ПОПЛАВКОВАЯ ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2018 года по МПК F03B13/20 F03B13/14 

Поплавковая волновая электростанция (варианты).

Изобретение относится к производству электроэнергии путем преобразования энергии волн без отрицательного воздействия на окружающую среду.

Аналогом является, например, поплавковая волновая электростанция (патент РФ №2513070, опубликованный 20.04.2014). Установка содержит обтекаемый герметичный поплавок, маятник, прикрепленный к одному концу троса, который переброшен через блок, а ко второму концу троса присоединен якорь. К оси блока присоединен ротор генератора с постоянными магнитами, а статор генератора закреплен на поплавке.

Наиболее близка к предлагаемой поплавковой волновой электростанции поплавковая волновая электростанция (варианты) (патент №2567916, опубликованный 10.11.2015). Поплавковая волновая электростанция содержит обтекаемый, герметичный поплавок, установленный на поплавке электрический генератор, ротор которого соединен с осью двух барабанов. На один из барабанов намотан трос, переброшенный через блок, закрепленный на носовой части поплавка, и конец этого троса прикреплен к якорю. На другой барабан намотан трос, переброшенный через блок, закрепленный на кормовой части поплавка, и конец этого троса прикреплен к вертикальному маятнику. При этом направление намотки на барабаны траса, прикрепленного к якорю, и троса, прикрепленного к маятнику, противоположное. В прототипе между ротором генератора и осью барабанов может быть установлен мультипликатор. Кроме того, в прототипе на носовой части поплавка может быть установлена стойка, на которой закреплены неподвижные блоки полиспаста, к крюковой обойме подвижных блоков полиспаста прикреплен один конец якорной цепи, а второй конец цепи прикреплен к якорю. Один конец троса, переброшенного через неподвижные и подвижные блоки полиспаста, прикреплен к стойке, а второй конец этого троса намотан на один из двух барабанов, валы которых соединены с ротором электрического генератора. На второй барабан намотан трос, прикрепленный к маятнику. При этом направление намотки на барабаны троса полиспаста и троса, прикрепленного к маятнику, противоположное.

Недостатком прототипа являются неработоспособность поплавковой волновой электростанции в условиях открытого моря с большими глубинами, так как для работы прототипа необходим установленный на дне водоема якорь, а установка на дно якоря на больших глубинах моря практически невозможна, поскольку трос или якорная цепь имеют большой собственный вес, под действием которого могут оборваться.

Предлагаемое изобретение позволит поплавковой волновой электростанции вырабатывать электроэнергию в открытом море на любых глубинах водоема, при этом для работы электростанции не нужен установленный на дно якорь.

Это достигается тем, что в поплавковой волновой электростанции, содержащей обтекаемый герметичный поплавок, электрический генератор, ротор которого соединен с осью двух барабанов, на один из которых намотан трос, переброшенный через блок, установленный на кормовой части поплавка, и конец этого троса прикреплен к вертикальному маятнику, а на другой барабан намотан трос, переброшенный через блок, установленный на носовой части поплавка, при этом направление намотки тросов на барабаны противоположное, на конце троса переброшенного через блок, установленный на носовой части поплавка, прикреплена горизонтально расположенная пластина с противовесом, а на поплавке в носовой и кормовой части закреплены демпферы, через которые проходят тросы, прикрепленные к маятнику и к горизонтально расположенной пластине, и на каждом тросе ниже демпферов закреплены упоры.

Для упрощения технологических операций площадь прикрепленной к тросу пластины следует уменьшить, для этого к тросу нужно прикрепить две или большее число горизонтально расположенных пластин, смещенных в вертикальном направлении и соединенных стержнями, при этом противовес должен быть прикреплен к нижней пластине.

Мощность поплавковой волновой электростанции увеличится, если вместо плоских пластин к концу троса прикрепить одну или более пар соединенных вместе обечаек, вогнутых в разные стороны, при этом противовес должен быть прикреплен к нижней обечайке.

Масса и габариты маятника и электрического генератора при той же самой мощности электростанции уменьшатся, если на носовой части поплавка установить стойку с неподвижными блоками полиспаста, а подвижные блоки закрепить на крюковой обойме, и через подвижные и неподвижные блоки полиспаста перебросить трос, прикрепленный к стойке полиспаста, к гаку крюковой обоймы полиспаста прикрепить один конец цепи, проходящей через демпфер, установленный на носовой части поплавка, а другой конец цепи прикрепить к горизонтально расположенной пластине с противовесом, и на цепи ниже демпфера закрепить упор.

На фиг. 1, 2 и 3 показана схема предлагаемой поплавковой волновой электростанции и положение поплавковой электростанции на спокойной поверхности воды. На фиг. 4 - работа поплавковой волновой электростанции при подъеме поплавка на гребень волны. На фиг. 5 показана работа поплавковой волновой электростанции при спуске поплавка с гребня волны. На фиг. 6 показана поплавковая волновая электростанция с мультипликатором. На фиг. 7 показана схема поплавковой волновой электростанции с двумя погружными пластинами в качестве «плавучего якоря», с установленным на палубе полиспастом. На фиг. 8 показана поплавковая волновая лектростанция с погружными обечайками. На фиг. 9 показана поплавковая волновая электростанция с установленным на палубе полиспастом.

На фиг. 1 показан вид поплавковой волновой электростанции с носовой части, на фиг. 2 сечение между корпусами поплавка по линии А-А, а на фиг. 3 вид сверху. Изображенная на фиг. 1, 2 и 3 поплавковая волновая электростанция имеет двухкорпусной герметичный поплавок 1, разделенный водонепроницаемыми переборками на отсеки. Каждый корпус поплавка 1 имеет киль 2. Корпусы поплавка 1 соединены общей палубой 3. На каждом корпусе поплавка в кормовой части закреплен парус 4. В кормовой части поплавковой волновой электростанции на палубе 3 установлен блок 5, через который переброшена трос 6 (возможно также канат или цепь). Один конец троса 6 прикреплен к маятнику 7, погруженному в воду, а другой конец троса 6 намотан на барабан 8. На одной оси с барабаном 8 установлен барабан 9, на который намотан конец троса (каната или цепи) 10, при этом направление намотки троса 10 на барабан 9 противоположное направлению намотки троса 6 на барабан 8. Трос 10 переброшен через блок 11, установленный на палубе 3 в носовой части, и к концу троса 10 на стропах 12 прикреплена горизонтально расположенная пластина 13. В центре к пластине 13 прикреплен противовес 14, который удерживает пластину 13 в горизонтальном положении. К палубе 3 в кормовой части прикреплен демпфер 15, который выполнен, например, в виде плоской пружины. Можно также выполнить демпфер в виде стальной цилиндрической пружины или обрезиненного тора. Трос 6 проходит через проушину в демпфере 15. На тросе 6 закреплен упорный диск 16, диаметр которого больше диаметра проушины в демпфере 15. В носовой части к палубе 3 прикреплен демпфер 17. Через проушину в демпфере 17 проходит трос 10. На тросе 10 закреплен упорный диск 18, диаметр которого больше диаметра проушины в демпфере 17. К общему валу барабанов 8 и 9 присоединен вал электрического генератора 19.

Поплавковая волновая электростанция работает следующим образом. Вес маятника 7 должен превышать вес пластины 13 с противовесом 14. Пластина 13 должна быть легкой, например, выполнена из плотной ткани, натянутой на каркас, либо из тонкого листа стали. Маятник 7 своим весом создает силу натяжения троса 6, сматывая трос 6 с барабана 8. Одновременно барабан 9, вращаясь вместе с барабаном 8, наматывает трос 10 и поднимает пластину 13 с противовесом 14. В исходном состоянии, при отсутствии волны опускание маятника 7 и подъем пластины 13 с противовесом 14 продолжается до тех пор, пока упорный диск 18, закрепленный на тросе 10, не упрется в демпфер 17. Демпфер 17 должен быть достаточно жестким, чтобы остановить подъем пластины 13, и мягким, чтобы демпфировать возможные удары упорного диска 18 о демпфер 17 при работе на волне. Положение элементов электростанции при отсутствии волн не изменяется и электроэнергия не вырабатывается.

При подходе волны носовая часть поплавка 1 под действием силы Архимеда всплывает на гребень волны (фиг. 4). Гидравлическое сопротивление, действующее на пластину 13 при перемещении пластины 13 в вертикальном направлении, и присоединенная масса воды не позволяет пластине 13 перемещаться вверх вместе с корпусом 1. За счет силы гидравлического сопротивления, действующего на пластину 13, длина части троса 10 от пластины 13 до блока 11 увеличивается, трос 10 сматывается с барабана 9, вращая барабаны 9, 8 и ротор генератора 19. При этом трос 6 наматывается на барабан 8, поднимая маятник 7. При вращении ротора электрический генератор 19 преобразует механическую энергию в электрическую энергию, которую можно снять с обмотки статора генератора 19.

При спуске поплавка 1 с гребня волны (фиг. 5) носовая часть поплавка 1 опускается. Пластина 13, из-за действующих на нее сил гидравлического сопротивления, опускается медленнее носовой части поплавка 1 и натяжение троса 10 уменьшается. Под действием силы тяжести маятник 7 опускается и трос 6 сматывается с барабана 8, вращая барабан 8. Вместе с барабаном 8 вращается барабан 9 и ротор генератора 19. Барабан 9 наматывает ослабевший трос 10, а генератор 19 преобразует механическую энергию вращения ротора в электрическую.

Как видно из описания предлагаемой поплавковой волновой электростанции в отличие от прототипа для работы электростанции не нужен установленный на дне водоема якорь. Пластина 13 с противовесом 14 во время колебания на волнах корпуса 1 в вертикальном направлении остается примерно в одном и том же положении и служит «плавучим якорем». Таким образом, предлагаемая поплавковая волновая электростанция способна работать в открытом море с большими глубинами.

Как и в прототипе для увеличения частоты вращения электрического генератора 19 и уменьшения массы и габаритов генератора между осью барабанов 8 и 9 и ротором генератора 19 можно установить мультипликатор 20 (фиг. 6).

Мощность поплавковой волновой электростанции зависит от силы гидравлического сопротивления, действующей на пластину 13 и трос 10 при колебаниях поплавка 1 на волнах, и для работы волновой поплавковой электростанции большой мощности необходима пластина 13 большой площади, на которую при вертикальном перемещении будет действовать большая сила гидравлического сопротивления. Пластина большой площади будет создавать технологические сложности при ее подъеме на палубу электростанции и перевозке. Для уменьшения площади пластины 13 к ней можно прикрепить дополнительно одну или большее число пластин, смещенных относительно друг друга в вертикальном направлении. На фиг. 7 к пластине 13 с помощью стержней 21 прикреплена дополнительная пластина 22. При этом противовес 14, обеспечивающий горизонтальное положение пластин 13 и 22, должен быть прикреплен к нижней пластине 22. При колебаниях поплавка 1 и вертикальном перемещении пластин 13 и 22 силы гидравлического сопротивления, действующие на пластины 13 и 22, суммируются, поэтому для получения одинаковой силы гидравлического сопротивления площадь каждой из пластин 13 и 22 на фиг .7 можно уменьшить по сравнению с площадью одной пластины 13 на фиг. 1-3.

Мощность поплавковой волновой электростанции можно увеличить за счет увеличения силы гидравлического сопротивления, действующей на пластины 13 и 22 и приложенной к тросу 10. Для этого каждую из пластин 13 и 22 можно заменить на две обечайки 23, 24, вместо пластины 13, и обечайки 25, 26 вместо пластины 22, вогнутые в различные стороны и соединенные вместе стержнями 21 (фиг. 8). Вогнутая форма обечаек 23, 24, 25 и 26 увеличит гидравлическое сопротивление, действующее на обечайки 23-26 при колебаниях поплавка 1 на волнах, и приложенное к тросу 10. Увеличение силы, приложенной к тросу 10, увеличивает механическую энергию, которую электрический генератор 19 преобразует в электрическую, значит, мощность поплавковой волновой электростанции увеличивается.

Массу и габариты маятника 7, а также генератора 19 при той же самой мощности поплавковой волновой электростанции можно снизить при использовании полиспаста (фиг. 9), который состоит из установленной в носовой части поплавка 1 стойки 27 с неподвижными блоками 28 и крюкового захвата 29 с подвижными блоками 30. Трос 10, намотанный на барабан 9, проходит через неподвижные блоки 28 и подвижные блоки 30 и прикреплен к стойке 27. Крюковый захват 29 прикреплен к цепи 31, к концу которой присоединены стропы 12. При колебаниях поплавка 1 на волне обечайки 23-26 удерживается силами гидравлического сопротивления примерно на одной глубине. Расстояние от стойки 27 до крюкового захвата 29 изменяется, что вызывает смещение троса 10 на блоках 28 и 29. Поскольку на фиг. 7 используется скоростной полиспаст с передаточным числом 4, смещение троса 10 будет в 4 раза больше, чем смещение крюкового захвата 29 относительно стойки 21. Увеличение смещения троса 10 приведет к увеличению частоты вращения барабанов 8 и 9 с ротором электрического генератора 19, и следовательно уменьшению массы и габаритов генератора 19. Кроме того, при увеличении смещения троса 10 увеличится смещение троса 6 и амплитуда перемещения маятника 7, значит, для поплавковой волновой электростанции можно будет уменьшить вес маятника 7.

Предлагаемая поплавковая волновая электростанция может быть использована для получения электроэнергии в открытом море при дрейфе электростанции, где глубины не позволяют использовать установку электростанции на якоре. Электроэнергия, вырабатываемая на электростанции, может использоваться, например, для работы опреснительной установки и хранения пресной воды в трюмах поплавка, либо для электролиза воды и получения водорода и кислорода, которые также можно накапливать во внутренних помещениях поплавка.

Изобретение относится к производству электроэнергии путем преобразования энергии волн без отрицательного воздействия на окружающую среду. Предложена поплавковая волновая электростанция, которая содержит обтекаемый герметичный поплавок удлиненной формы, электрический генератор, ротор которого соединен с осью двух барабанов, на один из которых намотан трос, переброшенный через блок, установленный на кормовой части поплавка, и конец этого троса прикреплен к вертикальному маятнику, а на другой барабан намотан трос, переброшенный через блок, установленный на носовой части поплавка, при этом направление намотки тросов на барабаны противоположное, на конце троса, переброшенного через блок, установленный на носовой части поплавка, с помощью строп прикреплена по меньшей мере одна горизонтально расположенная пластина с противовесом, а на поплавке в носовой и кормовой частях закреплены демпферы, через которые проходят тросы, прикрепленные к маятнику и к горизонтально расположенной пластине с противовесом, и на каждом тросе ниже демпферов закреплены упоры. Предложены также варианты выполнения волновой электростанции с парами обечаек, вогнутых в разные стороны, вместо пластин и иным выполнением связи обечаек с поплавком в носовой его части. Изобретение позволит поплавковой волновой электростанции вырабатывать электроэнергию в открытом море на любых глубинах водоема без применения установленного на дно якоря. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Поплавковая волновая электростанция, содержащая обтекаемый герметичный поплавок удлиненной формы, электрический генератор, ротор которого соединен с осью двух барабанов, на один из которых намотан трос, переброшенный через блок, установленный на кормовой части поплавка, и конец этого троса прикреплен к вертикальному маятнику, а на другой барабан намотан трос, переброшенный через блок, установленный на носовой части поплавка, при этом направление намотки тросов на барабаны противоположное, мультипликатор, отличающаяся тем, что на конце троса, переброшенного через блок, установленный на носовой части поплавка, с помощью строп прикреплена горизонтально расположенная пластина с противовесом, а на поплавке в носовой и кормовой частях закреплены демпферы, через которые проходят тросы, прикрепленные к маятнику и к горизонтально расположенной пластине с противовесом, и на каждом тросе ниже демпферов закреплены упоры.

2. Поплавковая волновая электростанция по п. 1, отличающаяся тем, что на конце троса, переброшенного через блок, установленный на носовой части поплавка, с помощью строп прикреплены две или более горизонтально расположенные пластины, смещенные в вертикальном направлении и соединенные стержнями, при этом противовес прикреплен к нижней пластине.

3. Поплавковая волновая электростанция, содержащая обтекаемый герметичный поплавок удлиненной формы, электрический генератор, ротор которого соединен с осью двух барабанов, на один из которых намотан трос, переброшенный через блок, установленный на кормовой части поплавка, и конец этого троса прикреплен к вертикальному маятнику, а на другой барабан намотан трос, переброшенный через блок, установленный на носовой части поплавка, при этом направление намотки тросов на барабаны противоположное, мультипликатор, отличающаяся тем, что на конце троса, переброшенного через блок, установленный на носовой части поплавка, с помощью строп прикреплены горизонтально расположенные одна или более пар обечаек, вогнутых в разные стороны, при этом противовес прикреплен к нижней обечайке, а на поплавке в носовой и кормовой частях закреплены демпферы, через которые проходят тросы, прикрепленные к маятнику и обечайкам, и на каждом тросе ниже демпферов закреплены упоры.

4. Поплавковая волновая электростанция, содержащая обтекаемый герметичный поплавок удлиненной формы, электрический генератор, ротор которого соединен с осью двух барабанов, на первый из которых намотан трос, переброшенный через блок, установленный на кормовой части поплавка, и конец этого троса прикреплен к вертикальному маятнику, отличающаяся тем, что на носовой части поплавка установлена стойка, на стойке установлены неподвижные блоки полиспаста, а подвижные блоки полиспаста закреплены на крюковой обойме, и через подвижные и неподвижные блоки полиспаста переброшен трос, один конец которого прикреплен к стойке полиспаста, а другой намотан на второй барабан, при этом направление намотки тросов на барабаны противоположное, а к гаку крюковой обоймы полиспаста прикреплен конец цепи, к другому концу которой с помощью строп прикреплены горизонтально расположенные одна или более пар обечаек, вогнутых в разные стороны, при этом к нижней обечайке прикреплен противовес, а на поплавке в носовой и кормовой частях закреплены демпферы, через которые проходят трос, прикрепленный к маятнику, и цепь, прикрепленная к гаку крюковой обоймы полиспаста, и на тросе и цепи ниже демпферов закреплены упоры.