ПРИБОЙНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2002 года по МПК F03B13/18 

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано, в частности, в прибойных энергетических установках.

Известны конструкции прибойных двигателей, включающие радиальные стержни и закрепленные на них лопасти, при этом лопасти либо выполнены откидывающимися /см. Щапов Н. М. Турбинное оборудование гидростанций. М - Л.: ГЭИ, 1955, с. 225/, либо лопасти закреплены на стержнях неподвижно, имеют форму клина и снабжены со стороны его основания углублениями /см. а.с. СССР 1105683, кл. F 03 В 13/12, 1984/.

Однако данные конструкции характеризуются значительной сложностью, большими габаритами и ограниченной областью применения.

Известна также волновая энергетическая установка, содержащая частично заполненный жидкостью плавучий корпус, расположенный в нем плоский поплавок, центральная часть которого и края соединены гибкими элементами соответственно с дном и верхней частью корпуса, а также валом отбора мощности электрогенератора /см. а.с. СССР 1260557, кл. F 03 В 13/12, 1986/.

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, сравнительно низкий КПД, предельно ограниченная область применения, а главное - нестабильность передачи вращающего момента от поплавка на вал отбора мощности через гибкие элементы при нестационарных волновых возмущениях.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является волновая энергетическая установка, содержащая опору, расположенный на ней электрогенератор и подсоединенный к последнему вал с консольно закрепленными на нем и смещенными друг относительно друга в окружном направлении поплавками, центры симметрии которых расположены в одной, перпендикулярной валу плоскости /см. а.с. СССР 1208298, кл. F 03 В 13/14, 1986/ и принятая за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относятся значительная сложность и габариты устройства, невозможность его использования в случае периодического изменения направления движения волн, характерном для прибойных энергетических установок, то есть ограниченная область применения известного устройства.

Сущность изобретения заключается в создании конструкции прибойной энергетической установки, обеспечивающей непрерывное интенсивное вращение вала отбора мощности электрогенератора при периодическом изменении направления прибоя /накате - откате/ за счет формирования в различные периоды возмущающих воздействий действующих на вал однонаправленных тяговых моментов сил трения скольжения.

Технический результат - упрощение конструкции, уменьшение габаритов и расширение функциональных возможностей устройства.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной прибойной энергетической установке, содержащей две пары установленных на дне опор, закрепленный на них с возможностью вращения горизонтальный вал отбора мощности, кинематически соединенный с электрогенератором, а также расположенный под валом на поверхности воды плоский поплавок, прикрепленный нижней центральной частью с помощью гибкого элемента ко дну, особенность заключается в том, что на верхней центральной части поплавка установлена вертикальная стойка, верхний свободный конец которой выполнен в форме U-образной вилки, свободно охватывающей вал отбора мощности, причем взаимно контактирующие поверхности вала и вилки выполнены из материалов с большим коэффициентом трения скольжения друг по другу.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображена прибойная энергетическая установка, общий вид; на фиг.2 - вид слева на фиг.1; на фиг.3 - сечение по А - А на фиг.1 при накате прибоя /со стороны моря/; на фиг. 4 - сечение по А - А на фиг.1 при откате прибоя /со стороны берега/.

Устройство содержит две пары установленных на дне 1 вблизи берега 2 опор 3, ориентированных в каждой паре под углом друг к другу, закрепленный на опорах 3 с возможностью вращения горизонтальный вал отбора мощности 4, кинематически соединенный с помощью зубчатых колес 5 с электрогенератором 6, также закрепленным на опорах 3, расположенный под валом 4 и установленный на поверхности воды плоский поплавок 7, прикрепленный нижней центральной частью с помощью гибкого элемента 8 /троса/ ко дну 1. При этом на верхней центральной части поплавка 7 установлена вертикальная стойка 9 прямоугольного поперечного сечения, верхний свободный конец которой выполнен в форме U-образной вилки, свободно охватывающей вал отбора мощности 4, причем взаимно контактирующие поверхности вала 4 и вилки выполнены из материалов с большим коэффициентом трения скольжения друг по другу. В конкретном случае на внутреннюю поверхность U-образной вилки нанесен слой 10 резины, а на цилиндрической поверхности стального вала 4 в месте его контакта с вилкой 10 выполнена специальная накатка 11, что увеличивает коэффициент трения скольжения стали по резине до величины трения скольжения материалов чугун-резина, равный 0,7 ÷ 0,8.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

При накате прибоя /от моря к берегу/ поплавок 7 /см. фиг.3/ вместе со стойкой 9 смещается в сторону берега 2. Одновременно уровень воды у берега 2 поднимается и поплавок 7 со стойкой 9 движется вверх. При этом внутренняя U-образная поверхность вилки 10 своей левой на фиг.3 частью прижимается к валу 4, и одновременно стойка 9 движется вверх, в результате чего за счет возникающего вращающего момента сил трения скольжения вал 4 вращается по часовой стрелке. При откате прибоя /от берега к морю/ (см. фиг.4) поплавок 7 движется вниз и влево, U-образная вилка 10 прижимается к валу 4 своей правой частью, и за счет движения стойки 9 с поплавком вниз валу 4 опять навязывается вращение по часовой стрелке. В результате периодический накат - откат прибоя вызывает непрерывное интенсивное однонаправленное вращение вала 4 отбора мощности, который приводит в действие электрогенератор 6.

Очевидно, что предлагаемая конструкция предельно проста, компактна, обеспечивает значительную эффективность и стабильность преобразования энергии прибоя в электрическую энергию, имеет широкие функциональные возможности. Ее работоспособность практически не зависит от наличия различных посторонних возмущений, наличия или отсутствия ветра, волнения на море. Конструкция практически не критична к погрешностям изготовления, сборки, то есть не теряет работоспособности при наклонах и перекосах поплавка, отклонения от вертикального положения стойки с вилкой и тому подобное.

Изобретение предназначено для использования в гидроэнергетике, в частности в прибойных энергетических установках. Установка содержит две пары установленных на дне опор, закрепленный на них с возможностью вращения горизонтальный вал отбора мощности, кинематически соединенный с электрогенератором, а также расположенный под валом на поверхности воды плоский поплавок, прикрепленный нижней центральной частью с помощью гибкого элемента ко дну, на верхней центральной части поплавка установлена вертикальная стойка, верхний свободный конец которой выполнен в форме U-образной вилки, свободно охватывающей вал отбора мощности, причем на внутреннюю поверхность U-образной вилки нанесен слой резины, а на цилиндрической поверхности стального вала в месте контакта его с вилкой выполнена накатка. Конструкция обеспечивает непрерывно работу установки при периодическом изменении направления прибойных волн. 4 ил.

Прибойная энергетическая установка, содержащая две пары установленных на дне опор, закрепленный на них с возможностью вращения горизонтальный вал отбора мощности, кинематически соединенный с электрогенератором, и поплавок, отличающаяся тем, что поплавок выполнен плоским и расположен под валом на поверхности воды, при этом своей нижней центральной частью поплавок с помощью гибкого элемента прикреплен ко дну, а на его верхней центральной части установлена вертикальная стойка, верхний свободный конец которой выполнен в форме U-образной вилки, свободно охватывающей вал отбора мощности, причем на внутреннюю поверхность U-образной вилки нанесен слой резины, а на цилиндрической поверхности стального вала в месте его контакта с вилкой выполнена накатка.