УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПЕРВИЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ, РАБОТАЮЩЕГО ОТ ЭНЕРГИИ ВОЛН Российский патент 2003 года по МПК F03B13/18 

Изобретение касается первичных двигателей, работающих от энергии волн, которые предназначены извлекать энергию главным образом из океанской зыби.

Европейское патентное описание 0365325-В описывает первичный двигатель, работающий от энергии волн, главным образом использующий энергию океанской зыби. Первичный двигатель содержит два подвижных понтона, разделенных плавающим инерционным корпусом. Каждый понтон имеет возможность независимо перемещаться относительно инерционного корпуса для приведения в действие насоса. Инерционный корпус обеспечен инерционной пластиной для сохранения инерционного корпуса по существу неподвижным в воде независимо от преобладающей частоты волны и/или амплитуды. Инерционная пластина соединена с инерционным корпусом, по меньшей мере, одной осью и имеет возможность перемещения относительно инерционного корпуса. Когда первичный двигатель буксируется по воде, инерционная пластина поднимается для уменьшения сопротивления. Затем, когда первичный двигатель находится в своем рабочем положении, пластина опускается в воду, чтобы удержать инерционный корпус по существу в неподвижном положении.

В основном, энергия, извлекаемая из таких первичных двигателей, работающих от энергии волн, обеспечивается в качестве низкочастотной формы колебаний волны. Энергия должна быть превращена в полезную частоту и/или тип частоты перед ее использованием.

Однако стандартные технологии превращения энергии из низкочастотной формы колебаний в высокочастотную форму колебаний неэффективны.

В патентной заявке США (US-A-4023515) описан плавающий насос, работающий от энергии волн, имеющий несколько поплавков, соединенных с плавучей платформой поршневым насосом двойного действия для отбора энергии, получаемой от относительного перемещения между поплавком и платформой. Устройство нагнетает морскую воду.

В патентной заявке США (US-A-4105368) описан плавающий насос, работающий от энергии волн, имеющий основной поплавок, окруженный вспомогательными поплавками, подвижными один относительно другого. Движение поплавков превращается гидравлической средой в аккумуляторы давления, и накопленное давление может избирательно отводиться как источник энергии.

В патентной заявке США (US-A-781023) описана система выработки энергии от волн, в которой несколько узлов поглощения энергии плавучего плота соединены со стабильным устройством швартовки. Энергия, собирающаяся от относительного перемещения между плотами и устройством швартовки, превращается в механическую, гидравлическую и/или электрическую энергию. Аккумуляторы используются для регулирования и хранения энергии.

Патентная заявка Германии (DE-A-2921381) также описывает устройство, в котором подвижные понтоны соединены с платформой, а гидравлический насос используется для нагнетания масла. Обеспечена камера высокого давления для хранения и регулирования давления, подаваемого на турбину или гидравлический двигатель.

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков первичных двигателей, работающих от энергии волн, предшествующего уровня техники и обеспечение усовершенствованного механизма отбора энергии и демпфирования для такого устройства.

Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает механизм отбора энергии и демпфирования для первичного двигателя, работающего от энергии волн, имеющего, по меньшей мере, два понтона, которые перемещаются один относительно другого для выполнения работы, как описано в прилагаемых пунктах патентования.

Первичный двигатель может крепиться якорем к находящемуся внизу дну моря или крепиться как-нибудь иначе, для швартовки. В работе, для выработки энергии, первичный двигатель полностью швартуется, однако швартовка должна выполняться таким образом, чтобы инерционный корпус имел некоторую свободу вертикальных колебаний, поворотов в горизонтальном направлении и/или колебаний в пределах, обеспечиваемых инерционной пластиной.

В предпочтительном примере устройства настоящее изобретение обеспечивает первичный двигатель, работающий от энергии волн, содержащий два подвижных понтона, разделенных плавучим инерционным корпусом, причем каждый понтон имеет возможность независимого перемещения относительно инерционного корпуса для приведения в действие насоса, при этом инерционный корпус имеет инерционную пластину, предназначенную для удержания инерционного корпуса по существу неподвижно в воде, и механизм отбора энергии и демпфирования, содержащий:
средство для превращения движения понтонов в энергию гидравлического давления, указанное средство содержит, по меньшей мере, один линейный масляный насос, который переносит энергию через барьер переноса в морскую воду,
средства для выпрямления энергии давления в однонаправленную форму,
средство управления для регулирования энергии давления и
средство обратной связи для варьирования параметров демпфирования средства демпфирования.

Средство для превращения движения понтонов в энергию давления содержит, по меньшей мере, один линейный гидравлический насос, подсоединенный между каждым подвижным понтоном и инерционным корпусом.

Средства выпрямления энергии давления содержат множество обратных клапанов, сопряженных, по меньшей мере, с одним аккумулятором давления.

Инерционная пластина предпочтительно расположена на одном конце оси, другой конец которой связан с инерционным корпусом. Предпочтительно, ось подвижна для изменения расстояния между пластиной и инерционным корпусом.

Параметры демпфирования первичного двигателя зависят как от глубины инерционной пластины в воде, так и от свободы перемещения понтонов относительно инерционного корпуса. Линейные гидравлические насосы непосредственно воздействуют на свободу движения колеблющихся понтонов.

Средство обратной связи содержит несколько регулируемых клапанов для регулирования противодавления в одном или в каждом линейном гидравлическом насосе, тем самым варьируя параметры демпфирования относительного движения между инерционным корпусом и каждым понтоном, имеющим возможность независимого перемещения.

Предпочтительно, параметры демпфирования варьируются путем изменения противодавления, действующего на один или каждый линейный насос.

Гидравлическая сеть предусмотрена для извлечения энергии гидравлического давления из относительного движения колеблющихся понтонов. Сеть содержит, по меньшей мере, один линейный гидравлический насос, который может подключаться между инерционным корпусом и понтоном, и напорный трубопровод, в котором энергия гидравлического давления, переносимая из насоса по гидравлическим линиям, накапливается при движении насоса между выдвинутым положением и отведенным назад положением.

Предпочтительно, для каждого насоса, сеть включает первый аккумулятор для приема энергии гидравлического давления, когда насос заставляют перемещаться из выдвинутого положения в отведенное назад положение, второй аккумулятор для приема энергии гидравлического давления, когда насос заставляют перемещаться из отведенного назад положения в выдвинутое положение, и множество запорных клапанов, обеспечивающих отвод энергии, извлекаемой из насоса, в напорный трубопровод.

Гидравлическая сеть предпочтительно разделена на две части, одна из которых использует хранящуюся гидравлическую среду, например масло, а другая использует воду, на которой плавает первичный двигатель, причем обе части изолированы барьером переноса, расположенным в каждом аккумуляторе.

Несколько насосов подсоединяются к напорному трубопроводу.

Сеть гидравлической системы удвоена для извлечения энергии из относительного движения инерционного корпуса и другого понтона.

Один или каждый напорный трубопровод обеспечивает среду под давлением (предпочтительно воду) для приведения в действие турбины, чтобы извлекать электрическую энергию или для подачи воды под высоким давлением в установку обратного осмоса с целью приготовления питьевой воды из морской воды.

Изобретение затем будет объяснено более конкретно со ссылкой на сопутствующие чертежи, которые показывают исключительно с помощью примера один пример реализации механизма отбора энергии и демпфирования согласно изобретению. В чертежах:
фиг. 1 является видом сбоку первичного двигателя, работающего от энергии волн,
фиг. 2 является видом в плане первичного двигателя,
фиг. 3а-3с являются видом сбоку, видом с торца и видом в плане, соответственно, инерционного корпуса первичного двигателя, которые показывают подробно гидравлическую сеть, содержащую механизм отбора энергии и демпфирования,
фиг. 4 является схематичным изображением сети гидравлической системы для одного линейного насоса и
фиг. 5 является схематичным видом в перспективе механизма переноса энергии.

Со ссылкой на чертежи, и сначала на фиг. 1 и 2, первичный двигатель включает плавающий инерционный корпус или баржу 1, имеющую плавучие понтоны 2, 3, которые соединены с ней с возможностью независимого поворотного перемещения. Каждый понтон 2, 3 имеет шарниры 5 для соединения с соответствующими шарнирами 7 инерционного корпуса. Движение понтона 2, 3 относительно инерционного корпуса 1 под влиянием океанской зыби или волн приводит в действие насосы 10, предусмотренные между инерционным корпусом 1 и соответствующими понтонами 2, 3.

Ширина понтонов 2, 3 может выбираться такой, чтобы соответствовать необходимой потребности в мощности, типичной частоте волн и/или амплитуде в любом выбранном месте, предпочтительно с целью максимального увеличения выходной энергии.

Понтоны 2, 3 расположены на противоположных сторонах инерционного корпуса 1. В работе первичный двигатель закрепляется якорем или крепится каким-либо другим образом, чтобы избежать дрейфа, и благодаря расположению понтонов относительно инерционного корпуса, то есть при их взаимно параллельных продольных осях, первичный двигатель сам по себе располагается под прямым углом к направлению волны или зыби, что приводит к максимальному извлечению энергии от независимо функционирующих понтонов 2, 3, которые перемещаются относительно инерционного корпуса. Крепление не оказывает воздействия на относительное положение инерционного корпуса в воде и не мешает способности устройства демпфирования (описанного ниже) удерживать его по существу неподвижным в вертикальном положении в воде.

Инерционный корпус 1 снабжен устройством для удержания корпуса 1 по существу неподвижным в воде в работе. Устройство содержит две пары расположенных на расстоянии опор 15а, 15b, 16а, 16b, которые взаимно параллельны. Каждая пара опор соединена с инерционным корпусом на одном конце и соединена с инерционной пластиной 20 своими нижними концами. Устройство может подниматься или опускаться относительно инерционного корпуса с помощью лебедок и/или гидравлических средств (не показаны). Оптимальная глубина пластины в воде составляет приблизительно 9 метров.

Фиг. 3а-3с являются подробными изображениями инерционного корпуса 1. Инерционный корпус 1 является по существу полым судном, имеющим, по меньшей мере, два шарнирных соединения 24 с каждой стороны для связи с понтонами 2, 3. Также предусмотрены элементы зацепления 26 для линейных насосов 10, которые крепятся между указанными элементами зацепления 26 и соответствующими элементами зацепления 26а на понтонах 2, 3. Насосы 10 работают, выдвигаясь и сжимаясь при относительном движении между инерционным корпусом 1 и соответствующими понтонами 2, 3, вырабатывая гидравлическое давление в гидравлической сети, которая подробно показана в фиг. 4 и 5.

Гидравлическая сеть предусмотрена для извлечения энергии из волн или океанской зыби манипулированием энергией гидравлического давления от относительного движения подвижных понтонов 2, 3. Для каждого понтона 2, 3 предусмотрена одна гидравлическая сеть. Каждая гидравлическая сеть содержит по меньшей мере два насоса 10, первые аккумуляторы 32 для приема энергии гидравлического давления, когда каждый насос 10 выводится с силой из выдвинутого положения (положение А, фиг. 4) в отведенное назад положение (положение В, фиг. 4), вторые аккумуляторы 34 для приема энергии гидравлического давления, когда каждый насос 10 с силой выводится из отведенного назад положения в выдвинутое положение, напорный трубопровод 35 и ряды нижних клапанов 37 и запорных клапанов 39, обеспечивающих накопление такой энергии в трубопроводе 35. В одной части сети хранящаяся гидравлическая среда, например масло, используется для передачи энергии, а в другой части сети в качестве гидравлической среды используется морская вода. Две среды разделяются барьером переноса 40, расположенным в каждом аккумуляторе 32, 34. Каждый аккумулятор содержит контейнер емкостью 28 литров, рассчитанный на давление 345 бар. В особенно целесообразном устройстве каждый первичный двигатель имеет три насоса впереди и два насоса сзади, и они могут распределяться между двумя сетями гидравлической системы.

Как подробно описано в фиг. 4 и 5, когда линейный насос 10 приводится в действие движением понтона, это действие вытесняет до 5 галлонов (22,74 литра). Морская вода всасывается в первый аккумулятор 32 через нижний клапан 37, действующий в одном направлении, отрицательным давлением (вакуумом), создаваемым перемещением насоса от А до В. Гидравлическое масло вытесняется из насоса во второй аккумулятор 34, вытесняя морскую воду на другую сторону барьера переноса 40 через запорный клапан в напорный трубопровод 35, который рассчитан на 300 бар. Наоборот, когда насос 10 передвигается от В до А, морская вода всасывается от противоположного нижнего клапана 37 во второй аккумулятор 34, и энергия гидравлического давления вытесняет морскую воду в первом аккумуляторе 32 через свой соответствующий запорный клапан 39 в трубопровод 35. Вследствие возвратно-поступательного перемещения насоса 10 энергия давления накапливается в трубопроводе 35 для регулируемого использования. Морская вода под давлением может подаваться регулируемо на приводные турбины для превращения энергии давления в электрическую энергию, или может использоваться непосредственно в установку обратного осмоса для опреснения воды.

Извлеченная энергия давления также может применяться для изменения характеристик демпфирования первичного двигателя путем варьирования относительной свободы перемещения понтонов 2, 3 относительно инерционного корпуса 1. Приложение противодавления к насосам 10 увеличивает общую жесткость первичного двигателя. Эта жесткость в свою очередь влияет на изменение параметров демпфирования конструкции и на общий коэффициент полезного действия энергии первичного двигателя. Активно регулируя противодавление, воздействующее на насосы 10, использованием обычных технологий регулирования, можно получать необходимую эффективную энергию и параметры демпфирования первичного двигателя соответственно преобладающей погоде, высоте волны и амплитуде волны и океанской зыби.

Настоящее изобретение особенно применимо в островных и прибрежных поселениях, где есть дефицит питьевой воды. Изобретение легко приспосабливается для выработки энергии или может использоваться для непосредственного производства питьевой воды. В изобретении используется минимальное количество подвижных частей, оно обладает прочностью и позволяет уменьшить общую стоимость и затраты на эксплуатацию первичных двигателей. Средство варьирования противодавления в гидравлической системе обеспечивает меняющееся демпфирование. Противодавление может регулироваться использованием цепи обратной связи, управляемой клапаном, что можно осуществлять средствами дистанционного управления. Первичный двигатель может использоваться независимо или может быть связан с несколькими другими первичными двигателями, управляемыми дистанционно стандартными технологиями управления и телеметрии.

Разумеется, понятно, что настоящее изобретение не ограничивается конкретными описанными здесь деталями, которые даются здесь только в качестве примера, и возможны модификации и изменения в пределах объема изобретения, определенного в прилагаемых пунктах патентования.

Двигатель предназначен для преобразования энергии волн. Двигатель, работающий от энергии волн, содержит пару понтонов, соединенных с центральной инерционной баржой, причем каждый понтон имеет возможность поворотного движения относительно баржи под воздействием океанской зыби или волн. Насос, подсоединенный между каждым понтоном и баржой, превращает движение понтона в энергию давления воды. Предусмотрен усовершенствованный механизм отбора энергии и демпфирования для преобразования поступающей энергии, колеблющейся с низкой частотой, в форму колебаний с более высокой частотой для работы в генераторе, турбине, установке обратного осмоса и тому подобное. Гидравлическая сеть используется для выпрямления поступающей энергии в однонаправленную форму для подачи в виде непрерывного потока воды под давлением для выполнения работы. Устройство позволяет обеспечить выработку энергии, а также может быть использовано для непосредственного производства питьевой воды. 10 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Механизм отбора энергии и демпфирования для первичного двигателя, работающего от энергии волн, имеющий, по меньшей мере, два понтона (2, 3), которые перемещаются один относительно другого для выполнения работы приведением в действие насоса, отличающийся тем, что он содержит средство для превращения движения понтонов в энергию гидравлического давления, причем указанное средство содержит, по меньшей мере, один линейный масляный насос (10), который переносит энергию через барьер переноса (40) в морскую воду, средства (32, 34, 37, 39) для выпрямления энергии давления в однонаправленную форму и средство управления для регулирования энергии давления. 2. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что имеет, по меньшей мере, два подвижных понтона, соединенных с плавучим инерционным корпусом (1), причем каждый понтон выполнен с возможностью независимого перемещения относительно инерционного корпуса, в котором, по меньшей мере, один линейный масляный насос подсоединен между каждым подвижным понтоном и инерционным корпусом. 3. Механизм по п. 2, отличающийся тем, что он имеет средство демпфирования, включающее средство обратной связи для варьирования параметров демпфирования понтонов, причем средство демпфирования содержит средство изменения свободы перемещения одного или каждого понтона относительно инерционного корпуса, путем изменения противодавления, воздействующего на один или на каждый линейный насос. 4. Механизм по п. 3, отличающийся тем, что средство обратной связи содержит множество регулируемых клапанов для регулирования противодавления в одном или каждом линейном масляном насосе, тем самым, варьируя параметры демпфирования, путем изменения относительного движения между инерционным корпусом и каждым понтоном, имеющим возможность независимого перемещения. 5. Механизм по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что средства выпрямления содержат множество обратных клапанов (37, 39), действующих сопряженно, по меньшей мере, с одним аккумулятором давления (32, 34). 6. Механизм по любому из пп. 2-5, отличающийся тем, что он включает, по меньшей мере, одну гидравлическую сеть для извлечения энергии гидравлического давления из относительного движения понтонов, содержащую, по меньшей мере, один линейный масляный насос, подсоединенный между инерционным корпусом и понтоном, и напорный трубопровод (35), в котором энергия гидравлического давления, переносимая от насоса по гидравлическим линиям, накапливается при движении насоса между выдвинутым положением и отведенным назад положением. 7. Механизм по п. 6, отличающийся тем, что для каждого насоса, сеть включает первый аккумулятор для приема энергии гидравлического давления, когда насос заставляют перемещаться из выдвинутого положения в отведенное назад положение, второй аккумулятор для приема энергии гидравлического давления, когда насос перемещается из отведенного назад положения в выдвинутое положение, и множество запорных клапанов, обеспечивающих отвод энергии, извлекаемой из насоса, в напорный трубопровод. 8. Механизм по п. 7, отличающийся тем, что гидравлическая сеть разделена на две части, одна из которых использует запасенное гидравлическое масло, а другая использует морскую воду, на которой плавает первичный двигатель, причем обе части изолированы одна от другой барьером переноса, расположенным в каждом аккумуляторе. 9. Механизм по любому из пп. 6-8, отличающийся тем, что множество насосов подсоединяются к напорному трубопроводу. 10. Механизм по любому из пп. 6-9, отличающийся тем, что напорный трубопровод выполнен с возможностью обеспечения воды под давлением для приведения в действие турбины, чтобы извлекать электрическую энергию, или подачи воды под высоким давлением в установку обратного осмоса с целью изготовления питьевой воды из морской воды. 11. Механизм по любому из пп. 2-10, отличающийся тем, что инерционный корпус первичного двигателя включает инерционную пластину (20), предназначенную для ограничения вертикального перемещения инерционного корпуса в воде.