ВОЛНОВАЯ ПЛАВУЧАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 1997 года по МПК F03B13/16 

Изобретение относится к гидороэнергетическому машиностроению и может быть использовано в гидроэнергетике для преобразования энергии морских и океанских волн в электрическую.

В качестве аналога выбрана насосная установка (авт. свид. СССР N 1453077, МКИ F 03 B 13/12, 1989), содержащая закрепленную на дне побережья неподвижную опору с шарнирно закрепленным на ней двуплечным рычагом, где на одном его конце имеется рабочая камера переменного обмена из двух сильфонных патрубков, соединенных между собой пластиной, а на втором его конце имеется подвижный поплавок. Недостатками установки являются наличие отрицательного влияния энергии проходящих волн на верхнюю боковую часть поплавка, что снижает величину крутящего момента на валу насоса, отсутствие возможности ее использования в любой точке водного бассейна и проходящих волн любого направления, трудоемкость и неудобства ее монтажа, обслуживания и ремонта. Отмеченные недостатки снижают надежность и ресурс работы установки, а также эффективность ее использования.

Известен плавучий водяной двигатель (патент СССР N 5018, кл. 88б, 3, 1928), приводимый в действие волнами, содержащий составной изменяемой длины двуплечный рычаг и закрепленный шарнирно на береговой опоре, где на одном его конце имеется сектор с кососрезанными подвижным рейками и храповое колесо на валу. Недостатком двигателя является отсутствие в нем возможности использования в любой точке водного бассейна, наличие составного рычага изменяемой длины с сектором, кососрезанных подвижных реек и храпового колеса, что снижает надежность, ресурс работы и эффективность его использования.

Также известен плавучий водяной двигатель (патент СССР N 910, кл. F 03 B 17/06, 88б, 3-4, 1926), содержащий плот и закрепленные на нем шарнирно несколько пар двуплечных рычагов, где к нижним их концам жестко закреплены лопасти с поворотными створками, приспособления их поворота, переходный многоплечный вал и поршневые насосы, штоки которых соединены через вал тягами с верхними концами двуплечных рычагов. Недостатком двигателя является недостаточная надежность и низкий ресурс его работы, наличие холостого хода пар двуплечных рычагов при обратном их движении, значительное количество деталей, узлов, элементов связи и громоздкость его конструкции, что снижает эффективность его использования.

В качестве наиболее близкого аналога (прототип) принята волновая плавучая энергоустановка (патент Великобритании N 1542251, М. кл.⁵ Г 03 В 13/12, 1979), содержащая плавучую опору с положительной ее плавучестью, к двум ее противоположным продольным боковым сторонам закреплены шарнирно одноплечные рычаги с жестко закрепленными к свободным их концам поплавками, к верхней ее части закреплены поршневые насосы, а их выпуски соединены с потребителем. Недостатком энергоустановки является наличие поплавков полусферического профиля с плоской верхней их стороной, закрепление насосов к верхней части плавучей опоры, недостаточная ее стабилизация относительно точки ее закрепления к якорю, отсутствие тормозных устройств ограничения хода рычагов, превышающих расчетные значения. Указанные недостатки снижают ресурс, надежность и устойчивость работы энергоустановки, а также эффективность ее использования.

Основной задачей изобретения является повышение ресурса, надежности и устойчивости работы энергоустановки и эффективности ее использования, решение которой достигается следующим образом.

Предлагаемая плавучая гидроэлектростанция, содержащая заякоренную плавучую опору с насосами, подключенными к турбине гидроагрегата, и рычаги, на одних концах которых закреплены поплавки, а другие шарнирно соединены с опорой и связаны с рабочим органом соответствующего насоса, отличается тем, что поплавки на конце каждого рычага закреплены шарнирно и каждый из них снабжен волноприемной пластиной, горизонтальным стабилизатором и упором, а каждый рычаг снабжен волноприемной пластиной и упором, закрепленным на рычаге с возможностью взаимодействия с ответным упором на поплавке, при этом волноприемная пластина поплавка закреплена на последнем в верхней части под острым углом к направлению движения волн, горизонтальный стабилизатор закреплен с противоположной стороны верхней части поплавка, причем его пластины расположены выше поплавка параллельно направлению движения волн, а вертикальный стабилизатор закреплен в нижней части поплавка, при этом волноприемная пластина рычага закреплена на последнем под острым углом к направлению движения волн в нижнем положении рычага и размещена над поплавком.

Применение поворотного поплавка круглого сечения с жестко закрепленными к нему волноприемной пластиной под острым углом, вертикального и горизонтального стабилизаторов ее положения под острым углом к направлению движения волн и волноприемной пластины под таким же углом на конце рычага и выше поплавка позволило повысить при повороте рычагов снизу вверх эффективность использования энергии проходящих волн любых параметров, улучшить плавность поворота рычагов и равномерность крутящего момента на валу насосов и увеличить напорность и устойчивость подачи воды на турбину гидроагрегата. Наличие волноприемной пластины на конце рычагов позволило повысить подъемную силу поплавков в нижнем положении рычагов, увеличить крутящий момент на валу насосов, а в верхнем расчетном положении использовать как наиболее простое устройство ограничения хода рычагов. Наличие плавучей опоры станции с отрицательной плавучестью позволило закрепить на ней насосы ниже уровня поверхности воды и исключить подсос воздуха и повысить надежность их работы, а также уменьшить отрицательное воздействие проходящих волн на конструкцию самой станции и повысить надежность ее работы. Наличие отсасывающей трубы с рассредоточенными выпусками позволило обеспечить более эффективно выполнить сброс отработанной на турбине гидроагрегата воды в точках с наименьшей высотой проходящих волн, а также повысить равномерность его вращения.

Учитывая вышеизложенное и сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с техническим решением наиболее близкого аналога (прототип) и других аналогов в области гидроэнергетики позволило сделать вывод, что данная гидроэлектростанция имеет существенные отличия от известных энергоустановок, имеющиеся в ней отличительные признаки являются существенными, а условия поставленной задачи предлагаемым изобретением полностью решены.

На фиг.1 дан общий вид гидроэлектростанции; на фиг.2 узел A (расположение поворотного поплавка и волноприемной пластины на конце рычага в крайних положениях его хода).

Предлагаемая волновая плавучая гидроэлектростанция, содержащая заякоренную плавучую опору 1 с неполноповоротными насосами двойного действия 2, подключенными к турбине гидроагрегата 3, и рычаги 4, на одних концах которых закреплены поплавки 5, а другие шарнирно соединены с опорой 1 и связаны с рабочим органом соответствующего насоса 2. Поплавки 5 на конце каждого рычага 4 закреплены шарнирно, и каждый из них снабжен волноприемной пластиной 6, горизонтальным стабилизатором 7 с двумя параллельными пластинами 8, вертикальным стабилизатором 9 и упором 10. Каждый рычаг 4 снабжен волноприемной пластиной 11 и упором 12, закрепленным на рычаге 4 с возможностью взаимодействия с ответным упором 10 на поплавке 5. Волноприемная пластина 6 поплавка 5 закреплена на последнем в верхней его части под острым углом к направлению движения волн, горизонтальный стабилизатор 7 закреплен с противоположной стороны верхней части поплавка 5, причем его пластины 8 расположены выше поплавка 5 параллельно направлению движения волн. Вертикальный стабилизатор 9 закреплен в нижней части поплавка 5. Волноприемная пластина 11 рычага 4 закреплена на его конце под острым углом к направлению движения волн в нижнем его положении и размещена над поплавком 5.

Работа гидроэлектростанции осуществляется следующим образом.

Проходящие через гидроэлектростанцию волны воздействуют на поплавки 5 и волноприемные пластины 6, 8, 11 рычагов 4, поворачивая их вверх до расчетного положения. При этом волноприемная пластина 6 удерживается постоянно под одним и тем же острым углом к направлению движения проходящих волн при помощи горизонтального стабилизатора 7 и его пластин 8, а также вертикального стабилизатора 1. В верхнем расчетном положении каждого рычага 4 волноприемная пластина 11 занимает параллельное положение к направлению движения волн и работает как тормозное устройство, не позволяющее дальнейший ход рычагов 4. Также в верхнем расчетном положении рычагов 4 взаимодействуют упоры 12 рычагов 4 с ответными упорами 10 поплавков 5, удерживая пластины 8 стабилизатора 7 от поворота их по часовой стрелке, увеличивая таким образом усилия торможения дополнительно к пластине 11. Дальнейший поворот рычагов 4 выше расчетного положения исключается воздействием энергии проходящих волн на плоскость пластин 8 и 11, если они начнут занимать положение с обратным углом к их направлению. С дальнейшим движением и уменьшением проходящей волны рычаги 4 под собственным весом поворачиваются вниз в начальное положение. При отсутствии волн стабилизатор 9 поплавка 5 удерживает в рабочем положении волноприемную пластину 6 и пластины 8 стабилизатора 7. Набегающая следующая волна снова воздействует на волноприемные элементы 5, 6, 8 и 11 рычагов 4, поворачивая их вверх. Цикл повторяется. Получаемое при этом возвратно-поворотное движение рычагов 4 обеспечивает работу неполноповоротных насосов двойного действия 2, непрерывную и равномерную подачу воды потребителю-гидроагрегату 3, что обеспечивает ему нормальную работу.

Использование: изобретение относится к гидроэнергетическому машиностроению и может быть использовано в энергетике для преобразования энергии морских и океанских волн в электрическую. Сущность изобретения: гидроэлектростанция содержит плавучую опору с регулируемой плавучестью. На опоре размещены неполноповоротные насосы двойного действия, связанные с одноплечими рычагами. Свободный конец рычага каждого неполноповоротного насоса шарнирно закреплен на поплавке 5 круглого сечения, на котором в верхней половине его боковой поверхности закреплена волноприемная пластина 6 под углом к направлению движения волн и горизонтальный 7 и вертикальный 9 стабилизаторы. 2 ил.

Волновая плавучая гидроэлектростанция, содержащая заякоренную плавучую опору с насосами, подключенными к потребителю, и рычаги, на одних концах которых закреплены поплавки, а другие шарнирно соединены с опорой и связаны с рабочим органом соответствующего насоса, отличающаяся тем, что поплавки на конце каждого рычага закреплены шарнирно и каждый из них снабжен волноприемной пластиной, горизонтальным стабилизатором с двумя параллельными пластинами, вертикальным стабилизатором и упором, а каждый рычаг снабжен волноприемной пластиной и упором, закрепленным на рычаге с возможностью взаимодействия с ответным упором на поплавке, при этом волноприемная пластина поплавка закреплена на последнем в верхней его части под острым углом к направлению движения волн, горизонтальный стабилизатор закреплен с противоположной стороны верхней части поплавка, причем его пластины расположены выше поплавка параллельно направлению движения волн, а вертикальный стабилизатор закреплен в нижней части поплавка, при этом волноприемная пластина рычага закреплена на последнем под острым углом к направлению движения волн в нижнем положении рычага и размещена над поплавком.