Преобразователь энергии волн Советский патент 1993 года по МПК F03B13/12 F03B13/18 

Изобретение относится к технике гидроэнергетики и может быть использовано для выработки как электроэнергии, так и совершения механической работы,

Известны устройства для преобразования энергии перемещения волн в другие виды полезной энергии, состоящие из элементов восприятия действия волн и элементов, преобразующих эти действия.

Недостатком этих устройств является полезное использование энергии только в периоды набегания волны. Возврат рабочего механизма осуществляется за счет действия упругого элемента, на сжатие которого затрачивается часть энергии волны.

Известно также устройство, основным недостатком которого является отсутствие возможности поплавка автоматически разворачиваться к фронту набегающей волны при перемене направления ее движения.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности можно отнести устройство, которое содержит качающийся рычаг, на одном конце которого шарнирно закреплен цилиндрический поплавок с возможностью горизонтального поворота и насос, другой конец рычага укреплен на опоре.

Недостатком устройства является отсутствие дополнительной опоры, исключающей относительно большие боковые изгибы рычага при движении .волн под углом к продольной оси последнего. Кроме того, не предусмотрены специальные амортизаторы-ограничители при вертикальном перемещении рычага в штормовую погоду и ограничения возможного поворота поплавка. Максимальное подъемное усилие будет получено лишь при условии, когда поплавок автоматически сможет разворачиваться параллельно фронту волны. В противном, случае подъемное усилие поплавка существенно снижается из-за частичного зависания его в воздухе над впадиной.

Целью изобретекия является повышение уровня надежности путем снижения напряжений, возникающих в подвижных элементах, введением дополнительной боковой опоры и ограничителей вертикальных перемещений. Кроме того , снижению на(Л

С

Х4 00

ч

Ю О

4

СО

пряжений способствует введение ограничителя поворота.

При движении волн под углом к продольной оси рычага, близким к прямому, поплавок прижимается к упору ограничителя; При этом часть бокового усилия воспринимается ограничителем, что способствует уменьшению нагрузки на рычаг.

Разворот поплавка под действием горизонтально перемещающихся волн осуществляется автоматически из-за разности- усилии на правой и левой его частях (фиг.2), Конец А поплавка разворачивается. Поплавок устанавливается параллельно фронту волны.

Цель достигается использованием поплавка продолговатой формы, например цилиндра. Точка крепления поплавка расположена на линии, проходящей через центр тяжести. На поплавке укреплена в этой точке ось, которая перпендикулярна его продольной оси. Ось вращения поплавка помещается во втулке, укрепленной на конце качающегося рычага. Поплавок имеет возможность свободно поворачивать на некоторый угол вокруг вертикальной оси. Установке поплавка параллельно продольной оси рычага препятствует наличие упора на ограничителе поворота, закрепленного на рамке дополнительной опоры.

При расположении поплавка, изображенного пунктиром на (фиг.2) рычаг испытывает боковые изгибающие усилия, особенно в штормовую погоду. Это приводит к существенным напряжениям в элементах устройства, следовательно, и перемещениям рычага относительно расчетной траектории. Так, оценочный расчет установки с размерами, близкими к реальным, показывает, что без дополнительной опоры при угле между вектором горизонтальной скорости движения волны и нормалью к продольной оси рычага а- 45° боковые перемещения конца рычага, выполненного из двутавровой балки N20 (, b 110, d 5,2) длиной 4 м, могут составить до 15 см. Это ведет к нарушению соосности подающих воду узлов, а следовательно, возникновению дополнительных напряжений и, как результат, снижению уровня надежности установки.

Применение более мощных конструкций подвижного рычага приводит к существенному увеличению его веса. Вес рычага действует на поплавок. Для реализации требуемого подъемного усилия потребуется поплавок больших размеров.

Для снятия 1тих напряжений введена дополнительная опора в виде прямоугольной рамки, закрепленной на неподвижном основании. Горизонтальные перемещений

рычага ограничиваются вертикальными накладками, установленными на боковинах рамки, Вертикальные перемещения, превышающие их расчетное значение, ограничиваются амортизаторами, укрепленными на поперечинах рамки.

Рамка расположена между точкой крепления шатуна насосной установки к рычагу и поплавком. Роль ограничителя горизон0 тального поворота поплавка состоит в фиксации его в положении, при котором угол между продольной осью поплавка и рычагом не равен нулю, Другими словами, продольная ось поплавка не перпендикулярна

5 вектору скорости распространения фронта волны в крайних боковых положениях при Ог 0. В этом случае качающийся рычаг частично разгружается от горизонтальных боковых усилий.

0 Поплавок опирается на две точки: точку . крепления к рычагу и точку касания поплавком упора ограничителя.

Поверхность, воспринимающая горизонтальные усилия набегающей волны, со

5 стороны конца А (фиг.2) больше противоположной, следовательно, суммарное горизонтальное боковое усилие распределителя между рычагом и упором.

Допустимый угол поворота поплавка оп0 ределяется размером упора.

Таким образом, введение дополнительной опоры, исключающей непредусмотренные перемещения рычага и у-пора, ограничивающего поворот поплавка, а так5 же его возможность автоматически разворачиваться под действием волны являются новыми элементами и отвечают требованию наличие новизны,

. На фиг.1 изображен преобразователь

0 энергии волн; на фиг.2 - разворот поплавка на волну; на фиг.З - расположение рычага в дополнительной опоре.

Преобразователь содержит качающийся рычаг 1, шарнирно соединенный с осно5 ванием 2, на котором закреплены рабочий цилиндр 3 и дополнительная опора 4. Качающийся рычаг соединён через шарнир 5 со штоком 6 поршня 7, На конце рычага во втулке 8 помещается ось 9 поплавка 10. Ог0 раничение поворота поплавка обеспечивается упором 11. Вода в полость рабочего цилиндра подводится по трубопроводу 12 и подается в гидроаккумулятор по трубопроводу 13. Вертикальное перемещение рычага

5 1 ограничивается амортизаторами 14, а боковой изгиб - накладками 15.

Работает преобразователь следующим образом.

При набегании гребня волны поплавок 10 всплывает и перемещает поршень 7 в

верхнее положение. Очередная порция воды выталкивается в гидроаккумулятор.

Когда гребень волны проходит, поплавок под собственным весом опускается, перемещая поршень в нижнее положение, засасывая очередную порцию воды.

При изменении направления движения волны на некоторый угол а поплавок автоматически под воздействием волны раз- ворачивается, В период шторма резкие вертикальные перемещения рычага фиксируются и гасятся упругими элементами 14 дополнительной опоры 4.

При движении волн под некоторым углом к продольной оси рычага он прижимается к правой или левой накладке 15 дополнительной опоры и скользит по ней,

Если угол между горизонтальной со- ставляющей скорости распространения волны и продольной осью рычага велик, поплавок поворачивается и прижимается к упору ограничителя поворота. Упор фиксирует поплавок, не давая ему возможность к дальнейшему развороту и тем самым огра- 12.

ничивая боковые усилия, действующие на рычаг.

Формула изобретения

1. Преобразователь энергии волн, содержащий неподвижную опору с насосной установкой, горизонтально расположенный цилиндрический поплавок и рычаг, одним концом шарнирно прикрепленный к средней части поплавка, другим - к опоре, а центральным участком - к насосной уста- нов ке, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, преобразователь снабжен дополнительной опорой с вертикальным участком, выполненным в виде прямоугольной рамки с направляющими боковыми накладками, верхним и нижним, амортизаторами, и ограничительным упором в нижней части, при этом рычаг размещен в рамке перед местом крепления поплавка.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что шарнирное крепление рычага к поплавку выполнено посредством вертикально расположенных втулки и оси, закрепленных соответственно на рычаге и поплавке.

Сущность изобретения: рычэг одним концом шарнирно прикреплен к средней части горизонтально расположенного цилиндрического поплавка, другим - к неподвижной опоре, центральным участком - к насосной установке. Вертикальный участок дополнительной опоры выполнен в виде прямоугольной рамки с направляющими боковыми накладками, верхним и нижним амортизаторами и ограничительным упором в нижней части. Рычаг размещен в рамке перед местом крепления поплавка. Шарнирное крепление рычага к поплавку выполнено вертикально расположенными втулкой и осью, закрепленными соответственно на рычаге и поплавке, 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фиг. /