RU2069275C1

RU2069275C1 - Wave-electric power plant

Info

Publication number: RU2069275C1
Application number: SU925046031A
Authority: RU
Inventors: Григорий Евдокимович Москаль
Original assignee: Григорий Евдокимович Москаль
Priority date: 1992-06-04
Filing date: 1992-06-04
Publication date: 1996-11-20

Abstract

FIELD: hydroelectric power engineering; conversion of sea wave energy into electricity. SUBSTANCE: power plant has supporting tower with leg carrying screw-type energy converter and compensating telescopic drive mechanism joined together by means of fastening gear ring; screw-type energy converter is, essentially, propeller whose blades are placed at angle of attack of 45 deg; buoy attached at bottom side of propeller supports the latter in horizontal position above water surface. Propeller is joined to compensating telescopic drive mechanism through coupling and to generator, through step-up gear. Tower legs mount several screw-type converters whose energy is summed up by means of gears. EFFECT: improved design. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроэнергетики и может быть использовано для получения электроэнергии на побережье моря, на морских буровых и нефтедобывающих объектах, а также на судах, стоящих на якоре или находящихся в дрейфе. The invention relates to the field of hydropower and can be used to generate electricity on the coast of the sea, at offshore drilling and oil production facilities, as well as on ships anchored or in drift.

Известны проекты установок по преобразованию энергии волн моря в другие виды энергии. Это: плот сэра Кристофера Коккереля, утка Стефана Солтера, столб Масуды, затвор Рассела (см. "Энергия волн" английского исследователя Девида Росса, Л. Гидрометеоиздат, 1981 г). Known projects of installations for converting the energy of sea waves into other forms of energy. These are: the raft of Sir Christopher Kokkerel, the duck of Stefan Salter, the pillar of Masuda, the Russell shutter (see "Energy of the waves" by the English researcher David Ross, L. Gidrometeoizdat, 1981).

Указанные проекты широкого практического применения не получили из-за громоздкости, дороговизны, низкого КПД и слабой устойчивости к морской стихии. These projects have not received wide practical application due to cumbersomeness, high cost, low efficiency and poor resistance to sea elements.

Аналогами предлагаемого изобретения являются: заявка Франции N 2233507, кл. F 03 B 13/12, опубл. 1975 г; авт. свид. СССР N 1320497, кл. F 03 B 13/12, опубл. 1987 г Бюл. 24. Analogues of the invention are: application of France N 2233507, class. F 03 B 13/12, publ. 1975 g; author testimonial. USSR N 1320497, class F 03 B 13/12, publ. 1987 g. 24.

Устройство по заявке N 2233507 содержит поплавок, расположенный на поверхности воды и перемещающийся свободно по вертикали, следуя движению вол. С поплавком соединена система привода генератора, расположенного на глубине, где волнение не оказывает сильного воздействия. Данное устройство применяется, в частности, для выработки электрического тока на море. The device according to the application N 2233507 contains a float located on the surface of the water and moving freely vertically, following the movement of the ox. A system for driving a generator located at a depth where the excitement does not have a strong effect is connected to the float. This device is used, in particular, to generate electric current at sea.

Основным недостатком устройства является то, что все рабочие органы преобразования энергии, включая и генератор, размещаются на глубине в агрессивной среде и без возможности введения наблюдения за их работой, а также затруднена передача вырабатываемого электричества на потребители, находящиеся на плаву при волнении. The main disadvantage of the device is that all the working bodies of energy conversion, including the generator, are located at a depth in an aggressive environment and without the possibility of introducing monitoring of their work, and it is also difficult to transfer the generated electricity to consumers who are afloat during the waves.

Волновая энергетическая установка авт.свид. N 1320497, содержащая поплавок с валом отбора мощности и механизм преобразования возвратно-поступательного перемещения поплавка во вращательное движение вала, включающий закрепленную на штоке поплавка зубчатую рейку и установленные на валу зубчатые колеса с обгонными муфтами, взаимодействующие с рейкой. Вся система наклонена к вертикальной плоскости под углом и закреплена на опоре над поверхностью воды. Работа установки основана на движении поплавка по поверхности возникшего от динамического воздействия наката волны на поплавок с наклонным штоком с зубчатой рейкой. Основным недостатком установки является то, что она работает только от волн, направленных на поплавок со штоком встречно. Wave power plant autosvid. N 1320497, comprising a float with a power take-off shaft and a mechanism for converting the reciprocating movement of the float into a rotational movement of the shaft, including a gear rack fixed to the float rod and gears mounted on the shaft with overrunning clutches interacting with the rack. The whole system is inclined to a vertical plane at an angle and is mounted on a support above the surface of the water. The operation of the installation is based on the movement of the float over the surface of the wave that has arisen from the dynamic action of the wave on the float with an inclined rod with a gear rack. The main disadvantage of the installation is that it works only from waves directed towards the float against the stem.

В качестве прототипа выбрана энергетическая установка Пресмана С.Д. Авт. свид. СССР N 1355754, кл. F 03 B 13/12, опубл. 1987, Бюл. 44. Установка предназначена для выработки электроэнергии и содержит две неподвижные опоры с установленными между ними секционными рабочими колесами, имеющими на ободах тангенциальные пазы. Колеса частично погружены под уровень воды. Волны, ударяясь в торцы тангенциальных пазов, вызывают вращение рабочих колес и вала электрогенератора. As a prototype, the power plant of Presman S.D. Auth. testimonial. USSR N 1355754, class F 03 B 13/12, publ. 1987, Bull. 44. The installation is designed to generate electricity and contains two fixed supports with sectional impellers installed between them, having tangential grooves on the rims. The wheels are partially submerged under the water level. The waves, striking the ends of the tangential grooves, cause the rotation of the impellers and the shaft of the generator.

Однако установка имеет следующие недостатки: она может работать только при одном направлении распространения волн, т.е. используется только накат на колесо, тем самым снижая его КПД; установка, располагаясь широким фронтом к волне, воспринимает динамическое воздействие наката, в результате чего возможны частые повреждения рабочих органов, а также не исключены наносы песка, гальки под колеса установки. However, the installation has the following disadvantages: it can work only with one direction of wave propagation, i.e. only rolling on the wheel is used, thereby reducing its efficiency; the installation, having a wide front to the wave, perceives the dynamic impact of the run, as a result of which frequent damage to the working bodies is possible, and sand and pebbles under the installation wheels are not excluded.

Техническим результатом изобретения является расширение сферы применения установки как на побережье, так и на крупнотоннажных плавающих морских объектах на якоре. The technical result of the invention is to expand the scope of the installation both on the coast and on large-tonnage floating marine objects at anchor.

Данный технический результат достигается применением лопастного плавучего винтового преобразователя энергии волн моря с компенсационным телескопическим приводным механизмом. This technical result is achieved by the use of a paddle floating helical transformer of energy of the waves of the sea with a compensating telescopic drive mechanism.

На фиг. 1 изображен общий вид волновой энергетической установки, на фиг. 2 профиль винта преобразователя, на фиг. 3 представлена схема размещения преобразователей энергии волн на лучах башенных опор на побережье. In FIG. 1 shows a general view of a wave power plant; in FIG. 2 the profile of the converter screw, in FIG. 3 shows the layout of wave energy converters on the rays of tower supports on the coast.

Предлагаемая энергетическая установка содержит неподвижную круглую обтекаемую опору 1 с лучами 2, на которых монтируется винтовой преобразователь энергии, состоящий из длиннолопастного винта 3 с прикрепленной к его ступице плавучести 4 и компенсационного телескопического приводного механизма, включающий в себя соединительную муфту 5, внутренний вал 6 с двумя парами роликов 7, наружный телескопический вал 8 с продольными пазами 9, обойму 10 с подшипниками, являющуюся механизмом крепления винтового преобразователя к лучу башенного опоры. На наружном валу 8 насажена шестеренка 11, сопряженная с шестерней 12. Компенсационный телескопический приводной механизм закрывается кожухом 13. Энергетическая установка включает в себя и энергетическое помещение 14, расположенное на башенной опоре. The proposed power plant comprises a fixed circular streamlined support 1 with beams 2, on which a screw energy converter is mounted, consisting of a long-bladed screw 3 with a buoyancy 4 attached to its hub and a compensating telescopic drive mechanism, including a coupling 5, an internal shaft 6 with two in pairs of rollers 7, an outer telescopic shaft 8 with longitudinal grooves 9, a cage 10 with bearings, which is the mechanism for attaching the screw transducer to the beam of the tower support. A gear 11 is mounted on the outer shaft 8, coupled with the gear 12. The compensating telescopic drive mechanism is closed by a casing 13. The power plant also includes a power room 14 located on the tower support.

Плавучесть 4 обеспечивает такое положение горизонтально расположенного винта 3 над уровнем воды, при котором нижние грани его лопастей только дотрагиваются до поверхности воды. Это условие достигается регулировкой подъемной силы плавучести 4 заливкой или откачкой воды в ее емкость при монтаже всей системы. Диаметр плавучести не должен превышать половины диаметра размаха лопастей винта. The buoyancy 4 provides a position of a horizontally located screw 3 above the water level, at which the lower edges of its blades only touch the surface of the water. This condition is achieved by adjusting the buoyancy 4 by pouring or pumping water into its tank during installation of the entire system. The buoyancy diameter should not exceed half the diameter of the span of the rotor blades.

Винт 3 соединяется с внутренним валом 6 компенсационного телескопического приводного механизма с помощью муфты 5. На внутреннем валу 6 в средней и верхней его части закреплены две пары роликов, обеспечивающих вертикальное его перемещение внутри телескопического наружного вала 8, а также передачу крутящего момента от винта на наружный вал 8 через его продольные прокатные пазы 9. Нижняя часть наружного вала 8 вмонтирована на подшипниках в обойму 10, которая жестко закреплена к монтажному лучу 2, который устанавливается над поверхностью воды на высоте более высоты господствующих при шторме волн, не подвергаясь их разрушительному действию. The screw 3 is connected to the inner shaft 6 of the compensation telescopic drive mechanism by means of a coupling 5. Two pairs of rollers are fixed on the inner shaft 6 in the middle and upper parts of it, ensuring its vertical movement inside the outer telescopic shaft 8, as well as transmitting torque from the screw to the outer the shaft 8 through its longitudinal rolling grooves 9. The lower part of the outer shaft 8 is mounted on bearings in a cage 10, which is rigidly fixed to the mounting beam 2, which is mounted above the surface of the water on height above the height of the waves prevailing during a storm, without being subjected to their destructive action.

На башенной опоре 1 может быть несколько монтажных лучей 2 с заданным количеством винтовых преобразователей энергии морских волн (см. фиг. 3). On the tower support 1 may be several mounting beams 2 with a given number of helical transformers of energy of the sea waves (see Fig. 3).

Предлагаемая установка применяется и на плавучих морских буровых, нефтедобывающих объектах, а также на судах с большим водоизмещением на якоре, монтируя их на судовых выстрелах и стрелах. Плавучий винт при этом с борта объекта краном опускается на воду и буксируется под стрелу для соединения с внутренним валом 6. The proposed installation is also used on floating offshore drilling, oil-producing facilities, as well as on ships with a large displacement at anchor, mounting them on ship's shots and arrows. In this case, the floating screw from the side of the object is lowered by crane to the water and towed under the boom for connection with the internal shaft 6.

Волновая энергетическая установка работает следующим образом. Длиннолопастной винт 3 при спокойном состоянии моря находится над поверхностью воды во взвешенном состоянии. При появлении волны с любого направления фиг. 1 14, поток поднятого гребня воздействует сначала на лопасть 1 фиг. 2в, расположенную ближе к волне и благодаря ее конфигурации и углу атаки в 45^o лопасть 1 начинает разворачиваться вправо. При достижении волной центра винта поток воды начинает действовать сразу на две лопасти правую 2 и левую 4. Лопасть 2 в этот момент расположена к потоку поперек вогнутостью внутрь и будет испытывать самое максимальное воздействие волны, создавая крутящий момент. В это же время лопасть 4 расположена к потоку поперек, но выпуклой обтекаемой стороной к нему и согласно гидродинамики при ускоренном обтекании вокруг лопасти снижается давление, а следовательно, и сопротивление вращению. С достижением гребнем волны центра винта последний начинает всплывать на ее вершину фиг. 1, точка А на высоту +, но только с незначительным запаздыванием, связанным с наличием составляюще прижимного вектора, полученного на лопастях. После прохода гребня волны через центр винт 3 начинает спускаться в точку б на величину высоты волны -, а волна, достигнув лопасть 3, вызовет на ней крутящий момент, направленный влево. И как только гребень волны сойдет с лопасти 3, как в это время уже подойдет к лопасти 1 следующий гребень другой волны.Wave power plant operates as follows. Long-blade propeller 3 in a calm state of the sea is above the surface of the water in suspension. When a wave appears from any direction of FIG. 1 14, the flow of the raised ridge first acts on the blade 1 of FIG. 2c, located closer to the wave and due to its configuration and angle of attack of 45 ^{o, the} blade 1 begins to turn to the right. When the wave reaches the center of the screw, the water flow begins to act immediately on the two blades of the right 2 and left 4. The blade 2 at this moment is located transversely to the flow with the concavity inward and will experience the maximum wave effect, creating torque. At the same time, the blade 4 is located transverse to the flow, but with a convex streamlined side to it and, according to hydrodynamics, with accelerated flow around the blade, the pressure decreases, and therefore the resistance to rotation. As the crest of the wave reaches the center of the screw, the latter begins to float to its peak in FIG. 1, point A to a height of +, but only with a slight delay associated with the presence of a component of the clamping vector obtained on the blades. After the wave crest passes through the center, screw 3 begins to descend to point b by the height of wave -, and the wave, having reached blade 3, causes a torque directed to it to the left. And as soon as the crest of the wave leaves the blade 3, at this time the next crest of another wave will approach the blade 1.

Таким образом создается вращательное движение винта 3. Величина мощности отбора энергии будет зависеть от площади лопасти винта и параметров волны. Thus, a rotational movement of the screw 3 is created. The magnitude of the power of energy extraction will depend on the area of the screw blade and wave parameters.

Усилие от винта 3 через внутренний вал 6, его ролики 7 и пазы 9 наружного вала 8 будет передана на наружный вал, а с него через шестерни 11, 12 на генератор. The force from the screw 3 through the inner shaft 6, its rollers 7 and the grooves 9 of the outer shaft 8 will be transmitted to the outer shaft, and from it through the gears 11, 12 to the generator.

Кроме того, внутренний вал 6 компенсирующего телескопического приводного механизма, являясь компенсатором вертикальных перемещений винта 3 с плавучестью 4 при их всплытии и опускании при волнении моря, постоянно обеспечивает передачу крутящего момента от винта до генератора не нарушая их кинематических связей, а также снимает поперечные нагрузки во время шторма, придавая установке большую живучесть. In addition, the inner shaft 6 of the compensating telescopic drive mechanism, being a compensator for the vertical movements of the propeller 3 with buoyancy 4 when they ascend and lower when the sea swells, constantly provides torque transmission from the propeller to the generator without disturbing their kinematic connections, and also removes lateral loads during storm time, giving the installation greater survivability.

Claims

A wave power installation comprising a tower support with bearings and a wave energy converter connected to a power take-off shaft of the drive mechanism by means of a coupling, characterized in that the support is provided with a beam with a clip of the bearing mounting mechanism, while the wave energy converter is made in the form of buoyancy mounted on it horizontal propeller blades which are arranged at an angle of 45 ^o to the surface, and a drive mechanism mounted in bearings telescopic shaft with n odolnymi grooves and the inner central hole PTO for accommodation, the latter is equipped with two roller bearings arranged in longitudinal grooves.