Установка для преобразования энергии волн

Установка для преобразования энергии волн

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Заявляемое решение относится к области энергетики, в частности к средствам извлечения энергии из морских волн.

Известны волновые энергетические установки, содержащие вертикальную платформу (створку), состоящую из поплавков, шарнирно связанную с лежащим на дне основанием, и поршневой насос. Волны раскачивают вертикальную платформу, которая приводит в действие устройство отбора мощности в виде насоса, нагнетающего воду по трубопроводу, в гидротурбину, связанную с электрогенератором (патенты US 8004105; US 7131269; US 7834474; WO 2006100436; AU 2006226179).

Недостатком данных конструкций является их низкая эффективность, особенно в условиях существенных приливно-отливных колебаний уровня воды. В прилив створка может находиться на заглублении, что снижает волновое воздействие, а при отливе створка либо существенно выступает выше уровня воды, уменьшая площадь волнового давления, либо имеет отклоненное положение равновесия, что приводит к уменьшению динамического давления волн на ее поверхность. Даже при отсутствии существенных приливно-отливных колебаний уровня воды фиксированная в вертикальном направлении створка имеет недостаточную эффективность, так как при прохождении подошвы волны она выступает из воды, а при прохождении вершины волны заглубляется. В обоих случаях гидродинамическое давление на створку меньше, чем на волновой поверхности. Кроме того, на выступающую над водой часть створки в некоторые фазы колебаний могут воздействовать удары обрушивающихся гребней штормовых волн, опасных с точки зрения прочности. В результате снижается надежность конструкции.

За ближайший аналог принимается установка для преобразования энергии волн, содержащая раскачиваемую волнами створку, имеющую положительную плавучесть, горизонтальные шарниры, неподвижный элемент, устройство отбора мощности, связанное с фундаментом (RU 130638 U1, 27.07.2013).

Задачей изобретения является обеспечение возможности эксплуатации установки при изменении уровня воды, повышение надежности конструкции и исключение опасных для прочности установки ударов гребней волн.

Для решения поставленной задачи была дополнительно разработана рама, шарнирно закрепленная на фундаменте, с вертикально ориентированными полозьями, вдоль которых свободно перемещается створка с положительной плавучестью. Благодаря такой конструкции створка всегда занимает наиболее эффективное положение, при котором ее верхняя кромка находится на взволнованной поверхности воды.

Таким образом, разработанное решение, как и прототип, содержит преобразователь энергии морских гравитационных волн, в состав которого входит: раскачиваемая волнами створка с положительной плавучестью, горизонтальные шарниры, лежащий на дне неподвижный фундамент, устройство отбора мощности, связанное с фундаментом.

Однако заявляемое решение отличается тем, что установка снабжена вертикальной рамой, соединенной по нижней кромке с фундаментом горизонтальными шарнирами, также связанной с фундаментом устройства отбора мощности, выполненным в виде линейного электрогенератора, при этом створка выполнена с возможностью свободного скольжения по вертикальным направляющим рамы, обеспечивая оптимальное положение относительно изменяющегося уровня воды.

Эффективность волновой энергетической установки может быть повышена при использовании дополнительного устройства отбора энергии погружения-всплытия створки - линейного электрогенератора, закрепленного между нижним краем створки и фундаментом.

Эффективность волновой энергетической установки также может быть повышена при использовании дополнительных эластичных связей между качающейся рамой и фундаментом. Подбор жесткости эластичных связей позволяет регулировать восстанавливающий момент при раскачивании рамы со створкой в более широком диапазоне частоты волнения.

Технический результат изобретения состоит в обеспечении эффективности использования волновой энергии и повышения надежности установки при исключении опасных для прочности установки ударов гребней разрушающихся волн за счет автоматического перемещения рабочего элемента (створки) в зону наибольших гидродинамических давлений и исключения существенного оголения створки над волновой поверхностью.

На фиг. 1 изображен боковой вид преобразователя энергии волн.

На фиг. 2 изображен фронтальный вид преобразователя энергии волн.

На фиг. 3 изображен преобразователь энергии волн с дополнительным устройством отбора мощности, выполненным в виде линейного электрогенератора.

На фиг. 4 изображен преобразователь энергии волн с дополнительными эластичными связями.

Заявляемое решение содержит: фундамент 1; раму 2, соединенную с фундаментом шарнирами 3; створку 4 с роликами 5, свободно перемещающуюся по направляющим 6; устройство отбора мощности, выполненное в виде линейного электрогенератора 7. Дополнительно могут применяться: устройство отбора мощности, выполненное в виде линейного электрогенератора 8, и эластичные связи 9, закрепленные на фундаменте и на раме.

Установка для преобразования энергии волн работает следующим образом. Набегающая волна воздействует на створку 4, отклоняя ее вместе с рамой 2 от вертикального положения. При этом створка на роликах 5 перемещается вдоль образующих 6 за счет ее положительной плавучести таким образом, что ее верхняя часть отслеживает контуры волн без существенного заглубления или оголения относительно волновой поверхности. Возвращение рамы со створкой в вертикальное положение осуществляется за счет восстанавливающей силы, образованной плавучестью створки. Если этой силы недостаточно, то применяются эластичные связи 9. Устройства отбора мощности, выполненные в виде линейного электрогенератора 7 и 8, осуществляют отбор энергии волн для ее преобразования в электрический ток.

Таким образом, заявленный технический результат достигается тем, что: а) створка автоматически за счет сил плавучести перемещается в область наибольшей гидродинамической волновой нагрузки на створку; б) створка не выходит из воды в область возможных опасных ударных нагрузок от разрушающихся гребней волн; в) имеется возможность дополнительного отбора энергии погружения-всплытия створки; г) при наличии прочной и жесткой рамы створка имеет более легкую конструкцию, может быть быстро заменяемой.

1. Установка для преобразования энергии волн, содержащая раскачиваемую волнами створку, имеющую положительную плавучесть, горизонтальные шарниры, неподвижный фундамент, устройство отбора мощности, связанное с фундаментом, отличающаяся тем, что установка снабжена вертикальной рамой, соединенной по нижней кромке с фундаментом горизонтальными шарнирами, также связанной с фундаментом устройством отбора мощности, выполненным в виде линейного электрогенератора, при этом створка выполнена с возможностью свободного скольжения по вертикальным направляющим рамы, обеспечивая оптимальное положение относительно изменяющегося уровня воды.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что имеет дополнительный линейный электрогенератор между створкой и фундаментом, преобразующий энергию колебательного движения створки вдоль направляющих.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что имеет эластичные связи между качающейся рамой и фундаментом.