Волновая энергетическая установка Советский патент 1992 года по МПК F03B13/12 

Изобретение относится гидроэнергетике и может быть использовано в волновых энергетических установках.

Известна волновая энергетическая установка, содержащая вертикальный корпус, снабженный эластичными диафрагмами, образующими с н,им бортовые камеры, сообщенные с полостью корпуса, и распеложенный на последнем рабочий механизм. Камеры выполнены герметичными, расположены по всей высоте корпуса и снабжень ограждающими решетками, а в корпусе выполнены отверстия, причем бортовые каиеры сообщены с его полостью через этиотверстия.

При ударе набегающей волны о борт ,

ГО корпуса прогибается эластичная диафрагома, выталкивая из бортовой камеры содерСПжащийся в ней воздух, который поступает

о через отверстия корпуса в его полость и воздействует на сильфон, перемещающий поршень гидронасоса, подающего рабочую жидкость в гидромотор, вращающий электрогенератор.

Недостатком известной волновой энер- гетической установки является ее высокая материалоемкость (отношение массы установки к ее мощности), обусловленная наличием тяжелого забалаСтированного корпуса и металлических ограждающих решеток.

Известна также волновая энергетическая установка, которая по своей технической сущности является наиболее близкой к заявляемому техническому решению. Она содержит заякоренный вертикальный силовой элемент, симметрично закрепленные на его нижнем конце с образованием бортовых камер (внутреннего замкнутого объема) эластичные диафрагмы (эластичные герметичные рабочие оболочки) и рабочий механизм с подвижным и неподвижным органами, выполненный в виде цилиндра с поршнем, последний из которых соединен с силовым элементом посредством жесткой опоры. Рабочий механизм в известной волновой энергетической установке размещен внутри указанных бортовых камер (замкнутого объема), заполненных воздухом под некоторым избыточным давлением, а сами диафрагмы (эластичные герметичные рабочие оболочки) в верхней части соединены между собой с образованием V-образного выступа, связанного с подвижным органом рабочего механизма.

При подходе установке гребня волны подводная часть камер (внутреннего замкнутого объема) сжимается, что приводит к изменению формы диафрагм (упомянутых оболочек) и ИХ натяжению, В результате вершина V-образного выступа совершает перемещение вверх вместе с прикрепленным к ней подвижным органом рабочего механизма, преобразуя таким образом энергию волнового давления. При отходе гребня волны пружина, являющаяся частью рабочего механизма возвращает V-образный выступ вместе с подвижным органом рабочего механизма в исходное положение.. При этом в рабочем механизме совершается вторая часть цикла рабочего хода.

Недостатком известной волновой энергетической установки является ее высокая удельная материалоемкость, как отношение массы установки к ее мощности, обусловленная излишней массой и сравнительно невысокой мощностью, развиваемой установкой при той форме диафрагм (оболочек), которую они принимают в рабочем положении, когда установка притоплена набегающей волной, будучи закрепленной к дну якорем. В таком (рабочем) положений гидростатическое давление, воздействуя на нижнюю (подводную) часть эластичных диафрагм (оболочек), придает им более сдавленную, чем в свободном состоянии, форму, сужает одновременно площадь ватерлинии установки до размеров значительно меньших, чем площадь ее сечения в том же месте, но в свободном состоянии, что обусловливает в итоге сравнительно невысокую мощность установки, повышенную ее материалоемкость. Именно от размера этой площади действующей ватерлинии зависит в процессе волновых колебаний амплитуда

(величина) колебаний сила плавучести (поддержания), воздействующей на оболочку установки в результате колебания уровня воды на волнении. От этой амплитуды, сравнительно невысокой в этой случае, непосредственно зависит достигаемая сравнительно незначительная степень сжатия подводной части камер (внутреннего замкнутого объема) и, следовательно, соответствующее изменение величины деформации самих диафрагм (оболочек), т.е. амплитуда колебаний силы их (диафрагм) натяжения, что обусловливает и незначительные величины усилий в рабочем механизме, а значит и небольшую развиваемую

0 всей установкой мощность.

Цель изобретения - снижение удельной материалоемкости установки.

На фиг.1 изображена волновая энергетическая установка, поперечный разрез; на

5 фиг.2 - эластичная оболочка в сечении до ее сборки с другими элементами установки; на фиг.З-установка в сечении после ее сборки; нафиг.4-установка всечении послеопускания ее на воду; на фиг.5 - установка в сече0 НИИ после постановки ее на якорь; на фиг.6, 7 - установка в сечении в крайних рабочих положениях.

Установка содержит заякоренный за серьгу 1 силовой элемент, состоящий из

5 верхнего 2 и нижнего 3 трубчатых участков, соединенных между собой поршнем 4. Эластичная резинотканевая оболочка 5 симметрично охватывает эти верхний 2 и нижний 3 участки силового элемента, прикреплена к

0 ним хомутами 6 и имеет в средней части 7 цилиндрическую форму. В оболочке 5 размещен рабочий механизм в виде поршневого компрессора с поршнем 4, цилиндр 8 которого закреплен на перфорированном

5 диске 9, выполненным с отверстиями 10. Внутри оболочки 5 размещена посредством слоя клея 11 прикреплена к ее средней части 7 герметичная резинотканевая торообразная емкость 12, имеющая полость 13,

0 заполненную сжатым воздухом. Перфорированный диск 9 ориентирован горизонтально, имеет центральное отверстие 14, через которое проходит нижний участок 3 силового элемента, и обод 15, вплотную

5 прилегающий к торообразной емкости 12 и обеспечивающий их (диска и емкости) взаимно коаксиальное расположение. Верхняя часть верхнего участка 2 силового элемента выполнена в виде колена 16 и сообщена с атмосферой, 3 нижняя часть нижнего участка 3 силового элемента снабжена ниппелем 17 для подключения потребителя сжатого воздуха. Внутри поршня 4 встроены клапаны 18, посредством которых противоположные полости 19 цилиндра поочередно 5 сообщаются через каналы 20 в поршне 4с всасывающим 21 и нагнетательным 22 каналами, выполненными в соответствующих участках силового элемента (2 и 3).

Волновая энергетическая установка ра- 10 ботает следующим образом.

В исходном положении установка поставлена на якорь и притоплена им. Положение силового элеме.нта остается неизменным при- любом уровне воды. В ме- 15 сте, где поставлена установка, действует волнение, и уровень воды меняется, в момент прохождения гребня волны уровень наибольший, в момент прохождения впадины - наименьший.-20

При минимальном уровне воды На устаовку действует минимальная сила плавучести РПЛ. (поддержания), так как обьем ее погруженной (подводной) части минимален. Под действием собственного веса диск 9 с 25 емкостью 12 и цилиндром 8 опущены вместе с уровнем воды. Под действием гидростатических сил РГС эластичная рабочая оболочка 5 в этом положении прижата к нижнему участку 3 силового элемента и имеет вид, 30 представленный фиг.6. Сила .натяжения оболочки FH и ее нижней торцовой части направлена горизонтально. Оболочка 5 вместе с цилиндром 8 находится при этим в. крайнем нижнем положении.35

При повышении уровня воды до максимального рабочая оболочка 5, обладая достаточной плавучестью и продольной (благодаря диску 9) жесткостью, всплывает относительно своего неподвижного и удер- 40 живающего ее своими участками 2 и 3 силового; элемента. Емкость 12 с диском 9 и цилиндром 4 компрессора поднимается вверх.. При этом в оздух через колено .16, всасывающий канал 21, один верхних 45 клапанов 18 и один из каналов 2(| поступает в увеличивающуюся верхнюю полость 19 цилиндра компрессора. Одновременно из уменьшающейся нижней полости 19 цилиндра компрессора сжатый воздух через дру- 50 гой .канал 20 и один из нижних клап1днов 18 нагнетательныйканал 22 и ниппель 17 подается к потребителю, При этом нижняя торцовая часть оболочки 5 под действием участка силового элемента 3, закреплёнио-. 55 го к грунту якорем (не показывается), натягивается, что препятствует да|1ьнейшёму всплытию оболочки 5. и она фазываетСя под водой. Под действием сил Г1;лавучести и гидоостатического давления оболочка 5 изменяет свою форму, Сила натяжения FH оболочки 5 в этот момент максимальна и направлена под углом к горизонту. Она слагается из горизонтальной Рнг и вертикальной FHB составляющих, приложенных к оболочке 5. Причем,вертикальная составляющая направлена вниз, т.е. в сторону, противоположную силу плавучести. Суммарная горизонтальная составляющая противоположных сил РНГ благодаря симметрии оболочки равна нулю, а суммарная вертикальная составляющая также максимальна и достаточна для осуществления обратного хода цилинуара 8 компрессора относительно его поршня 4 при обратном снижении уровня воды (от максимального до минимального). При этом обратному ходу цилиндра 8 способствует также сила массы диска 9 с емкостью 12 и масса самого цилиндра 8. При снижении уровня воды до минимального сила плавучести уменьшается, емкость 12с диском 9 и цилиндром 8 компрессора под действием вертикальной составляющей РНВ силы натяжения оболочки РН и сил тяжести опускается. При этом воздух из атмосферы через колено 16, патрубок 21, другой нижний клапан 18 и один из каналов 20 всасывается в нижнюю полость 19 компрессора, а из верхней полости 19 последнего сжатый воздух через другой канал 20, другой верхний клапан 18, патрубок 22 и ниппель 17 поступает к потребителю. Таким, образом, в течение одного периода волны осуществляется полный рабочий цикл.

Формула изобретения Волновая энергетическая установка, содержащая заякоренный вертикальный силовой элемент, эластичную оболочку, симметрично охватывающую силовой элемент и прикрепленную к его верхней и нижней частям, и размещенный в оболочке рабочий механизм, выполненный в виде цилиндра с поршнем, отличающаяся тем, что, с целью снижения удельной материалоемкости, установка снабжена герметичной торообразной емкостью из эластичного материала и горизонтальным и перфорированным диском с центральным отверстием для размещения силового элемента, эластичная оболочка выполнена с цилиндрической боковой поверхностью, а торообразная емкость размещена внутри оболочки и прикреплена к ее средней части, при этом перфорированный диск установлен коаксиально торообразной емкости с возможностью контакта его периферийной части с ее внутренней поверхностью и совместного возвратно-поо,тупательного перемещения относительно силового элемента порлеаНИИ выполнен в виде двух трубчатых участков, прикрепленных с двух сторон поршня и сооби.(енных одними концами с полостями цилиндра, а другими - один с атмосферой, а другой - с потребителем, причем цилиндр прикреплен к диску.

г

J6

г

иг. 2.

Фие.Ъ Фиг.1 иг.5 f

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для преобразования энергии волн. Целью изобретения является Снижение удельной материалоемкости. Установка содержит заякоренный вертикальный силовой элемент, эластичную оболочку с цилиндрической боковой поверхностью, прикрепленную к его верхнему 2 и нижнему3 участкам, в замкнутом обьеме которой, заполненном воздухом, размещен рабочий механизм, выполненный в виде цилиндра 8 с поршнем 4. Поршень 4 установлен на силовом элементе между его участками 2 и 3, а цилиндр 8 закреплен на перфорированном диске 9. На диске 9 закреплена торооб- разная емкость 12 из эластичного материала, пр11крепленная к оболочке 5 в ее средней части. Диск 9 установлен коакси- ально емкости 12с возможностью контакта его периферийной части с ее внутренней поверхностью. При набегании волны оболочка 5 всплывает, будучи закрепленной к дну силовым элементом. Форма ее эластичных частей меняется, а связанный с оболочкой 5 диск 9 перемещается относительно силового элемента, перемещая цилиндр 8 относительно поршня 4 и преобразуя волновую энергию. 7 ил. .• \