ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2049925

ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Имя изобретателя: Каргаев Леонид Александрович 
Имя патентообладателя: Каргаев Леонид Александрович
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1992.02.06 

Использование: для получения электроэнергии за счет образующихся подъемов и спадов волн. Сущность изобретения: волноприемные камеры с поплавками выполнены в виде стаканов, открытый торец которых погружен под уровень воды. Корпус выполнен в виде платформы, а поплавки Г-образной формы и установлены с возможностью одностороннего вращения на горизонтальном валу, размещенном в стакане. Один выступ поплавка длиннее или тяжелее другого. Все валы соединены между собой. Повышающий редуктор связан с валами и валом воздушной турбины обгонными муфтами. Вал турбины подключен к электрогенератору.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к энергетике, в частности для выработки электроэнергии путем использования энергии морских волн за счет образующихся вертикальных подъемов и спадов волн.

Известны волновые электростанции (см. книгу В.И.Марочек и С.П.Соловьева "Пасынки энергетики" из серии "Техника" N 5 за 1981 год издательство "Знание" стр. 35-40) в виде вертикальной трубы, закрепленной на поплавке и погруженной открытым концом в воду. Верхний конец трубы закрыт. При вертикальных подъемах волн уровень свободной поверхности в трубе ("волновой камере") поднимается и сжимает воздух, который приводит в действие воздушную турбину, связанную с электрогенератором. При спаде волны через атмосферный клапан в волновую камеру засасывается новая порция воздуха. Итак процесс повторяется с периодичностью, равной периоду колебания уровня воды 5-6 сек.

Основным недостатком указанной волновой электростанции является относительно низкая мощность, "снимаемая" с 1 м2 воды, равная примерно 1 кВт при достаточно высокой волне.

Известна волновая электростанция, содержащая плавучий корпус с электрогенератором, воздушной турбиной и волноприемными камерами с поплавками. Камеры выполнены в виде стаканов, открытый торец которых погружен под уровень воды. При этом для увеличения КПД каждая камера снабжена дополнительной воздушной турбиной и гидронасосом, связанными с поплавком при помощи бесконечной цепной передачи.

Основным недостатком указанной установки является ограниченная мощность, связанная с медленным подъемом поплавка и с тем, что на цепь действует ограниченная выталкивающая сила от поплавка, равная половине объема поплавка, так как удельный вес поплавка 0,5. Большое количество механизмов и передаточных устройств усложняют установку и ведет к значительным потерям мощности, уменьшающих эффект от использования поплавков.

Задачей изобретения является повышение мощности волновой электростанции. Это достигается тем, что волновая электростанция, содержащая плавучий корпус с электрогенератором, воздушной турбиной и волноприемными камерами с поплавками, при этом камеры выполнены в виде стаканов, открытый торец которых погружен под уровень воды, снабжена повышающим редуктором и обгонными муфтами, ее корпус выполнен в виде платформы, а поплавки Г-образной формы и установлены с возможностью одностороннего вращения на горизонтальном валу, установленном в стакане, при этом один из выступов поплавка длиннее и тяжелее другого, все валы соединены между собой, повышающий редуктор связан с последними и валом воздушной турбины при помощи обгонных муфт, а вал турбины подключен к электрогенератору.

На фиг. 1 представлен общий вид волновой электростанции с изображением двух волноприемных камер (электрогенератор не показан); на фиг.2 и 3 изображены отдельно волноприемные камеры с различным положением Г-образного поплавка: разрез А-А при спаде (фиг.2) и разрез В-В при подъеме волны (фиг. 3).

ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
 

На плавучей платформе 1 закреплены волноприемные камеры 2, повышающий редуктор 3 и воздушная турбина 4, вал которой связан с валом редуктора 3 при помощи обгонной муфты 5. Внутри волноприемных камер 2 размещены соединенные между собой горизонтально валы 6, связанные с валом редуктора 3 при помощи муфты 7. На валу 6 при помощи храпового механизма с односторонним зацеплением закреплены Г-образные поплавки 8 с выступами 9 и 10, которые выполнены таким образом, что при свободном свисании поплавка на валу 6, левая и правая часть поплавка 8 относительно вертикальной плоскости 1-1 были несимметричны. Это обеспечивается за счет того, что выступ 9 длиннее выступа 10 (фиг.2 и 3), либо при одинаковой длине выступов 9 и 10 за счет того, что масса выступа 9 больше массы выступа 10.

Воздушные полости волноприемных камер 2 сообщаются с рабочими полостями (не показаны) воздушной турбины 4 при помощи воздуховодов 11, снабженных обратными клапанами 12. Для сообщения с атмосферой при спаде волны волновые камеры 2 снабжены атмосферными клапанами 13.

Работает волновая электростанция следующим образом:

При спаде волны (см. уровень О11 на фиг.2) поплавок 8 находится в свободно висячем положении. При этом удлиненная часть выступа 9 перевешивает выступ 10 и левая часть поплавка 8, расположенная ниже оси вала 6, больше по объему правой части поплавка. При подъеме волны уровень воды в волноприемной камере поднимается из положения О11 до положения О22. При этом поплавок 8 (см. фиг.3) поворачивается (в данном примере по часовой стрелке) со скоростью подъема уровня воды, а по достижении положения, обозначенного пунктирной линией, происходит резкий поворот (кувырок) поплавка в положение, при котором оба выступа оказываются вверху. При этом поплавок 8, обгоняя при вращении вал 6, вступает в зацепление с ним посредством храпового механизма и передает крутящий момент, действующий на поплавок от выталкивающей силы воды на вал 6 и в конечном счете на вал воздушной турбины 4. При спаде волны, когда уровень воды начинает опускаться, неуравновешенная часть поплавка с выступом 9 опускается и поворачивает поплавок также по часовой стрелке. При этом вал 6, связанный с валом турбины 4, обгоняя при вращении поворот поплавка 8, освобождая его от зацепления с валом 6, и поплавок свободно осуществляет поворот до исходного помещения, изображенного на фиг. 2. Повышающий редуктор 3 позволяет осуществлять постоянное воздействие крутящего момента на вал воздушной турбины от поплавков 8 в случае разгона от воздействия сжатого воздуха в волноприемных камерах.

Описанное воздействие поплавков на вал турбины дополняет воздействие сжатого воздуха в волноприемных камерах на турбину, которое осуществляется при подъеме уровня воды в волноприемных камерах. Сжатый воздух поступает через воздуховоды 11 в рабочую полость турбины 4, создавая крутящий момент на валу турбины. При этом атмосферный клапан 13 закрыт, а обратный клапан 12 открыт. При спаде волны и понижении уровня в волноприемных камерах 2 клапан 12 закрывается, а клапан 13, наоборот, открыт, обеспечивая поступление воздуха в волновую камеру.

Таким образом, на вал воздушной турбины 4 действует крутящий момент от сжатого воздуха и от поплавка. При этом крутящий момент от поплавка имеет существенное значение в общем крутящем моменте на валу воздушной турбины.

Например, при высоте волны всего в 1 м и поплавке с выступами длиной 1 м и 1 м 20 см от оси поплавка сечением выступов 9 и 10 поплавка 1х1,5 м и сечением волноприемной камеры 1,6х1,6 м выталкивающая сила, действующая на поплавок в момент, обозначенный штриховой линией на фиг.3, составляет при удельном весе воды 1 т/м3: 1·1·1,5·1(выступ 10)+ 1/2 (1,2·1·1,5·1) (выступ 0) 1,5 + 0,92,4 тн.

При этом момент от выступа 10 уравновешивается валом 6, а на поплавок в этом положении будет воздействовать момент от выступа 9 поплавка. Этот момент равен при плече, равном половине длины выступа 9, т.е. 0,6 м,

0,9 х 0,6 0,54 тм

При дальнейшем резком повороте (кувырке) поплавка, когда выступ 9 выходит из воды (для упрощения расчетов пренебрегаем моментом, создаваемым выступом 9, хотя он не полностью еще вышел из воды и на него продолжает действовать выталкивающая сила) момент, создаваемый выступом 10 на угле поворота 0-90о, при плече, равном 1:2 0,5 м, равен

Мкр 1,5х0,5 при = 90о максимальный момент 0,75 тм 750 кгм.

Принимаем минимальную скорость поворота (кувырка) поплавка в среднем равной n 2 оборота в 1 с. Мощность N одной волноприемной камеры составляет минимально за 1 цикл

где F окружная сила, кг;

Vокр. окружная скорость, м/с

где d диаметр окружности геометрического центра выступа 10.

Окружная сила F является проекцией выталкивающей силы Рb, действующей на выступ 10, на касательную линию к окружности вращения геометрического центра выступа 10, т.е. радиуса 500 мм

F Pb-sin .

Суммарная мощность при кувырке поплавка на 90о выразится интегралом.

С учетом площадки волноприемной камеры S 2,3х1,6 3,68 м2 удельная мощность, дополнительно снимаемая с 1 м2 площади воды,

При суммарной потере мощности на валу 6 и в редукторе до 0,85 прирост мощности от поплавкового устройства составляет

2,5х0,85 2,12 кВт/ за 1 цикл. С учетом периода колебаний уровня воды в волноприемной камере 5-6 с прирост мощности в целом составляет для каждой волноприемной камеры в среднем

2,13:5,5 0,39 кВт. Таким образом, суммарная мощность волноприемной камеры с учетом использования сжатого воздуха мощностью 1 кВт с 1 м2 составляет 1,39 кВт, т.е. увеличивается примерно на 40%

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ, содержащая плавучий корпус с электрогенератором, воздушной турбиной и волноприемными камерами с поплавками, при этом камеры выполнены в виде стаканов, открытый торец каждого из которых погружен под уровень воды, отличающаяся тем, что она снабжена повышающим редуктором и обгонными муфтами, ее корпус выполнен в виде платформы, а поплавки - Г-образной формы и установлены с возможностью одностороннего вращения на горизонтальном валу, установленном в стакане, при этом один из выступов поплавка длиннее или тяжелее другого, все валы соединены между собой, повышающий редуктор связан с последними и валом воздушной турбины при помощи обгонных муфт, а вал турбины подключен к электрогенератору.

Версия для печати
Дата публикации 13.01.2007гг


вверх