle nousussa tai laitteen siirtyessä myöhemmin pois myötätuuleen liikkuvalta veden pinnalta.

Pyörremyrskyn energia                    Sivun alkuun

EMU etenee aaltoa nopeammin

Alla näkyvä animaatio esittää tilannetta, jossa EMU on kevyt ja tuuli riittävän voimakas, jotta EMUn siipien kehänopeus voitaisiin saada aaltoliikkeen etenemisnopeutta suuremmaksi. Laitteella on tällöin suuri etenemisnopeus niin pintaveteen kuin maahankin verrattuna, Nyt on ymmärrettävä, että vesi on lähes paikallaan, mutta veden aalto liikkuu kovaa vauhtia. Korkeista aalloista ja voimakkaasta veden edestakaisesta liikehdinnästä on mahdollisuus saada merkittävästi energiaa.
Tähän tilanteeseen voidaan päästä pitämällä aluksi generaattorien tehoja pieninä, jotta olisi mahdollista saada laitteelle riittävä nopeus.
Animaatiossa EMUlla ajatellaan olevan mahdollisuus päästä edellään olevan laineen päälle. Näin toimiessaan EMU toimii parhaalla hyötysuhteella ja laite voi käyttää tehokkaimmin hyväkseen kaikkia energiamuotoja – tuulen ja veden liike-energiaa sekä veden potentiaalienergiaa.
Animaatioissa olevat punaiset pisteet kuvaavat pisteen kohdalla olevan vesipartikkelin liikettä.

Kuva, jossa näkyy, miten EMU laite liikkuu aallon harjaa nopeammin.

EMU ratsastaa aallon päällä liikkuen aallon harjaa nopeammin.

Animaatioon on tehty pysähdyksiä, jolla on saatu hieman pidennetyksi tekstin lukuaikaa.

Kun EMU alkaa nousta aallon pohjalta ylöspäin tuulen työntämänä, on generaattoreiden sähköntuotantokykyä pienennettävä riittävästi, jotta EMUlla olisi mahdollisuus päästä edellään olevan aallon harjalle. Tarvittaessa voidaan käyttää apuna moottoreita. Nousun aikana EMUun varastoituu potentiaalienergiaa ja EMUn siivekkeet työntävät vettä taakse jäävään aallon pohjaan tasoittaen veden pintaa. EMUn päästessä aallon harjalle, madaltaa aallon päällä oleva EMU aallon harjaa.
Aallon harjalla liikkuu pintavesi myötätuuleen, mikä osaltaan helpottaa laitteen pääsyä aallon harjalle. Myötätuuleen liikkuva pintavesi pienentää laitteen etenemistä veden suhteen, heikentäen hetkellisesti generaattorien sähköntuotantoa. Toisaalta laitteen etenemisnopeus maahan nähden kasvaa, jolloin se saa lisää liike-energiaa. Tätä voidaan hyödyntää seuraavassa vaiheessa.
Kun EMU seuraavaksi vierii alas aallon toista sivua myöten, voidaan generaattorien energiantuottoa lisätä. Tällä tavoin voidaan potentiaalienergiaa ja laitteen myötävirrassa saamaa liike-energiaa muuttaa sähköenergiaksi. Generaattorien tehon lisäys suurentaa pinnan alla oleviin siivekkeisiin kohdistuvaa pyörittävää painetta, joka levittää vettä seuraavaan aallon pohjaan tasoittaen veden pintaa.
EMUn tullessa aallon pohjalle, on laitteen pyörimisnopeus suurin ja vastatuuleen tapahtuvalla veden virtauksella voidaan joko lisätä pyörimisnopeutta tai lisätä generaattorien energiantuottoa hetkellisesti.

Pyörremyrskyn energia                    Sivun alkuun

EMU ratsastaa aallon syrjällä

Kuva, jossa näkyy, miten aalto työntää EMU laitetta.

EMU ratsastaa aallon syrjässä.

Tämä animaatio esittää tilannetta, jossa EMUa ei haluta viedä seuraavalle aallon harjalle tai laite ei pääse sinne.
Näissäkin tapauksissa on laitteen etenemisnopeus suuri niin pintaveteen kuin kuin maahankin nähden.  Korkealla laineella oleva vesi ja sen voimakas edestakainen liikehdintä sisältävät merkittävästi energiaa. Edelleen on ymmärrettävä, että vesi on lähes paikallaan, mutta veden aalto liikkuu kovaa vauhtia.
Nyt pyritään jättämään EMU tuulen ja aallon pyöritettäväksi jonnekin optimipaikkaan saapuvan aallon syrjään.
Riittävän voimakkaassa tuulessa laine työntää edellään laitetta. Tämä saadaan pidetyksi aallon reunalla oikeassa paikassa säätämällä tietokoneilla sopivasti generaattoreiden tehoa eli pyörivän laitteen siipien kehänopeus säädetään sellaiseksi, että vedenalaisiin siivekkeisiin kohdistuu sopiva paine. Näin hyödynnetään veden liike- ja potentiaalienergiaa tässä tilanteessa.
EMUa voidaan yrittää myös pitää aallon pohjalla. Vastatuuleen liikkuva pintavesi pienentää laitteen etenemisnopeutta veden suhteen, mikä pyrkii suurentamaan laitteen pyörimisnopeutta. Jos generaattorien sähköntuotantoa suurennetaan, hiljenee EMUn vauhti, jolloin tuulen nopeus laitteeseen nähden kasvaa. Toisin sanoen tuuli pyörittää laitetta tehokkaammin.

Pyörremyrskyn energia                     Sivun alkuun

Yhteentörmäyksen välttäminen 1

EMUjen törmäyksen estäminen

Oikealla oleva kuva esittää erästä laitteen ohjaustapaa.
Jos EMU L2 saavuttaa EMUa L1, nostetaan painopisteohjauksella EMUjen vastakkaisia päitä ylöspäin, jolloin tuuli painaa päitä voimakkaammin eteenpäin. Tällöin EMUjen kulkusuunnat muuttuvat. Generaattoreiden tehon lisäys tehostaa kääntymistä.
Katkoviivoilla esitetään tilanne hetkeä myöhemmin.

Törmäyksen estäminen jarruttamalla

Yhteentörmäyksen välttäminen 2

Jos EMU L3 saavuttaa EMUa L4, pienennetään hetkellisesti EMUn L3 etenemisnopeutta suurentamalla sen  generaattoreiden sähköntuotantoa. Pyöriminen voidaan vaikka pysähdyttää – jopa alkaa pyörittää moottoreita väärin päin.
Tarvittaessa voidaan törmäyksen välttämiseksi myös suurentaa EMUn L4 vauhtia pienentämällä hetkellisesti sen generaattoreiden sähköntuotantoa, jolloin EMU alkaa pyöriä nopeammin veden pinnalla.
Katkoviivoilla esitetään tilanne hetkeä myöhemmin. Vektoreiden pituudet kuvaavat kunkin EMUn nopeutta.  Mitä lyhyempi vektori, sitä hitaampi nopeus.

Tee EMUsta peli – samalla pelastat maailman :-/

Pyörremyrskyn energia                     Sivun alkuun