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

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 г. , с. 78-90).

Известна волновая пневмоэлектрическая установка, содержащая плавучий корпус, выполненный в виде двух цилиндрических поплавков, камеры сжатия со всасывающими клапанами, частично заполненные рабочей жидкостью и соединенные между собой водяным трубопроводом, и воздухосборник с турбогенератором, подключенный к камерам посредством воздушных трубопроводов с обратными клапанами.

Недостатком данной конструкции является сложность ее из-за разделения функций плота и камер сжатия, а также недостаточная жесткость конструктивной схемы крепления и перемещения поплавков плота.

Цель настоящего изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности.

Достигается указанная цель тем, что в волновой пневмоэлектрической установке, содержащей плавучий корпус, выполненный в виде двух цилиндрических поплавков, камер сжатия со всасывающими клапанами, частично заполненными рабочей жидкостью и соединенными между собой водяным трубопроводом, и воздухосборник с турбогенератором, подключенный к камерам посредством воздушных трубопроводов с обратными клапанами, камеры сжатия выполнены внутри цилиндрических поплавков, обратные клапаны установлены на концах трубопроводов со стороны воздухосборника, а турбогенератор установлен на последнем.

Водяной трубопровод, соединяющий камеры сжатия, может быть выполнен телескопическим с уплотнительным элементом в месте стыковки, воздушные трубопроводы соединены с воздухосборником шарнирно, при этом для настройки на длину волны изменяется расстояние между поплавками. Для этой цели установлена стяжная лебедка, турбина в этом варианте установки имеет два рабочих колеса противоположного вращения.

Как вариант, волновая пневмоэлектрическая установка может быть выполнена с воздухосборником, непосредственно подключенным к камерам, а турбина выполнена в виде турбины одностороннего действия.

На фиг. 1 изображена предлагаемая установка, общий вид; на фиг. 2 - установка в плане; на фиг. 3 и 4 - установка в рабочих циклах; на фиг. 5 и 6 - вариант установки с телескопическим связывающим поплавки трубопроводом и сдвоенной воздушной турбиной; на фиг. 7 и 8 - вариант установки, предназначенный только для выработки электроэнергии.

Волновая установка состоит из корпуса, выполненного в виде 2-х цилиндрических поплавков 1 и 2, заполненных рабочей жидкостью 3 и имеющих камеры сжатия 4 и 5 со всасывающими клапанами 6 и 7, воздухосборника 8. Поплавки 1 и 2 соединены между собой водяным трубопроводом 9 для перетока воды и с воздухосборником - воздушными трубопроводами 10 и 11, имеющими на концах со стороны воздухосборника обратные клапаны 12 и 13. Таким образом, конструкция установки представляет собой жесткую раму треугольного профиля, где трубопроводы 9, 10 и 11 являются несущими элементами конструкции. На воздухосборнике 8 установлен турбогенератор, состоящий из воздушной турбины 14 и электрогенератора 15.

Установка крепится ко дну с помощью якорных устройств 16 и поворачивается под воздействием волн на шарнирах 17.

Между цилиндрическими поплавками 1 и 2 может быть изменено расстояние, что позволяет приспособить установку к переменной длине волны. Это достигается, как показано на фиг. 5 и 6, выполнением водяного трубопровода 9 телескопическим с внутренней тороидальной трубой 18 и внешним уплотнительным элементом 19 в месте стыковки, и стяжной лебедкой 20.

Трубопроводы 10 и 11 соединены с воздухосборником 8 с помощью шарниров 21, а турбогенератор имеет 2 рабочих колеса противоположного вращения, по схеме "тандем". Такая компановка улучшает динамическую балансировку установки и снижает размеры генератора 15.

Как вариант, установка может быть выполнена только для выработки электроэнергии. В этом случае отсутствуют клапана для впуска-выпуска воздуха. Воздух или другой газ, заполняющий камеры сжатия 4 и 5 перегоняется из камеры в камеру через трубопровод-воздухосборник 10-11, внутри которого установлен турбогенератор. Шарниры 17 в этом варианте устанавливаются на раме 21. Турбина сохраняет одно и то же направление вращения при изменении направления движения воздуха.

Ориентация по фронту волны установок с гибким креплением ко дну моря может производиться путем регулирования длин 4-х гибких креплений 16 автоматически или вручную.

Работа установки осуществляется следующим образом.

Установка транспортируется в море и якорится к грунту с помощью гибких креплений 16 по фронту вероятных волн. При подходе гребня волны корпус установки под ее воздействием поворачивается на шарнирах 17 и рабочая жидкость 3 начинает из камеры 4 цилиндрического поплавка 1 перетекать в камеру 5 поплавка 2, сжимая находящийся в этой камере воздух до давления Н. Впускной клапан 6 камеры 4 в это время открывается под действием вакуума и впускает воздух в камеру. Клапан 13 камеры 5 под действием сжатого воздуха открывается и впускает сжатый воздух в воздухосборник 8. Сжатый воздух из воздухосборника через турбину 14 выпускается в атмосферу. При прохождении впадины волны происходит аналогичная операция, но в этом случае камера 4 становится камерой сжатия, а камера 5 - камерой всасывания воздуха. Воздухосборник 8 обеспечивает сглаживание пульсаций давления перед турбогенератором при изменении циклов работы камер 4 и 5.

Конструкция предлагаемой установки будет рассчитываться на среднее, оптимальное значение волны. При значительном превышении расчетной волны установка должна "ложиться на грунт" путем затопления поплавков 1 и 2 водой через клапана с дистанционным приводом (не показаны).

Волновая установка (за исключением варианта по п. 3 формулы) может быть собрана в объединенные гирлянды с простым механическим объединением и с объединением воздухосборников трубопроводами сжатого воздуха для использования единой воздушной турбины и генератора или для подачи сжатого воздуха на берег для использования в энергетических или холодильных установках.

Эффективность предлагаемой волновой пневмоэлектрической установки заключается в отсутствии промежуточных валов, поршней и т. п. в системе преобразования энергии, что значительно упрощает установку и повышает надежность ее работы. (56) Патент США N 4207739, кл. F 03 B 13/12, опубл. 1980.

Сущность изобретения: плавучий корпус выполнен в виде двух цилиндрических поплавков. Камеры сжатия с всасывающими клапанами частично заполнены рабочей жидкостью и соединены между собой водяным турбопроводом /ТП/. Воздухосборник /ВС/ с турбогенератором подключен к камерам воздушными ТП с обратными клапанами. Камеры выполнены внутри цилиндрических поплавков. Обратные клапаны установлены на концах ТП со стороны ВС. Турбогенератор установлен в ВС. Водяной ТП выполнен телескопическим с уплотнительным элементом в месте стыковки. Воздушные ТП соединены с ВС шарнирно. Для изменения расстояния между поплавками установлена стяжная лебедка. Турбина имеет два рабочих колеса противоположного вращения. 2 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. ВОЛНОВАЯ ПНЕВМОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая плавучий корпус, выполненный в виде двух цилиндрических поплавков, камеры сжатия со всасывающими клапанами, частично заполненные рабочей жидкостью и соединенные между собой водяным трубопроводом, и воздухосборник с турбогенератором, подключенный к камерам посредством воздушных трубопроводов с обратными клапанами, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности в работе, камеры сжатия выполнены внутри цилиндрических поплавков, обратные клапаны установлены на концах трубопроводов со стороны воздухосборника, а турбогенератор установлен на последнем. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД путем обеспечения настройки на длину волны, водяной трубопровод выполнен телескопическим с уплотнительным элементом в месте стыковки, воздушные трубопроводы соединены с воздухосборником шарнирно, при этом для изменения расстояния между поплавками установлена стяжная лебедка, а турбина имеет два рабочих колеса противоположного вращения. 3. Волновая пневмоэнергетическая установка, содержащая плавучий корпус, выполненный в виде двух цилиндрических поплавков, камеры сжатия, частично заполненные рабочей жидкостью и соединенные между собой водяным трубопроводом, и воздухосборник с турбогенератором, подключенный к камерам, отличающаяся тем, что воздухосборник непосредственно подключен к камерам, а турбина выполнена в виде турбины одностороннего вращения.