ВОЛНОВАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2011 года по МПК F03B13/18 

Изобретение относится к области получения электрической энергии от колебания волны водной поверхности.

Известна гидроэлектростанция по патенту RU 2078988 С1, 10.05.1997, F03B 13/22, которая состоит из вертикальной опоры под уровнем воды, на которой шарнирно закреплены два вертикальных щита, в которых установлены два горизонтальных патрубка с гидроагрегатами. Недостатком известного устройства является малая мощность, развиваемая установкой, большие капитальные затраты, которые необходимо сделать, чтобы установка функционировала, трудности обслуживания.

Известна волновая плавучая гидроэлектростанция по патенту RU 2086800 С1, 10.08.1997, F03B 13/16, которая содержит плавучую опору с регулируемой плавучестью. На поле размещены насосы двойного действия. Недостатком этого устройства является малая развиваемая мощность, быстрый износ в связи с взаимодействием преобразующей системы с водой, низкая эффективность преобразования энергии волн в электроэнергию.

Известна волновая модульная гидроэлектростанция по патенту RU 2166124 С2, 27.04.2001, F03B 13/18, которая предназначена для преобразования энергии качки плавающего средства в электрическую энергию путем поочередного движения жидкости через гидравлические турбины. Недостатки этого устройства следующие:

1. Устройство обязательно должно быть закреплено на дне водоема, но возможны случаи применения, когда дно водоема находится на большой глубине.

2. Элементы устройства функционируют в агрессивной среде, что ведет к быстрому износу деталей и выходу из строя.

3. Устройство не имеет средств для объединения в более мощные комплексы и для автоматического диагностирования;

4. Устройство использует энергию перемещения поверхности волн относительно друг друга и не использует энергию перемещения волн относительно неподвижной поверхности;

5. Устройство громоздко, материалоемко и малоэффективно.

Из уровня техники известна волновая гидроэлектростанция, принятая за прототип, содержащая генератор электроэнергии, волновой преобразователь энергии, включающий герметичную оболочку, к которой закреплен цилиндр с поршнем, систему клапанов и трубопроводов, преобразователь поступательного движения рабочей жидкости, при этом вал преобразователя присоединен к генератору электрической энергии (см. US 6226989 B1, 08.05.2001, F03B 13/12). Недостатком гидроэлектростанции является то, что устройство не имеет средств для объединения в более мощные комплексы и для автоматического диагностирования; устройство громоздко, материалоемко и малоэффективно.

Задачей изобретения является создание волновой электростанции, которая использует не только энергию перемещения поверхности волн относительно друг друга, но и энергию перемещения волн относительно неподвижной поверхности.

Технический результат заключается в повышении мощности и обеспечении возможности автоматического диагностирования и управления станцией.

Технический результат достигается тем, что в волновой гидроэлектростанции, содержащей генератор электрической энергии, волновой преобразователь энергии, включающий герметичную оболочку, к которой закреплен цилиндр с поршнем, систему клапанов и трубопроводов, преобразователь поступательного движения рабочей жидкости, при этом вал преобразователя присоединен к генератору электрической энергии, согласно изобретению в нее дополнительно введены волновые преобразователи энергии, причем оболочки волновых преобразователей энергии для увеличения взаимодействия с поверхностью волны между собой соединены силовыми веревками с нанизанными на них цилиндрами, выполненными легче воды, преобразователь поступательного движения рабочей жидкости входом подключен к выходу цилиндра, выполненному в его нижней полости, а выходом - к верхней полости этого же цилиндра, при этом в поршне установлены клапаны, генератор электрической энергии подключен к силовому выпрямителю и к информационному выпрямителю, подключенных к герметичному разъему, установленному на оболочке, а поршень подсоединен к тросу или к негибкой штанге, на тросе закреплены динамические стабилизаторы, на конце троса расположены груз и донные крепления, между тросом и поршнем крепится регулирующая муфта, силовые выпрямители объединены линией, подключены к преобразователю в трехфазное переменное напряжение, к преобразователю воды с помощью электрической энергии в сжиженный водород и сжиженный кислород, опреснителю воды, который подключен к водозаборнику, причем система управления содержит цифровой процессор, устройство ввода и вывода данных, подключенных к управляющим входам и информационным выходам информационного выпрямителя, водозаборника, преобразователя воды и преобразователя в трехфазное переменное напряжение.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 изображен общий вид волнового преобразователя энергии; на фиг.2 изображен волновой преобразователь энергии с дополнительными оболочками; на фиг.3 - схема размещения оболочек; на фиг.4 изображена общая схема волновой гидроэлектростанции.

Волновой преобразователь энергии 1, находящийся на поверхности воды 2, имеет герметичную оболочку 3, на которой находится крепление 4 и герметичный электрический разъем 5. К оболочке 3 крепится цилиндр 6, в котором находится подвижный поршень 7, имеющий клапана 8. Поршень 7 соединен с пружиной 9, которая соединена с верхним дном 10 цилиндра 6, который имеет клапан 11, к которому подключен трубопровод 12, подключенный к преобразователю движения жидкости во вращение 13, другой трубопровод 14 подключен к отверстию нижнего днища цилиндра 6. В нижнем днище цилиндра 6 проходит шток 16, загерметизированный сальником 17. Вал преобразователя 13 подсоединен к генератору электрической энергии 18, подключенному к силовому выпрямителю 19 и информационному выпрямителю 20, подключенному к разъему 5. Шток 16 может быть прикреплен к гибкому тросу 21 (если волновой преобразователь энергии 1 однонаправленного действия) или негибкой штанге (если волновой преобразователь энергии 1 двухнаправленного действия - привод при движении вверх-вниз), посредством регулируемой по длине муфты 22. На трос 21 крепится верхний стабилизатор 23. На трос 21 также крепится динамический стабилизатор 24. При движении вниз они занимают положение Б (закрытое положение), под действием внутренней пружины. При движении вверх занимают положение А (раскрытое положение). Таких динамических преобразователей 24 на тросе 21 может быть заданное количество. В нижней части троса 21 крепится нижний стабилизатор 25 с грузом 26, на котором находятся крепления 27 зацепления за дно (или донное приспособление).

На фиг.2 изображен вариант волнового преобразователя энергии 1 с дополнительными оболочками 3 для увеличения поверхности взаимодействия с водой. Здесь же показаны горизонтальные веревки 28, 29 с нанизанными на них в виде бус легче воды полых цилиндров 30 для предотвращения (уменьшения) сближения оболочек 3 между собой. Между собой волновой преобразователь энергии 1 и дополнительные оболочки скреплены стержнями 31. Разъемы 5 объединены в линию 32 (W).

На фиг.4 изображена общая схема волновой гидроэлектростанции 33. Здесь генераторы 18 подключены к информационному выпрямителю 20 и силовому выпрямителю 19, которые объединены в соответствующую линию 32 и подключены к преобразователю постоянного напряжения в 3-х фазное переменное напряжение 34 (Ф₀, Ф₁ Ф₂,Ф₃), к преобразователю воды с помощью электрической энергии в сжиженный водород и кислород 35, к опреснителю воды 36, который и преобразователь воды 35 подключены к водозаборнику 37. Цифровой процессор 38 входит в систему управления 39 и подключен к дисплею 40 и к клавиатуре 41. Система управления 39 подключена к управляющим входам и информационным выходам информационного выпрямителя 20, водозаборника 37, опреснителя воды 36, преобразователя воды 35, преобразователя постоянного напряжения 34.

Устройство работает следующим образом. Поверхность воды 2 уходит вниз. Оболочка 3 также идет вниз. Пружина 9 подтягивает поршень 7 вверх. Рабочая жидкость через клапаны 8 заполняет полость между поршнем 7 и нижним днищем цилиндра 6. Поверхность воды идет вверх, оболочка 3 идет вверх, раскрывается динамический стабилизатор 24, не давая тросу 21 перемещаться вверх. Поршень 7 относительно цилиндра 6 идет вниз, клапаны 8 заперты, рабочая жидкость выталкивается в преобразователь движения жидкости во вращение 13 по трубопроводу 14 и далее по трубопроводу 12 через клапан 11 в полость над поршнем 7. Преобразователь движения жидкости 13 вращает генератор электрической энергии 18, вырабатывая переменное напряжении. Если трос 21 с помощью крепления 27 закреплен ко дну, то с помощью муфты 22 осуществляется регулирование глубины погружения оболочки 3. Если вместо троса 21 применяется негибкая штанга и соответствующие пропускные клапаны, то преобразователь движения жидкости 13 осуществляет вращение генератора электрической энергии 18 как при движении поверхности воды вверх, так и вниз. В этом случае динамический стабилизатор 24 может быть постоянно открытым. Стабилизаторы 23, 25 удерживают трос 21 или штангу в вертикальном положении. При большем количестве оболочек 3 (фиг.2) на трос 21 возможно приложение большего усилия. Цилиндры 30 удерживают оболочки волнового преобразователя энергии 1 от сближения (фиг.3). Напряжение от генератора 18 проходит на силовой выпрямитель 19 (фиг.4), в линиях 32 суммируется и далее подается на преобразователь постоянного напряжения 34, который для потребителя формирует переменное трехфазное напряжение (Ф₀, Ф₁, Ф₂, Ф₃). Напряжение подается также на преобразователь воды 35, который вырабатывает сжиженный водород и сжиженный кислород, накапливая тем самым энергию. Напряжение также подается на опреснитель воды 36, который делает из соленой пресную воду. Оператор посредством клавиатуры 41 набирает необходимые команды для управления волновой гидроэлектростанцией 33. Информационные данные оператор считывает с дисплея 40. Система управления 39 посредством цифрового процессора 38 осуществляет контроль работоспособности генератора электрической энергии 18 и управления водозаборником 37, опреснителем воды 36, преобразователем воды 35, преобразователем постоянного напряжения 34.

Изобретение относится к области получения электрической энергии от колебания волны водной поверхности. Волновая гидроэлектростанция содержит волновые преобразователи энергии 1, оболочки 3 которых соединены силовыми веревками с нанизанными на них цилиндрами. Преобразователь поступательного движения рабочей жидкости 13 входом подключен к выходу цилиндра 6, выполненному в его нижней полости, а выходом к верхней полости этого же цилиндра 6. В поршне 7 установлены клапаны 8, генератор электрической энергии 18 подключен к силовому выпрямителю 19 и к информационному выпрямителю 20, подключенных к герметичному разъему 5, установленному на оболочке 3. Поршень 7 подсоединен к тросу 21 или к негибкой штанге. На тросе 21 закреплены динамические стабилизаторы 24, на конце троса 21 расположены груз 26 и донные крепления 27, между тросом 21 и поршнем 7 крепится регулирующая муфта 22, силовые выпрямители 19 объединены линией, подключены к преобразователю в трехфазное переменное напряжение, к преобразователю воды с помощью электрической энергии в сжиженный водород и сжиженный кислород, опреснителю воды, который подключен к водозаборнику. Изобретение направлено на повышение мощности и обеспечение возможности автоматического диагностирования и управления станцией. 4 ил.

Волновая гидроэлектростанция, содержащая генератор электрической энергии, волновой преобразователь энергии, включающий герметичную оболочку, к которой закреплен цилиндр с поршнем, систему клапанов и трубопроводов, преобразователь поступательного движения рабочей жидкости, при этом вал преобразователя присоединен к генератору электрической энергии, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены волновые преобразователи энергии, причем оболочки волновых преобразователей энергии для увеличения взаимодействия с поверхностью волны между собой соединены силовыми веревками с нанизанными на них цилиндрами, выполненными легче воды, преобразователь поступательного движения рабочей жидкости входом подключен к выходу цилиндра, выполненному в его нижней полости, а выходом к верхней полости этого же цилиндра, при этом в поршне установлены клапаны, генератор электрической энергии подключен к силовому выпрямителю и к информационному выпрямителю, подключенных к герметичному разъему, установленному на оболочке, а поршень подсоединен к тросу или к негибкой штанге, на тросе закреплены динамические стабилизаторы, на конце троса расположены груз и донные крепления, между тросом и поршнем крепится регулирующая муфта, силовые выпрямители объединены линией, подключены к преобразователю в трехфазное переменное напряжение, к преобразователю воды с помощью электрической энергии в сжиженный водород и сжиженный кислород, опреснителю воды, который подключен к водозаборнику, причем система управления содержит цифровой процессор, устройство ввода и вывода данных, подключенных к управляющим входам и информационным выходам информационного выпрямителя, водозаборника, преобразователя воды и преобразователя в трехфазное переменное напряжение.