Волновая энергетическая установка Советский патент 1992 года по МПК F03B13/14 

сл

с

Использование: преобразование энергии волн в электрическую энергию, защита побережья от разрушения и в качестве понтонного моста. Сущность изобретения: установка содержит цилиндрический корпус (К) 1 с отсеками 2 плавучести и открытыми снизу волноприемными камерами 4, подключенными посредством ресивера (Р) 7 и клапанов 5 к турбине. Кроме того, установка снабжена швартовым устройством, килевой пластиной 11с плавучим якорем 10 в ее нижней части и проточным каналом а в центральной и боковым поплавком 12, соединенным со средней частью боковой стенки К 1. Камеры 4 и Р 7 расположены вдоль К 1 и имеют клиновидную форму, причем Р 7 образован стенками камер в верхней части К 1 и ориентирован сужением вниз, камеры - вверх, килевая пластина 11 шарнирно прикреплена к Р 7 в центральной зоне К 1, в нижней части К 1 выполнен редукционный клапан 14, сообщенный с окружающей ере дои На К 1 может быть на телах качения установлена горизонтальная мостовая площадка 16 1 з.п.ф-лы, 7 ил

Изобретение относится к устройствах, использующим энергию морских волн, в частности к волновым энергетическим установкам, преобразующим энергию волн в электрическую энергию и энергию течений для организации обменных процессов в огражденных акваториях моря.

Известен преобразователь энергии морских волн, содержащий активный элемент, установленный в качающемся устройстве с накопителем энергии. Преобразователь содержит также согласующий груз, который присоединен к активному элементу и обеспечивает увеличение эффективной массы качающегося устройства (см. заявку Франции № 2278942 кл F 03 В 13/12, 19.03.76).

Однако известное устройство имеет низкую эффективность преобразования энергии морских волн в электрическую в

значительной части диапазона изменяющихся параметров волн и по «асти их фаз Устройство осуществляет отбор энергии только преобразованием вертикальных перемещений подвижного активного элемента, кинематически сложно связанного с накопителем энергии и являющегося в определенной степени гасителем энергии волн за счет соответствующего увеличения эффективной массы, т.е. материалоемкости.

Известно устройство преобразования энергии волн, содержащее рычаг поплавок для обеспечения плавучести и привод вращательного элемента (см например, заявку Франции № 2311195, кл F 03 В 13/12, 14.02.77).

Также известен преобразователь энергии морских волн, включающий ресивер, нижняя часть которого связанная с дном стальным канатом, открыта и ЧР тично поХ|XI

-N О О

гружена подуровнем моря, имеет конфузор П-образной формы с изогнутой верхней частью по плавной кривой, сужающейся по ходу волны (см. например, авт. св. НРБ № 36734, кл. F 03 В 13/12, 16.01.85).

Однако указанные устройства не обеспечивают достаточно полную генерацию энергии во всем диапазоне изменения углов профиля волны на ее длине, вертикальных и траекторных колебаний частиц волны в фазах по ее высоте. Причем генерация энергии морских волн для каждого из известных устройств раздельно происходит лишь по углу волны или по определенному принятому параметру волны в наиболее эффективной области соответствующей изогнутой верхней части конфузора по плавной кривой, сужающейся по ходу волны, что ограничивает эффективность устройства во всех диапазонах параметров волн и увеличивает их материалоемкость на единицу снимаемой мощности.

Ближайшим аналогом заявляемого устройства является волновая энергетическая установка, содержащая корпус с отсеками плавучести и открытыми снизу волноприем- ными камерами, подключенными посредством ресивера и клапанов к турбине (см. Коробков В.А, Преобразование энергии океана, Л.: Судостроение, 1986, с. 150-151, рис. 6.12).

Однако неизменное расположение к фронту волны по ее амплитуде открытых снизу волноприемных камер известной волновой энергетической установки вынуждает к необходимости огибания волной стенок камер, а значит, или потерю части амплитуды этой волны на вершинах волн, или раскрытие и потерю части фазы волны на преобразование в энергию сжатия или разрежение на подошве волны. Постоянство расположения передней входной (боковой) стенки к фронту волны приводит к значительному ударному воздействию волны на эту стенку, а значит, и к потере энергии в части преобразования ее в полезную.

Целью изобретения является снижение материалоемкости, повышение надежности и эффективности работы установки, а также расширение ее функциональных возможностей путем использования в качестве понтонного моста.

Цель достигается тем, что волновая энергетическая установка, содержащая корпус с отсеками плавучести и открытыми снизу волноприемными камерами, подключенными посредством ресивера и клапанов к турбине, согласно изобретению снабжена килевой пласдииой с плавучим якорем в ее нижней части и проточным каналом в центральной и боковым поплавком, соединенным при помощи телескопического устройства со средней частью боковой стенки корпуса, который выполнен в виде цилиндра, а камеры и ресивер расположены вдоль последнего и имеют клиновидную форму, причем ресивер образован стенками камер в верхней части цилиндра и ориентирован сужением вниз, камеры - вверх, килевая

пластина шарнирно прикреплена к ресиверу в центральной зоне цилиндра, а один из клапанов выполнен редукционным, установлен в нижней части ресивера и сообщен с окружающей средой, при этом установка

снабжена поворотным швартовым устройством. Установка также снабжена горизонтальной площадкой, установленной на корпусе на телах качения, гибкими связями, соединенными с краями площадки, и плавучим якорем.

На фиг. 1 изображена волновая энергетическая установка; на фиг. 2, 3 и 4 - ее упрощенная конструкция при работе на волнении; на фиг. 5-установка с ее креплением

к береговым (или стационарным) устройствам в плане; на фиг. б - то же, вид сбоку; на фиг, 7 - установка в плане при ее применении для изменения направления течения и для обмена масс морской воды огражденных акваторий,

Волновая энергетическая установка содержит корпус 1 с отсеками 2 плавучести и диафрагмами 3, разделяющими корпус 1 на открытые снизу волноприемные камеры 4,

которые снабжены обратными клапанами 5 забора воздуха из атмосферы и обратными клапанами 6 подачи сжатого воздуха в ресивер 7, который посредством трубопровода 8 подачи сжатого воздуха соединен с турбиной 9. Установка снабжена плавучим якорем 10, соединенным с корпусом 1 посредством килевой пластины 11, снабженной проточным каналом а в центральной части, а также боковым поплавком 12, соединенным при

помощи телескопического устройства 13 со средней частью боковой стенки корпуса 1, Корпус 1 выполнен в виде цилиндра, диаметр которого должен быть не менее максимальной высоты статистической волны.

0Волноприемные камеры 4 и ресивер 7

расположены вдоль цилиндра корпуса 1 и имеют клиновидную форму, причем ресивер 7 образован стенками волноприемных камер 4 в верхней части цилиндра корпуса 1 и

5 ориентирован сужением вниз, а камеры 4 - сужением вверх и делят корпус 1 вдоль цилиндра на дискретные части. Килевая пластина 11 шарнирно прикреплена к ресиверу 7 в центральной зоне цилиндра, а один из

клапанов 14 ресивера выполнен редукционным, .установлен в его нижней части и сообщен с окружающей средой. Для использования установки в качестве понтонного моста на корпусе 1 сверху шарнирно на телах 15 качения закреплена горизонтальная площадка 16, соединенная гибкой связью 17 с краями площадки 16 и с плавучим якорем 10, погруженным в слабоколеблющиеся слои моря. Крепление волновой энергетической установки с береговым молом 18, например, или стационарным устройством в море осуществляется посредством поворотного швартовного устройства, включающего связанные с береговым молом 18 (или стационарным устройством) длинные швартовы 19 с компенсационным разгрузочным устройством (на Фигурах не показано), шпилевым (или брашпильным) устройством 20 и роульсами 21 на горизонтальных площадках 16.

Работа волновой энергетической установки заключается в следующем.

Корпус 1 с помощью длинных швартовов 19, включающих компенсационные разгрузочные устройства (не показанные на фигурах), закрепляется шарнирно с ограничением лишь одной степени свободы (по горизонту) к береговому молу или двум молам при спаренном использовании двух корпусов, например, молом правого и левого берегов бухты (на фигурах показана лишь установка одного корпуса).

Корпуса могут быть прикреплены к стационарному устройству, например, посередине бухты. Свободные концы швартовых

19посредством роульсов 21 подаются на управляющие шпилевые (или брашпильные) устройства 20. Роульсы 21 устанавливаются на горизонтальных площадках 16. Шпилями

20корпус 1 (или корпуса устанавливается по фронту волны. Боковые поплавки 12 посредством подачи в телескопические устройства 13 соответствующего давления устанавливаются в положение на подошве или-вершине волны, т.е. 1/4 длины волны. При вертикальных колебаниях поплавка 12 корпус 1 поворачивается вокруг своей продольной оси. При этом волноприемные камеры 4 приоткрываются и уменьшают потерю амплитуд волны при прохождении в них водных масс морской волны, которые ведут к увеличению, например, степени сжатия, а в волноприемных камерах 4, расположенных с противоположной стороны фронта волны, например. - к разрежению. Сжатый воздух поступает через невозвратный клапан 6 в ресивер 7, затем через трубопровод 8 на турбину 9, а в волноприемных камерах 4, в которых воздух разрежен, происходит забор воздуха из атмосферы через

обратные клапаны 5. Вследствие клиновид- ности верхних частей волноприемных камер 4 степень сжатия воздуха как минимум удваивается, так как вода несжимаемая и те- 5 кучая и при переходе из прямоугольных частей камер 4 к клиновидной изменяет форму, но сохраняет объем, что увеличивает суммарный столб воды и расширяет диапазон работоспособности установки на сла- 10 бом волнении. При этом генерация энергии волн происходит не только вследствие кли- новидности верхних частей камер 4, но и при поворотах этих камер поплавком 12, следящим за углом волны, на 1/4 ее длины, 15 что суммарно увеличивает степень сжатия и разрежения воздуха в этих камерах 4 в про- тивофазах волны. При создании в ресивере 7 давления выше установленного для турбины 9 излишний воздух с частично попавшей 0 водой через редукционный клапан 14 стравливаются в воду. Сохранению положения волновой энергетической установки в про- тивофазах волны и неизменности оси корпуса по высоте способствует инерционность 5 корпуса 1, горизонтальной площадки 16, плавучего якоря 19, килевой пластины 11, а также присоединенных масс воды корпуса 1, пластины 11 и плавучего якоря 10, погруженного в слабоколеблющиеся слои моря. 0 Дискретность волноприемных камер 4 по отношению к диаметру цилиндрического корпуса 1, имеющего диаметр не менее мак- симальной высоты волны, обеспечивает работоспособность при слабом волнении и 5 необходимую жесткость и прочность корпуса 1 при воздействии на него ударов волн. Дискретность также увеличивает и обеспечивает максимальную аккумуляцию энергии в волноприемных камерах 4 при сжатии воз- 0 духа и заборе его при разрежении. При этом устанавливаются минимальные перепады разностей давлений в смежных камерах 4. При отсутствии волнения волновую энергетическую установку используют для 5 усиления обменных процессов, образуя в сопряжении с берегом водообменный канал Ь. Для этого установку фиксируют в наиболее эффективном положении под острым углом к течению и берегу (см. фиг. 7). При 0 установке двух корпусов 1 под таким углом все течение повернуто по всему сечению в бухту, так как килевая пластина 11 плавучего якоря 10 изменяет направление течения и усиливает интенсивность обменных про- 5 цессов акватории открытого морч с акваторией огражденной бухты При установке корпуса 1 (корпусов 1) под тупым углом к направлению течения ( ч отток застойных вод из акватории oi prru ленной бухты за счет явления тргшп дрейфового

течения, в котором суммарный перенос морской воды, захваченной течением, происходит в перпендикулярном к нему направлении. В огражденных акваториях бухт при организации одностороннего притока или оттока образуются придонные противотечения. При установке двух корпусов 1 к береговым молам, одного под острым, другого под тупым углом к течению, образуется приток в огражденную акваторию по одной стороне и отток из огражденной акватории по другой ее стороне, что интенсифицирует в основном отток преимущественно поверхностных вод огражденной акватории. Такой обменный процесс при необходимости может быть более эффективен, если килевую пластину 11 выполнить из разрезных поворотных частей или отверстия а в центральной ее части выполнить закрывающимися штормовыми портиками (на фигурах не показаны). Устройство указанных дополнений в конструкцию при необходимости может быть использовано для снижения усилий на швартовые 19. Коммуникационная горизонтальная площадка 16 обеспечивает доступ к установке при ее эксплуатации, а также позволяет использовать ее в качестве понтонного моста. Для организации использования коммуникационных горизонтальных площадок 16 для пропуска транспортных средств, превышающих запас плавучести корпуса 1, достаточно к горизонтальным площадкам 16 установить дополнительные плавучести с противоположной стороны поплавка 12 (на фигурах не показаны).

Предлагаемая волновая энергетическая установка позволяет получить электрическую энергию и одновременно решить вопрос защиты побережья, портов от разрушительных воздействий волн, улучшить обменные процессы в прибрежных зонах огражденных акваторий. Это позволяет сохранить биоциноз и бентос прибрежных зон, восстановить планктон огражденных бухт с нарушенной экологической обстановкой. Кроме того, волновая энергетическая установка позволяет использовать ее в качестве разводных или поворотных мостов, сокращающих пути сообщения вдоль побережья -без объезда заливов и бухт. Предлагаемая волновая энергетическая установка, снабженная горизонтальной площадкой, обеспечивает доступ к ее элементам в эксплуатации, улучшает организацию передачи

получаемой энергии на берег, что обеспечивается возможностью монтажа турбогенераторов на берегу.

Формула изобретения

1,Волновая энергетическая установка, содержащая корпус с отсеками плавучести

и открытыми снизу волноприемными камерами, подключенными посредством ресивера и клапанов к турбине, отличающая- с я тем, что, с целью снижения материалоемкости, повышения надежности и расширения диапазона работ, установка снабжена поворотным швартовым устройством, килевой пластиной с плавучим якорем в нижней ее части и проточным каналом

в центральной и боковым поплавком, соединенным при помощи телескопического устройства со средней частью боковой стенки корпуса, который выполнен в виде цилиндра, а камеры и ресивер расположены вдоль

последнего и имеют клиновидную форму, причем ресивер образован стенками камер в верхней части цилиндра и ориентирован сужением вниз, камеры - вверх, килевая пластина шарнирно прикреплена к ресиверу в центральной зоне цилиндра, а один из клапанов выполнен редукционным, установлен в нижней части ресивера и сообщен с окружающей средой,

5 гибкими связями, соединенными с краями площадки и плавучим якорем.

17

h

/6 5

фиг 4

19 9 3 8 21

18

ft to

фиг. 6

Фиг. 5

16 1

т

Фиг