RU2080478C1

RU2080478C1 - Wave-electric power plant

Info

Publication number: RU2080478C1
Application number: RU9494019737A
Authority: RU
Inventors: Николай Васильевич Ковшаров
Original assignee: Николай Васильевич Ковшаров
Priority date: 1994-05-26
Filing date: 1994-05-26
Publication date: 1997-05-27

Abstract

FIELD: hydroelectric power engineering; conversion of sea wave energy into electricity. SUBSTANCE: plant housing is placed above wave level for displacement over guides and the latter are mounted vertically on planes driven into sea bottom; shock mounts, such as rubber spacers, are fitted between piles and housing; corrugated shell made, for example, of rubber-impregnated or synthetic cloth and closed at sides and bottom is connected to bottom open part of housing; shell stretches by gravity to form bellows and its bottom comes in contact with water reservoir surface. EFFECT: simplified design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для преобразования энергии морских волн в электрическую энергию. The invention relates to hydropower and is intended to convert the energy of sea waves into electrical energy.

Известна волновая энергетическая установка, содержащая открытый снизу корпус в виде плавающего на волнах, перевернутого вверх дном бака с воздушными клапанами и воздушной турбиной, связанной с электрогенератором. Поднимаясь или опадая, волна действует как поршень в цилиндре, всасывает или вытесняет воздух из полостей корпуса. А система воздушных клапанов, устроена так, что при всасывании или вытеснении поток воздуха проходит через воздушную турбину и не меняет своего направления. Known wave power plant, containing an open bottom housing in the form of floating on the waves, turned upside down tank with air valves and an air turbine associated with an electric generator. Rising or falling, the wave acts like a piston in the cylinder, sucks or forces air out of the body cavities. And the system of air valves is designed so that when sucking or displacing the air flow passes through the air turbine and does not change its direction.

К основным недостаткам известного устройства относятся низкий КПД, низкая надежность в эксплуатации и высокая себестоимость. The main disadvantages of the known devices include low efficiency, low reliability and high cost.

Для доказательства этих недостатков представим установку, закрепленную якорями на длинных цепях, в виде морского буя. Длинные цепи позволяют установке относительно свободно подниматься и опускаться вместе с волной, а также перемещаться на некоторое расстояние в горизонтальной плоскости. При таком закреплении устройства, энергия морской волны, будет использована следующим образом: часть волновой энергии, будет бесполезно растрачена в виде удара в стенку корпуса, частично погруженного в воду, а также в виде вторичной волны, отраженной от этой стенки. Значительная часть волновой энергии, будет направлена на вытеснение из воды самого корпуса и на его перемещение в горизонтальной плоскости. И только незначительная, оставшаяся часть волновой энергии, будет использована на всасывание или вытеснение воздуха из полостей корпуса непосредственно через воздушную турбину. To prove these shortcomings, we present an installation fixed by anchors on long chains in the form of a sea buoy. Long chains allow the installation to relatively freely rise and fall along with the wave, as well as move a certain distance in the horizontal plane. With such a fastening of the device, the energy of the sea wave will be used as follows: part of the wave energy will be uselessly wasted in the form of a blow to the wall of the body partially immersed in water, as well as in the form of a secondary wave reflected from this wall. A significant part of the wave energy will be directed to the displacement of the body from the water and its movement in the horizontal plane. And only a small, remaining part of the wave energy will be used to suck in or displace air from the body cavities directly through the air turbine.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что известная энергетическая установка имеет низкий КПД. Based on the foregoing, we can conclude that the known power plant has a low efficiency.

Для повышения надежности морских сооружений в эксплуатации, снижения и материалоемкости и себестоимости, сооружения размещают в защищенных от волн бухтах, корпуса сооружений выполняют обтекаемой формы в виде корабля и снижают их общую парусность. Например, морские буровые установки размещают на сваях, вбитых в морское дно с определенными промежутками. Такая установка имеет низкую парусность, так как практически свободно пропускает воду между сваями. To increase the reliability of offshore structures in operation, to reduce both material consumption and cost, structures are placed in bays protected from waves, buildings are streamlined in the form of a ship and reduce their overall windage. For example, offshore drilling rigs are placed on piles driven into the seabed at regular intervals. This installation has a low windage, as it practically freely passes water between piles.

При размещении в море известной установки, поступают наоборот: для ее размещения выбирают самый бурный участок открытого моря, а установку разворачивают навстречу набегающим волнам кормой и, тем самым еще больше увеличивают ее парусность. При этом сам факт такого размещения установки делает ее ненадежной в эксплуатации. When placing a well-known installation in the sea, they do the opposite: to place it, the most stormy stretch of the open sea is chosen, and the installation is deployed in the direction of the incident waves aft and, thereby, further increases its windage. Moreover, the very fact of such a placement of the installation makes it unreliable in operation.

В открытом штормовом море на переднюю стенку корпуса будут обрушиваться многотонные удары волн. Чтобы выдержать эти удары, корпус должен быть прочным, а на изготовление прочного корпуса, потребуется значительное количество строительных материалов, что также значительно повысит себестоимость установки. In the open stormy sea, multi-ton shock waves will fall on the front wall of the hull. To withstand these impacts, the casing must be durable, and the manufacture of a durable casing will require a significant amount of building materials, which will also significantly increase the cost of installation.

Задачей изобретения является повышение КПД, надежность в эксплуатации и снижение себестоимости установки. The objective of the invention is to increase efficiency, reliability in operation and reduce the cost of installation.

Решение задачи достигается тем, что корпус размещен выше уровня волн и с возможностью перемещения по направляющим, а последние вертикально закреплены на сваях, вбитых в морское дно, при этом между сваями и корпусом размещены амортизаторы, например, в виде резиновых прокладок, а на нижней открытой части корпуса, подсоединена, закрытая с боков и снизу, гофрированная оболочка, выполненная, например, из прорезиненной или синтетической ткани, при этом под действием сил гравитации оболочка растягивается в виде меха гармошки и своим днищем касается поверхности водоема. The solution to the problem is achieved by the fact that the housing is placed above the wave level and can be moved along the guides, and the latter are vertically mounted on piles driven into the seabed, while between the piles and the housing shock absorbers are placed, for example, in the form of rubber gaskets, and on the lower open part of the body, connected, closed from the sides and from the bottom, a corrugated shell made, for example, of rubberized or synthetic fabric, while under the influence of gravity the shell stretches in the form of accordion fur and its bottom Xia reservoir surface.

Новым в изобретении является: размещение корпуса выше уровня волн, возможность перемещения корпуса по направляющим, а также сами направляющие, амортизаторы и гофрированная оболочка, подсоединенная к открытой части корпуса. А наличие в устройствах новых элементов и совокупность их взаимодействия, позволяет сделать предварительный вывод, что предлагаемое устройство отвечает изобретательскому критерию "Новизна". New in the invention is: placing the housing above the level of the waves, the ability to move the housing along the guides, as well as the guides themselves, shock absorbers and corrugated shell connected to the open part of the housing. And the presence of new elements in the devices and the totality of their interaction allows us to draw a preliminary conclusion that the proposed device meets the inventive criterion of "Novelty."

На чертеже схематически изображена предлагаемая установка. The drawing schematically shows the proposed installation.

Корпус 1 размещен выше уровня волн 2 с возможностью вертикального перемещения по направляющим 3. Направляющие 3, вертикально закреплены на сваях 4, вбитых в морское дно 5, с определенными промежутками. Между сваями 4 и корпусом 1, размещены амортизаторы 6, выполненные в виде резиновых прокладок. К нижней открытой части корпуса 1, подсоединена закрытая с боков и снизу эластичная гофрированная оболочка 7. Под действием собственного веса оболочка 7 растягивается в виде меха гармошки и своим днищем касается поверхности волн 2. В стенках корпуса 1 выполнены отверстия с воздушными клапанами, приточными 8 и выхлопными 9. The housing 1 is placed above the level of waves 2 with the possibility of vertical movement along the guides 3. The guides 3 are vertically mounted on piles 4 driven into the seabed 5, with certain intervals. Between the piles 4 and the housing 1, shock absorbers 6 are made in the form of rubber gaskets. An elastic corrugated shell 7. closed from the sides and from below, is connected to the lower open part of the housing. Under the influence of its own weight, the shell 7 stretches in the form of accordion fur and touches the surface of the waves with its bottom 2. Openings with air valves 8 and 8 are made in the walls of the housing 1 exhaust 9.

В проеме одной из перегородок корпуса 1 размещена воздушная турбина 10, связанная с электрогенератором, который для удобства на чертеже не показан, также не показаны и средства предотвращающие горизонтальный дрейф гофрированной оболочки 7. Последние могут быть выполнены, например, в виде телескопических раздвижных труб, закрепленных одним концом на внутренней поверхности днища оболочки 7, а вторая труба, закреплена в теле вертикальной перегородки корпуса 1. In the opening of one of the partitions of the housing 1 there is an air turbine 10 connected with an electric generator, which is not shown in the drawing for convenience, and means are also not shown preventing horizontal drift of the corrugated shell 7. The latter can be made, for example, in the form of telescopic sliding pipes fixed one end on the inner surface of the bottom of the shell 7, and the second pipe is fixed in the body of the vertical partition of the housing 1.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

Под действием нарастающей волны 2 начинает всплывать и одновременно сжиматься, ранее растянутая гофрированная оболочка 7. При этом оболочка 7 сжимает заключенный в своей полости воздух и тем самым создает перепады давления воздуха между полостями гофрированной оболочки 7 корпуса 1 и наружной атмосферы. За счет созданного перепада давлений, закрываются воздушные приточные клапаны 8 и открываются выхлопные воздушные клапаны 9. Сжатый воздух начинает выходить в атмосферу через воздушную турбину 10 и выхлопные воздушные клапаны 9. Воздушная турбина 10 начинает вращаться и вращать электрогенератор, а последний -вырабатывать электрический ток. Under the influence of the rising wave 2, the previously stretched corrugated shell 7 begins to emerge and simultaneously contracts. In this case, the shell 7 compresses the air enclosed in its cavity and thereby creates air pressure differences between the cavities of the corrugated shell 7 of the housing 1 and the external atmosphere. Due to the created pressure differential, the air inlet valves 8 are closed and the exhaust air valves are opened 9. Compressed air begins to escape into the atmosphere through the air turbine 10 and exhaust air valves 9. The air turbine 10 starts to rotate and rotate the generator, and the latter generates an electric current.

Достигнув своей высшей точки, волна 2 начинает опадать, а гофрированная оболочка 7 начинает растягиваться под действием собственного веса и вновь создавать перепады давлений воздуха. При этом открываются приточные воздушные клапаны 8 и закрываются воздушные клапаны 9. Атмосферный воздух врывается в полости оболочки 7 и корпуса 1 через воздушную турбину 10, при этом поток воздуха, проходящий через воздушную турбину 10, не изменяет своего направления. В дальнейшем вышеуказанные циклы будут повторяться. Having reached its highest point, wave 2 begins to fall, and the corrugated shell 7 begins to stretch under the action of its own weight and again creates air pressure drops. In this case, the supply air valves 8 are opened and the air valves 9 are closed. Atmospheric air breaks into the cavities of the shell 7 and the housing 1 through the air turbine 10, while the air flow passing through the air turbine 10 does not change its direction. Subsequently, the above cycles will be repeated.

В штормовом море не исключена возможность появления более высокой волны, не характерной для данной местности. Такая волна может быть образована путем слияния двух обычных волн или под действием землетрясения. Обычно такая, даже одиночная волна, способна разрушить многие морские сооружения. In the stormy sea, the possibility of the appearance of a higher wave, which is not typical for this area, is possible. Such a wave can be formed by the merger of two ordinary waves or by an earthquake. Usually such, even a single wave, can destroy many marine structures.

При нарастании высокой волны 2 гофрированная оболочка 7 сжимается до предела, полностью вытесняет воздух из своей полости в атмосферу и в полости корпуса 1. При дальнейшем нарастании волны 2 корпус 1, вместе с оболочкой 7, всплывут вверх по направляющим 3. With the growth of high wave 2, the corrugated shell 7 is compressed to the limit, completely displaces air from its cavity into the atmosphere and in the cavity of the housing 1. With a further increase in wave 2, the housing 1, together with the shell 7, will float up along the guides 3.

Достигнув определенной высоты, волна 2 начнет спадать, а корпус 1 плавно опускаться и без разрушительных последствий займет свое первоначальное положение на амортизаторах 6. Плавному спуску корпуса 1 будет способствовать энерционность спада волны 2, трение, возникающее между корпусом 1 и направляющими 3, а также амортизаторы 6, размещенные на сваях 4. Having reached a certain height, wave 2 will begin to subside, and case 1 will smoothly lower and without destructive consequences will take its initial position on shock absorbers 6. The smooth descent of body 1 will be facilitated by the energy of decay of wave 2, the friction arising between body 1 and guides 3, as well as shock absorbers 6, placed on stilts 4.

Техническая и экономическая эффективность предлагаемой установки. Technical and economic efficiency of the proposed installation.

В установке энергия волны уже не будет бесполезно растрачиваться на вытеснение из воды самого корпуса и на его перемещение в горизонтальной плоскости. А плавающая на волнах гофрированная оболочка по своей массе легче корпуса, имеют широкое плоское дно и как всякое легкое плоскодонное плавучее средство, имеет незначительную осадку и не будет создавать значительных по величине отраженных волн. При этом большая часть волновой энергии направлена на сжатие гофрированной оболочки и, как следствие, на вытеснение из ее полости воздуха через воздушную турбину. In the installation, the wave energy will no longer be wasted on squeezing the body itself out of the water and moving it horizontally. And the corrugated shell floating on the waves is lighter in weight than the hull, has a wide flat bottom and, like any light, flat-bottomed floating craft, has a slight draft and will not create significant reflected waves. In this case, most of the wave energy is directed to compressing the corrugated shell and, as a result, to displacing air from its cavity through an air turbine.

Корпус, размещенный выше уровня волн, меньше подвергается коррозии и не подвергается ударам даже самых высоких волн и поэтому будет более надежным в эксплуатации. Если корпус не испытывает вышеуказанных гидродинамических нагрузок, то и его прочность может быть значительно ниже. На изготовление последнего потребуется меньше строительных материалов, упроститься технологии монтажа, следовательно и себестоимость всей установки будет значительно ниже. A case placed above the wave level is less subject to corrosion and is not subjected to impacts of even the highest waves and therefore will be more reliable in operation. If the housing does not experience the above hydrodynamic loads, then its strength can be significantly lower. To manufacture the latter, less building materials will be required, installation technologies will be simplified, and therefore the cost of the entire installation will be significantly lower.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что предлагаемая волновая энергетическая установка работоспособна, технически осуществима, имеет высокий КПД, высокую надежность в эксплуатации и низкую себестоимость. Based on the foregoing, we can conclude that the proposed wave power plant is operable, technically feasible, has high efficiency, high reliability in operation and low cost.

Claims

A wave power installation comprising an open bottom casing with an air turbine connected to an electric generator, characterized in that the casing is mounted for movement along rails, the latter are vertically mounted on piles driven into the seabed, and rubber shock absorbers are placed between the piles and the casing gaskets, and between the hull and the sea surface there is a corrugated shell closed from the sides and below, made, for example, of rubberized or synthetic fabric, connected to an open nd of the housing.