ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1994 года по МПК F03B13/12 F03B13/16 

Изобретение относится к области гидроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии волн в электрическую.

Известна волновая энергетическая установка, содержащая опорную раму, плавучие камеры, установленные с возможностью поступательного перемещения относительно корпуса, гайку и винтовой вал, образующие винтовую пару и закрепленные соответственно на опорной раме и плавучей камере, генератор, установленный на валу.

Недостатки этого решения - его конструктивная сложность и недостаточная мощность на валу генератора.

Известна также волновая энергетическая установка, содержащая вал, кинематически связанный с электрогенератором, и поплавок, снабженный храповым механизмом и надетый на вал с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения относительно вала, участок которого в зоне перемещения поплавка выполнен в виде пластинчатого винта.

Недостаток этого технического решения - недостаточная эффективность работы установки, связанная с тем, что работа инерциального элемента не обеспечивает существенного увеличения мощности на валу генератора, т.к. импульсы вращательного движения инерциальный элемент (поплавок) получает от волн, воздействующих на его наружные выступы, при этом сама величина инерционности поплавка не может быть значительной, поскольку увеличение размеров (диаметра) поплавка не может быть сколько-нибудь существенным из-за неизбежного при этом уменьшении угловой скорости вращения.

Цель изобретения - повышение КПД и мощности установки за счет обеспечения возможности повышения мощности генератора.

Для достижения поставленной цели в волновой энергетической установке, содержащей опору, неподвижно закрепленный в опоре вал, кинематически связанный с электрогенератором, и поплавок, снабженный двумя храповыми механизмами и надетый на вал с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения относительно вала, участок которого в зоне перемещения поплавка выполнен в виде пластинчатого винта, винтовой участок вала разделен на две части, закрутка которых выполнена в противоположные стороны, при этом храповые механизмы выполнены в виде двух храповых муфт, размещенных внутри поплавка с возможностью взаимодействия каждой только с одной из частей винтового участка вала, при этом поплавок с возможностью вращения установлен в охватывающей его подвижной раме, которая с возможностью возвратно-поступательного движения установлена на вертикальных направляющих, причем ротор генератора размещен на поплавке, а якорная обмотка размещена соосно ротору на подвижной раме.

На фиг. 1 схематически показан общий вид волновой энергетической установки (в процессе движения поплавка вверх); на фиг. 2 - общий вид храпового механизма.

Волновая энергоустановка содержит опорную раму 1, поплавок 2, подвижную раму 3, вал 4, на который с возможностью вращения и возвратно-поступательного перемещения надет поплавок 2. Вал 4 в зоне перемещения поплавка имеет пластинчатый винтовой участок, верхняя часть 5 которого имеет закрутку в сторону, противоположную закрутке нижней части 6 (т.е. если, например, верхняя часть винтового участка имеет закрутку по часовой стрелке, то нижняя - против).

Храповые механизмы 7 размещены в цилиндрическом корпусе 8, скрепленном с поплавком 2 и снабженном поперечными перегородками 9 со сквозными центральными отверстиями 10. Храповые механизмы выполнены в виде двух муфт 11, которые конструктивно идентичны. При этом муфта 11 содержит две полумуфты, выполненные в виде цилиндрических корпусов с "донышками". Стенки корпусов снабжены зубьями 12, форма которых обеспечивает сцепление при моменте вращения, приложенном в одном направлении, и расцепление полумуфт при моменте вращения, действующем в противоположном направлении.

Полумуфты 13, в "днище" которых выполнены круглые отверстия диаметром, соответствующим диаметру окружности, описывающей поперечное сечение вала 4, жестко закреплены на перегородках 9 и соосно с центральными отверстиями 10 этих перегородок.

Полумуфты 14, в "днище" которых выполнены щелевидные отверстия, соответствующие сечению профиля вала 4, установлены на частях 5 и 6 участка вала 4 рабочими кромками в сторону полумуфт 13 с возможностью продольного перемещения вдоль вала 4.

Кроме того, на чертежах показаны направляющие 15 опорной рамы 1, пропущенные в отверстия 16 подвижной рамы 3, верхний защитный кожух 17, нижний защитный кожух 18, поверхность 19 моря, ротор 20, якорь 21 электрогенератора, верхний упорный подшипник 22, нижний опорный подшипник 23.

Якорная обмотка линейного электрогенератора размещена в теле винтового участка вала, а его индукторный элемент размещен внутри поплавка.

Волновая энергетическая установка работает следующим образом.

Во время волнения поплавок 2 совершает возвратно-поступательное движение относительно пластинчатого винтового участка вала 4. При этом, когда поплавок 2 идет вверх, работает верхняя муфта 11, обе полумуфты 13 и 14 которой сцеплены, тем самым муфта 11 передает вращение поплавку 2, раскручивая его. Нижняя муфта 11 при этом не работает, поскольку полумуфта 14 уходит вниз по винтовой части 6 от своей верхней полумуфты 13 и свободно вращается на валу 4.

Когда поплавок 2 идет вниз, продолжая вращаться в ту же сторону, как и при ходе вверх, верхняя муфта 11 расцепляется, поскольку часть 5 вала 4 при своем ходе вниз закручивает полумуфту 14 верхней муфты 11 в сторону, исключающую сцепление зубьев 12 полумуфт 13 и 14. При этом нижняя муфта 11 включается в работу: полумуфта 13 нижней муфты 11 опускается на ее полумуфту 14, зависающую на валу 4, и сцепляется с ней. Тем самым при ходе поплавка 2 вниз продолжается закрутка поплавка в ту же сторону, как и при ходе вверх. Таким образом, поплавок 2 работает как ротор, все время подкручиваемый в одну сторону.

Получаемый электрический ток при помощи кабеля подается потребителю.

Верхний защитный кожух 17 выполнен из эластичного материала и исключает возможность попадания воды внутрь поплавка 2 через центральное отверстие 10.

Нижний защитный кожух 18 выполнен в виде жесткой юбки и исключает попадание воды внутрь поплавка 2 и в электрогенератор через зазор подшипника 22.

По сравнению с прототипом заявленное решение обеспечивает возможность повышения мощности генератора без снижения его угловой скорости вращения, поскольку увеличение размеров диаметра поплавка, которое позволяет повысить инерционность поплавка, не влечет за собой уменьшения угловой скорости вращения (в прототипе такое уменьшение было бы неизбежным из-за того, что угловая скорость вращения генератора задавалась линейной скоростью движения волны, воздействовавшей на профилированные выступы поверхности поплавка).

Экономический эффект от использования заявленного решения будет образовываться за счет повышения единичной мощности установки и тем самым повышения ее производительности и снижения себестоимости энергии.

Использование: гидроэнергетика, в частности устройство для преобразования энергии волн в электрическую энергию. Сущность изобретения: установка содержит опорную раму, поплавок, подвижную раму, вал, на который с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения установлен поплавок. Вал в зоне перемещения поплавка имеет пластинчатый винтовой участок, верхняя и нижняя части которого имеют противоположную закрутку. Храповые механизмы выполнены в виде цилиндрического корпуса, скрепленного с поплавком и снабженного поперечными перегородками, на которых жестко закреплены полумуфты храповых механизмов. Полумуфты установлены на валу с возможностью перемещения вдоль него. Полумуфты снабжены щелевидными прорезями, соответствующими профилю винта. Каждая полумуфта размещена с возможностью взаимодействия только с одной частью винтового участка вала. 2 ил.

ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая опору и установленный с возможностью вращения и вертикального возвратно-поступательного перемещения поплавок с размещенным внутри храповым механизмом, имеющие соосные центральные отверстия, пропущенный через них вертикальный вал с пластинчатым винтовым участком, контактирующим с храповым механизмом, и кинематически связанный с валом электрогенератор, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД и мощности, установка снабжена вертикальными направляющими, рамой, установленной с возможностью перемещения вдоль них и охватывающей поплавок, последний - вторым храповым механизмом, а вал дополнительным винтовым участком противоположного направления закрутки, контактирующим с вторым храповым механизмом, при этом вал неподвижно закреплен в опорной раме, ротор электрогенератора размещен на поплавке, а якорная обмотка - на раме.