RU115790U1

RU115790U1 - FLOATING ELEMENT OF A WAVE STATION

Info

Publication number: RU115790U1
Application number: RU2010131026/13U
Authority: RU
Inventors: Владимир Эдуардович Егурнов; Владимир Васильевич Котунов; Егор Николаевич Быков; Михаил Прокофьевич Мороз; Александр Матвеевич Монаков; Виктор Николаевич Аносов
Original assignee: Владимир Эдуардович Егурнов; Владимир Васильевич Котунов
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2012-05-10

Abstract

Плавучий элемент волновой станции, представляющий собой объемный корпус, который имеет не сообщающиеся с водой закрытые полости, обеспечивающие плавучесть, и находящиеся в них сообщающиеся с водой ниже ватерлинии открытые полости, образующие в своей верхней части воздушные камеры, которые сообщаются с атмосферой при помощи двух воздуховодов, отличающийся тем, что воздуховоды снабжены управляемыми электромагнитными впускным и выпускным клапанами. A floating element of a wave station, which is a volumetric body that has closed cavities that do not communicate with water, providing buoyancy, and open cavities that are in them communicating with water below the waterline, forming air chambers in their upper part, which communicate with the atmosphere using two air ducts characterized in that the air ducts are equipped with controlled electromagnetic inlet and outlet valves.

Description

Изобретение относится к технике для получения электрической энергии путем преобразования энергии морских волн.The invention relates to techniques for producing electrical energy by converting the energy of sea waves.

Известны волновые энергетические установки (ВлЭУ) и волновые электростанции (ВлЭС), где в качестве рабочего тела (устройства передающего энергию волны на силовой преобразователь, генератор) используются плавучие элементы такие как поплавки, буи, и иные плывучести (1). Находящееся на поверхности моря рабочее тело - поплавок - совершает вертикальные колебания в соответствии с изменениями уровня воды. Вертикальные перемещения поплавка используются для преобразования кинетической энергии волны F_к и потенциальной энергии F_п, в механическую энергию ВлЭУ, либо электрическую энергию ВлЭС. Используемые при этом усовершенствованные поплавки частично заполняются водой или к ним подвешивается груз. Но во всех случаях у поплавков остается неизменная масса, что не позволяет оперативно регулировать частоту и скорость их линейного перемещения.Wave power plants (VLEU) and wave power plants (VLES) are known, where floating elements such as floats, buoys, and other buoyancy are used as a working fluid (a device transmitting wave energy to a power converter, generator) (1). A working fluid located on the surface of the sea - a float - performs vertical oscillations in accordance with changes in water level. The vertical displacement of the float is used to convert the kinetic energy of the wave F _to and the potential energy F _p into mechanical energy of the high-voltage power plant, or electric energy of the high-voltage power station. The advanced floats used for this are partially filled with water or a load is suspended from them. But in all cases, the floats remain unchanged mass, which does not allow you to quickly adjust the frequency and speed of their linear movement.

Известен гидрокомплекс (2), содержащий несущую железобетонную конструкцию в виде опорного сотового бона и плавательное средство в виде шарнирного дебаркадера с размещенным на нем генератором с турбинами, который выполнен в форме объемной конструкции из композитных материалов в виде треугольной или многогранной призмы, представляющей собой закрытый объем с расположенными в нем открытыми сообщающимися полостями, выполняющими функцию пневмогенераторов. Изобретение позволяет использовать волновой прибой для выработки электроэнергии и осуществлять защиту побережья, набережных и т.д. от штормов.Known hydrocomplex (2), containing the supporting reinforced concrete structure in the form of a support honeycomb and a floating device in the form of an articulated landing stage with a generator with turbines placed on it, which is made in the form of a three-dimensional structure of composite materials in the form of a triangular or multifaceted prism, which is a closed volume with open communicating cavities located in it, performing the function of pneumogenerators. The invention allows the use of wave surf to generate electricity and protect the coast, embankments, etc. from the storms.

В данном случае дебаркадер выполняет функции плавучего элемента (рабочего тела), передающего энергию волны на силовой преобразователь (генератор), также как и использующиеся в настоящее время на волновых станциях другие плавучие элементы, такие как поплавки, буи и иные. Дебаркадер имеет водный балласт.In this case, the landing stage functions as a floating element (working fluid) that transfers wave energy to a power transducer (generator), as well as other floating elements currently used at wave stations, such as floats, buoys and others. The debarkader has water ballast.

Изменение массы водного балласта позволяет регулировать его физические свойства в зависимости от силы шторма. Однако водный балласт необходимо закачивать в корпус, для чего необходимо время, сложные дополнительные механизмы (насосы, помпы), а также затраты энергии.Changing the mass of water ballast allows you to adjust its physical properties depending on the strength of the storm. However, ballast water must be pumped into the casing, which requires time, complex additional mechanisms (pumps, pumps), as well as energy costs.

Неизменная масса плавучих элементов (рабочих тел) известных волновых станций, либо сложные механизмы изменения их физических параметров связанных с балластной массой и водоизмещением, приводят к тому, что они эффективно работают лишь на волнении моря с определенными параметрами. Это определяется сопоставимостью их геометрических размеров, массы, водоизмещения и осадки, с параметрами волны (высоты, длины, частоты периода) и вида силового преобразователя.The constant mass of floating elements (working bodies) of known wave stations, or the complex mechanisms of changing their physical parameters associated with ballast mass and displacement, lead to the fact that they work effectively only on sea waves with certain parameters. This is determined by the comparability of their geometric dimensions, mass, displacement and draft, with wave parameters (height, length, period frequency) and the type of power converter.

Эффективно передавать волновую энергию от рабочего органа к силовому преобразователю при малом волнении можно при рабочем теле небольшой массы, а при больших штормах, наоборот, при рабочем теле большой массы.It is possible to effectively transfer wave energy from a working body to a power transducer at low waves with a small working fluid, and with large storms, on the contrary, with a large working mass.

Наиболее эффективно рабочее тело работает на волнении, частота которого совпадает с собственной частотой колебаний плавучего элемента. В этом случае возникают резонансные явления, которые характеризуются ростом амплитуды колебаний плавучего элемента и других параметров его динамики. В свою очередь, частота собственных колебаний плавающего на поверхности воды объекта зависят от его формы и массы.Most effectively, the working fluid operates on waves, the frequency of which coincides with the natural frequency of vibrations of the floating element. In this case, resonance phenomena occur, which are characterized by an increase in the amplitude of oscillations of the floating element and other parameters of its dynamics. In turn, the frequency of natural vibrations of an object floating on the water surface depends on its shape and mass.

Период собственных вертикальных колебаний рабочего тела Т может быть выражен через его осадку Т по формуле τ=2,5*T^1/2. Следовательно, чтобы эффективно преобразовывать волновую энергию необходимо в процессе эксплуатации изменять массу плавающего элемента «приспосабливая» ее к реальному волнению, существующему в каждый конкретный период времени.The period of natural vertical vibrations of the working fluid T can be expressed through its draft T according to the formula τ = 2.5 * T ^1/2 . Therefore, in order to effectively convert wave energy, it is necessary during operation to change the mass of the floating element, “adapting” it to the real wave that exists in each particular period of time.

Известные типы волновых электростанций (ВлЭС) и волновых энергоустановок (ВлЭУ), имеют плавучие элементы с неизменными массой и водоизмещением, в процессе работы не меняют осадку, а такие как шарнирный дебаркадер не имеют механизма быстрого изменения водоизмещения и массивности. Это не позволяет использовать их с одинаково высоким коэффициентом использования мощности энергопотока, при волнении моря разной бальности.Known types of wave power plants (VLES) and wave power plants (VLEU), have floating elements with constant mass and displacement, do not change draft during operation, and such as a hinged landing stage do not have a mechanism for rapidly changing displacement and mass. This does not allow them to be used with an equally high utilization factor of the power flow, when the sea is agitated with different balances.

Задачей данного изобретения является обеспечение возможности быстрого изменения массы и водоизмещения рабочих тел (плавучих элементов) волновых станций, для более эффективной передачи энергии морского волнения различной силы и частоты (периода) на силовой преобразователь (генератор).The objective of the invention is the ability to quickly change the mass and displacement of the working fluid (floating elements) of the wave stations, for more efficient transmission of sea waves of various strength and frequency (period) to a power transducer (generator).

Поставленная задача решается плавучим элементом волновой станции, представляющем собой объемный корпус, который имеет несообщающиеся с водой закрытые полости, обеспечивающие плавучесть, и находящиеся в них сообщающиеся с водой ниже ватерлинии открытые полости, образующие в своей верхней части воздушные камеры, которые сообщаются с атмосферой при помощи двух воздуховодов, отличающемся тем, что воздуховоды снабжены регулируемыми электромагнитными впускным и выпускным клапанами.The problem is solved by the floating element of the wave station, which is a three-dimensional body, which has closed cavities that are not communicating with water, which provide buoyancy, and open cavities located in them that communicate with water below the waterline, forming air chambers in their upper part that communicate with the atmosphere by two air ducts, characterized in that the air ducts are equipped with adjustable electromagnetic inlet and outlet valves.

На рис.1 и рис.2 представлены плавучие элементы в форме призмы и усеченного конуса (а - разрез, б - аксонометрическая проекция), где 1 - выпускной клапан, 2 - впускной клапан, 3 - закрытая полость, 4 - открытая полость. Стрелками показаны движения воды и воздуха.Fig. 1 and Fig. 2 show floating elements in the form of a prism and a truncated cone (a - section, b - axonometric projection), where 1 is the outlet valve, 2 is the inlet valve, 3 is the closed cavity, 4 is the open cavity. Arrows indicate the movement of water and air.

При волнении моря малой степени оба клапана закрыты. При этом, сообщающаяся полость 4 заполнена воздухом до уровня ватерлинии, что является исходным положением в работе станции. В этом случае уровень воды в сообщающейся полости 4 соответствует ватерлинии, определяемой осадкой корпуса рабочего плавучего элемента станции.In case of small sea waves, both valves are closed. At the same time, the communicating cavity 4 is filled with air to the level of the waterline, which is the initial position in the operation of the station. In this case, the water level in the communicating cavity 4 corresponds to the waterline determined by the draft of the working floating element of the station.

Объем воздушной камеры, заполненной воздухом, будет при этом входить в объем водоизмещения плавучего элемента. В этот момент его расчетная масса будет минимальной.The volume of the air chamber filled with air will be included in the volume of the displacement of the floating element. At this point, its calculated mass will be minimal.

При усилении волнового воздействия, клапан 1 открывается и пропускает выдавливаемый напором воды воздух из воздушной камеры, поскольку в ней создается избыточное давление при движении плавающего элемента вниз, и закрывает вход воздуха обратно, когда в воздушной камере открытой полости создается разряжение, при движении плавучего элемента вверх.When the wave action is amplified, valve 1 opens and passes the air squeezed out by the water pressure from the air chamber, since it creates excessive pressure when the floating element moves down, and closes the air inlet back when a vacuum is created in the open chamber air chamber, when the floating element moves up .

Объем выпущенного воздуха при этом увеличится на величину объема заместившей его воды. В результате этого в открытой полости быстро меняется соотношение воды и воздуха в сторону увеличения водного балласта, следовательно, увеличивается масса плавучего элемента, изменяется его водоизмещение и осадка.The volume of exhaust air will increase by the amount of the volume of water that has replaced it. As a result of this, in the open cavity, the ratio of water and air rapidly changes in the direction of increasing water ballast, therefore, the mass of the floating element increases, its displacement and sediment change.

При затухании шторма, в случае необходимости уменьшения балласта клапан 1 закрывается, открывается клапан 2, который впускает при разряжении воздух и блокирует его выход при избыточном давлении. В результате этого действия объем воздуха в камере увеличивается, следовательно, уменьшается масса плавучего элемента, вплоть до приведения его массы, в равновесное с исходной.When the storm attenuates, if it is necessary to reduce ballast, valve 1 closes, valve 2 opens, which lets air in when it is discharged and blocks its output at overpressure. As a result of this action, the air volume in the chamber increases, therefore, the mass of the floating element decreases, up to bringing its mass into equilibrium with the original.

Управление электромагнитными клапанами может происходить по показаниям ультразвуковых датчиков перемещения, расположенных на элементах конструкции ВлЭС и подключенных к серверу головного компьютера станции.Solenoid valves can be controlled according to the readings of ultrasonic displacement sensors located on the structural elements of the VLES and connected to the server of the head computer of the station.

В результате быстрого изменения массы рабочего тела (плавучего элемента) станции, его водоизмещения и осадки, которые происходят предложенным способом, оперативно меняются и его физические свойства, такие как инерционные силы, вертикальное ускорение, демпфирующие силы, приводящие к рассеиванию механической энергии, силы плавучести, частота и скорость линейного перемещения. Все это, в итоге, влияет на характер взаимодействия плавучего элемента с силовым преобразователем (генератором) и волнением, что позволяет волновой станции работать с одинаково высоким коэффициентом использования мощности энергопотока при волнении моря разной бальности.As a result of a rapid change in the mass of the working fluid (floating element) of the station, its displacement and draft, which occur by the proposed method, its physical properties, such as inertial forces, vertical acceleration, damping forces, leading to the dispersion of mechanical energy, buoyancy forces, change rapidly frequency and speed of linear movement. All this, in the end, affects the nature of the interaction of the floating element with the power transducer (generator) and the wave, which allows the wave station to work with the same high coefficient of utilization of energy flow during sea waves of different divisions.

Использованная литература:References:

1. «Использование волновой энергии». Учебное пособие. Московский энергетический институт, М., 2002 г., стр.59-601. "Use of wave energy." Tutorial. Moscow Power Engineering Institute, Moscow, 2002, pp. 59-60

2. Патент РФ №2306385, 2006 г.2. RF patent No. 2306385, 2006

Claims

The floating element of the wave station, which is a three-dimensional body, which has closed cavities that are not connected with water, which ensure buoyancy, and open cavities that are in communication with water below the waterline and form air chambers in their upper part that communicate with the atmosphere using two air ducts characterized in that the ducts are equipped with controlled electromagnetic inlet and outlet valves.