УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ МОРСКОГО ВОЛНЕНИЯ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ Российский патент 1995 года по МПК F03B13/18 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в устройствах для преобразования энергии морского волнения в электроэнергию.

Известно устройство для преобразования энергии волн, которое наиболее близко к изобретению по технической сущности.

Это устройство включает опору, поплавки, вал отбора мощности с установленными на нем посредством муфт шкивами и огибающие их тросы, концы которых соединены с поплавками и со средствами натяжения.

Его недостатком является малая мощность, преобразуемая в электроэнергию, что вызвано конструктивным решением средства преобразования энергии волны энергии перемещения поплавков в энергию вращения за счет сил, передаваемых тросом через шкивы и муфты на вал отбора мощности и далее на генератор.

Вращение вала отбора мощности осуществляется тросом, навитым на шкив. При движении поплавка сверху вниз на трос действует сила веса груза, используемого как средство натяжения, минус сила, вызванная сопротивлением воды этому грузу. При движении поплавка снизу вверх на трос действует сила, равная выталкивающей силе поплавка минус сила сопротивления и вес груза натяжения троса. Вращение вала отбора мощности обеспечивается этими силами и момент вращения равен произведению силы на радиус шкива. Увеличение момента вращения и мощности, передаваемой на вал отбора мощности, возможно за счет увеличения либо силы, действующей на шкив, либо радиуса шкива, что для рассматриваемого устройства весьма проблематично.

Другими недостатками известного решения являются его сложность и наличие большого количества узлов и деталей, непосредственно контактирующих с морской водой, очень агрессивной средой, что снижает надежность и долговечность устройства в целом.

Недостатком прототипа является также его низкая приспособленность к волнению широкого спектра амплитуд и длин волн.

Техническим результатом изобретения является повышение мощности устройства и надежности его работы за счет выполнения модулей.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство снабжено шарнирно закрепленными на опоре коромыслами или консольными рычагами и направляющими тросовыми шкивами, каждый из поплавков выполнен в виде двух конусов, сопряженных между собой основаниями, угол верхнего конуса выполнен тупым, а нижнего острым, при этом поплавки прикреплены к концам коромысел или консольных рычагов, посредством жестких шарнирно закрепленных по концам тяг, центры тяжести и величины поплавков размещены внутри области шарнирного соединения с тягой, опора выполнена в виде установленной на дне водоема башни, выступающей над уровнем воды, или в виде плавсредства, стабилизированного по вертикальной качке, шкивы выполнены по меньшей мере с двумя желобами, имеющими огибающую сечения в виде параболы, вал отбора мощности из отдельных соединенных между собой частей, средство натяжения тросов в виде спиральной пружины или грузов, причем длины плеч коромысел или рычагов кратны половине длины волны, наиболее характерной для акватории применения, а по меньшей мере два поплавка соединены между собой.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство с коромыслами, общий вид; на фиг.2 то же, вид сверху; на фиг.3 то же, с консольными рычагами; на фиг.4 изображен размещенный на берегу вал отбора мощности; на фиг.5 устройство с рычагами, вид сверху; на фиг.6 и 7 муфты для соединения валов; на фиг.8 проиллюстрирована зависимость подвода мощности на вал отбора мощности; на фиг.9 поплавок.

Устройство содержит опоры 1, выполненные в виде башни либо в виде плавсредства, стабилизированного по вертикальной качке (не показано), поплавки 2, вал 3 отбора мощности, муфту 4, шкив 5, трос 6, шарнирное устройство 7, коромысла или консольные рычаги 8, тросовые шкивы 9, верхний конус 10 поплавка, нижний конус 11 поплавка, основания 12 конусов, шарнирный узел 13 поплавка, груз для натяжения троса (пружина) 14.

Позицией 15 показано дно акватории моря, позицией 16 шахта груза для натяжения троса в опоре, позицией 17 -консольная балка шкивов тросовых, позицией 18 опоры шкивов тросовых, позицией 19 поверхность волны, позицией 20 анод. Устройство также содержит опору 21 вала отбора мощности, подшипник 22 этого вала; муфту 23 соединения участков валов отбора мощности, редуктор 24, генератор 25, наружную обойму 26 муфты, элемент 27 качения, внутреннюю обойму 28 муфты, корпус 29 муфты, верхний шарнирный узел 30 поплавка, тягу 31 поплавка (позицией 32 показано пространство поплавка для тяги), нижний шарнирный узел 33 поплавка, узел 34 поплавка для крепления троса (позицией 35 указано пространство поплавка над ватерлинией). Кроме того, введены следующие обозначения: WL-WL ватерлиния поплавка. ЦТ центр тяжести поплавка; ЦВ центр величины поплавка; G сила веса поплавка; Р выталкивающая сила поплавка.

Каждый поплавок 2 выполнен в виде двух конусов, сопряженных между собой основаниями 12, при этом угол верхнего конуса 10 выполнен тупым, а нижнего конуса 11 острым.

Поплавки 2 прикреплены к концам коромысел 8 или рычагов (8) посредством шарнирных соединений 13 и жестких, шарнирно закрепленных тяг 31 таким образом, что ЦТ и ЦВ поплавка размещены внутри области 33 шарнирного соединения тяги 31 с поплавком 2 внутри объема 32 поплавка для размещения тяги 31.

Поплавок выполняют таким образом, чтобы его водоизменяющий объем 35 был достаточно велик, т.е. чтобы запас "плавучести" был велик, тогда водопогружной объем 36 поплавка в соотношении с водоизмещающим объемом 35 должен обеспечить достаточную устойчивость поплавка 2, что наивыгодно обеспечивает предложенная форма поплавка 2.

Устройство содержит вал 3 отбора мощности, установленный на подшипниках 22, размещенных на опорах 21, размещенных либо на опорах 1 устройства, либо на берегу. Вал 3 отбора мощности содержит закрепленные посредством муфт 4 шкивы 5 и огибающие их тросы 6, концы которых соединены с поплавками 2 посредством тяг 31 и со средствами натяжения 14, выполненными либо в виде груза (фиг. 1, 3 и 4), либо в виде пружин (фиг.1 и 5). Тросы 6 проведены через тросовые шкивы 9, размещенные либо на опорах 18, либо на консольной балке 17.

Опоры 17 устанавливают на дне акватории 15, выступающими над уровнем воды 19.

В море опору 1 устанавливают на плавсредстве, стабилизированном по вертикальной качке, например на полупогружной буровой платформе, также выступающей над уровнем воды 19. Шкивы 5 вала 3 отбора мощности выполняют с одним желобом (фиг.6) или с двумя желобами (фиг.7), при этом обеспечивается взаимодействие с двумя тросами 6, закрепленными за оба конца коромысел 8 при передаче мощности на вал 3.

Для обеспечения наилучшего оцепления без проскальзывания троса 6 с поверхностью шкивов 5 вала 3 отбора мощности поверхность желоба выполнена по огибающей, имеющей сечение в виде параболы.

Установка в целом выполнена из отдельных модулей так, что вал 3 отбора мощности выполняют из частей (фиг. 5), соединенных между собой муфтой 23 соединения вала 3 отбора мощности, например, включающей узлы: внутренняя втулка, наружная втулка и гидравлическая гайка, что позволяет неограниченно наращивать вал 3 отбора мощности и общую мощность, передаваемую на вал.

Плечи коромысла 8 и консольных рычагов (8) выполнены разной длины (фиг. 1, 2 и 3), при этом длины плеч кратны половине длины волны характерной акватории применения, однако, длины плеч могут быть кратны и четверти длины волны при большом числе модулей установки.

При размещении большого числа модулей по меньшей мере два поплавка 2 соединяют между собой. Два поплавка 2 соединяют между собой и на одном модуле.

Муфту 4, размещенную на валу 3 отбора мощности, выполняют в виде муфты свободного хода (обгонной) (фиг.6, 7), включающей наружную обойму 26, тела качения 27 и внутреннюю обойму 28, размещенные в корпусе 29.

На фиг.8 изображена "нагрузка время" для четырех модулей. Р величина силы, Р₁, Р₂, Р₃, Р₄ величины сил, примерно пропорциональные амплитуде волны, т.е. времени, их суммы на валу отбора мощности дают полную величину мощности на валу 3. Реальная картина будет отличаться от представленной задержками, вызванными инерционностью узлов и других условий.

Устройство для преобразования энергии морского волнения работает следующим образом.

При выполнении поплавки 2 преобразуют энергию волн посредством тросов 6, шкивов 5 и муфт 4 во вращение вала 3 отбора мощности, приводящего через повышающий редуктор 24, генератор 25, вырабатывающий электроэнергию.

Сущность изобретения: на валу отбора мощности установлены посредством муфт шкивы и огибающие их тросы, концы которых соединены с поплавками с средствами натяжения. На опоре шарнирно закреплены коромысла или консольные рычаги и направляющие тросовые шкивы. Каждый поплавок выполнен в виде двух конусов, сопряженных между собой основаниями. Угол верхнего конуса выполнен тупым, нижнего - острым. Поплавки прикреплены к концам коромысел или рычагов жесткими шарнирами, закрепленными по концам тяг. Центры тяжести и величин поплавков размещены внутри области шарнирного соединения с тягой. 9 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ МОРСКОГО ВОЛНЕНИЯ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ, содержащее опору, поплавок, вал отбора мощности с установленными на нем посредством муфт шкивами и огибающие их тросы, концы которых соединены с поплавками и со средствами натяжения, отличающееся тем, что оно снабжено шарнирно закрепленными на опоре коромыслами или консольными рычагами и направляющими тросовыми шкивами, каждый из поплавков выполнен в виде двух конусов, сопряженных между собой основаниями, угол верхнего конуса выполнен тупым, а нижнего острым, при этом поплавки прикреплены к концам коромысел или рычагов посредством жестких шарниров, закрепленных по концам тяг, причем центры тяжести и величины поплавков размещены внутри области шарнирного соединения с тягой. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что опора выполнена в виде установленной на дне водоема башни, выступающей над уровнем воды. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что опора выполнена в виде плавсредства, стабилизированного по вертикальной качке. 4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем,что шкивы выполнены по меньшей мере с двумя желобами, имеющими огибающую сечения в виде параболы. 5. Устройство по пп.1-4, отличающееся тем, что вал отбора мощности выполнен из отдельных соединенных между собой частей. 6. Устройство по пп.1-5, отличающееся тем, что средство натяжения тросов выполнено в виде спиральной пружины. 7. Устройство по пп.1-6, отличающееся тем, что средство натяжения тросов выполнено в виде грузов. 8. Устройство по пп.1-7, отличающееся тем, что плечи коромысел или рычагов выполнены с различной длиной. 9. Устройство по пп.1-8, отличающееся тем, что длины плеч коромысел или рычагов кратны половине длины волны, наиболее характерной для акватории применения. 10. Устройство по пп.1-9, отличающееся тем, что по меньшей мере два поплавка осоединены между собой.