ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ РЕВЕРСИВНОЕ ТЕЧЕНИЕ ПОТОКОВ ВОДЫ Российский патент 2022 года по МПК F03B13/22 F03B13/26 

Предлагаемое изобретение относится к возобновляемым источникам гидроэнергетики и может быть эффективно использовано для выработки энергии от движения волн в морях, океанах и на крупных озерах, далее в бассейнах.

Известны многочисленные волновые установки, использующие различные варианты преобразования энергии волн, в частности для получения электрической или механической энергии.

Известна, например, [1] «Волновая электростанция» автора Каргаева Л.А. по патенту РФ №2049925, МПК F03B 13/12, F03B 13/22, использующая плавучую платформу с волноприемными камерами.

Данное устройство содержит плавучий корпус, на котором размещены электрогенератор, воздушная турбина и волноприемные камеры с поплавками г-образной формы, установленные с возможностью одновременного вращения на горизонтальном валу. Момент вращения поплавков при вертикальных перемещения камер оказывает дополнительное воздействие на вал турбины и добавляет воздействие на нее от сжатого воздуха в волноприемных камерах.

Недостаток данного устройства в том, что не используется кинетическая энергия волны, имеющая больший энергетический потенциал по сравнению с ее потенциальной энергией, содержащейся в амплитуде волны. Кроме того, данное устройство также является громозким и сложным в реализации за счет большого количества дополнительных механизмов и согласующих вращение вала турбины узлов: повышающий редуктор, обгонные муфты, храповик и т. д.

Другим аналогом может являться [2] «Мобильная волновая электростанция» авторов Щеклеина С.Е. и Попова А.И. по патенту РФ №2580251, МПК F03B 13/24, содержащая плавающую платформу с волноприемной камерой.

Данное устройство содержит волноприемную камеру, выполненную в виде V-образного протяженного вдоль фронта волны тоннеля с боковыми стенками, наклонной нижней плоскостью на его входе и с подпружиненным клапаном на выходе узкой части тоннеля, соединенного с воздуховодом, подключенному к хранилищу сжатого воздуха, выход которого соединен с воздушной турбиной, причем платформа содержит полости, заполняемые водой для создания регулируемой плавучести и она соединена с опорой посредством гибких тросов.

Данное устройство отличается мобильностью и имеет простую конструкцию с минимальной материалоемкостью.

Недостатком этой электростанции является ограниченный КПД, обусловленный получением волноприемной камерой ограниченной механической энергии от удара части волны, проникшей в объем камеры.

Ближайшим аналогом является «Волновая установка для получения электрической энергии» автора Фан Ван Диепа по патенту №2410566, МПК F03B 13/22, F03B 7/00.

Данная волновая установка содержит рабочее колесо, генератор,

волноприемник и опору. Волноприемник расположен за рабочим колесом по направлению движения волны в виде протяженной площадки, по которой часть воды, прошедшая через колесо и его вращающее, возвращается с волноприемника и (площадки) обратно в рабочее колесо, продолжая его вращение в том же направлении.

Таким образом, в этом устройстве частично осуществляется использование реверсивного течения воды от набегающей воды в рабочее колесо (ротор).

Недостатком данной волновой установки является ее низкий КПД, обусловленный использованием малой части энергии единичных волн горизонтально расположенным рабочим колесом (ротором), незначительной энергией обратного потока воды, скатывающегося с волноприемника (площадки) ограниченной площади в ротор и не использование энергии реверсивного обратного подводного потока от многих волн, прекративших волновое движение.

Назначение предлагаемого изобретения в устранении указанных недостатков, повышению КПД волновой электростанции и создание простой конструкции установки, не содержащей сложных узлов и не надежных деталей.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в следующем:

- применено два рабочих колеса (ротора), размещенных на платформе с опорой вертикально и с общей осью вращения с электрогенератором, причем верхний ротор расположен выше уровня спокойной воды и воспринимает энергию от прямого движения волнового потока, а нижний ротор расположен под водой (ниже уровня спокойной воды) и воспринимает энергию от обратного потока затухающих волн;

- по обе стороны платформы, как на передней части, так и на ее задней части закреплены под углами к прямому и к обратному потокам воды волноприемные щиты, концентрирующие энергию потоков и направляющие их в роторы;

- опора энергоустановки выполнена П-образной с размещением платформы на двух сваях, расстояние между которыми больше, чем ширина обратного потока от ротора, размещенного ниже уровня спокойной воды.

Технический результат достигается за счет того, что в волновую энергоустановку, использующую реверсивное течение потоков воды, содержащую рабочее колесо (ротор), соединенный с генератором, опору, закрепленную в грунте, дополнительно введен второй ротор, имеющий общую ось с первым ротором, на опоре размещена платформа с генератором, передними и задними парами волноприемных щитов на своих поворотных опорах с фиксаторами углов их разворота, расположенных под углом к направлению движения прямого и обратного потоков воды, причем роторы размещены в вертикальном положении таким образом, чтобы один верхний был расположен выше уровня спокойной воды для приема прямого потока от воздействия волн, а нижний ротор находился под водой для приема обратного потока воды от затухающих волн.

Технический результат достигается также за счет того, что в волновой энергоустановке, использующей реверсивное течение потоков воды, опора выполнена по конструкции П-образной с опорными сваями, расположенными по обе стороны платформы, причем расстояние между сваями должно быть больше ширины обратного потока воды, выходящего из нижнего ротора.

На чертеже Фиг. 1 показан вид сбоку «Волновой энергоустановки, использующей реверсивное течение потоков воды», а на Фиг. 2 - ее вид сбоку.

Волновая энергоустановка содержит П-образную опору 1 на сваях 2, причем на горизонтальной части опоры размещена платформа 3, внутри или снаружи которой размещен генератор 4, соединенный напрямую или через повышающий редуктор с общей осью двух вертикально установленных рабочих колес (роторов) 5 и 6, а на поверхности платформы закреплены парами на своих поворотных опорах 7 передние волноприемные щиты 8 над водой и задние щиты 9 под водой для приема обратного потока волы от затухающих волн, углы раскрытия которых определяются фиксаторами 10.

Один из роторов устанавливается на платформе выше уровня спокойной воды напротив узкой конусной части передних волноприемных щитов, принимающих волновой поток V1, а другой ротор устанавливается на платформе ниже уровня спокойной воды (под водой) напротив узкой конусной части задних щитов, концентрирующих поток V2.

«Волновая энергоустановка, использующая реверсивное течение потоков воды» работает следующим образом.

При наличии волн волновой поток V1 попадает в передние волноприемные щиты 8, перемещается к его узкой части, увеличиваясь в амплитуде, и входит в верхний ротор 5, заставляя его вращаться. Кинетическая энергия вращения передается электрогенератору 4 напрямую, если генератор низкооборотный, или через повышающий редуктор (мультипликатор).

Особенность волнового движения в том, что вода не стоит на месте» волны «бегут», затухают, образуются новые волны, а вода от исчезнувших волн возвращается обратным подводным потоком V2, который концентрируется задними волноприемными щитами 9 и входит в нижний подводный ротор 6, заставляя его вращаться. Ротор 6 имеет общую ось с ротором 5, поэтому их усилия при передаче кинетической энергии на электрогенератор 4 суммируются.

Расстояние между сваями 2 П-образной опоры 1 выбирается больше ширины подводного потока V2, поэтому он беспрепятственно проходит внутри опоры и не создает торможение этому потоку.

Особенность роторов типа Савониуса и других типов, например, «Роторный ветрогидродвигатель» [4] авторов Попова А.И., Щеклеина С.Е. по патенту РФ №2464443, МПК F03D 3/06, или «Роторный гидродвигатель» [5] этих же авторов по патенту на полезную модель РФ №158063, МПК F03B 3/12 в том, что роторы вращаются в одну сторону не зависимо от того, с какой стороны они воспринимают движение потока или ветра.

Величина кинетической энергии на оба ротора 5, 6 регулируется вручную или автоматически с помощью поворота волноприемных щитов 8 и 9 на их поворотных опорах 7.При взаимном сближении щитов уменьшается их конусность и уменьшается объем потока вода поступающего на роторы и наоборот, режим максимального взаимного раскрытия целесообразен при малых амплитудах волн. Если направление движения волн несколько меняется: на Фиг. 2 этот поток V1. 1 показан пунктирными линиями, то и изменяется взаимное расположение щитов 8, также отмеченных пунктирными линиями.

Предлагаемая «Волновая энергоустановка…» проста по конструкции, содержит типовые узлы и элементы, поэтому может быть рекомендована к дальнейшей разработке конструкторско-технологической документации с целью последующего изготовления опытных образцов на разные диапазоны мощностей.

Изобретение относится к волновой энергоустановке, использующей реверсивное течение потоков воды. Энергоустановка содержит рабочее колесо в виде ротора 5, соединенное с генератором 4, опору, закрепленную в грунте. Энергоустановка снабжена вторым ротором 6, имеющим общую ось с первым ротором 5, на опоре размещена платформа 3 с генератором 4, передними и задними парами волноприемных щитов 8 и 9 на своих поворотных опорах с фиксаторами углов их разворота, расположенных под углом к направлению движения прямого и обратного потоков воды. Роторы 5 и 6 размещены в вертикальном положении. Ротор 5 расположен выше уровня спокойной воды для приема прямого потока от воздействия волн. Ротор 6 размещен под водой для приема обратного потока воды от затухающих волн. Изобретение направлено на повышение КПД энергоустановки и создание простой конструкции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Волновая энергоустановка, использующая реверсивное течение потоков воды, содержащая рабочее колесо в виде ротора, соединенное с генератором, опору, закрепленную в грунте, отличающаяся тем, что содержит второй ротор, имеющий общую ось с первым ротором, на опоре размещена платформа с генератором, передними и задними парами волноприемных щитов на своих поворотных опорах с фиксаторами углов их разворота, расположенных под углом к направлению движения прямого и обратного потоков воды, причем роторы размещены в вертикальном положении, при этом первый из роторов, верхний, расположен выше уровня спокойной воды для приема прямого потока от воздействия волн, а второй, нижний, ротор размещен под водой для приема обратного потока воды от затухающих волн.

2. Волновая энергоустановка, использующая реверсивное течение потоков воды, по п. 1, отличающаяся тем, что опора выполнена по конструкции П-образной с опорными сваями, расположенными по обе стороны платформы, причем расстояние между сваями должно быть больше ширины обратного потока воды, выходящего из второго нижнего ротора.