ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК F03B13/20 F03B13/24 

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для преобразования энергии морских волн в электрическую энергию.

Известна волновая энергетическая установка, содержащая открытый снизу корпус в виде плавающего на волнах, перевернутого вверх дном бака с воздушными клапанами и воздушной турбиной, связанной с электрогенератором. Поднимаясь или опадая, волна действует как поршень в цилиндре, всасывает или вытесняет воздух из полостей корпуса. А система воздушных клапанов, устроена так, что при всасывании или вытеснении поток воздуха проходит через воздушную турбину и не меняет своего направления.

К основным недостаткам известного устройства относятся низкий КПД, низкая надежность в эксплуатации и высокая себестоимость.

Для доказательства этих недостатков представим установку, закрепленную якорями на длинных цепях, в виде морского буя. Длинные цепи позволяют установке относительно свободно подниматься и опускаться вместе с волной, а также перемещаться на некоторое расстояние в горизонтальной плоскости. При таком закреплении устройства, энергия морской волны, будет использована следующим образом: часть волновой энергии, будет бесполезно растрачена в виде удара в стенку корпуса, частично погруженного в воду, а также в виде вторичной волны, отраженной от этой стенки. Значительная часть волновой энергии, будет направлена на вытеснение из воды самого корпуса и на его перемещение в горизонтальной плоскости. И только незначительная, оставшаяся часть волновой энергии, будет использована на всасывание или вытеснение воздуха из полостей корпуса непосредственно через воздушную турбину.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что известная энергетическая установка имеет низкий КПД.

Для повышения надежности морских сооружений в эксплуатации, снижения и материалоемкости и себестоимости, сооружения размещают в защищенных от волн бухтах, корпуса сооружений выполняют обтекаемой формы в виде корабля и снижают их общую парусность. Например, морские буровые установки размещают на сваях, вбитых в морское дно с определенными промежутками. Такая установка имеет низкую парусность, так как практически свободно пропускает воду между сваями.

При размещении в море известной установки, поступают наоборот: для ее размещения выбирают самый бурный участок открытого моря, а установку разворачивают навстречу набегающим волнам кормой и, тем самым еще больше увеличивают ее парусность. При этом сам факт такого размещения установки делает ее ненадежной в эксплуатации.

В открытом штормовом море на переднюю стенку корпуса будут обрушиваться многотонные удары волн. Чтобы выдержать эти удары, корпус должен быть прочным, а на изготовление прочного корпуса, потребуется значительное количество строительных материалов, что также значительно повысит себестоимость установки.

Задачей изобретения является повышение КПД, надежность в эксплуатации и снижение себестоимости установки.

Решение задачи достигается тем, что корпус размещен выше уровня волн и с возможностью перемещения по направляющим, а последние вертикально закреплены на сваях, вбитых в морское дно, при этом между сваями и корпусом размещены амортизаторы, например, в виде резиновых прокладок, а на нижней открытой части корпуса, подсоединена, закрытая с боков и снизу, гофрированная оболочка, выполненная, например, из прорезиненной или синтетической ткани, при этом под действием сил гравитации оболочка растягивается в виде меха гармошки и своим днищем касается поверхности водоема.

Новым в изобретении является: размещение корпуса выше уровня волн, возможность перемещения корпуса по направляющим, а также сами направляющие, амортизаторы и гофрированная оболочка, подсоединенная к открытой части корпуса. А наличие в устройствах новых элементов и совокупность их взаимодействия, позволяет сделать предварительный вывод, что предлагаемое устройство отвечает изобретательскому критерию "Новизна".

На чертеже схематически изображена предлагаемая установка.

Корпус 1 размещен выше уровня волн 2 с возможностью вертикального перемещения по направляющим 3. Направляющие 3, вертикально закреплены на сваях 4, вбитых в морское дно 5, с определенными промежутками. Между сваями 4 и корпусом 1, размещены амортизаторы 6, выполненные в виде резиновых прокладок. К нижней открытой части корпуса 1, подсоединена закрытая с боков и снизу эластичная гофрированная оболочка 7. Под действием собственного веса оболочка 7 растягивается в виде меха гармошки и своим днищем касается поверхности волн 2. В стенках корпуса 1 выполнены отверстия с воздушными клапанами, приточными 8 и выхлопными 9.

В проеме одной из перегородок корпуса 1 размещена воздушная турбина 10, связанная с электрогенератором, который для удобства на чертеже не показан, также не показаны и средства предотвращающие горизонтальный дрейф гофрированной оболочки 7. Последние могут быть выполнены, например, в виде телескопических раздвижных труб, закрепленных одним концом на внутренней поверхности днища оболочки 7, а вторая труба, закреплена в теле вертикальной перегородки корпуса 1.

Установка работает следующим образом.

Под действием нарастающей волны 2 начинает всплывать и одновременно сжиматься, ранее растянутая гофрированная оболочка 7. При этом оболочка 7 сжимает заключенный в своей полости воздух и тем самым создает перепады давления воздуха между полостями гофрированной оболочки 7 корпуса 1 и наружной атмосферы. За счет созданного перепада давлений, закрываются воздушные приточные клапаны 8 и открываются выхлопные воздушные клапаны 9. Сжатый воздух начинает выходить в атмосферу через воздушную турбину 10 и выхлопные воздушные клапаны 9. Воздушная турбина 10 начинает вращаться и вращать электрогенератор, а последний -вырабатывать электрический ток.

Достигнув своей высшей точки, волна 2 начинает опадать, а гофрированная оболочка 7 начинает растягиваться под действием собственного веса и вновь создавать перепады давлений воздуха. При этом открываются приточные воздушные клапаны 8 и закрываются воздушные клапаны 9. Атмосферный воздух врывается в полости оболочки 7 и корпуса 1 через воздушную турбину 10, при этом поток воздуха, проходящий через воздушную турбину 10, не изменяет своего направления. В дальнейшем вышеуказанные циклы будут повторяться.

В штормовом море не исключена возможность появления более высокой волны, не характерной для данной местности. Такая волна может быть образована путем слияния двух обычных волн или под действием землетрясения. Обычно такая, даже одиночная волна, способна разрушить многие морские сооружения.

При нарастании высокой волны 2 гофрированная оболочка 7 сжимается до предела, полностью вытесняет воздух из своей полости в атмосферу и в полости корпуса 1. При дальнейшем нарастании волны 2 корпус 1, вместе с оболочкой 7, всплывут вверх по направляющим 3.

Достигнув определенной высоты, волна 2 начнет спадать, а корпус 1 плавно опускаться и без разрушительных последствий займет свое первоначальное положение на амортизаторах 6. Плавному спуску корпуса 1 будет способствовать энерционность спада волны 2, трение, возникающее между корпусом 1 и направляющими 3, а также амортизаторы 6, размещенные на сваях 4.

Техническая и экономическая эффективность предлагаемой установки.

В установке энергия волны уже не будет бесполезно растрачиваться на вытеснение из воды самого корпуса и на его перемещение в горизонтальной плоскости. А плавающая на волнах гофрированная оболочка по своей массе легче корпуса, имеют широкое плоское дно и как всякое легкое плоскодонное плавучее средство, имеет незначительную осадку и не будет создавать значительных по величине отраженных волн. При этом большая часть волновой энергии направлена на сжатие гофрированной оболочки и, как следствие, на вытеснение из ее полости воздуха через воздушную турбину.

Корпус, размещенный выше уровня волн, меньше подвергается коррозии и не подвергается ударам даже самых высоких волн и поэтому будет более надежным в эксплуатации. Если корпус не испытывает вышеуказанных гидродинамических нагрузок, то и его прочность может быть значительно ниже. На изготовление последнего потребуется меньше строительных материалов, упроститься технологии монтажа, следовательно и себестоимость всей установки будет значительно ниже.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что предлагаемая волновая энергетическая установка работоспособна, технически осуществима, имеет высокий КПД, высокую надежность в эксплуатации и низкую себестоимость.

Использование: в гидроэнергетике, предназначено для преобразования энергии морских волн в электрическую энергию. Сущность изобретения: корпус волновой энергетической установки размещен выше уровня волн и с возможностью перемещения по направляющим, а последние вертикально закреплены на сваях, вбитых в морское дно, при этом между сваями и корпусом размещены амортизаторы, например, в виде резиновых прокладок, а к нижней, открытой части корпуса подсоединена закрытая с боков и снизу, гофрированная оболочка, выполненная, например, из прорезиненной или синтетической ткани, при этом под действием сил гравитации оболочка растягивается в виде меха гармошки и своим днищем касается поверхности водоема. 1 ил.

Волновая энергетическая установка, содержащая открытый снизу корпус с воздушной турбиной, связанной с электрогенератором, отличающаяся тем, что корпус установлен с возможностью перемещения по направляющим, последние вертикально закреплены на сваях, вбитых в морское дно, при этом между сваями и корпусом размещены амортизаторы в виде резиновых прокладок, а между корпусом и поверхностью моря размещена закрытая с боков и снизу гофрированная оболочка, выполненная, например, из прорезиненной или синтетической ткани, подсоединенная к открытой части корпуса.