ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА МОСКАЛЯ Г.Е. Российский патент 1996 года по МПК F03B13/18 

Изобретение относится к области гидроэнергетики и может быть использовано для получения электроэнергии на побережье моря, на морских буровых и нефтедобывающих объектах, а также на судах, стоящих на якоре или находящихся в дрейфе.

Известны проекты установок по преобразованию энергии волн моря в другие виды энергии. Это: плот сэра Кристофера Коккереля, утка Стефана Солтера, столб Масуды, затвор Рассела (см. "Энергия волн" английского исследователя Девида Росса, Л. Гидрометеоиздат, 1981 г).

Указанные проекты широкого практического применения не получили из-за громоздкости, дороговизны, низкого КПД и слабой устойчивости к морской стихии.

Аналогами предлагаемого изобретения являются: заявка Франции N 2233507, кл. F 03 B 13/12, опубл. 1975 г; авт. свид. СССР N 1320497, кл. F 03 B 13/12, опубл. 1987 г Бюл. 24.

Устройство по заявке N 2233507 содержит поплавок, расположенный на поверхности воды и перемещающийся свободно по вертикали, следуя движению вол. С поплавком соединена система привода генератора, расположенного на глубине, где волнение не оказывает сильного воздействия. Данное устройство применяется, в частности, для выработки электрического тока на море.

Основным недостатком устройства является то, что все рабочие органы преобразования энергии, включая и генератор, размещаются на глубине в агрессивной среде и без возможности введения наблюдения за их работой, а также затруднена передача вырабатываемого электричества на потребители, находящиеся на плаву при волнении.

Волновая энергетическая установка авт.свид. N 1320497, содержащая поплавок с валом отбора мощности и механизм преобразования возвратно-поступательного перемещения поплавка во вращательное движение вала, включающий закрепленную на штоке поплавка зубчатую рейку и установленные на валу зубчатые колеса с обгонными муфтами, взаимодействующие с рейкой. Вся система наклонена к вертикальной плоскости под углом и закреплена на опоре над поверхностью воды. Работа установки основана на движении поплавка по поверхности возникшего от динамического воздействия наката волны на поплавок с наклонным штоком с зубчатой рейкой. Основным недостатком установки является то, что она работает только от волн, направленных на поплавок со штоком встречно.

В качестве прототипа выбрана энергетическая установка Пресмана С.Д. Авт. свид. СССР N 1355754, кл. F 03 B 13/12, опубл. 1987, Бюл. 44. Установка предназначена для выработки электроэнергии и содержит две неподвижные опоры с установленными между ними секционными рабочими колесами, имеющими на ободах тангенциальные пазы. Колеса частично погружены под уровень воды. Волны, ударяясь в торцы тангенциальных пазов, вызывают вращение рабочих колес и вала электрогенератора.

Однако установка имеет следующие недостатки: она может работать только при одном направлении распространения волн, т.е. используется только накат на колесо, тем самым снижая его КПД; установка, располагаясь широким фронтом к волне, воспринимает динамическое воздействие наката, в результате чего возможны частые повреждения рабочих органов, а также не исключены наносы песка, гальки под колеса установки.

Техническим результатом изобретения является расширение сферы применения установки как на побережье, так и на крупнотоннажных плавающих морских объектах на якоре.

Данный технический результат достигается применением лопастного плавучего винтового преобразователя энергии волн моря с компенсационным телескопическим приводным механизмом.

На фиг. 1 изображен общий вид волновой энергетической установки, на фиг. 2 профиль винта преобразователя, на фиг. 3 представлена схема размещения преобразователей энергии волн на лучах башенных опор на побережье.

Предлагаемая энергетическая установка содержит неподвижную круглую обтекаемую опору 1 с лучами 2, на которых монтируется винтовой преобразователь энергии, состоящий из длиннолопастного винта 3 с прикрепленной к его ступице плавучести 4 и компенсационного телескопического приводного механизма, включающий в себя соединительную муфту 5, внутренний вал 6 с двумя парами роликов 7, наружный телескопический вал 8 с продольными пазами 9, обойму 10 с подшипниками, являющуюся механизмом крепления винтового преобразователя к лучу башенного опоры. На наружном валу 8 насажена шестеренка 11, сопряженная с шестерней 12. Компенсационный телескопический приводной механизм закрывается кожухом 13. Энергетическая установка включает в себя и энергетическое помещение 14, расположенное на башенной опоре.

Плавучесть 4 обеспечивает такое положение горизонтально расположенного винта 3 над уровнем воды, при котором нижние грани его лопастей только дотрагиваются до поверхности воды. Это условие достигается регулировкой подъемной силы плавучести 4 заливкой или откачкой воды в ее емкость при монтаже всей системы. Диаметр плавучести не должен превышать половины диаметра размаха лопастей винта.

Винт 3 соединяется с внутренним валом 6 компенсационного телескопического приводного механизма с помощью муфты 5. На внутреннем валу 6 в средней и верхней его части закреплены две пары роликов, обеспечивающих вертикальное его перемещение внутри телескопического наружного вала 8, а также передачу крутящего момента от винта на наружный вал 8 через его продольные прокатные пазы 9. Нижняя часть наружного вала 8 вмонтирована на подшипниках в обойму 10, которая жестко закреплена к монтажному лучу 2, который устанавливается над поверхностью воды на высоте более высоты господствующих при шторме волн, не подвергаясь их разрушительному действию.

На башенной опоре 1 может быть несколько монтажных лучей 2 с заданным количеством винтовых преобразователей энергии морских волн (см. фиг. 3).

Предлагаемая установка применяется и на плавучих морских буровых, нефтедобывающих объектах, а также на судах с большим водоизмещением на якоре, монтируя их на судовых выстрелах и стрелах. Плавучий винт при этом с борта объекта краном опускается на воду и буксируется под стрелу для соединения с внутренним валом 6.

Волновая энергетическая установка работает следующим образом. Длиннолопастной винт 3 при спокойном состоянии моря находится над поверхностью воды во взвешенном состоянии. При появлении волны с любого направления фиг. 1 14, поток поднятого гребня воздействует сначала на лопасть 1 фиг. 2в, расположенную ближе к волне и благодаря ее конфигурации и углу атаки в 45^o лопасть 1 начинает разворачиваться вправо. При достижении волной центра винта поток воды начинает действовать сразу на две лопасти правую 2 и левую 4. Лопасть 2 в этот момент расположена к потоку поперек вогнутостью внутрь и будет испытывать самое максимальное воздействие волны, создавая крутящий момент. В это же время лопасть 4 расположена к потоку поперек, но выпуклой обтекаемой стороной к нему и согласно гидродинамики при ускоренном обтекании вокруг лопасти снижается давление, а следовательно, и сопротивление вращению. С достижением гребнем волны центра винта последний начинает всплывать на ее вершину фиг. 1, точка А на высоту +, но только с незначительным запаздыванием, связанным с наличием составляюще прижимного вектора, полученного на лопастях. После прохода гребня волны через центр винт 3 начинает спускаться в точку б на величину высоты волны -, а волна, достигнув лопасть 3, вызовет на ней крутящий момент, направленный влево. И как только гребень волны сойдет с лопасти 3, как в это время уже подойдет к лопасти 1 следующий гребень другой волны.

Таким образом создается вращательное движение винта 3. Величина мощности отбора энергии будет зависеть от площади лопасти винта и параметров волны.

Усилие от винта 3 через внутренний вал 6, его ролики 7 и пазы 9 наружного вала 8 будет передана на наружный вал, а с него через шестерни 11, 12 на генератор.

Кроме того, внутренний вал 6 компенсирующего телескопического приводного механизма, являясь компенсатором вертикальных перемещений винта 3 с плавучестью 4 при их всплытии и опускании при волнении моря, постоянно обеспечивает передачу крутящего момента от винта до генератора не нарушая их кинематических связей, а также снимает поперечные нагрузки во время шторма, придавая установке большую живучесть.

Использование: к области гидроэнергетики и предназначено для преобразования энергии морских волн в электрическую энергию. Сущность изобретения: энергетическая установка представляет собой башенную опору с лучом, на котором с помощью обоймы механизма для крепления сопряжены винтовой преобразователь энергии и компенсационный телескопический приводной механизм, винтовой преобразователь энергии выполнен в виде лопастного винта, лопасти которого имеют угол атаки 45 градусов, а с нижней стороны винта к нему прикреплена плавучесть, поддерживающая винт горизонтально над поверхностью воды. Винт муфтой соединен с компенсационным телескопическим приводным механизмом и через повышающий редуктор - с генератором. На лучах башни устанавливаются несколько винтовых преобразователей, энергия которых с помощью редукторов суммируется. 3 ил.

Волновая энергетическая установка, содержащая башенную опору с подшипниками и преобразователь энергии волн, связанный с валом отбора мощности приводного механизма посредством соединительной муфты, отличающаяся тем, что опора снабжена лучом с обоймой механизма крепления подшипников, при этом преобразователь энергии волн выполнен в виде плавучести с установленным на ней горизонтально винтом, лопасти которого расположены под углом 45^o к поверхности воды, а приводной механизм в виде установленного в подшипниках телескопического вала с продольными пазами и внутренним центральным отверстием для размещения вала отбора мощности, причем последний снабжен двумя опорами роликов, размещенных в продольных пазах.