ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1994 года по МПК F03B13/12 F03B13/24 

Настоящее изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к энергетическим установкам, использующим энергию волн.

Известна волновая энергетическая установка, так называемая "утка Салтера", представляющая собой качающееся на волне судно, передающее качания своего корпуса валу, связанному с преобразователем энергии (см. книгу Д. Росс Энергия волн, М. , 1981, с. 78-80).

Недостатком этой установки является то, что она должна иметь мощный вал, необходимый для передачи движения "утки" на привод преобразователя энергии, в условиях, когда на этом валу закреплена гирлянда "уток" колеблющихся несинхронно.

Известна также волновая энергетическая установка, содержащая плавучий частично заполненный рабочей жидкостью корпус с выпуклой поверхностью днища, разделенный посредством пустотелой вертикальной перегородки на две сообщенные между собой в нижней части камеры сжатия со всасывающими клапанами, и воздухосборник потребителя, подключенный к камерам сжатия при помощи обратных клапанов (см. патент США N 4364715, кл. 417-100, 1982).

Недостатком данного технического решения является некоторая сложность конструкции, заключающаяся в том, что две ее перегородки являются элементом емкости, создающей плавучесть установки, а также соединение камер сжатия с воздухосборником посредством гибкого шланга.

Кроме того, данная конструкция из-за неблагоприятных гидравлических очертаний обладает большими потерями энергии.

Цель изобретения - повышение КПД и упрощение конструкции.

Достигается указанная цель тем, что в предлагаемой волновой энергетической установке, содержащей плавучий частично заполненный рабочей жидкостью корпус с выпуклой поверхностью днища, разделенный посредством пустотелой вертикальной перегородки на две сообщенные между собой в нижней части камеры сжатия со всасывающими клапанами, и воздухосборник потребителя, подключенный к камерам сжатия при помощи обратных клапанов, нижняя поверхность перегородки выполнена криволинейной обтекаемой формы, воздухосборник образован всей ее внутренней полостью, а конфигурация днища корпуса имеет форму двух сопряженных цилиндрических поверхностей с различными радиусами кривизны, с большим у поверхности, расположенной со стороны моря, при этом потребитель выполнен в виде турбогенератора и установлен на воздухосборнике. В днище корпуса может быть установлен клапан для заполнения водой внутренней полости корпуса, что позволяет повысить надежность работы установки путем погружения под уровень воды.

Как вариант, в волновой энергетической установке воздухосборник может быть непосредственно подключен к камерам сжатия, потребитель выполнен в виде турбогенератора с турбиной одностороннего вращения и установлен внутри воздухосборника, а поверхность рабочей жидкости покрыта слоем минерального масла.

На фиг. 1 изображена установка, общий вид; на фиг. 2 - установка в плане; на фиг. 3 - установка, фиксированная к дну 4-мя сваями; на фиг. 4 - установка в рабочем положении; на фиг. 5 и 6 - варианты выполнения установки.

Волновая энергетическая установка состоит из водонепроницаемого плавучего корпуса 1 с выпуклой поверхностью днища 2, конфигурация которого имеет форму двух сопряженных цилиндрических поверхностей с различными радиусами кривизны R₁ и R₂, причем со стороны моря радиус окружности R₂ больше R₁. Корпус 1 частично заполнен рабочей жидкостью 3. Внутри корпуса 1 выполнена полая вертикальная перегородка 4, являющаяся воздухосборником. В нижней части 5 перегородка-воздухосборник 4 выполнена криволинейной обтекаемой формы.

Перегородка 4 делит корпус 1 на камеры сжатия 6 и 7, гидравлически сообщающиеся между собой и имеющие всасывающие воздушные клапаны 8 и 9. Перегородка-воздухосборник имеет впускные клапаны 10 и 11 для сжатого воздуха.

Установка под действием волн поворачивается относительно шарнира 12, расположенного по центру корпуса 1.

Установка крепится к дну с помощью якорных устройств 13, либо фиксируется с помощью забитых в дно четырех свай 14 (являющихся направляющими для шарниров 12 при приливах-отливах).

В днище 2 корпуса 1 вмонтирован клапан 15 для затопления корпуса морской водой при значительном превышении расчетной волны. На воздухосборнике монтируется турбогенератор, состоящий из воздушной турбины 16 и электрогенератора 17.

Работа установки осуществляется следующим образом.

Установка устанавливается в море так, что днище корпуса с частью имеющей больший радиус окружности ориентировано навстречу волне. При подходе гребня волны корпус 1 установки под ее воздействием поворачивается на шарнире 12 и рабочая жидкость 3 начинает перетекать из камеры 6 в камеру 7, сжимая находящийся в этой камере воздух до давления Н, всасывающий клапан 8 камеры 6 в это время открывается под действием вакуума и впускает воздух в камеру. Клапан 11 камеры 7 под действием сжатого воздуха открывается и выпускает сжатый воздух в воздухосборник 4. Сжатый воздух из воздухосборника через турбину 16 выпускается в атмосферу.

При прохождении впадины волны происходит аналогичная операция, но в этом случае камера 6 становится камерой сжатия, а камера 7 камерой всасывания воздуха. Воздухосборник 4 обеспечивает сглаживание пульсаций давления перед воздушной турбиной турбогенератора при изменении циклов работы камер 6 и 7.

При приближении волн, превышающих расчетные, установка затапливается путем впуска морской воды через клапан 15 (или дистанционно с пульта управления). Ориентация по фронту волны установок может производиться путем регулирования длин 4-х гибких креплений 13 автоматически или вручную.

С целью дальнейшего упрощения конструкции волновая установка может быть выполнена по варианту, показанному на фиг. 5 и 6. В этом случае установка предназначена только для получения электроэнергии. Здесь полностью отсутствуют клапана для впуска и выпуска воздуха. Воздух или какой-либо газ, заполняющий камеры 6 и 7 перегоняется из камеры в камеру, через воздухосборник 4, для чего в его стенках выполняются отверстия 18, соединенные патрубками с воздушными камерами 6 и 7. Внутри воздухосборника 4 устанавливается турбогенератор с турбиной одностороннего вращения.

В целях снижения увлажнения постоянного объема газа в камерах сжатия поверхность рабочей жидкости покрыта слоем минерального масла.

Волновая установка может быть собрана в объединенные гирлянды с простым механическим объединением и объединением воздухосборников трубопроводами сжатого воздуха для использования единой турбины и генератора или подачи сжатого воздуха на берег для применения в энергетических или холодильных установках.

При приближении шторма установка затапливается путем ручного или дистанционного (с пульта управления на берегу) подъема клапана 15. После прохождения шторма установка возвращается в рабочее положение путем подачи сжатого воздуха в корпус 1 (например с катера). (56) Патент США N 4664715, кл. F 03 B 13/12, опубл. 1982.

Сущность изобретения: плавучий, частично заполненный рабочей жидкостью корпус с выпуклой поферхностью днища разделен пустотелой вертикальной перегородкой на две сообщенные между собой в нижней части камеры сжатия с всасывающими клапанами. Воздухосборник потребителя подключен к камерам обратными клапанами. Нижняя поверхность перегородки выполнена криволинейной, обтекаемой формы. Воздухосборник образован внутренней полостью перегородки. Конфигурация днища корпуса имеет форму двух сопряженных цилиндрических поферхностей с различными радиусами кривизны, с большим у поверхности, расположенной со стороны моря. Потребитель выполнен в виде турбогенератора и установлен на воздухосборнике. 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая частично заполненный рабочей жидкостью плавучий корпус с выпуклой поверхностью днища, разделенный пустотелой вертикальной перегородкой на две сообщенные между собой в нижней части камеры сжатия со всасывающими клапанами, и воздухосборник потребителя, подключенный к камерам сжатия при помощи обратных клапанов, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД и упрощения конструкции, нижняя поверхность перегородки выполнена криволинейной обтекаемой формы, воздухосборник образован всей ее внутренней полостью, а конфигурация днища корпуса имеет форму двух сопряженных цилиндрических поверхностей с различными радиусами кривизны, с большим у поверхности, расположенной со стороны моря, при этом потребитель выполнен в виде турбогенератора и установлен на воздухосборнике. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности в работе путем погружения под уровень воды, в днище корпуса установлен клапан для заполнения водой внутренней полости корпуса. 3. Волновая энергетическая установка, содержащая частично заполненный рабочей жидкостью плавучий корпус с выпуклой поверхностью днища, разделенный пустотелой вертикальной перегородкой на две сообщенные между собой в нижней части камеры сжатия и воздухосборник потребителя, подключенный к камерам сжатия, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности в работе, воздухосборник непосредственно подключен к камерам сжатия, потребитель выполнен в виде турбогенератора с турбиной одностороннего вращения и установлен внутри воздухосборника, а поверхность рабочей жидкости покрыта слоем минерального масла.