ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2003 года по МПК F03B13/16 

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии волн в электрическую энергию.

Известна волновая энергетическая установка, содержащая частично заполненный жидкостью плавучий корпус и расположенный в нем плоский поплавок, центральная часть и края которого соединены при помощи гибких элементов с корпусом и валом отбора мощности электрогенератора (см. а.с. СССР 1260557, кл. F 03 В 13/12, 1986).

Недостатками известного устройства являются сравнительно низкая эффективность преобразования энергии волн в электрическую энергию и малый КПД.

Известна волновая энергетическая установка, содержащая заякоренный плот, понтон с погруженным под уровень воды устройством отбора мощности, соединенный гибкой связью с плотом (cм. а.c. СССР 1341373, кл. F 03 B 13/12, 1987).

Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности вследствие того, что для преобразования используются практически только вертикальные колебания взаиморасположений плота и понтона.

Известно также устройство для преобразования энергии волн, содержащее вал с закрепленным на нем полым поплавком, частично заполненным жидким или сыпучим балластом (см. а.с. СССР 931940, кл. F 03 В 13/12, 1982).

Недостатком устройства также являются ограниченные функциональные возможности, так как для преобразования используется только разность архимедовых сил на гребне волны и в ее ложбине, причем процесс осуществляется только при строго определенном сочетании геометрических параметров устройства с соответствующими характеристиками волны.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является волновая энергетическая установка, содержащая установленный в опорах вращения и подсоединенный к электрогенератору вал отбора мощности с консольно закрепленными на нем в одной перпендикулярной валу плоскости и смещенными относительно друг друга в окружном направлении поплавками (cм. а.с. СССР 1208298, кл. F 03 В 13/14, 1986), принятая за прототип.

Недостатками устройства-прототипа являются его ограниченные функциональные возможности и сравнительно низкий КПД. Это объясняется тем, что эффект преобразования энергии волн в электрическую энергию обусловлен только разностью архимедовых сил, действующих в каждый момент времени на соседние поплавки, расположенные соответственно на гребне и в ложбине волны. При этом процесс осуществляется только при сочетании геометрических параметров устройства и соответствующих характеристик волн, обеспечивающих такое расположение соседних поплавков. Кроме того, обратное направление движения волн (например, случай приливов - отливов) сразу нарушает работоспособность устройства.

Сущность изобретения заключается в разработке волновой энергетической установки, обеспечивающей эффективное преобразование энергии волн в электрическую энергию как за счет вертикальных колебаний воды, так и за счет неоднородности волнового движения в горизонтальном направлении при любом направлении волн, их интенсивности, сочетании характеристик и т.п., что достигается созданием в устройстве однонаправленного вращающего момента, действующего на вал отбора мощности при любом сочетании вышеуказанных факторов. За счет этого работоспособность устройства по принципу своего действия не зависит от направления волн, природы их происхождения, сохраняется при полном отсутствии волн, при изменении глубины погружения поплавков, при действии приливов и отливов и т.д.

Технический результат - расширение функциональных возможностей конструкции и повышение ее КПД.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной волновой энергетической установке, содержащей установленный в опорах вращения и подсоединенный к электрогенератору вал отбора мощности и два плоских поплавка, расположенных эксцентрично относительно оси вала и смещенных относительно друг друга в окружном направлении, особенность заключается в том, что в установку введены два дополнительных вала, свободно установленных в опорах вращения соосно с валом отбора мощности по разные стороны от последнего и фрикционно связанных с валом отбора мощности с помощью двух витых цилиндрических пружин с разными направлениями навивки, каждая из которых плотно надета на один из концов вала отбора мощности и конец близ расположенного дополнительного вала, при этом поплавки консольно закреплены в диаметрально противоположных точках поверхностей дополнительных валов с возможностью регулировки и фиксации положений плоскостей поплавков.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображена предлагаемая волновая энергетическая установка.

Волновая энергетическая установка содержит установленный в опорах вращения 1 и присоединенный к электрогенератору (не показан) вал 2 отбора мощности и два плоских поплавка 3, 4, расположенных эксцентрично относительно оси вала 2 и смещенных относительно друг друга в окружном направлении, два дополнительных вала 5, 6, свободно установленных в опорах вращения 7 соосно с валом 2 отбора мощности по разные стороны от последнего и фрикционно связанных с валом 2 отбора мощности с помощью двух витых цилиндрических пружин 8, 9 с разными направлениями навивки, каждая из которых плотно надета на один из концов вала 2 отбора мощности и конец близ расположенного дополнительного вала 5 или 6. При этом поплавки 3, 4 консольно с помощью тяг 10, 11 со сферическими шарнирами 12, 13 с фиксаторами на обращенных к валам 5, 6 концах закреплены на диаметрально противоположных точках поверхностей дополнительных валов 5, 6 с возможностью регулировки и фиксации положений плоскостей поплавков 3, 4. Конструкция сферического шарнира 12, 13 с фиксатором общеизвестна и поэтому подробно не раскрыта в материалах заявки.

Работа установки осуществляется следующим образом.

В исходном положении тяги 10, 11 обязательно установлены и зафиксированы в сферических шарнирах 12, 13 параллельно друг другу, поэтому плоскости поплавков 3, 4 ориентированы в параллельных плоскостях. Рассмотрим, например, случай, когда, как показано на чертеже, тяги 10, 11 установлены вертикально, а плоскости поплавков 3, 4 соответственно горизонтальны. Пусть, например, направление воздействия на поплавки со стороны воды снизу вверх (при этом абсолютно не имеет значения, направление ли это волны, либо подъем уровня воды, прилив и т.п.). При взгляде справа на чертеже к дополнительному валу 6 вращающий момент со стороны поплавка 4 прикладывается против часовой стрелки, естественно в этом же направлении начинает поворачиваться вал 6, при этом за счет сил сцепления пружина 9 закручивается, увеличивая натяг между дополнительным валом 6 и валом 2 отбора мощности, в результате чего эти валы вращаются как единое целое. При таком повороте (против часовой стрелки) вал 2 стремится раскрутить пружину 8 (ее часть, охватывающую вал 2), в результате чего натяг между валом 2 и дополнительным валом 5 ослабляется. Одновременно с этим поплавок 3 под тем же воздействием воды также идет вверх, дополнительный вал 5 поворачивается по часовой стрелке (взгляд также справа), за счет сил сцепления часть пружины 8, охватывающая вал 5, раскручивается, и натяг между валами 2 и 5 опять ослабляется уже с другой стороны пружины 8. В результате вал 2 проскальзывает в пружине 8 при своем вращении и не зависимо от дополнительного вала 5 вал 2 вращается против хода часовой стрелки при взгляде справа. Пусть теперь волна действует на поплавки 3, 4 сверху вниз. Вал 5 вращается против часовой стрелки (все время смотрим справа), пружина 8 закручивается, вал 2 с валом 5 вращаются как единое целое. При вращении вал 2 раскручивает охватывающую его часть пружины 9. Одновременно поплавок 4 идет вниз, поворачивая вал 6 по часовой стрелке и раскручивая, тем самым, пружину 9. В результате вал 2 проскальзывает уже в пружине 9 и вращается против часовой стрелки. Совершенно очевидно, что при любой ориентации поплавков 3, 4 в параллельных плоскостях (тяги 10, 11 параллельны друг другу) и при любом направлении возмущений со стороны воды к валу 2 отбора мощности прикладывается однонаправленный вращающий момент и вал 2 вращается в одном направлении. Такой эффект достигается разным направлением навивки пружин 8, 9, а также размещением поплавков по разные стороны от оси вращения валов.

Очевидно, что предлагаемая установка предельно проста по конструкции, универсальна и имеет высокий КПД. Ее работоспособность в принципе не зависит от природы возмущений со стороны воды, направления возмущений, параметре в волны, перепада уровней и т.п. Направление вращение вала отбора мощности в принципе не зависит от направления любых возмущений со стороны волн. При необходимости плоскости поплавков могут быть повернуты перпендикулярно направлению волны. Однако, при этом эти плоскости должны оставаться параллельными друг другу.

Установка предназначена для преобразования энергии волн в электрическую энергию. Установка содержит установленный в опорах вращения и подсоединенный к электрогенератору вал отбора мощности и два поплавка, расположенных эксцентрично относительно оси вала и смещенных относительно друг друга в окружном направлении. Установка также снабжена двумя дополнительными валами, свободно установленными в опорах вращения соосно с валом отбора мощности по разные стороны от последнего и фрикционно-связанными с ним посредством двух витых цилиндрических пружин с разными направлениями навивки. Каждая из пружин плотно надета на один из концов вала отбора мощности и конец близ расположенного дополнительного вала. При этом поплавки консольно закреплены в диаметрально противоположных точках поверхностей дополнительных валов с возможностью регулировки и фиксации положений поплавков. Конструкция установки позволяет повысить КПД использования энергии волн. 1 ил.

Волновая энергетическая установка, содержащая установленный в опорах вращения и подсоединенный к электрогенератору вал отбора мощности и два плоских поплавка, расположенных эксцентрично относительно оси вала и смещенных относительно друг друга в окружном направлении, отличающаяся тем, что в установку введены два дополнительных вала, свободно установленных в опорах вращения соосно с валом отбора мощности по разные стороны от последнего и фрикционно связанные с валом отбора мощности с помощью двух витых цилиндрических пружин с разными направлениями навивки, каждая из которых плотно надета на один из концов вала отбора мощности и конец близ расположенного дополнительного вала, при этом поплавки консольно закреплены в диаметрально противоположных точках поверхностей дополнительных валов с возможностью регулировки и фиксации положений плоскостей поплавков.