RU2141057C1 - Волновая энергетическая машина - Google Patents
Волновая энергетическая машина Download PDFInfo
- Publication number
- RU2141057C1 RU2141057C1 RU98103737A RU98103737A RU2141057C1 RU 2141057 C1 RU2141057 C1 RU 2141057C1 RU 98103737 A RU98103737 A RU 98103737A RU 98103737 A RU98103737 A RU 98103737A RU 2141057 C1 RU2141057 C1 RU 2141057C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- float
- pipe
- water
- shaft
- transducer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
Landscapes
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Машина предназначена для использования в гидроэнергетике путем преобразования энергии волн в электроэнергию для снабжения нефтегазодобывающих платформ, плантаций марикультур, прибрежных и островных поселков и других потребителей. Устройство содержит поплавок в виде горизонтальной полой трубы, частично заполненной водой. Максимальный размер поперечного сечения трубы равен или меньше половины минимальной длины волны, на которую спроектирована машина, в центральной части трубы сверху или сбоку, или внутри нее установлен преобразователь поступательного движения, получаемого с помощью второй вертикальной трубы, заполненной водой и снабженной в верхней части зубчатыми рейками, во вращательное. Вращательное движение преобразуется с помощью муфт свободного хода. Частота вращения увеличивается с помощью мультипликатора и передается на электрогенератор, а от него - потребителю. Предлагаемое устройство обеспечивает работу как в диапазоне малых (3 - 4 балла) волн, так и при значительном волнении (5 - 6 баллов), что позволяет увеличить время ее работы в течение года и тем самым снизить стоимость вырабатываемой электроэнергии до стоимости электроэнергии, вырабатываемой ветроустановками. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в устройствах для преобразования энергии волн в электрическую энергию.
Известна волновая энергетическая машина поплавкового типа (ПВЭМ), по технической сущности наиболее близкая (прототип) к заявляемому изобретению (пат. США N 4773221, кл. F 03 B 13/12).
Так же как и заявляемая, ПВЭМ по прототипу содержит:
- два тела, кинематически связанных между собой через первичный исполнительный механизм (например, первичный вал или поршень гидроцилиндра) устройства поглощения энергии;
- поплавок, воспринимающий колебания волн;
- жесткий шток, установленный в верхней части второго тела, для взаимодействия с поплавком.
- два тела, кинематически связанных между собой через первичный исполнительный механизм (например, первичный вал или поршень гидроцилиндра) устройства поглощения энергии;
- поплавок, воспринимающий колебания волн;
- жесткий шток, установленный в верхней части второго тела, для взаимодействия с поплавком.
К недостаткам прототипа можно отнести следующее:
- поплавок выполнен в виде торовидного тела, что на волнах с малой высотой (0. 25 м) и, следовательно, малой длиной волны (5 м) жестко ограничивает возможность повышения мощности единичного модуля ПВЭМ путем увеличения диаметра поплавка более 2.5 м (для указанной волны), т. к. в этом случае при малых фазовых скоростях волн (фазовая скорость определяется соотношением
Cф= (g•λ/(2•π)1/2,
где Cф - фазовая скорость гравитационной волны на глубокой воде;
g - ускорение свободного падения;
λ - длина волны
для нашего примера Cф=(9.81•5/(2•π)1/2=2.79 м/с (см., например, Б.Б. Кадомцев, В.И. Рыдник. "Волны вокруг нас", М., "Знание", 1981, стр. 24) в диаметре поплавка укладывается уже не одна вершина, а вершина и часть впадины волны, что резко снижает амплитуду колебаний поплавка и, следовательно, эффективность (мощность) ПВЭМ;
- поплавок снабжен длинной открытой снизу трубой, внутри которой перемещается поршень, при этом направляющими для поршня служит внутренняя поверхность трубы, что предопределяет необходимость точной обработки поверхности как поршня, так и трубы, и резко повышает себестоимость ПВЭМ и ее основную характеристику: стоимость 1 кВт часа вырабатываемой ею электроэнергии, так как "стоимость производства электроэнергии на 78.99% определяется себестоимостью ПВЭМ" (В.И.Сичкарев, В.А.Акуличев, "Волновые энергетические станции в океане", М., "Наука", 1989, стр. 101).
- поплавок выполнен в виде торовидного тела, что на волнах с малой высотой (0. 25 м) и, следовательно, малой длиной волны (5 м) жестко ограничивает возможность повышения мощности единичного модуля ПВЭМ путем увеличения диаметра поплавка более 2.5 м (для указанной волны), т. к. в этом случае при малых фазовых скоростях волн (фазовая скорость определяется соотношением
Cф= (g•λ/(2•π)1/2,
где Cф - фазовая скорость гравитационной волны на глубокой воде;
g - ускорение свободного падения;
λ - длина волны
для нашего примера Cф=(9.81•5/(2•π)1/2=2.79 м/с (см., например, Б.Б. Кадомцев, В.И. Рыдник. "Волны вокруг нас", М., "Знание", 1981, стр. 24) в диаметре поплавка укладывается уже не одна вершина, а вершина и часть впадины волны, что резко снижает амплитуду колебаний поплавка и, следовательно, эффективность (мощность) ПВЭМ;
- поплавок снабжен длинной открытой снизу трубой, внутри которой перемещается поршень, при этом направляющими для поршня служит внутренняя поверхность трубы, что предопределяет необходимость точной обработки поверхности как поршня, так и трубы, и резко повышает себестоимость ПВЭМ и ее основную характеристику: стоимость 1 кВт часа вырабатываемой ею электроэнергии, так как "стоимость производства электроэнергии на 78.99% определяется себестоимостью ПВЭМ" (В.И.Сичкарев, В.А.Акуличев, "Волновые энергетические станции в океане", М., "Наука", 1989, стр. 101).
Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков прототипа.
Указанная цель решается тем, что:
- поплавок выполнен в виде горизонтальной полой трубы, частично заполненной водой, при этом труба выполнена с наибольшим размером поперечного сечения, равным или меньшим 1/2 средней длины волны (из числа волн, входящих в группу) для волн минимальной балльности, на которую спроектирована ПВЭМ, это позволяет обеспечить максимально возможную амплитуду колебаний поплавка и, следовательно, максимально возможную эффективность (мощность) ПВЭМ на малых волнах (3-4 балла), которые по продолжительности их существования в течение года в различных зонах мирового океана могут составлять 40 - 60% (см., например, "Регистр СССР", "Ветер и волны в океанах и морях, справочные данные", справочные данные, Л., "Транспорт", 1974 год);
- в центральной части поплавка в герметичном отсеке внутри трубы или сверху, или сбоку от нее установлен вторичный преобразователь;
- в центральной части вторичного преобразователя, с возможностью перемещения относительно него, вертикально установлена рама или труба, по длине которой с диаметрально противоположных сторон жестко закреплены две зубчатые рейки, длина которых больше высоты вторичного преобразователя;
- к нижней части рамы или трубы с рейками прикреплена труба большего диаметра, погруженная вертикально в воду и частично или полностью заполненная водой, причем эта труба большего диаметра снизу и сверху закрыта, так что объем воды в ней, создающий инерционную массу, всегда постоянен, при этом эта труба в отличие от прототипа не требует никакой обработки (кроме сварки днищ) и может иметь некоторую негерметичность, что при постоянном ее нахождении в воде очень слабо может повлиять на ее инерционность (количество воды внутри трубы);
- центральная часть поплавка снабжена узлом, к которому прикрепляется якорная связь, далее идущая к швартовой бочке и донному грузу, это позволяет при любом направлении распространения волн обеспечить то, что горизонтальная труба поплавка будет всегда самоустанавливаться практически параллельно фронту распространения волн и именно это, совместно с величиной поперечного размера горизонтальной трубы позволяет повысить энергосъем с малых (со средней высотой в группе от 0.25 м до 1 м) волн, что в свою очередь позволяет повысить время работы ПВЭМ в году до 80% (кроме штиля и шторма).
- поплавок выполнен в виде горизонтальной полой трубы, частично заполненной водой, при этом труба выполнена с наибольшим размером поперечного сечения, равным или меньшим 1/2 средней длины волны (из числа волн, входящих в группу) для волн минимальной балльности, на которую спроектирована ПВЭМ, это позволяет обеспечить максимально возможную амплитуду колебаний поплавка и, следовательно, максимально возможную эффективность (мощность) ПВЭМ на малых волнах (3-4 балла), которые по продолжительности их существования в течение года в различных зонах мирового океана могут составлять 40 - 60% (см., например, "Регистр СССР", "Ветер и волны в океанах и морях, справочные данные", справочные данные, Л., "Транспорт", 1974 год);
- в центральной части поплавка в герметичном отсеке внутри трубы или сверху, или сбоку от нее установлен вторичный преобразователь;
- в центральной части вторичного преобразователя, с возможностью перемещения относительно него, вертикально установлена рама или труба, по длине которой с диаметрально противоположных сторон жестко закреплены две зубчатые рейки, длина которых больше высоты вторичного преобразователя;
- к нижней части рамы или трубы с рейками прикреплена труба большего диаметра, погруженная вертикально в воду и частично или полностью заполненная водой, причем эта труба большего диаметра снизу и сверху закрыта, так что объем воды в ней, создающий инерционную массу, всегда постоянен, при этом эта труба в отличие от прототипа не требует никакой обработки (кроме сварки днищ) и может иметь некоторую негерметичность, что при постоянном ее нахождении в воде очень слабо может повлиять на ее инерционность (количество воды внутри трубы);
- центральная часть поплавка снабжена узлом, к которому прикрепляется якорная связь, далее идущая к швартовой бочке и донному грузу, это позволяет при любом направлении распространения волн обеспечить то, что горизонтальная труба поплавка будет всегда самоустанавливаться практически параллельно фронту распространения волн и именно это, совместно с величиной поперечного размера горизонтальной трубы позволяет повысить энергосъем с малых (со средней высотой в группе от 0.25 м до 1 м) волн, что в свою очередь позволяет повысить время работы ПВЭМ в году до 80% (кроме штиля и шторма).
Последнее обстоятельство на прямую влияет на количество часов работы ПВЭМ в году и значит на стоимость вырабатываемой ею электроэнергии.
Кроме того, вторичный преобразователь устройства поглощения целесообразно выполнять в виде мультипликатора (преимущественно планетарного) и кинематически связать входной вал мультипликатора с первичным валом вторичного преобразователя посредством муфт свободного хода, а рейки, установленные на вертикальной трубе, связать с первичным валом реечными шестернями.
Такое конструктивное исполнение позволяет преобразовать низкоскоростное относительное возвратно-поступательное перемещение реек и поплавка в высокоскоростное вращение вала генератора при максимально возможном суммарном КПД всего вторичного преобразователя.
Изложенное выше позволяет за счет оригинальной конструкции поплавка первичного преобразователя обеспечить максимально возможный энергосъем с волны для ПВЭМ, а также обеспечить максимально возможный КПД вторичного преобразователя, складывающегося в основном из КПД электрогенератора (т.е. из наилучшего, что может достигнуть промышленность, скажем, по сравнению с линейными электрогенераторами, работающими при малых скоростях относительного движения частей магнитной системы) и планетарного мультипликатора, который в большом диапазоне передаточных отношений имеет КПД, близкий к единице (см., например, А.Ф.Крайнев. "Словарь-справочник по механизмам", М., "Машиностроение", 1987, стр. 290 сверху).
Сущность изобретения поясняется графическими изображениями.
На фиг. 1 показан общий вид ПВЭМ, на фиг. 2 - разрез вторичного преобразователя.
Цифрами на фиг. 1 и 2 обозначены:
1 - первичный преобразователь ПВЭМ (непосредственно взаимодействующий с волнами);
2 - вторичный преобразователь (преобразующий движение тел первичного преобразователя во вращение, увеличивающий скорость этого вращения и преобразующий вращение в электроэнергию);
3 - горизонтальная труба поплавка;
4 - рама;
5 - зубчатые рейки;
6 - вертикальная труба, заполненная водой;
7 - тросы якорной связи;
8 - швартовая бочка;
9 - донный груз;
10 - дно водоема;
11 - первичный вал вторичного преобразователя;
12 - левая стойка рамы с рейкой, перемещающаяся вертикально;
13 - правая стойка рамы с рейкой, перемещающаяся вертикально;
14 - левая реечная шестерня;
15 - правая реечная шестерня;
16 - планетарный мультипликатор;
17 - левый промежуточный вал;
18 - правый промежуточный вал;
19 - левая шестерня промежуточного вала со встроенной муфтой свободного хода (МСХ);
20 - правая шестерня промежуточного вала со встроенной муфтой свободного хода;
21 - промежуточная шестерня первичного вала;
22 - шкив выходного вала мультипликатора, предназначенный для передачи вращения на вал генератора, на котором установлен маховик (не показаны);
Работа ПВЭМ по изобретению осуществляется следующим образом.
1 - первичный преобразователь ПВЭМ (непосредственно взаимодействующий с волнами);
2 - вторичный преобразователь (преобразующий движение тел первичного преобразователя во вращение, увеличивающий скорость этого вращения и преобразующий вращение в электроэнергию);
3 - горизонтальная труба поплавка;
4 - рама;
5 - зубчатые рейки;
6 - вертикальная труба, заполненная водой;
7 - тросы якорной связи;
8 - швартовая бочка;
9 - донный груз;
10 - дно водоема;
11 - первичный вал вторичного преобразователя;
12 - левая стойка рамы с рейкой, перемещающаяся вертикально;
13 - правая стойка рамы с рейкой, перемещающаяся вертикально;
14 - левая реечная шестерня;
15 - правая реечная шестерня;
16 - планетарный мультипликатор;
17 - левый промежуточный вал;
18 - правый промежуточный вал;
19 - левая шестерня промежуточного вала со встроенной муфтой свободного хода (МСХ);
20 - правая шестерня промежуточного вала со встроенной муфтой свободного хода;
21 - промежуточная шестерня первичного вала;
22 - шкив выходного вала мультипликатора, предназначенный для передачи вращения на вал генератора, на котором установлен маховик (не показаны);
Работа ПВЭМ по изобретению осуществляется следующим образом.
Под воздействием волн труба 3 начинает совершать преимущественно вертикальные колебания, в том числе и потому, что длина трубы 6 выбрана значительной (больше длины минимальной волны, на которую спроектирована ПВЭМ). Взаимодействуя через вторичный преобразователь 2 и зубчатые рейки 5 с трубой 6, труба 3 приводит в колебательное движение и трубу 6. Так как труба 6 выполнена с плавучестью, близкой к нулевой, и обладает большой инерцией за счет помещенной в ней воды, то ее колебания не совпадают с колебаниями трубы 3. В результате рейкам 5 сообщается возвратно-поступательное движение относительно трубы 3, а также относительно закрепленных на трубе 3 промежуточных валов 17 и 18. Рейки 5 через реечные шестерни 14 и 15 приводят валы 17 и 18 в реверсное вращение. МСХ встроены в шестерни 19 и 20 навстречу друг другу. Поэтому при движении стойки 13 вверх звездочка МСХ шестерни 20, жестко связанная с валом 18, входит в зацепление со своей наружной обоймой, жестко связанной с самой шестерней, и заставляет вращаться шестерню 20 вместе с валом. С шестерни 20 вращение через шестерню 21 передается на первичный вал 11, который начинает вращаться против часовой стрелки. В это время звездочка и обойма МСХ, встроенной в шестерню 19, расцеплены и шестерня 19 вращается свободно на валу 17. При движении стойки 12 вниз (совместно со стойкой 13, так как это единая рама) рейка 5 через шестерню 14 приводит во вращение вал 17. Аналогично описанному выше шестерня 19 с помощью встроенной в нее МСХ соединяется с валом 17 и через шестерню 21 передает вращение на первичный вал 11, вращая его также против часовой стрелки. В это время шестерня 20 вращается на валу 18 свободно. Таким образом вал 11 получает одностороннее вращение, которое далее через упругую муфту передается на входной вал мультипликатора 16. В мультипликаторе 16 частота вращения повышается до частоты вращения, согласованной с номинальной частотой вращения вала генератора, и через шкив 22 передается на вал генератора.
Стабильность частоты вращения вала генератора поддерживается маховиком (не показан), который устанавливается на вал генератора.
Таким образом, заявляемая ПВЭМ позволяет:
- максимально повысить отбор энергии с волн малой высоты (0.25 - 1 м) для волновых установок данного типа, путем оригинального устройства первичного преобразователя, этим самым повысить эффективность ПВЭМ за счет увеличения времени ее работы в течение года и, следовательно, снизить стоимость вырабатываемой ПВЭМ электроэнергии;
- максимально упростить конструкцию ПВЭМ путем введения в нее узлов (труба 6, труба 3), требующих минимальных затрат на их изготовление (нет никакой точной обработки).
- максимально повысить отбор энергии с волн малой высоты (0.25 - 1 м) для волновых установок данного типа, путем оригинального устройства первичного преобразователя, этим самым повысить эффективность ПВЭМ за счет увеличения времени ее работы в течение года и, следовательно, снизить стоимость вырабатываемой ПВЭМ электроэнергии;
- максимально упростить конструкцию ПВЭМ путем введения в нее узлов (труба 6, труба 3), требующих минимальных затрат на их изготовление (нет никакой точной обработки).
Заявляемая ПВЭМ представляет собой единичный модуль по нашим расчетным оценкам мощностью 3 - 7 кВт. Такие единичные модули могут объединяться в сети по несколько сотен модулей и обеспечивать электроэнергией морские нефтегазодобывающие платформы, плантации марикультур, прибрежные и островные поселки и других потребителей электроэнергии.
Claims (2)
1. Волновая энергетическая машина (ВЭМ), содержащая первичный преобразователь энергии волн с кинематически связанными через первичный вал по меньшей мере двумя телами, по меньшей мере одно из которых, выполненное в виде поплавка, совершает колебания под действием волн, вторичный преобразователь, кинематически связанный с первичным валом устройства поглощения энергии, отличающаяся тем, что поплавок выполнен в виде горизонтальной полой трубы, частично заполненной водой, которая имеет наибольший размер поперечного сечения, равный или меньший половины длины волны минимальной балльности использования ВЭМ, в центральной части поплавка в герметичном отсеке внутри трубы, или сверху, или сбоку нее установлен вторичный преобразователь, причем так, что в центральной части вторичного преобразователя с возможностью перемещения относительно него вертикально установлена рама или труба, по длине которой с диаметрально противоположных сторон жестко закреплены две зубчатые рейки, длина которых больше высоты поплавка с вторичным преобразователем, а к нижней части рамы или трубы с рейками прикреплена труба большего диаметра, погруженная в воду и также частично или полностью заполненная водой, кроме того, центральная часть поплавка связана якорной связью с швартовой бочкой, установленной на воде на расстоянии нескольких диаметров поплавка с возможностью установления поплавка преимущественно вдоль фронта набегающих волн, при этом швартовая бочка связана якорной связью с грузом, устанавливаемым на дно водоема.
2. Волновая энергетическая машина по п.1, отличающаяся тем, что вторичный преобразователь устройства поглощения энергии выполнен в виде мультипликатора, установленного в поплавке и кинематически связанного с телами первичного преобразователя через муфты свободного хода и первичный вал, а выходной вал мультипликатора кинематически связан с валом электрогенератора, на котором установлен маховик.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98103737A RU2141057C1 (ru) | 1998-02-23 | 1998-02-23 | Волновая энергетическая машина |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98103737A RU2141057C1 (ru) | 1998-02-23 | 1998-02-23 | Волновая энергетическая машина |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2141057C1 true RU2141057C1 (ru) | 1999-11-10 |
Family
ID=20202852
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98103737A RU2141057C1 (ru) | 1998-02-23 | 1998-02-23 | Волновая энергетическая машина |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2141057C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA017949B1 (ru) * | 2007-08-13 | 2013-04-30 | Миле Драгич | Система и способ для преобразования энергии волн в электрическую энергию |
WO2022225382A1 (ru) * | 2021-04-21 | 2022-10-27 | Корганбай Сагнаевич ШОЛАНОВ | Управляемая подводная волновая электростанция |
-
1998
- 1998-02-23 RU RU98103737A patent/RU2141057C1/ru active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA017949B1 (ru) * | 2007-08-13 | 2013-04-30 | Миле Драгич | Система и способ для преобразования энергии волн в электрическую энергию |
WO2022225382A1 (ru) * | 2021-04-21 | 2022-10-27 | Корганбай Сагнаевич ШОЛАНОВ | Управляемая подводная волновая электростанция |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2500917C2 (ru) | Система для преобразования энергии водяных волн в электроэнергию и механизм для изменения колебательного вращения на однонаправленное вращение (варианты) | |
US7768143B2 (en) | Movement and power generation apparatus | |
US8004103B2 (en) | Power generation | |
US9181922B2 (en) | Marine energy capture system | |
CN101586520B (zh) | 浮力差式自平衡双浮体海浪发电装置 | |
EA017949B1 (ru) | Система и способ для преобразования энергии волн в электрическую энергию | |
US20080053084A1 (en) | Method and Apparatus for Utilising Wave Energy | |
JP5579735B2 (ja) | 波エネルギーを捕捉するためのプラットホーム | |
US20030184096A1 (en) | Converting ocean energy into electrical energy using bourdon tubes and cartesian divers | |
KR101548433B1 (ko) | 진동 수주형 파력 발전 장치 | |
KR101392282B1 (ko) | 파력 발전장치 | |
JP2009533600A (ja) | 海の波動エネルギーの多重利用および補足的な変換 | |
CN101302989A (zh) | 利用潮汐涨、落潮的双向发电系统 | |
WO1998032967A1 (en) | Wave energy converter | |
KR101232975B1 (ko) | 파력 발전시스템 | |
RU2141057C1 (ru) | Волновая энергетическая машина | |
US8584454B2 (en) | Power capture device | |
EP2848802A1 (en) | System for obtaining electrical energy from a wave motion | |
Ai et al. | Ocean wave energy harvester with a novel power takeoff mechanism | |
KR20120118385A (ko) | 4절 링크 시스템을 이용한 파력발전장치 | |
Chandrasekaran et al. | Experimental investigation and ANN modeling on improved performance of an innovative method of using heave response of a non-floating object for ocean wave energy conversion | |
JP3159881B2 (ja) | 水面波エネルギ変換装置 | |
RU2016227C1 (ru) | Поплавковая волновая электростанция | |
CN220581173U (zh) | 一种利用海洋中海浪进行发电的装置 | |
KR101532385B1 (ko) | 파도 에너지 전환 장치 |