RU2782079C1 - Method and apparatus for generating electricity from surface waves - Google Patents
Method and apparatus for generating electricity from surface waves Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782079C1 RU2782079C1 RU2021126783A RU2021126783A RU2782079C1 RU 2782079 C1 RU2782079 C1 RU 2782079C1 RU 2021126783 A RU2021126783 A RU 2021126783A RU 2021126783 A RU2021126783 A RU 2021126783A RU 2782079 C1 RU2782079 C1 RU 2782079C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle body
- wave
- water
- turbine
- nozzle
- Prior art date
Links
- 230000005611 electricity Effects 0.000 title claims abstract description 42
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 132
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 38
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 16
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 10
- 230000002633 protecting Effects 0.000 claims description 7
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 6
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 claims description 5
- 210000000088 Lip Anatomy 0.000 claims description 3
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective Effects 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 abstract 1
- 210000003800 Pharynx Anatomy 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 4
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000000750 progressive Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- BULVZWIRKLYCBC-UHFFFAOYSA-N Phorate Chemical compound CCOP(=S)(OCC)SCSCC BULVZWIRKLYCBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 2
- 238000006261 Adler reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 241001415849 Strigiformes Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atoms Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- -1 land Substances 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000010809 marine debris Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 230000001340 slower Effects 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Группа изобретений относится к области волновой энергетики и может быть использована для создания волновых электростанций. Группа изобретений использует в качестве энергоносителя водный поток поверхностной волны, при этом позволяет делать электростанцию легкой, эффективной и недорогой.The group of inventions relates to the field of wave energy and can be used to create wave power plants. EFFECT: group of inventions uses the water flow of a surface wave as an energy carrier, and at the same time makes it possible to make a power plant easy, efficient and inexpensive.
Аналогом технического решения является способ производства электроэнергии по патенту - US3965364A США. (Manfred Wallace Gustafson, Kaj-Ragnar Loqvist. Patent U.S. 3,965,364, 1973г). Устройством является плавучий корпус закрепленной на поверхности воды так, чтобы обеспечить свободное вертикальное движение при воздействии поднимающейся волны. Энергосборник, соединенный с плавучим корпусом и включающий лопасти гребного винта, расположен на глубине. Перемещение частиц воды сосредоточено на поверхности, а на глубине амплитуда составляет не более 0,2% от амплитуды поверхности волны. Возвратно-поступательное вертикальное движение корпуса заставляет гребные винты, находящиеся на глубине, вращаться. Устройство использует сразу два или другое четное количество гребных винтов, которые вращаются в противоположных направлениях и приводят в действие насосы, которые подают воду на турбину вращающую ротор генератора, который производит электроэнергию (Германович В., Турилин А. - Альтернативные источники энергии. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы. - Санкт-Петербург: Изд-во ООО «Наука и техника», 2011г., стр. 227÷228).An analogue of the technical solution is a method of generating electricity according to the patent - US3965364A USA. (Manfred Wallace Gustafson, Kaj-Ragnar Loqvist. Patent U.S. 3,965,364, 1973). The device is a floating body fixed on the surface of the water so as to provide free vertical movement when exposed to a rising wave. The energy collector, connected to the floating body and including the propeller blades, is located at a depth. The movement of water particles is concentrated on the surface, and at depth the amplitude is no more than 0.2% of the amplitude of the wave surface. The reciprocating vertical movement of the hull causes the propellers at depth to rotate. The device uses two or another even number of propellers at once, which rotate in opposite directions and actuate pumps that supply water to the turbine that rotates the generator rotor, which produces electricity (Germanovich V., Turilin A. - Alternative energy sources. Practical designs for the use of wind, sun, water, land, biomass energy. - St. Petersburg: Publishing House of OOO "Nauka and Tekhnika", 2011, pp. 227÷228).
Недостатком аналога является требование раскачки корпуса. Корпус станции, который раскачивает волна, должен входить в резонанс, на что требуется время, поэтому энергия волны рассеивается, что снижает КПД и приводит к большим потерям на трение, которое усиливается на передаточных механизмах, поршневых механизмах, трубопроводах и гидронакопителях. Все это приводит к тому, что подобная станция будет иметь КПД, не превышающий 1%. Большое количество механизмов, используемых в аналоге, большая масса и сложность конструкции делают станцию массивной, дорогой и ненадежной в работе.The disadvantage of the analogue is the requirement to build the body. The body of the station, which is rocked by the wave, must enter into resonance, which takes time, so the energy of the wave is dissipated, which reduces the efficiency and leads to large friction losses, which increase on transmission mechanisms, piston mechanisms, pipelines and hydraulic accumulators. All this leads to the fact that such a station will have an efficiency not exceeding 1%. A large number of mechanisms used in the analogue, a large mass and design complexity make the station massive, expensive and unreliable in operation.
В качестве второго аналога предложен способ использующий энергию волн, которая ускоряет воздушный поток, вращающий лопасти турбины (Стэн Гибилиско - Альтернативная энергетика без тайн. - М.: Изд-во «Эксмо», 2010г., стр. 237). Одним из самых успешных проектов в части переработки энергии океанских волн является электростанция турбинного типа Oceanlinx, работающая в акватории австралийского города Порт-Кембл. На некотором расстоянии от берега в море размещается камера, которая сверху над уровнем воды имеет отверстие. Камера надежно закреплена на морском дне и не движется вверх и вниз, водяные валы, проходя через нее, повышают и понижают уровень воды внутри камеры. Сама поверхность воды внутри камеры остается плоской, и колебания воды выталкивают и втягивают воздух в камеру через отверстие сверху. В отверстии установлена воздушная турбина, выталкиваемый и втягиваемый воздух вращает лопасти турбины и соответственно ротор генератора. Для вращения турбины в одном направлении лопасти имеют поворотный механизм, который изменяет их угол наклона в зависимости от направления потока воздуха. Основным недостатком этой электростанции является высокая стоимость строительства габаритного и массивного корпуса.As a second analogue, a method is proposed that uses wave energy, which accelerates the air flow that rotates the turbine blades (Stan Gibilisco - Alternative energy without secrets. - M .: Eksmo Publishing House, 2010, p. 237). One of the most successful projects in terms of processing ocean wave energy is the Oceanlinx turbine-type power plant operating in the Australian city of Port Kemble. At some distance from the shore, a chamber is placed in the sea, which has an opening above the water level. The chamber is securely fixed on the seabed and does not move up and down, the water shafts, passing through it, raise and lower the water level inside the chamber. The very surface of the water inside the chamber remains flat, and the vibrations in the water push and pull air into the chamber through an opening at the top. An air turbine is installed in the hole, the air being pushed out and drawn in rotates the turbine blades and, accordingly, the generator rotor. To rotate the turbine in one direction, the blades have a rotary mechanism that changes their angle of inclination depending on the direction of the air flow. The main disadvantage of this power plant is the high cost of building a large and massive building.
В качестве третьего аналога предложен способ по патенту - ES2395688 A1 Испания, где используется турбина с поворотными лопатками для преобразования потоков во вращение ротора генератора, установленная в цилиндрический корпус. (Manuel Grases Galofre, Manuel Grases Mendoza. Patent E.S. 2,395,688, 2011г.).As a third analogue, a method is proposed according to the patent - ES2395688 A1 Spain, which uses a turbine with rotary blades to convert flows into rotation of the generator rotor, installed in a cylindrical housing. (Manuel Grases Galofre, Manuel Grases Mendoza. Patent ES 2,395,688, 2011).
Когда жидкость движется в одном направлении, турбина приводится в движение в направлении вращения, а когда жидкость меняет направление, турбина приводится в движение в том же направлении вращения, что позволяет ей использовать, например, энергию вертикального движения волн. Рабочее колесо находится внутри цилиндрического корпуса, где постепенное уменьшение сечения приводит к увеличению скорости вращения лопастей. Чтобы гарантировать перепад давления между внешней волной и водой, заполняющей корпус, поверхность волны должна превышать верхний срез корпуса до разумной высоты. При входе и выходе воды на лопасти турбины используется направляющий аппарат, состоящий из лопастей, которые могут изменять положение путем изменения их угла наклона, с помощью серводвигателей, управляемых компьютером. Диффузор, который может быть коническим или тороидальным, расположен на нижнем конце корпуса, который сообщается с водой. В устройстве предусмотрена редуктор с коробкой передач, которая увеличивает число оборотов турбины и которая соединена с электрическим генератором посредством маховика, механизмы установлены на рабочей платформе вне досягаемости волн. Корпус с турбиной крепится на основании, закрепленном на морском дне.When the fluid moves in one direction, the turbine is driven in the direction of rotation, and when the fluid changes direction, the turbine is driven in the same direction of rotation, which allows it to use, for example, the energy of vertical wave motion. The impeller is located inside a cylindrical housing, where a gradual decrease in the cross section leads to an increase in the speed of rotation of the blades. In order to guarantee a pressure difference between the outer wave and the water filling the hull, the wave surface must exceed the top cut of the hull to a reasonable height. When water enters and leaves the turbine blades, a guide vane is used, consisting of blades that can change position by changing their angle of inclination, using computer-controlled servomotors. The diffuser, which may be conical or toroidal, is located at the lower end of the housing which communicates with the water. The device is provided with a gearbox with a gearbox that increases the number of revolutions of the turbine and which is connected to an electric generator by means of a flywheel, the mechanisms are installed on a working platform out of reach of the waves. The hull with the turbine is mounted on a base fixed to the seabed.
Недостатком аналога является цилиндрический корпус большой длины, который крепится на дне моря. Длина цилиндра превышает его диаметр, а, следовательно, генератор не может вырабатывать много электроэнергии, так как перекрывает движение для частиц поверхностной волны. Выработка электроэнергии зависит от скорости потока, так как эта зависимость кубическая. В прототипе корпус электростанции, выполненный в виде цилиндра большой длины, опускается на большую глубину, где низкая скорость движения частиц воды, который приводит во вращение лопасти турбины. Для снижения материалоемкости станцию необходимо размещать ближе к берегу, чтобы снизить длину корпуса, но у самого берега движение частиц воды переходит в основном в горизонтальное направление. При установке электростанции на глубине, где волна вертикальна, материалоемкость конструкции значительно увеличивается и одновременно увеличивается сопротивление водному потоку, как следствие станция не способна вырабатывать эффективно электроэнергию. Дополнительные потери при выработке электроэнергии создаются маховиком, редуктором с коробкой передач и множеством поворотных механизмов для лопастей, что отражается на себестоимости и надежности станции.The disadvantage of analogue is a cylindrical body of great length, which is attached to the bottom of the sea. The length of the cylinder exceeds its diameter, and, consequently, the generator cannot generate much electricity, as it blocks the movement for particles of the surface wave. Electricity generation depends on the flow rate, since this dependence is cubic. In the prototype, the body of the power plant, made in the form of a cylinder of great length, is lowered to a great depth, where the speed of movement of water particles is low, which drives the turbine blades. To reduce the material consumption, the station should be placed closer to the shore in order to reduce the length of the hull, but near the shore, the movement of water particles changes mainly in the horizontal direction. When the power station is installed at a depth where the wave is vertical, the material consumption of the structure increases significantly and at the same time the resistance to water flow increases, as a result, the station is not able to generate electricity efficiently. Additional losses in power generation are created by the flywheel, gearbox with gearbox and many turning mechanisms for the blades, which is reflected in the cost and reliability of the plant.
В качестве дополнительного аналога принято устройство буя, который перемещался относительно поверхности волны для преобразования кинетической энергии воздушного потока в электрическую энергию. Воздушная камера сообщается по воздуховоду с турбогенератором и включает в себя генератор, ступень турбины со статором и ротором, установленными на одном валу с генератором. (IA B. Apparatus for converting sea wave energy into electrical energy. US Patent 3,922,739, 1975г.). Ступень турбины турбогенератора имеет дополнительный статор, расположенный за ротором турбины и выполненный симметрично статору ступени турбины относительно плоскости вращения ротора, импульсная турбина.As an additional analogue, a buoy device was adopted, which moved relative to the wave surface to convert the kinetic energy of the air flow into electrical energy. The air chamber communicates with the turbogenerator through an air duct and includes a generator, a turbine stage with a stator and a rotor mounted on the same shaft with the generator. (IA B. Apparatus for converting sea wave energy into electrical energy. US Patent 3,922,739, 1975). The turbogenerator turbine stage has an additional stator located behind the turbine rotor and made symmetrically to the turbine stage stator relative to the rotor rotation plane, impulse turbine.
Импульсная турбина была запатентована И. А. Бабинцевым в 1974г., где ротор в основном идентичен ротору обычной одноступенчатой паровой турбины с осевым импульсным потоком. Поскольку требуется, чтобы турбина была самовыпрямляющейся, имеется два ряда направляющих лопаток (направляющий и выпрямляющий аппарат), расположенных симметрично с обеих сторон ротора, вместо одного ряда. Эти два ряда направляющих лопаток являются отражением друг друга относительно плоскости, проходящей через диск ротора. Устройство используется в качестве источников питания для навигационного оборудования в качестве источников питания для устройств сигнализации и дистанционного управления, в качестве автономных источников энергии для различных потребителей в открытом море. (IA B. Apparatus for converting sea wave energy into electrical energy. US Patent 3,922,739, 1975г.).The impulse turbine was patented by I. A. Babintsev in 1974, where the rotor is basically identical to the rotor of a conventional single-stage steam turbine with axial impulse flow. Since the turbine is required to be self-straightening, there are two rows of guide vanes (guide and straightener) arranged symmetrically on both sides of the rotor instead of one row. These two rows of guide vanes are reflections of each other with respect to a plane passing through the rotor disc. The device is used as power sources for navigational equipment, as power sources for signaling and remote control devices, as autonomous power sources for various consumers on the high seas. (IA B. Apparatus for converting sea wave energy into electrical energy. US Patent 3,922,739, 1975).
В восьмидесятые годы двадцатого века была разработана турбина Уэльса, аналогичная импульсной, для преобразования энергии колебательного потока в однонаправленное вращательное движение для приведения в действие электрического генератора. Турбина Уэльса (W-T) состоит из ротора с примерно восемью лопастями, разделенными на лопатки, установленных на ступице так, что их хордовые линии лежат в плоскости вращения. Как только лопасти достигают проектной скорости, турбина с достаточной эффективностью вырабатывает усредненную по времени положительную выходную мощность из колеблющегося воздушного потока.In the 1980s, the Wales turbine, similar to the impulse turbine, was developed to convert the energy of an oscillatory flow into a unidirectional rotational motion to drive an electrical generator. The Wales Turbine (W-T) consists of a rotor with approximately eight blades divided into blades mounted on a hub such that their chord lines lie in the plane of rotation. Once the blades reach design speed, the turbine generates a time-averaged positive power output from the oscillating airflow with sufficient efficiency.
По схеме, где используется турбина Бабенцова И.А. и Уэльса, впервые была реализована попытка по кратчайшей цепочке преобразовать линейное движение потока волны во вращательное движение ротора. Преобразование энергии по этой схеме производится под действием потока воздуха, разгоняемого волной. Как известно, выработка электроэнергии генератором зависит от плотности потока поступающего на лопасти турбины и так как плотность воздуха, примерно, в 775 раз меньше плотности воды, именно на эту величину генератор меньше вырабатывает электроэнергии.According to the scheme where the Babentsov I.A. turbine is used. and Wales, for the first time an attempt was made to convert the linear motion of the wave flow into the rotational motion of the rotor along the shortest chain. Energy conversion according to this scheme is carried out under the action of an air flow accelerated by a wave. As you know, the generation of electricity by a generator depends on the density of the flow entering the turbine blades, and since the density of air is approximately 775 times less than the density of water, it is by this value that the generator generates less electricity.
В качестве прототипа принят способ производства электроэнергии из поверхностных волн ускоренных соплом в корпусе, закрепленном на грунте, где поток воды, проходя лопасти направляюще-выправляющего аппарата, приводит во вращение лопастную турбину, кинетическая и потенциальная энергия поверхностной волны преобразуется во вращение турбины и ротора генератора вырабатывающего электроэнергию, за счет ускорения потока воды корпусом в виде кольцевого вертикального симметричного сопла и лопастями направляющего симметричного аппарата, где ускоренный поток с одной стороны сопла поступает на лопасти турбины раскручивая ротор генератора производящего электроэнергию и после ее прохождения выходя с другой стороны сопла, постепенно замедляется симметричными плоскостями корпуса и выправляющего аппарата, находящимся с противоположной стороны, при этом корпус сопла устанавливается на определенной высоте от уровня гребня, также известно устройство для производства электроэнергии из поверхностных волн, содержащее корпус, трубопроводы, сопло, ось, турбину с лопастями, генератор, состоящий из ротора и статора, электрокабель, рабочую обмотку, при этом корпус сопла представляет из себя сужающееся и расширяющееся симметричное вертикальное сопло, выполненное в виде плоского обтекаемого кольца, установленного стационарно на грунте, где одна часть в зависимости от направления потока, работает конфузором, а другая диффузором, на которых закреплены лопасти направляюще-выправляющего аппарата удерживающие турбину с лопастями, через ось вращающую ротор генератора, вырабатывающего электроэнергию, передаваемую потребителю по электрокабелю (RU 2014141839 A, 20.05.2016, F03B13/00).As a prototype, a method was adopted for generating electricity from surface waves accelerated by a nozzle in a housing fixed on the ground, where the water flow, passing the blades of the guide-straightening apparatus, drives the bladed turbine, the kinetic and potential energy of the surface wave is converted into rotation of the turbine and the rotor of the generator generating electric power, due to the acceleration of the water flow by the body in the form of an annular vertical symmetrical nozzle and the blades of the directing symmetrical apparatus, where the accelerated flow from one side of the nozzle enters the turbine blades, spinning the rotor of the generator that produces electricity and, after passing it, exits from the other side of the nozzle, gradually slows down by symmetrical planes body and straightening apparatus, located on the opposite side, while the nozzle body is installed at a certain height from the level of the crest, it is also known a device for generating electricity from surface waves, so a rusting body, pipelines, a nozzle, an axis, a turbine with blades, a generator consisting of a rotor and a stator, an electric cable, a working winding, while the nozzle body is a tapering and expanding symmetrical vertical nozzle, made in the form of a flat streamlined ring installed permanently on soil, where one part, depending on the direction of flow, works as a confuser, and the other as a diffuser, on which the blades of the directing vane are fixed, holding the turbine with blades, rotating the rotor of the generator through the axis, which generates electricity transmitted to the consumer via an electric cable (RU 2014141839 A, 20.05 .2016, F03B13/00).
Техническая проблема, решаемая группой изобретений, достигается тем, что способ производства электроэнергии волновой электростанцией из поверхностных волн заключается в том, что корпус сопла выполняют в виде вертикального симметричного плоского обтекаемого кольца с сужающей и расширяющей частями, на которых закрепляют лопасти направляюще-выправляющего аппарата, при этом одна из частей в зависимости от направления потока работает конфузором, а другая диффузором, корпус сопла закрепляют на грунте стойками и устанавливают на определенной высоте от уровня гребня волны, лопастную турбину устанавливают в критической части сопла, кинетическую и потенциальную энергию поверхностной волны преобразуют во вращение лопатной турбины и ротора генератора, вырабатывающего электроэнергию, за счет ускорения потока воды конфузором и замедления потока диффузором, отличающийся тем, что турбину защищают сетками для сбора мусора, которые устанавливают на корпусе сопла, который устанавливают на определенной высоте от уровня гребня волны за счет водяных насосов, обеспечивающих изменение положения по вертикали корпуса сопла путем заполнения его водой или освобождения от нее и под определенным углом наклона относительно плоскости воды, направленным навстречу движению волны, за счет шарниров, при этом регулируют положение корпуса сопла по вертикали и угол наклона за счет компьютерной программы, работающей по обратной связи относительно максимального количества электроэнергии вырабатываемой генератором, для предотвращения торможения потока поверхностной волны, в которой частицы воды движутся по окружности, диаметр корпуса сопла выполняют не превышающим среднегодовую половину длины волны, а высоту корпуса сопла - не превышающей среднегодовую амплитуду волны. Корпус сопла автоматически с помощью компьютерной программы и автоматизированной системы управления (АСУ) располагают в объеме поверхностной волны с максимальным количеством кинетической и потенциальной энергии для захвата максимального количества энергии при круговом движении потока, поступающего в корпус сопла, как сверху, так и снизу, при этом лопастную турбину, установленную в критической части сопла, вращают в одну сторону вне зависимости от направления движения потока воды, а сопротивление входящему и выходящему потоку воды снижают за счет закручивания лопастей направляюще- выправляющего аппарата в сторону вращения лопастной турбины и за счет геометрии корпуса сопла, в котором между наружными и внутренними плоскостями осуществляют плавный переход от больших сечений к меньшим за счет криволинейных образующих и скруглений плоскостей корпуса сопла, с помощью компьютерной программы и АСУ волновую электростанцию во время штормов погружают под воду на безопасную глубину, предотвращая разрушение конструкции, с возможностью обеспечения работы генератора, при этом для изменения положения по вертикали корпус сопла заполняют водой или освобождают от нее с помощью водяного насоса, для сглаживания пульсаций при выработке электроэнергии объединяют в единую электросхему две и более волновых электростанций с возможностью использования созданного сооружения для сбора частиц мусора, которые улавливают сверху и снизу защитными сетками, поверхность корпуса сопла и лопастей направляюще - выправляющего аппарата выполняют из солнечных батарей, а функции ротора турбины объединяют с функциями ротора генератора.The technical problem solved by the group of inventions is achieved by the fact that the method of generating electricity by a wave power plant from surface waves consists in the fact that the nozzle body is made in the form of a vertical symmetrical flat streamlined ring with narrowing and expanding parts, on which the blades of the guide-straightener are fixed, with In this case, one of the parts, depending on the direction of the flow, works as a confuser, and the other as a diffuser, the nozzle body is fixed on the ground with racks and installed at a certain height from the level of the wave crest, the bladed turbine is installed in the critical part of the nozzle, the kinetic and potential energy of the surface wave is converted into rotation of the bladed turbine and the rotor of the generator that generates electricity by accelerating the flow of water by the confuser and slowing down the flow by the diffuser, characterized in that the turbine is protected by garbage collection nets that are installed on the nozzle body, which is installed at a certain point from the level of the wave crest due to water pumps that provide a change in the vertical position of the nozzle body by filling it with water or releasing it from it and at a certain angle relative to the water plane, directed towards the wave movement, due to hinges, while adjusting the position of the nozzle body along vertical and angle of inclination due to a computer program that works on feedback regarding the maximum amount of electricity generated by the generator, to prevent deceleration of the flow of a surface wave in which water particles move in a circle, the diameter of the nozzle body is made not exceeding the average annual half of the wavelength, and the height of the nozzle body - not exceeding the average annual wave amplitude. The nozzle body is automatically positioned in the surface wave volume with the maximum amount of kinetic and potential energy using a computer program and an automated control system (ACS) to capture the maximum amount of energy during the circular motion of the flow entering the nozzle body, both from above and below, while the bladed turbine installed in the critical part of the nozzle is rotated in one direction, regardless of the direction of water flow, and the resistance to the incoming and outgoing water flow is reduced by twisting the blades of the guide vane in the direction of rotation of the bladed turbine and due to the geometry of the nozzle body, in in which between the outer and inner planes a smooth transition is made from large to smaller sections due to the curvilinear generatrix and rounding of the planes of the nozzle body, using a computer program and automated control systems, the wave power plant is submerged under water to a safe depth during storms, preventing destruction of the structure, with the possibility of ensuring the operation of the generator, while to change the vertical position, the nozzle body is filled with water or freed from it using a water pump, to smooth out pulsations during power generation, two or more wave power plants are combined into a single electrical circuit with the possibility of using the created structure for collection of debris particles that are caught from above and below by protective nets, the surface of the nozzle body and the blades of the guide-straightening apparatus are made of solar panels, and the functions of the turbine rotor are combined with the functions of the generator rotor.
Устройство для производства электроэнергии за счет волновой электростанции из поверхностных волн, содержит корпус сопла, трубопроводы, лопастную турбину, генератор, состоящий из ротора и статора, вырабатывающий электроэнергию, передаваемую потребителю по электрокабелю, при этом корпус сопла выполнен в виде вертикального симметричного плоского обтекаемого кольца с сужающей и расширяющей частями, на которых закреплены лопасти направляюще-выправляющего аппарата, при этом одна часть в зависимости от направления потока выполнена с возможностью работы конфузором, а другая - диффузором, корпус сопла закреплен на грунте стойками и установлен на определенной высоте от уровня гребня волны, лопастная турбина установлена в критической части сопла, отличающееся тем, что устройство снабжено шарнирами, фиксаторами, водяными насосами и сетками, защищающими лопастную турбину от мусора, установленными на корпусе сопла, который установлен на определенной высоте от уровня гребня волны за счет водяных насосов, обеспечивающих изменение положения по вертикали корпуса сопла путем заполнения его водой или освобождения от нее и под определенным углом наклона относительно плоскости воды, направленным навстречу движению волны, за счет шарниров, при этом регулировка положения корпуса сопла по вертикали и угол наклона осуществлена за счет компьютерной программы, работающей по обратной связи относительно максимального количества электроэнергии вырабатываемой генератором, при этом для предотвращения торможения потока поверхностной волны, в которой частицы воды движутся по окружности, диаметр корпуса сопла выполнен не превышающим среднегодовую половину длины волны, а высота корпуса сопла - не превышающей среднегодовую амплитуду волны. Генератор расположен под водой, а ось ротора расположена с возможностью вращения в воздухе за счет магнитных муфт сцепления или манжетных уплотнителей, лопастная турбина установлена в узкой критической части сопла с возможностью вращения в одну сторону вне зависимости от направления движения потока воды, при этом стационарные лопатки направляюще-выправляющего аппарата, выполняющие функцию удержания лопастной турбины с генератором и одновременно функцию ускорителей водного потока, размещены между собой под углом в диапазоне от 5 до 14°, закруглены в виде спирали в сторону вращения турбины, а для снижения потерь корпус сопла выполнен с криволинейными образующими и скругленными радиусом перехода в критическое сечение сопла и радиусом перехода между образующими в пределах 0,1÷0,2 ед. в отношении радиуса к диаметру критический части сопла, при этом наружный диаметр корпуса сопла выполнен с криволинейными внутренними и внешними образующими Rb и RH, где Rb не превышает половины среднегодовой амплитуды волны, а RH не превышает среднегодовой половины длины волны, а коэффициент сужения-расширения сопла находится в диапазоне от 10 до 30 ед., фиксаторы предназначены для фиксации корпуса сопла на стойках после его подъема или опускания, выполненных с возможностью изменения своей длины, а сетки для сбора мусора установлены сверху и снизу корпуса сопла, ротор генератора содержит магнитные полюса, которые одновременно являются лопастями турбины, создающими электромагнитное поле, вырабатывающее электроэнергию за счет статора размещенного внутри корпуса сопла, содержащего рабочую обмотку, а рабочая обмотка возбуждающая магнитное поле расположена внутри лопастей турбины, причем для получения возбуждающего магнитного поля обмотка возбуждения расположена на роторе генератора или подключена к источнику постоянного тока через скользящие контакты, для генератора малой мощности лопасти турбины выполнены с постоянными магнитами, а корпуса сопла и лопастей направляюще-выправляющего аппарата изготовлены из солнечных батарей, улавливающих прямые и отраженные водой солнечные лучи.A device for generating electricity from a wave power plant from surface waves, contains a nozzle body, pipelines, a bladed turbine, a generator consisting of a rotor and a stator that generates electricity transmitted to the consumer via an electric cable, while the nozzle body is made in the form of a vertical symmetrical flat streamlined ring with narrowing and expanding parts, on which the blades of the guide-straightener are fixed, while one part, depending on the direction of flow, is made with the ability to work as a confuser, and the other - as a diffuser, the nozzle body is fixed on the ground with racks and installed at a certain height from the level of the wave crest, the bladed turbine is installed in the critical part of the nozzle, characterized in that the device is equipped with hinges, clamps, water pumps and nets that protect the bladed turbine from debris, installed on the nozzle body, which is installed at a certain height from the level of the wave crest due to water pumps owls that provide a change in the vertical position of the nozzle body by filling it with water or releasing it from it and at a certain angle of inclination relative to the water plane, directed towards the movement of the wave, due to hinges, while the vertical position of the nozzle body and the angle of inclination are adjusted by computer a program that works on feedback regarding the maximum amount of electricity generated by the generator, while to prevent deceleration of the surface wave flow, in which water particles move in a circle, the diameter of the nozzle body is made not exceeding the average annual half of the wavelength, and the height of the nozzle body is not exceeding the average annual amplitude waves. The generator is located under water, and the rotor axis is located with the possibility of rotation in the air due to magnetic clutches or lip seals, the bladed turbine is installed in a narrow critical part of the nozzle with the possibility of rotation in one direction, regardless of the direction of water flow, - straightening apparatus, which perform the function of holding a bladed turbine with a generator and at the same time the function of accelerators of the water flow, are placed at an angle between them in the range from 5 to 14 °, rounded in the form of a spiral in the direction of rotation of the turbine, and to reduce losses, the nozzle body is made with curvilinear generators and rounded transition radius into the critical section of the nozzle and the transition radius between the generators within 0.1÷0.2 units. in relation to the radius to the diameter of the critical part of the nozzle, while the outer diameter of the nozzle body is made with curvilinear inner and outer generators R b and R H , where R b does not exceed half of the average annual wave amplitude, and R H does not exceed the average annual half of the wavelength, and the coefficient narrowing-expansion of the nozzle is in the range from 10 to 30 units, the clamps are designed to fix the nozzle body on the racks after it is raised or lowered, made with the possibility of changing its length, and the garbage collection nets are installed above and below the nozzle body, the generator rotor contains magnetic poles, which are simultaneously turbine blades that create an electromagnetic field that generates electricity due to the stator located inside the nozzle housing containing the working winding, and the working winding exciting the magnetic field is located inside the turbine blades, and to obtain an exciting magnetic field, the excitation winding is located on the generator rotor and If it is connected to a direct current source through sliding contacts, for a low-power generator, the turbine blades are made with permanent magnets, and the housings of the nozzle and guide-straightening vanes are made of solar panels that capture direct and reflected sunlight from the water.
Группа изобретений иллюстрируется чертежами, на которыхThe group of inventions is illustrated by drawings, in which
на фиг. 1 изображена установка волновой электростанции;in fig. 1 shows the installation of a wave power plant;
на фиг.2 - верхние лопасти аппарата; figure 2 - the upper blades of the apparatus;
на фиг. 3 - верхние и нижние лопасти аппарата;in fig. 3 - upper and lower blades of the apparatus;
на фиг. 4 - график косинусоида с амплитудой и длиной волны λ; распространение волны - на угол γ;.in fig. 4 - graph of a cosine wave with amplitude and wavelength λ; wave propagation - at an angle γ;.
на фиг. 5 - глубоководный мост, совмещенный с волновыми электростанциями;in fig. 5 - deep-water bridge, combined with wave power plants;
на фиг. 6 - два полотна дороги, где одно полотно работает на проезд наземного транспорта, а другое разведено для прохода морского транспорта.in fig. 6 - two roadbeds, where one canvas works for the passage of land transport, and the other is divorced for the passage of sea transport.
Предложенный способ реализует волновая электростанция, представленная на фиг. 1. Установка включает корпус сопла 1, представляющий из себя сужающееся и расширяющееся водяное вертикальное сопло. При движении воды сверху вниз верхняя часть корпуса выполняет функцию конфузора, а нижняя часть корпуса функцию диффузора. При движении воды снизу вверх функции конфузора выполняют диффузор, а диффузора - конфузор. Корпус сопла 1 удерживается на стационарном расстоянии P от грунта 2, так как выступает в роли стационарной платформы, вокруг которой перемещается поток воды. Корпус сопла на штангах 3 крепится на грунте 2 за счет трубчатых колонн 4, внутри которых перемещаются штанги и закрепляются в нужном положении фиксаторами 5. Общая масса всей электростанции может меняться за счет заполнения корпуса водой, которая закачивается и выкачивается водяным насосом 6. Для удержания корпуса сопла на заданном расстоянии от грунта, возможно в момент погружения ослабить фиксаторы, а затем зафиксировать нужное положение фиксаторами на штангах. Вода служит энергоносителем, поступая в корпус сопла 1, и ускоряется до максимальной скорости в самой узкой его части, т.е. в критическом сечении, где установлен винт с лопастями на турбине 7, вращающейся на оси 8. Турбина 7 начинает вращаться под напором ускоренного потока воды, где ее лопасти выполнены по схеме импульсной турбины Бабенцова И.А. или турбины Уэльса. Турбина через ось 8 вращает ротор 9 генератора 10 всегда в одну сторону, вырабатывая электроэнергию независимо от смены направления течения воды. (IA B. Apparatus for converting sea wave energy into electrical energy. US Patent 3,922,739, 1975г.).The proposed method is implemented by the wave power plant shown in Fig. 1. The installation includes a
Для снижения стоимости турбина жестко соединена с ротором генератора, который вращается только в одну сторону, что позволяет значительно снизить потери энергии и повысить надежность конструкции. Например, при вращении винта то в одну, то в другую сторону ось турбины должна снабжается муфтой сцепления, которая при вращении в одну сторону раскручивает первый ротор первого генератора, а в другую сторону второй ротор второго генератора. Без муфты сцепления необходимо применять механизм поворота лопастей турбины. Увеличение количества механизмов снижает надежность конструкции, повышает ее массу и себестоимость, но главное снижает энергоэффективность станции. Поэтому в критическом сечении сопла установлена саморегулирующиеся турбина для преобразования волновой энергии, представляющая собой осевую турбину двух основных типов: турбину Уэльса или импульсную турбину.To reduce the cost, the turbine is rigidly connected to the generator rotor, which rotates only in one direction, which can significantly reduce energy losses and increase the reliability of the design. For example, when the screw is rotated in one direction or the other, the turbine axis must be equipped with a clutch, which, when rotated in one direction, spins the first rotor of the first generator, and in the other direction the second rotor of the second generator. Without a clutch, it is necessary to use a mechanism for turning the turbine blades. An increase in the number of mechanisms reduces the reliability of the design, increases its weight and cost, but most importantly reduces the energy efficiency of the station. Therefore, in the critical section of the nozzle, a self-regulating turbine for converting wave energy is installed, which is an axial turbine of two main types: a Wales turbine or an impulse turbine.
Характеристики этих турбин, были исследованы экспериментальными измерениями и численным моделированием в условиях нерегулярного потока в Saga University. Было обнаружено, что турбины импульсного типа обладают потенциалом превосходить турбины Уэльса по общим характеристикам в условиях нерегулярного потока. В предлагаемой группе изобретений, возможно, использовать: импульсную турбину с направляющими лопатками с автоматическим регулированием шага, импульсную турбину с неподвижными направляющими лопатками, турбину Уэльса с направляющими лопатками, турбину W-T с направляющими лопатками, турбину W-T с саморегулирующимися лопатками. (Setoguchi T, Takao M. Current status of self rectifying air turbines for wave energy conversion. Energy Conversion and Management 2006; 47:2382-96), (Kim T-H, Takao M, Setoguchi T, Kaneko K, Inoue M. Performance comparison of turbines for wave power Conversion. International Journal of Thermal Science 2001; 40:681-9).The characteristics of these turbines have been investigated by experimental measurements and numerical simulations under irregular flow conditions at Saga University. Impulse turbines have been found to have the potential to outperform Wales turbines in overall performance under irregular flow conditions. In the proposed group of inventions, it is possible to use: an impulse turbine with guide vanes with automatic pitch control, an impulse turbine with fixed guide vanes, a Wales turbine with guide vanes, a W-T turbine with guide vanes, a W-T turbine with self-adjusting vanes. (Setoguchi T, Takao M. Current status of self rectifying air turbines for wave energy conversion. Energy Conversion and Management 2006; 47:2382-96), (Kim T-H, Takao M, Setoguchi T, Kaneko K, Inoue M. Performance comparison of turbines for wave power conversion. International Journal of Thermal Science 2001; 40:681-9).
Корпус сопла, представляя собой стационарную платформу и удерживаясь на стационарном расстоянии P от грунта, в зависимости от амплитуды и длины волны за счет компьютерной программы, регулирует это расстояние с изменением по вертикали и изменением угла γ наклона в плоскости относительно поверхности воды. Расстояние P от грунта до корпуса сопла и угол γ регулируются в автоматическом режиме, под действием компьютерной программы, которая производит фиксацию корпуса в пространстве относительно максимального уровня выработки электроэнергии генератором. В идеале критическое сечение корпуса сопла устанавливается в плоскости среднего уровня волны 11, находящегося в центре между гребнем и подошвой. Подъем или опускание корпуса относительно грунта производится за счет фиксатора 5 и водяного насоса 6, который откачивая или закачивая воду в корпус сопла 1, перемещает его по вертикали вверх или вниз. При достижении заданного расстояния относительно грунта 2 штанги 3 закрепляются фиксаторами 5 на трубчатой колонне 4. Установка корпуса сопла относительно уровня волны может осуществляться за счет нагнетания или сброса воды внутрь трубчатой колонны, где вода, действуя на поршень 12, поднимает или опускает штангу 3, которая в нужном положении фиксируется фиксатором 5. Механизмы могут использовать как гидро, так и пневмоподъем, что позволяет устанавливать корпус сопла над грунтом на заданном расстоянии по вертикали и могут установить корпус сопла за счет шарниров 13 под углом, в зависимости от направления движения волны. Таким образом, корпус сопла устанавливается на нужной глубине от уровня гребня и подошвы волны в нужном положении и под определенным углом от плоскости поверхности воды. Во время шторма волновая станция погружается на глубину, где продолжается выработка электроэнергии, но при этом обеспечивается защита корпуса станции от разрушения.The nozzle body, representing a stationary platform and keeping at a stationary distance P from the ground, depending on the amplitude and wavelength due to a computer program, regulates this distance with a change in the vertical and a change in the inclination angle γ in the plane relative to the water surface. The distance P from the ground to the nozzle body and the angle γ are automatically adjusted under the action of a computer program that fixes the body in space relative to the maximum level of power generation by the generator. Ideally, the critical section of the nozzle body is set in the plane of the average level of the
Вес корпуса волновой станции, выполненного в виде регулируемой в пространстве платформы, может быть очень легким за счет надувной оболочки, которая формирует контур сопла. Вес турбины, стоек и других узлов будет снижен за счет применения углепластиков. Следовательно, это будет самая легкая из всех волновых гидроэлектростанций, которые сейчас работают в мире. Работающие аналоги волновых станций на сегодня на одну тонну веса могут вырабатывать не более 3 кВт. Предлагаемая станция сможет вырабатывать на одну тонну собственного не менее 100 кВт. Приведенные данные и расчеты позволяют отметить, что предлагаемая волновая гидроэлектростанция может быть по своим габаритам и весу меньше в десятки раз сегодняшних подобных волновых гидростанций, при этом может в сотни раз больше вырабатывать электроэнергии. Волновая гидростанция, работающая на ускоряемом водном потоке волны, будет работать с большим КПД и более стабильно, чем, например, современные волновые электростанции, использующие принцип раскачки маятника. При распространении волны слева направо, как показано на фиг. 1, скорость и направление частиц потока воды, проходящего внутри и снаружи сопла, постоянно меняется. На фиг. 1 показан момент, когда волна находится в верхнем крайнем положении над волновой электростанцией и ее скорость частиц по вертикали равна нулю. При смещении волны на четверть длины λ скорость частиц по вертикали в центре станции будет максимальная, в этот момент генератор будет вырабатывать максимальную электроэнергию, так как частицы воды принимают вертикальное направление, где скорость максимальна. При смещении волны на две четверти длины λ скорость вертикального потока снова будет равна нулю. При смещении на три четверти поток меняет свое направление и проходит через корпус сопла снизу, то есть частицы жидкости перемещаются по вертикали вверх, развивая максимальную скорость. При следующем смещении движение частиц по вертикали завершено и начинается движение частиц по горизонтали, как в первой позиции, то есть период движения волны начинается заново.The weight of the body of the wave station, made in the form of a platform adjustable in space, can be very light due to the inflatable shell that forms the contour of the nozzle. The weight of the turbine, racks and other components will be reduced through the use of carbon fiber. Consequently, it will be the lightest of all wave hydroelectric power plants that are currently operating in the world. Today, operating analogues of wave stations can produce no more than 3 kW per ton of weight. The proposed station will be able to generate at least 100 kW per ton of its own. The given data and calculations make it possible to note that the proposed wave hydroelectric power plant can be ten times smaller in size and weight than today's similar wave hydroelectric power plants, while it can generate hundreds of times more electricity. A wave power plant operating on an accelerated wave water flow will operate with greater efficiency and more stable than, for example, modern wave power plants using the pendulum swing principle. When the wave propagates from left to right, as shown in Fig. 1, the speed and direction of the particles of the water flow passing inside and outside the nozzle is constantly changing. In FIG. one shows the moment when the wave is in the upper extreme position above the wave power plant and its particle velocity along the vertical is equal to zero. When the wave is shifted by a quarter of the length λ, the particle velocity along the vertical in the center of the station will be maximum, at this moment the generator will produce maximum electricity, since the water particles take the vertical direction, where the velocity is maximum. When the wave is displaced by two quarters of the length λ, the velocity of the vertical flow will again be equal to zero. With a displacement of three quarters, the flow changes its direction and passes through the nozzle body from below, that is, the liquid particles move vertically upwards, developing maximum speed. At the next shift, the movement of particles along the vertical is completed and the movement of particles along the horizontal begins, as in the first position, that is, the period of the wave movement begins anew.
При каждой смене направления потока воды, проходящей через сопло, турбина будет сначала увеличивать, а затем снижать обороты вращения до нуля, а затем вращаться в эту же сторону, периодически ускоряя и замедляя вращение. Для сглаживания пульсаций при выработке электроэнергии можно объединить в единую энергосистему систему две и более волновых электростанций.With each change in the direction of the flow of water passing through the nozzle, the turbine will first increase and then decrease the rotation speed to zero, and then rotate in the same direction, periodically speeding up and slowing down the rotation. To smooth out ripples during power generation, two or more wave power plants can be combined into a single power system.
Данная схема выгодна тем, что позволяет все генераторы объединять в единую систему, используя один кабель 14 для электропередачи, а также общий контроллер, инвертор и другие устройства. Предлагаемая конструкция за счет изменяемых по длине опор позволяет изменять угол наклона корпуса сопла, чтобы дополнительно ускорять проходящий поток воды через сопло и вырабатывать большее количество электроэнергии. Регулировка положения корпуса сопла по вертикали и с углом наклона относительно плоскости, обеспечивается за счет компьютерной программы, которая настраивает автоматическую систему управления, относительно скорости вращения турбины.This scheme is beneficial in that it allows all generators to be combined into a single system using one
Предлагаемая конструкция может отличаться по месту расположения генератора, который может находиться под водой или над водой. При нахождении генератора под водой, ротор 9 вращается за счет оси 8 в воздухе, а герметизация от воды обеспечивается за счет магнитных муфт сцепления 15 или ось можно герметизировать манжетными уплотнителями. Для удешевления конструкции генератор устанавливается над корпусом сопла в воздухе.The proposed design may differ in the location of the generator, which may be under water or above water. When the generator is under water, the rotor 9 rotates due to the axis 8 in the air, and sealing against water is provided by
Для безопасной работы волновой электростанции и защиты ее турбины от крупных предметов, например, мусора, живых организмов и других массивных частиц, над верхней и нижней частью корпуса сопла установлена защитная сетка. На фиг. 1 сверху установлена верхняя сетка 16, а снизу корпуса сопла нижняя сетка 17. Помимо защиты турбины от попадания предметов верхняя и нижняя сетка будут выполнять функцию уловителей морского мусора, при накоплении который будет удаляться специальными службами. Сетки не влияют на работоспособность турбины, так как их ячейка выбирается такой крупности, который беспрепятственно пропускает и выпускает поток воды. Для выравнивания и ускорения потока воды под верхней сеткой установлен верхний направляюще-выправляющий аппарат 18, а над нижней сеткой установлен нижний выправляюще-направляющий аппарат 19. Аппараты состоят из спрофилированных лопаток, которые снижают трение потока воды и увеличивают КПД электростанции.For the safe operation of the wave power plant and to protect its turbine from large objects such as debris, living organisms and other massive particles, a protective grid is installed above and below the nozzle body. In FIG. 1, an
На фиг. 2, 3 показаны верхние лопасти аппарата 18, верхние и нижние лопасти аппарата 19, которые закручены по спирали в сторону вращения турбины 7, что дополнительно снижает трение потока воды при входе и выходе на турбине. Лопасти аппаратов 18, 19 начинаются от внешнего диаметра корпуса сопла 1 и, закручиваясь в сторону вращения турбины по вертикали, так же плавно изгибаются, направляя и ускоряя поток воды на лопасти турбины 7. Для повышения выработки электроэнергии поверхность корпуса сопла 1 и лопастей аппаратов 18, 19 выполняется из солнечных батарей, которые вырабатывая дополнительную электроэнергию, переносят ее к потребителю, используя те же электрокоммуникации, которые сделаны для передачи волновой электроэнергии. Данная особенность позволит волновой электростанции вырабатывать от солнца электроэнергию во время штиля. Эффективность солнечной электростанции, размещенной в воде, будет усиливаться с повышением КПД за счет ее охлаждения водой.In FIG. 2, 3 shows the upper blades of the
При использовании турбины импульсной и турбины Уэльса, возможно, ротор объединить с конструкцией турбины, где магнитные полюса ротора генератора одновременно являются лопастями водяной турбины, создающими электромагнитное поле, вырабатывающее электроэнергию за счет статора, размещенного внутри корпуса сопла. Данная схема позволит значительно больше вырабатывать электроэнергии за счет сокращения механизмов, массы вращающихся деталей и естественного водяного охлаждения ротора генератора, который одновременно выполняет функции турбины.When using a pulse turbine and a Wales turbine, it is possible to combine the rotor with the turbine design, where the magnetic poles of the generator rotor are simultaneously the blades of a water turbine that create an electromagnetic field that generates electricity due to the stator located inside the nozzle body. This scheme will allow much more electricity to be generated by reducing the mechanisms, the mass of rotating parts and the natural water cooling of the generator rotor, which simultaneously performs the functions of a turbine.
Как известно, для любой электрической машины обязательно наличие электропроводящей среды (проводников) и магнитного поля, имеющих возможность взаимного перемещения. При работе электрической машины в режиме генератора наблюдаются индуцирование ЭДС в проводнике, пересекающем магнитное поле, и возникновение механической силы, действующей на проводник, находящийся в магнитном поле, при прохождении по нему электрического тока. (Кацман М.М. - Электрические машины: учебник для студ. Учреждений сред. проф. образования - 13-е изд., стер. - М.: Изд-во “Издательский центр «Академия», 2014г., стр. 9÷10; стр. 106÷107).As you know, for any electrical machine, it is necessary to have an electrically conductive medium (conductors) and a magnetic field that can move mutually. When an electric machine is operating in the generator mode, an EMF is induced in a conductor crossing a magnetic field, and a mechanical force acting on a conductor located in a magnetic field is observed when an electric current passes through it. (Katsman M.M. - Electrical machines: a textbook for students. Institutions of medium professional education - 13th ed., ster. - M .: Publishing house “Publishing center “Academy”, 2014, p. 9÷ 10; pp. 106÷107).
Конструкция электрической машины состоит из неподвижной части, называемой статором и вращающейся, называемой ротором. Ротор располагается в расточке статора и отделен от него воздушным зазором. Одна из указанных частей машины снабжена элементами, возбуждающими в машине магнитное поле (например, электромагнит или постоянный магнит), а другая имеет рабочую обмотку машины. Как неподвижная часть машины (статор), так и подвижная (ротор) имеют сердечники, выполненные из магнитно-мягкого материала и обладающие небольшим магнитным сопротивлением. На волновой электростанции электрическая машина работает в режиме генератора, где при вращении ротора под действием ускоренного потока воды вращающей лопасти турбины, где в лопастях размещены электромагниты в проводниках рабочей обмотки наводится ЭДС и при подключении потребителя появляется электрический ток. При этом механическая энергия ускоренного потока воды преобразуется в электрическую. Таким образом, волновая электростанция внутри корпуса сопла размещает рабочую обмотку, расположенную на статоре, а элементы, возбуждающие магнитное поле находятся внутри лопастей турбины и являются магнитами ротора генератора.The design of an electrical machine consists of a fixed part called the stator. and rotating, called the rotor. The rotor is located in the stator bore and is separated from it by an air gap. One of these parts of the machine is equipped with elements that excite a magnetic field in the machine (for example, an electromagnet or a permanent magnet), and the other has a working winding of the machine.. Both the fixed part of the machine (stator) and the movable part (rotor) have cores made of soft magnetic material and have low magnetic resistance. At a wave power plant, an electric machine operates in the generator mode, where, when the rotor rotates under the action of an accelerated flow of water, the rotating blade of the turbine, where electromagnets are placed in the blades, EMF is induced in the conductors of the working winding and when the consumer is connected, an electric current appears. In this case, the mechanical energy of the accelerated water flow is converted into electrical energy. Thus, the wave power plant inside the nozzle housing places the working winding located on the stator, and the elements that excite the magnetic field are located inside the turbine blades and are the magnets of the generator rotor.
На волновых электростанциях постоянные магниты на роторе на торцах лопастей используют лишь в генераторах малой мощности. Для выработки электроэнергии в больших количествах для получения возбуждающего магнитного поля применяют обмотку возбуждения, располагаемую на роторе генератора. Эта обмотка подключается к источнику постоянного тока через скользящие контакты, осуществляемые посредством двух контактных колец, располагаемых на валу и изолированных от вала и друг от друга, и двух неподвижных щеток.At wave power plants, permanent magnets on the rotor at the ends of the blades are used only in low-power generators. To generate electricity in large quantities, to obtain an exciting magnetic field, an excitation winding located on the generator rotor is used. This winding is connected to a direct current source through sliding contacts made by means of two slip rings located on the shaft and isolated from the shaft and from each other, and two fixed brushes.
Как уже отмечалось, ускоренный поток воды приводит во вращение турбину с размещенным внутри ротором генератора с различной частотой n 1 . При этом магнитное поле ротора также вращается с частотой n 1 и индуцирует в трехфазной обмотке статора переменные ЭДС Е а , Е в , Е с , которые, будучи одинаковыми по значению и сдвинутыми по фазе относительно друг друга на 1/3 периода (120 эл. град), образуют трехфазную симметричную систему ЭДС. С подключением нагрузки в фазах обмотки статора появляются токи I А , I В , I С . При этом трехфазная обмотка статора создает вращающееся магнитное поле. Частота вращения этого поля равна переменной во времени частоте вращения ротора генератора (об/мин): .As already noted, the accelerated flow of water drives the turbine with a generator rotor placed inside with a different frequency n 1 . In this case, the magnetic field of the rotor also rotates with a frequency of n 1 and induces variable EMF in the three-phase stator winding E a , E b , E c , which, being the same in value and shifted in phase relative to each other by 1/3 of the period (120 el. deg), form a three-phase symmetrical EMF system. With the connection of the load in the phases of the stator winding, currents appear I A , I B , I C. In this case, the three-phase stator winding creates a rotating magnetic field. The frequency of rotation of this field is equal to the time-varying frequency of rotation of the generator rotor (rpm): .
При вращении якоря, даже в случае холостого хода, имеет место момент сопротивления M 0 вращению, который обуславливается потерями в генераторе на трение, на вихревые токи и гистерезис. Этот момент называют моментом холостого хода. При нагрузке в результате взаимодействия тока якоря с магнитным потоком генератора возникает тормозной электромагнитный момент М. При всяком нарушении постоянства скорости вращения возникает динамический момент: , где J - момент инерции якоря, - угловая скорость вращения, рад/сек. В генераторном режиме эти моменты уравновешиваются механическим моментом M мех ускоренного потока воды: . Это выражение называют уравнением моментов генератора. Уравнение показывает, что в любой момент времени в генераторном режиме механический момент ускоренного потока воды уравновешивается моментами холостого хода, электромагнитным и динамическим. (Кулик Ю.А. - Электрические машины. - М.: Изд-во «Высшая школа», 1968г., стр. 63÷64).When the armature rotates, even in the case of idling, there is a moment of resistance M 0 to rotation, which is caused by losses in the generator for friction, eddy currents and hysteresis. This moment is called the idle moment. Under load, as a result of the interaction of the armature current with the magnetic flux of the generator, a braking electromagnetic moment M arises. With any violation of the constancy of the rotation speed, a dynamic moment arises: , where J is the moment of inertia of the armature, - angular velocity of rotation, rad/sec . In the generator mode, these moments are balanced by the mechanical moment M mech of the accelerated water flow: . This expression is called the generator moment equation. The equation shows that at any time in the generator mode, the mechanical moment of the accelerated water flow is balanced by the idle moments, electromagnetic and dynamic. (Kulik Yu.A. - Electrical machines. - M .: Publishing House "Higher School", 1968, pp. 63÷64).
При электромагнитном возбуждении поток полюсов создается обмотками возбуждения, расположенных внутри лопастей турбины, питаемыми постоянным током или в генераторе с самовозбуждением обмотка возбуждения питается током от якоря этой же машины. With electromagnetic excitation, the flux of the poles is created by excitation windings located inside the turbine blades, fed by direct current or in a self-excited generator, the excitation winding is fed by current from the armature of the same machine .
Предлагаемая волновая электростанция может работать, как платформа, жестко закрепленная на определенном расстоянии P от грунта. При этом конструкция корпуса сопла выполнена таким образом, чтобы в течение всего года электростанция вырабатывала максимальное количество энергии. Для того, чтобы станция производила максимальную энергию, относительно вертикальных и горизонтальных потоков поверхностных волн, необходимо с помощью компьютерной программы автоматизированной системы располагать станцию на определенной глубине погружения, которая будет меняться в зависимости от изменения амплитуды и длины волны. При изменении амплитуды и длины волны скорость вращения турбины будет изменяться, при этом АСУ будет выбирать максимальную скорость вращения, при которой будет зафиксировано положение в пространстве волновой электростанции. В отличие от ранее разработанных массивных волновых станций, предлагаемая станция может быть выполнен из пластика, тонко листового металла и композита, делая корпус сопла легким и нематериалоемким, что снижает себестоимость конструкции и снижает затраты при установке электростанции. Используя механизм перемещения конструкции по вертикали во время штормов, станцию, возможно, погружать под воду на безопасную глубину защищая от экстремальных погодных условий, что дает преимущество перед прототипом и аналогами, при этом на безопасной глубине генератор будет вырабатывать электроэнергию. Для раскрытия схемы работы группы изобретений ниже рассмотрим физику процесса поверхностной волны.The proposed wave power plant can operate as a platform rigidly fixed at a certain distance P from the ground. At the same time, the design of the nozzle body is designed in such a way that the power plant generates the maximum amount of energy throughout the year. In order for the station to produce maximum energy relative to the vertical and horizontal flows of surface waves, it is necessary, using the computer program of the automated system, to locate the station at a certain immersion depth, which will vary depending on the change in amplitude and wavelength. When the amplitude and wavelength change, the rotation speed of the turbine will change, while the automatic control system will select the maximum rotation speed at which the position in the space of the wave power plant will be fixed. Unlike previously developed massive wave stations, the proposed station can be made of plastic, thin sheet metal and composite, making the nozzle body light and non-material, which reduces the construction cost and reduces the cost of installing the power plant. Using the mechanism for moving the structure vertically during storms, the station can be submerged under water to a safe depth, protecting it from extreme weather conditions, which gives an advantage over the prototype and analogues, while the generator will generate electricity at a safe depth. To reveal the operation scheme of a group of inventions, we will consider the physics of the surface wave process below.
Следуя общей теории волн на фиг. 4 рассмотрим слой жидкости постоянной глубины H, ограниченный сверху свободной поверхностью , которая в невозмущенном состоянии совпадает с плоскостью . При этом ξ представляет собой отклонение (со своим знаком) свободной поверхности жидкости от плоскости в точке с координатами х, у в момент времени t. На неподвижном горизонтальном дне должно выполняться условие равенства нулю нормальной составляющей скорости при . - амплитуда волны; θ - фаза волны; k и σ - волновое число и частота, связанные с длиной волны λ и периодом τ соотношениями . Заметим, что удвоенное значение амплитуды волны называют высотой волны. (Черкесов Л.В., Иванов В.А., Хартиев С.М. - Введение в гидродинамику и теорию волн. - Санкт-Петербург: Изд-во «Гидрометеоиздат», 1992г., стр. 154÷165).Following the general wave theory in FIG. four consider a liquid layer of constant depth H bounded from above by a free surface , which in the unperturbed state coincides with the plane. In this case, ξ is the deviation (with its own sign) of the free surface of the liquid from the plane at the point with coordinatesX,at at the timet. On a stationary horizontal bottom, the condition of equality to zero of the normal component of the velocity must be satisfiedat. - wave amplitude; θ - wave phase;k and σ are the wavenumber and frequency, related to the wavelength λ and period τ by the relations. Note that the double value of the wave amplitude called wave height. (Cherkesov L.V., Ivanov V.A., Khartiev S.M. - Introduction to hydrodynamics and wave theory. - St. Petersburg: Gidrometeoizdat Publishing House, 1992, pp. 154÷165).
Профиль свободной поверхности на фиг. 4 представляет собой косинусоиду с амплитудой и длиной волны λ. Точки, в которых свободная поверхность пересекает ось х (невозмущенную поверхность), называются узлами (); точки максимума и минимума свободной поверхности называются соответственно гребнями () и подошвами ( ) волны. Из следует, что узловым точкам соответствуют значения фазы волны Отсюда , где - координата n-й узловой точки. Таким образом, ), и все узловые точки волны перемещаются в положительном направлении оси x с одинаковыми скоростями , где точка означает производную по времени. Легко видеть, что с такой же скоростью перемещаются гребни, подошвы и вообще любая фиксированная фаза волны . Поэтому скорость называют фазовой скоростью волны или скоростью движения волны. Будем обозначать ее v ф , в отличие от v x и v z - составляющих скорости движения частиц жидкости. Так как профиль волны перемещается, то эту волну называют движущейся или прогрессивной.Free surface profile in fig. 4 is a cosine wave with amplitude and wavelength λ. The points at which the free surface intersects the x -axis (the unperturbed surface) are called nodes ( ); the points of maximum and minimum of the free surface are called, respectively, ridges ( ) and soles ( ) waves. From it follows that the nodal points correspond to the phase values of the wave From here , where - coordinate of the n -th nodal point. In this way, ), and all the nodal points of the wave move in the positive direction of the x -axis with the same velocities , where the dot denotes the time derivative. It is easy to see that crests, soles and, in general, any fixed wave phase move with the same speed. . Therefore, the speed called the phase velocity of the wave or the speed of the wave. We will designate it v f , in contrast to v x and v z - components of the velocity of fluid particles. Since the wave profile moves, then this wave is called moving or progressive.
Фазовая скорость волн в бассейне бесконечной глубины . Учитывая , получаем или . Отсюда видно, что скорость распространения прогрессивной волны в глубоком бассейне пропорциональна корню квадратному из ее длины (). Волны, фазовая скорость которых зависит от длины волны, называются дисперсионными, а соотношение, связывающее частоту, σ и волновое число k, называется дисперсионным. Таким, образом, рассматриваемые волны являются дисперсионными, а соотношение - дисперсионным соотношением.Phase velocity of waves in a basin of infinite depth. Considering, we get or. This shows that the propagation velocity of a progressive wave in a deep basin is proportional to the square root of its length (). Waves whose phase velocity depends on the wavelength are called dispersive, and the relation relating the frequency, σ and wave numberk, is called dispersive. Thus, the considered waves are dispersive, and the relation - dispersion relation.
Используя , и запишем выражения для составляющих скорости движения частиц жидкости в волновом процессе: . Следовательно, амплитуды волновых скоростей затухают с удалением от свободной поверхности () по экспоненциальному закону [] и на глубине, равной длине волны (), в (пятьсот) раз меньше, чем на свободной поверхности. С высокой степенью точности можно считать, что волновые возмущения при не проникают на глубины, большие длины волны, и жидкость на этих глубинах () находится в покое. Так, для прогрессивной волны, амплитуда которой 50 см, а длина 60 м, (τ = 6,3 с), максимальные значения и на свободной поверхности равны 50 см/с, а на глубине 60 м - меньше 1 мм/с.Using, and Let us write down the expressions for the components of the velocity of motion of fluid particles in the wave process:. Consequently, the amplitudes of wave velocities decay with distance from the free surface () according to the exponential law [] and at a depth equal to the wavelength (), in (five hundred) times less than on the free surface. With a high degree of accuracy, we can assume that wave perturbations at do not penetrate to depths, large wavelengths, and liquid at these depths () is at rest. So, for a progressive wave with an amplitude of 50 cm and a length of 60 m, (τ = 6.3 s), maximum values and on the free surface are 50 cm/s, and at a depth of 60 m - less than 1 mm/s.
Как видно, динамическое или волновое давление р 2 затухает с глубиной (удалением от свободной поверхности) по тому же закону, что и волновые скорости , . Поэтому динамическое давление на глубине, равной длине волны в 500 раз меньше, чем на свободной поверхности. Это позволяет пренебрегать в области волновым давлением по сравнению с гидростатическим. Следовательно, максимальная выработка электроэнергии за счет предлагаемой группы изобретений будет при расположении критического сечения корпуса сопла в плоскости невозмущенной поверхности (на среднем уровне волны) или когда центр турбины располагается по центру высоты волны, между гребнем и подошвой.As can be seen, the dynamic or wave pressure p 2 decays with depth (moving away from the free surface) according to the same law as the wave velocities , . Therefore, the dynamic pressure at a depth equal to the wavelength is 500 times less than on the free surface. This makes it possible to neglect in the region wave pressure compared to hydrostatic pressure. Therefore, the maximum power generation due to the proposed group of inventions will be when the critical section of the nozzle body is located in the plane of the undisturbed surface (at the average wave level) or when the turbine center is located at the center of the wave height, between the crest and the sole.
Как видно из , положению гребня соответствует значение , и, следовательно, . Из находим, что при этом , , т. е. частицы жидкости в гребне движутся горизонтально в направлении распространения волны. Подошве волны отвечают значения , , при этом , , т. е. частицы жидкости в подошве движутся тоже горизонтально, но в направлении, противоположном распространению волны. Узлу волны соответствует значение , при этом . В первом случае (, ; узел первого рода) частицы жидкости движутся вертикально вверх (, ), во втором случае (; ; узел второго рода) частицы движутся вертикально вниз ( , ). Так как значения фазы θ вдоль волны меняются непрерывно, то узлы первого и второго рода чередуются. As seen from , the position of the ridge corresponds to the value , and hence . From we find that while , , i.e., fluid particles in the crest move horizontally in the direction of wave propagation. The bottom of the wave corresponds to the values , , wherein , , i.e., the fluid particles in the sole also move horizontally, but in the opposite direction to the wave propagation. The node of the wave corresponds to the value , wherein . In the first case ( , ; knot of the first kind) liquid particles move vertically upwards ( , ), in the second case ( ; ; node of the second kind) the particles move vertically downwards ( , ). Since the values of the phase θ along the wave change continuously, the nodes of the first and second kind alternate.
На фиг. 4 показаны векторы скоростей движения частиц в характерных точках волны, распространяющейся в положительном направлении оси х. Как видно, частицы жидкости в короткой прогрессивной волне () движутся по окружности вокруг своего положения равновесия. При этом радиусы окружностей (амплитуды колебаний) убывают с глубиной погружения частицы () по экспоненциальному закону []. Отметим, что амплитуды колебаний частиц жидкости, лежащих на Свободной поверхности (), равны амплитуде волны, а находящихся на глубине, равной длине волны (), составляют 0,2 % амплитуды волны. In FIG. 4 shows the velocity vectors of particle motion at characteristic points of a wave propagating in the positive direction of the x axis. As can be seen, liquid particles in a short progressive wave ( ) move in a circle around their equilibrium position. In this case, the radii of the circles (oscillation amplitudes) decrease with the particle immersion depth ( ) according to the exponential law [ ] . Note that the oscillation amplitudes of fluid particles lying on the free surface ( ), are equal to the wave amplitude, and located at a depth equal to the wavelength ( ) make up 0.2% of the wave amplitude.
В синусоидальной волне с частотой f частицы среды совершают гармонические колебания, так что каждая частица обладает энергией , где D M - максимальное смещение (амплитуда колебаний) частицы от положения равновесия либо в продольном, либо в поперечном направлении [формула , где мы заменили А на D M ]. С помощью () можно выразить k через частоту: . Таким образом, . Масса т=pV, где р - плотность среды, а V - ее объем. Кроме того, V=Al, где A - площадь поперечного сечения, через которое проходит волна, а l - расстояние, которое волна проходит за время t: l=vt (здесь v - скорость волны). Таким образом, иIn a sinusoidal wave with a frequency f , the particles of the medium perform harmonic oscillations, so that each particle has an energy , where D M is the maximum displacement (oscillation amplitude) of the particle from the equilibrium position either in the longitudinal or in the transverse direction [formula , where we have replaced A with D M ]. By using ( ) can be expressed in terms of frequency: . In this way, . Mass m = pV, where p is the density of the medium, and V is its volume. In addition, V=Al, where A is the cross-sectional area through which the wave passes, and l is the distance that the wave travels in time t: l=vt (here v is the speed of the wave). In this way, and
.(1) .(one)
Если рассмотреть передний фронт синусоидальной волны, подошедший к области, где волнового движения не было, то станет ясно, что Е в формуле (1) соответствует средней энергии, которая переносится волной через границу рассматриваемой области за время t. Формула (1) представляет собой важный результат, состоящий в том, что энергия, переносимая волной, пропорциональна квадрату ее амплитуды. Энергия, переносимая волной за единицу времени, - это средняя мощность :If we consider the leading edge of a sinusoidal wave, approaching the region where there was no wave motion, it becomes clear thatE in formula (1) corresponds to the average energy that is transferred by the wave through the boundary of the region under consideration during the timet. Formula (1) is an important result that the energy carried by a wave is proportional to the square of its amplitude. The energy carried by a wave per unit of time is the average power :
. (2) . (2)
Наконец, интенсивность волны I определяется как средняя мощность, переносимая через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению потока энергии:Finally, the intensity wavesI is defined as the average power transferred through a unit area of the surface perpendicular to the direction of energy flow:
. (3) . (3)
Мы видим, что интенсивность волны пропорциональна квадрату ее амплитуды. (Джанколи Д. - Физика: В 2-х т. Т. 1: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989г., Стр. 437-439).We see that the intensity of the wave is proportional to the square of its amplitude. (Giancoli D. - Physics: In 2 vols. T. 1: Translated from English - M .: Mir, 1989, pp. 437-439).
Как известно, мощность, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения потока, т.е. удельная мощность потока, равна:As is known, the power per unit area of the flow cross section, i.e. specific flow power is equal to:
P/F=pvP/F=pv 33 /2,/2,
где F- площадь потока, м2;where F is the flow area, m 2 ;
р - плотность вещества потока, кг/м3; p is the density of the flow substance, kg/m 3 ;
v - скорость потока, м/с; v - flow velocity, m/s;
Р - мощность, Вт. P - power, W.
Для упрощенного расчета можно принять, что с одного квадратного метра, перекрываемого турбиной за счет ветрового потока можно снять мощность: Р=0,22 v 3 , в связи с тем, что плотность воды превышает в среднем плотность воздуха в 775 раз, с одного квадратного метра, перекрываемого турбиной, за счет водяного потока, можно снять мощность: Р=162 v 3 , так как, поток воздуха или воды ускоряет специальное устройство - сопло, состоящее из конфузора и диффузора, необходимо рассчитать его параметры таким образом, чтобы оно имело минимальную площадь поверхности при максимально возможной эффективности на тот или иной диаметр турбины, установленной в критическом сечении сопла (самом узком сечении сопла). (Под ред. Д. де Рензо. Перевод с англ. к.т.н. Зубарева В.В., Франкфурта М.О. - Ветроэнергетика. Раздел - Характеристики ветра, - М.: Из-во «Энергоатомиздат», 1982г.).For a simplified calculation, it can be assumed that power can be removed from one square meter covered by the turbine due to the wind flow: P \u003d 0.22 v 3 , due to the fact that the water density exceeds the average air density by 775 times, from one square meter blocked by the turbine, due to the water flow, you can remove the power: P = 162 v 3 , since the flow of air or water accelerates a special device - a nozzle consisting of a confuser and a diffuser, it is necessary to calculate its parameters in such a way that it has a minimum surface area at the maximum possible efficiency per one or another diameter of the turbine installed in the critical section of the nozzle (the narrowest section of the nozzle). (Under the editorship of D. de Renzo. Translation from English by Ph.D. Zubarev V.V., Frankfurt M.O. - Wind power. Section - Wind characteristics, - M .: Energoatomizdat Publishing House, 1982 .).
Поперечное сечение концентратора (конфузора) может быть квадратным прямоугольным, круглым или иметь произвольную форму. В конфузоре происходит непрерывное увеличение скорости воды до наибольшей скорости на входе в турбину. The cross section of the concentrator (confuser) can be square, rectangular, round or have an arbitrary shape. In the confuser, there is a continuous increase in the speed of water to the highest speed at the turbine inlet.
При использовании в предлагаемой группе изобретений корпуса сопла, захваченный водный поток, отражаясь от плоскости корпуса, перед тем как попасть на турбину ускоряется в несколько раз. После прохождения через турбину водный поток выходит через те же плоскости, но уже представляющие собой диффузор, так как пространство между этими плоскостями начинает расширяться в своем сечении.When using a nozzle body in the proposed group of inventions, the captured water flow, reflected from the body plane, is accelerated several times before entering the turbine. After passing through the turbine, the water flow exits through the same planes, but already representing a diffuser, since the space between these planes begins to expand in its cross section.
Как известно, сила сопротивления водному потоку зависит от формы тела, где тело в виде пластинки создает достаточно высокое сопротивление водному потоку, так как за ним образуется целая область беспорядочного вихревого движения воды, так как давление сильно падает. Сопротивление конфузоров можно значительно уменьшить, осуществив плавный переход от большего сечения к меньшему, с помощью криволинейных образующих (по дуге окружности или другой кривой), а также скруглив прямолинейные стенки конфузоров на выходе в критическое сечение, где установлена турбина. (Идельчик И.Е. - Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - 3-е изд, перераб. и до. - М.: Изд-во “Машиностроение”, 1992г. Стр. 672).As you know, the force of resistance to water flow depends on the shape of the body, where the body in the form of a plate creates a sufficiently high resistance to the water flow, since behind it a whole area of chaotic vortex movement of water is formed, since the pressure drops greatly. The resistance of confusers can be significantly reduced by making a smooth transition from a larger section to a smaller one, using curvilinear generatrices (along a circular arc or other curve), as well as rounding the straight walls of the confusers at the exit to the critical section where the turbine is installed. (Idelchik I.E. - Handbook of hydraulic resistance. - 3rd ed., revised and before. - M.: Mashinostroenie Publishing House, 1992. P. 672).
Для снижения потерь корпус сопла, изображенный на фиг. 1, где Д H - наружный диаметр корпуса сопла, делается с криволинейными образующими R b и R H , где R b - внутренняя, а R H - внешняя образующая сопла и со скругленными радиусами и определенной величины, где - радиус перехода в критическое сечение сопла, а - радиус перехода между образующими согласно данных (Идельчик И.Е. - Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - 3-е изд, перераб. и до. - М.: Изд-во «Машиностроение», 1992г., стр. 250-251). Например, при величине радиуса rb, достигающем 0,2 в отношении r b /Д 0 сопротивление можно снизить более чем в 5 раз. При дальнейшем увеличении радиуса r, трение снижается незначительно. Для дополнительного снижения трения необходимо делать скругление по радиусу , например, при величине радиуса достигающим 0,1 в отношении r H /Д 0 , сопротивление можно снизить более чем в четыре раза.To reduce losses, the nozzle body shown in FIG. 1, where D H is the outer diameter of the nozzle body, is made with curvilinear generatrices R b and R H , where R b is the inner, and R H is the outer generatrix of the nozzle and with rounded radii and a certain value, where is the radius of transition to the critical section of the nozzle, and - the radius of transition between the generators according to the data (Idelchik I.E. - Handbook of hydraulic resistance. - 3rd ed., revised and before. - M .: Mashinostroenie Publishing House, 1992, pp. 250-251) . For example, with a radius r b reaching 0.2 in relation to r b /D 0 , the resistance can be reduced by more than 5 times. With a further increase in the radius r, the friction decreases slightly. To further reduce friction, it is necessary to make a rounding along the radius , for example, with a radius reaching 0.1 in relation to r H /D 0 , the resistance can be reduced by more than four times.
Определить точно сопротивления водному потоку протекающему через конфузор и диффузор достаточно проблематично, так как очень сложно вычислить потери на завихрение, сжатие (расширение), теплообмен и другие неучтенные факторы. (Идельчик И.Е. - Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - 3-е изд, перераб. и до. - М.: Изд-во «Машиностроение», 1992г. Стр. 672). Однако, по экспериментальным и теоретическим данным, известно, что скорость воды, попадающая на турбину будет зависеть от угла сужения - расширения β, степени сужения-расширения где - площадь на входе в сопло, - площадь сечения водного потока в критической части сопла и относительной длины l g /Д 0 и l k /Д 0 , где l g - длина диффузора, l k - длина конфузора.Determine the exact resistance to water flow through the confuser and diffuser is quite problematic, since it is very difficult to calculate the losses for swirl, compression (expansion), heat transfer and other unaccounted for factors. (Idelchik I.E. - Handbook of hydraulic resistance. - 3rd ed., revised and before. - M .: Mashinostroenie Publishing House, 1992. P. 672). However, according to experimental and theoretical data, it is known that the speed of water entering the turbine will depend on the contraction-expansion angle β, the degree of contraction-expansion where - area at the entrance to the nozzle, - cross-sectional area of the water flow in the critical part of the nozzle and relative lengthl g /D 0 andl k /D 0 , wherel g - diffuser length,l k - confuser length.
Например, при значительном увеличении степени сужения конфузора более 20, начинает уменьшаться расход воды, проходящий через конфузор, то есть становится не эффективно делать слишком большую степень сужения. Согласно данным, для конических диффузоров, к которым относится конструкция корпуса сопла, оптимальная степень расширения находится в пределах 6÷10. Для волновой станции отношение l 0 /Д 0 , где l 0 - длина критической части сопла, можно считать равным нулю, следовательно ζд - коэффициент сопротивления диффузора будет незначительным. (Идельчик И.Е. - Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - 3-е изд, перераб. и до. - М.: Изд-во «Машиностроение», 1992 г, стр. 209, таблицы 5-1)For example, with a significant increase in the degree of narrowing of the confuser more than 20, the flow of water passing through the confuser begins to decrease, that is, it becomes inefficient to make the degree of narrowing too large. According to the data, for conical diffusers, which include the design of the nozzle body, the optimal expansion ratio is in the range of 6÷10. For a wave station, the ratio l 0 /D 0 , where l 0 is the length of the critical part of the nozzle, can be considered equal to zero, therefore ζ d - the drag coefficient of the diffuser will be insignificant. (Idelchik I.E. - Handbook of hydraulic resistance. - 3rd ed., revised and before. - M .: Mashinostroenie Publishing House, 1992, p. 209, tables 5-1)
При подборе степени сужения конфузора и расширения диффузора, необходимо пользоваться опытными данными, согласно которым, с учетом максимального захвата площади потока воды, оптимальная степень сужения и расширения по верхнему значению принимается равной десяти. С учетом того, что это значение получено для идеальных условий эксперимента и течения потока движущегося вдоль оси сопла, то применительно к поверхностной волне, движущейся по окружности это значение можно увеличить в два - три раза. Таким образом оптимальная степень сужения - расширения для волновой станции будет находиться в пределах от 10 до 30.When selecting the degree of constriction of the confuser and expansion of the diffuser, it is necessary to use experimental data, according to which, taking into account the maximum capture of the area of the water flow, the optimal degree of constriction and expansion according to the upper value is taken equal to ten. Taking into account the fact that this value was obtained for ideal conditions of the experiment and the flow of a stream moving along the axis of the nozzle, then, as applied to a surface wave moving along a circle, this value can be increased by two to three times. Thus, the optimal degree of narrowing - expansion for a wave station will be in the range from 10 to 30.
Условия протекания потока в коротких диффузорах (с большими углами расширения) могут быть значительно улучшены, а сопротивление уменьшено, если предупредить в них отрыв потока или ослабить вихреобразование. К основным мероприятиям, способствующим улучшению течения в конфузорах-диффузорах относятся: сдувание пограничного слоя; установка направляющих лопаток (дефлекторов) и разделительных стенок. Для снижения сопротивления потоку на волновой электростанции, помимо применения скруглений, предусмотрены стационарные лопатки направляющего и выправляющего аппарата, которые выполняют функцию конструкции, удерживающей турбину с генератором и одновременно функцию стабилизаторов водного потока.Flow conditions in short diffusers (with large expansion angles) can be significantly improved and resistance reduced if flow separation is prevented in them or vortex formation is weakened. The main measures that contribute to the improvement of the flow in confuser-diffusers include: blowing off the boundary layer; installation of guide vanes (deflectors) and dividing walls. To reduce the resistance to flow at the wave power plant, in addition to the use of fillets, stationary blades of the guide and straightening apparatus are provided, which perform the function of a structure that holds the turbine with a generator and at the same time the function of water flow stabilizers.
Согласно данным оптимальный угол для конфузора, образованный между плоскостями лопастей направляющего аппарата, находится в пределах от 5 до 40°, тогда как для диффузора в пределах от 4 до 14°. С учетом того, что в данном случае, при смене направления воды диффузор меняется на конфузор и наоборот, целесообразно выбирать общий угол, исходя из перекрывающегося диапазона от 5 до 14°. Следовательно, количество лопаток направляющего и выправляющего стационарного аппарата, будет находиться в пределах от 25 до 72 лопаток с каждой стороны сопла. (Идельчик И.Е. - Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - 3-е изд, перераб. и до. - М.: Изд-во «Машиностроение», 1992г.).According to the data, the optimal angle for the confuser, formed between the planes of the guide vanes, is in the range from 5 to 40°, while for the diffuser it is in the range from 4 to 14°. Taking into account the fact that in this case, when changing the direction of the water, the diffuser changes to the confuser and vice versa, it is advisable to choose the overall angle based on the overlapping range from 5 to 14°. Therefore, the number of blades of the guide and straightening stationary apparatus will be in the range from 25 to 72 blades on each side of the nozzle. (Idelchik I.E. - Handbook of hydraulic resistance. - 3rd ed., revised and before. - M .: Mashinostroenie Publishing House, 1992).
С учетом оптимизации конструкции с экономической точки зрения, а именно уменьшения расхода материала на строительство корпуса сопла, необходимо стремиться к максимально возможно большому углу β, изображенному на фиг. 1. Для этого необходимо знать реальное соотношение высоты волны к ее длине. Приемлемая степень сужения конфузора может находиться в пределах от 10 до 30, оптимальная степень сужения 20. Для малых скоростей воды, наиболее выгодно применять наибольшую степень сужения, например, в пределах от 20 до 30, которая позволяет, довести скорость воды до той, которая производит максимальную мощность. Для сильных водных потоков, так же выгодно применять наибольшую степень сужения, так как за счет этого происходит регулировка потока. Слишком сильно сужающийся конфузор, при сильных волнах не позволит через себя пропускать большой расход воды, тем самым, предохраняя турбину от разрушений. То есть происходит выравнивание вращения турбины, не смотря на значительные колебания скоростей водныхпотоков.Taking into account the optimization of the design from an economic point of view, namely, the reduction of material consumption for the construction of the nozzle body, it is necessary to strive for the largest possible angle β shown in Fig. 1. To do this, you need to know the real ratio of the wave height to its length. The acceptable degree of constriction of the confuser can be in the range from 10 to 30, the optimal degree of constriction is 20. maximum power. For strong water flows, it is also advantageous to use the largest degree of constriction, since this regulates the flow. Too strongly tapering confuser, with strong waves, will not allow a large flow of water to pass through itself, thereby protecting the turbine from destruction. That there is an alignment of the rotation of the turbine, despite significant fluctuations in the speed of water flows.
Принимая во внимание, что частицы воды двигаются в поверхностной волне по окружности, необходимо наклонять корпус сопла относительно горизонта навстречу распространению волны на угол γ, что изображено на фиг. 4, где наклон корпуса сопла 1 позволяет более эффективно производить захват потока частиц воды движущейся по окружности. Частицы воды, в гребне набирающие максимальную скорость по горизонтальному направлению в большем объеме будут улавливаться верхней плоскостью корпуса сопла наклонно расположенному к потоку под углом γ, а частицы воды в подошве волны будут более эффективно заходить в нижнюю часть корпуса сопла, плоскость которого будет так же наклонена к этому потоку.Taking into account that water particles move in a circle in a surface wave, it is necessary to tilt the nozzle body relative to the horizon towards the wave propagation by an angle γ, which is shown in Fig. 4, where the inclination of the body of the
Волнообразное движение поверхности жидкости, где частицы движутся по окружности, должно использоваться для максимального захвата ускоренных частиц корпусом сопла, для направления ускоренного потока на лопасти турбины. На фиг. 3 показано расположение корпуса сопла 1 на грунте 2, за счет штанг 3, которые изменяя длину, позволяют устанавливать любую величину угла γ в любом направлении по плоскости.The undulating movement of the liquid surface, where the particles move in a circle, should be used to maximize the capture of accelerated particles by the nozzle body, to direct the accelerated flow to the turbine blades. In FIG. 3 shows the location of the
Наибольшие размеры поверхностных волн в открытом океане встречаются в южном полушарии, где сплошное водное кольцо охватывает землю, и где суша не стесняет волнения. В этой области наблюдались волны до 400 м длины и до 12 м высоты, с периодами до 18 сек. И скоростью распространения до 15 м в секунду. Средними показателями океанских волн можно считать длину 90 м, скорость 13,5 м/с, высоту 3,5 м и период 7 сек. На практике за счет пересечения по направлениям различных волн, общая длина волны уменьшается, следовательно, расчет габаритов станции и угла β необходимо производить с учетом реальных волн. Средняя длина волны, например, в Черном море 18 м, где средняя высота волны достигает 1,25 м, период 4 секунды со скоростью распространения 4,5 м/с. Следовательно, диаметр корпуса сопла волновой электростанции не может превышать половину длины волны, то есть диаметр 9 м, так как станция, работая на вертикальных волнах, не должна захватывать волны, идущие по вертикали в противоход друг другу. По высоте корпус сопла не может превышать высоту волны 1,25 м, так как с увеличением габаритов корпуса по высоте увеличивается глубина его погружения, где скорость движения частиц уменьшается. Напротив, если не глубоко погружать высокогабаритный корпус, то не будет производиться захвата верхних ускоренных по горизонтали слоев воды. Следовательно, при диаметре станции в 9 м и высоте корпуса сопла 1,25 м, угол сужения-рассширения β будет равен 165°. С учетом того, что меньшие по длине волны могут образоваться чаще по среднегодовому количеству дней, примем диаметр станции равным 4,5 м, высотой 1,25 м, где β равно 149°. Кунфузор-диффузорное сопло такого диаметра будет захватывать площадь воды равную 16 м2. При коэфициенте сужения-рассширения 10 площадь сечения в критической части сопла, где установлена турбина будет 1,6 м2, то есть диаметр критической части сопла будет равен 1,43 м, где с учетом площади занимаемой турбиной, коэффициент сужения-рассширения будет равен 20. В узкой части сопла, при волне высотой 1,25 м, поток достигает скорости равной 10 м/с, за счет этого вырабатываемая мощность с одного метра квадратного составит:The largest sizes of surface waves in the open ocean are found in the southern hemisphere, where a continuous water ring covers the land, and where the land does not constrain the waves. Waves up to 400 m long and up to 12 m high were observed in this area, with periods up to 18 sec. And propagation speed up to 15 m per second. The average indicators of ocean waves can be considered a length of 90 m, a speed of 13.5 m / s, a height of 3.5 m and a period of 7 seconds. In practice, due to the intersection of different waves in the directions, the total wavelength decreases, therefore, the calculation of the station dimensions and the angle β must be made taking into account real waves. The average wavelength, for example, in the Black Sea is 18 m, where the average wave height reaches 1.25 m, a period of 4 seconds with a propagation speed of 4.5 m/s. Therefore, the diameter of the body of the nozzle of a wave power station cannot exceed half the wavelength, that is, a diameter of 9 m, since the station, operating on vertical waves, should not capture waves that go vertically in opposition to each other. In height, the nozzle body cannot exceed a wave height of 1.25 m, since with an increase in the body dimensions in height, the depth of its immersion increases, where the particle velocity decreases. On the contrary, if the high-sized body is not deeply immersed, then the upper horizontally accelerated layers of water will not be captured. Therefore, with a station diameter of 9 m and a nozzle body height of 1.25 m, the contraction-expansion angle β will be equal to 165°. Taking into account the fact that shorter wavelengths can be formed more often by the average annual number of days, we will take the station diameter to be 4.5 m, height 1.25 m, where β is 149°. A kunfuzor-diffuser nozzle of this diameter will capture an area of water equal to 16 m 2 . With a contraction-expansion coefficient of 10, the cross-sectional area in the critical part of the nozzle where the turbine is installed will be 1.6 m 2 , that is, the diameter of the critical part of the nozzle will be 1.43 m, where, taking into account the area occupied by the turbine, the contraction-expansion coefficient will be equal to 20 In the narrow part of the nozzle, with a wave height of 1.25 m, the flow reaches a speed of 10 m / s, due to this, the generated power from one square meter will be:
W = 162×VW=162×V 33 = 1162× 10 = 1162×10 33 = 1162 кВт. = 1162 kW.
Следовательно, с проходной площадью для воды 0,8 м2, турбина теоретически будет вырабатывать 130 кВт. Для турбины Уэльса, где КПД равен 55 %, реальная выработка составит 72 кВт, для турбины Бабенцова И.А., где КПД 87 %, выработка составит 113 кВт.Therefore, with a water flow area of 0.8 m 2 , the turbine will theoretically generate 130 kW. For the Wales turbine, where the efficiency is 55%, the actual output will be 72 kW, for the I.A. Babentsov turbine, where the efficiency is 87%, the output will be 113 kW.
Как известно, Черное море является внутренним, поэтому оно не может производить волны большей высоты. Для волн, производимых в океанах южного полушария, средние показатели находятся в пределах, где длина волны составляет 36 м, высота волны 3,5 м, период 6 сек и скорость распространения 6 м/с. Высота корпуса сопла по вертикали для этой станции может быть в пределах до 3,5 м. Диаметр сопла для волновой станции южного полушария, возможно, делать в пределах 18 м, при этом вода будет захватываться с площади 250 м2.As you know, the Black Sea is inland, so it cannot produce higher waves. For waves produced in the oceans of the southern hemisphere, the averages are in the range where the wavelength is 36 m, the wave height is 3.5 m, the period is 6 sec, and the propagation velocity is 6 m/s. The vertical height of the nozzle housing for this station can be up to 3.5 m. The diameter of the nozzle for the southern hemisphere wave station can be made within 18 m, while water will be captured from an area of 250 m 2 .
При коэффициенте сужения-рассширения 10 площадь самой узкой части сопла составит 25 м2, диаметром 5,6 м. Волна высотой 3,5 м с периодом 6 сек, будет двигаться по вертикали с максимальной скоростью 1,2 м/с. Максимальная скорость водного потока в узкой части сопла при коэффициенте сужения-рассширения 20 составит 24 м/с. С одного метра квадратного в узкой части сопла станция будет вырабатывать мощность равную:With a contraction-expansion ratio of 10, the area of the narrowest part of the nozzle will be 25 m 2 , with a diameter of 5.6 m. A wave 3.5 m high with a period of 6 seconds will move vertically with a maximum speed of 1.2 m / s. The maximum speed of the water flow in the narrow part of the nozzle with a contraction-expansion ratio of 20 will be 24 m/s. From one square meter in the narrow part of the nozzle, the station will generate power equal to:
W = 162× VW=162×V 33 = 162× 24 = 162×24 33 = 2240 кВт = 2240 kW
Площадь для прохода воды в узкой части сопла, где установлена турбина составляет 12,5 м2, следовательно теоретически станция будет вырабатывать мощность равную 28 МВт, но при КПД 55 % это составит 15 МВт, а при КПД 87 % составит 24 МВт.The area for the passage of water in the narrow part of the nozzle, where the turbine is installed, is 12.5 m 2 , therefore, theoretically, the plant will generate a power equal to 28 MW, but with an efficiency of 55% it will be 15 MW, and with an efficiency of 87% it will be 24 MW.
Конструкция предлагаемой волновой станции может быть выполнена с массивным корпусом и установлена на грунте в заданном положении без регулировки по высоте относительно грунта, например, если корпус и опоры представляют из себя железобетонную конструкцию. Таким образом, если не перемещать в пространстве волновую станцию, которая будет выполнена без дополнительных подъемно-наклонных механизмов, возможна установка ее в качестве опоры, такой как волнорез, мост или дорога над водой. Например, данные стационарные конструкции волновых электростанций, выполненные из железобетона и установленные в линию, могут выполнять функции волнорезов, защищая прибрежную линию. Корпус одной станции на поверхности, который тяжелей воды и удерживается на грунте за счет жестких стоек без регулировки положения, будет сопряжен с корпусом другой станции, при этом выполняя функции моста и дороги по которой движется транспорт с электроприводом. Данная конструкция волновой станции, совмещающая функции дорожного моста, будет особенно актуальной для эксплуатации электромобилей, в экологически чистых зонах, таких как Черноморское, Каспийское или Балтийское побережье.The design of the proposed wave station can be made with a massive body and installed on the ground in a given position without height adjustment relative to the ground, for example, if the body and supports are a reinforced concrete structure. Thus, if you do not move the wave station in space, which will be made without additional lifting-tilting mechanisms, it is possible to install it as a support, such as a breakwater, a bridge or a road over water. For example, these stationary structures of wave power plants, made of reinforced concrete and installed in a line, can serve as breakwaters, protecting the coastal line. The hull of one station on the surface, which is heavier than water and is held on the ground by rigid struts without position adjustment, will be connected to the hull of another station, while performing the functions of a bridge and a road along which electric vehicles move. This design of the wave station, which combines the functions of a road bridge, will be especially relevant for the operation of electric vehicles in environmentally friendly areas such as the Black Sea, Caspian or Baltic coasts.
На фиг. 5 показан вариант глубоководного моста, совмещенного с волновыми электростанциями, где корпус сопла 1 установлен в линию на штангах 3 и шарнирах 13, которые вверху закреплены с полотном дороги 20, а внизу с трубопроводом 21, состоящего из секций. Внутри трубопровода проходит коммуникационная линия 22, по которой проведены электрокабеля для передачи электроэнергии. При выработке электроэнергии волновыми электростанциями, возможно, организовать производство опресненной воды или водорода, которые будут транспортироваться по коммуникационной линии 22.In FIG. 5 shows a variant of a deep-water bridge combined with wave power plants, where the
Трубопровод 21 служит опорой для волновых станций и полотна дороги 20 и удерживается на плаву за счет выталкивающей архимедовой силы и за счет тросов 23, проходящих через верхние петли 24 и нижние петли 25, закрепленные на якорях 26. Внутренняя часть полости трубопровода 21 имеет объем, наполняемый воздухом, который способен удерживать на плаву всю конструкцию, включая волновые электростанции и полотно дороги. Трубопровод во внутренних морях находится на глубине 5÷10 м от уровня моря, где не подвергается воздействию поверхностной волны, что позволяет строить морские дороги, не устанавливая длинные сваи на больших глубинах. Предлагаемую конструкцию дороги, возможно, использовать, например, в Черном море для соединения аэропорта Адлер и морского порта Сочи, где по прямой всего 20 км. За счет строительства морской дороги, возможно, значительно разгрузить наземную трассу, снизить волновую нагрузку на берег и произвести очистку мусора. Морская дорога шириной 10 м, по которой будет размещена линия из волновых станций, на волне высотой 2 м будет вырабатывать мощность, примерно 1 МВт на 10 м длины или 100 МВт на 1 км дороги. Следовательно, дорога длиной 20 км способна вырабатывать 2 ГВт электроэнергии.The
Для прохода кораблей в начале и конце дороги с полотном дороги 20, изображенной на фиг. 6, участок для прохода судна раскрывается с двух сторон, за счет разводных плавучих секций 27. Две секции 27 с волновыми станциями и трубопроводом расходятся в разные стороны, освобождая пространство для прохода кораблей по схеме плавучего разводного моста. Частота разведения дорожного полотна будет зависеть от накопления определенного количества морских судов.For the passage of ships at the beginning and end of the road with roadbed 20 shown in FIG. 6, the section for the passage of the vessel is opened from two sides, due to the adjustable floating
На фиг. 6 показано сразу два полотна дороги, где одно полотно работает на проезд наземного транспорта, а другое разведено для прохода морского транспорта, который заходя между дорогами, далее проходит или выходит, когда одно дорожное полотно закрывается, а другое открывается.In FIG. 6 shows two roadbeds at once, where one roadbed works for the passage of land transport, and the other is divorced for the passage of sea transport, which, entering between the roads, then passes or exits when one roadway closes and the other opens.
Предлагаемая схема строительства волновых электростанций с плавной дорогой может применяться, например, для соединения Европы с Африкой в зоне Гибралтарского пролива, где глубина пролива достигает одного километра. По данной схеме, возможно, строительство дороги из Крыма в Турцию или из России в Иран по Каспийскому морю. Схема строительства волновых электростанций и дорожных покрытий может одновременно выполнять функцию газовых, нефтяных и химических трубопроводов, которые могут размещаться в транспортной линии, расположенной внутри воздушного трубопровода, где энергия для перекачки органической химии используется от волновых электростанций. Энергия, вырабатываемая волновой электростанцией, используется для откачки и накачки воздухом или водой трубопровода, удерживающего полотно дороги, что позволяет всю конструкцию опускать на глубину для избегания штормового воздействия на конструкцию или для освобождения пространства для прохода кораблей.The proposed scheme for the construction of wave power plants with a smooth road can be used, for example, to connect Europe with Africa in the area of the Strait of Gibraltar, where the depth of the strait reaches one kilometer. According to this scheme, it is possible to build a road from the Crimea to Turkey or from Russia to Iran along the Caspian Sea. The construction scheme of wave power plants and road surfaces can simultaneously function as gas, oil and chemical pipelines, which can be placed in a transport line located inside an air pipeline, where energy for pumping organic chemistry is used from wave power plants. The energy generated by the wave power plant is used to pump out and pump air or water to the pipeline holding the roadbed, which allows the entire structure to be lowered to a depth to avoid storm effects on the structure or to free up space for the passage of ships.
Следовательно, данная группа изобретений может быть полезна для широкого внедрения в народном хозяйстве.Therefore, this group of inventions can be useful for widespread implementation in the national economy.
Claims (9)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202280007746.8A CN116761938A (en) | 2021-09-11 | 2022-03-25 | Method for generating electrical energy from surface waves |
PCT/RU2022/050097 WO2023038543A1 (en) | 2021-09-11 | 2022-03-25 | Method for producing electrical energy from surface waves |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2782079C1 true RU2782079C1 (en) | 2022-10-21 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3965364A (en) * | 1973-06-18 | 1976-06-22 | Gustafson Manfred W | Wave generator |
US4524285A (en) * | 1979-09-14 | 1985-06-18 | Rauch Hans G | Hydro-current energy converter |
CH660770A5 (en) * | 1981-06-05 | 1987-06-15 | Escher Wyss Ag | Turbine |
FR2606835A1 (en) * | 1986-11-17 | 1988-05-20 | Onde Marcel | Installation for converting the kinetic energy of waves into mechanical energy |
RU2166124C2 (en) * | 1999-02-02 | 2001-04-27 | Шпаков Григорий Тарасович | Modular wave-energy hydroelectric power plant |
RU2014141839A (en) * | 2014-10-16 | 2016-05-20 | Анатолий Евгеньевич Волков | METHOD AND DEVICE FOR ENERGY PRODUCTION BY METHOD OF CAPTURE AND ACCELERATION OF VERTICAL WAVES |
WO2019093926A1 (en) * | 2017-11-07 | 2019-05-16 | Анатолий Евгеньевич ВОЛКОВ | Method and device for producing electric power |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3965364A (en) * | 1973-06-18 | 1976-06-22 | Gustafson Manfred W | Wave generator |
US4524285A (en) * | 1979-09-14 | 1985-06-18 | Rauch Hans G | Hydro-current energy converter |
CH660770A5 (en) * | 1981-06-05 | 1987-06-15 | Escher Wyss Ag | Turbine |
FR2606835A1 (en) * | 1986-11-17 | 1988-05-20 | Onde Marcel | Installation for converting the kinetic energy of waves into mechanical energy |
RU2166124C2 (en) * | 1999-02-02 | 2001-04-27 | Шпаков Григорий Тарасович | Modular wave-energy hydroelectric power plant |
RU2014141839A (en) * | 2014-10-16 | 2016-05-20 | Анатолий Евгеньевич Волков | METHOD AND DEVICE FOR ENERGY PRODUCTION BY METHOD OF CAPTURE AND ACCELERATION OF VERTICAL WAVES |
WO2019093926A1 (en) * | 2017-11-07 | 2019-05-16 | Анатолий Евгеньевич ВОЛКОВ | Method and device for producing electric power |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2742012C2 (en) | Unidirectional hydrokinetic turbine (variants) and enclosure for such a turbine | |
US6731018B1 (en) | Water generator oscillating due to rapid flow of fluid | |
Muetze et al. | Ocean wave energy conversion-a survey | |
CA2614864C (en) | The ocean wave energy converter (owec) | |
AU2020204291B2 (en) | Apparatus and method for extracting energy from a fluid | |
Shintake | Harnessing the Power of Breaking Waves | |
O'Doherty et al. | Tidal energy technology | |
WO2023038543A1 (en) | Method for producing electrical energy from surface waves | |
EP2848802B1 (en) | System for obtaining electrical energy from a wave motion | |
RU2782079C1 (en) | Method and apparatus for generating electricity from surface waves | |
RU2347935C2 (en) | In-channel river plant | |
US20230323849A1 (en) | An Improved Apparatus And Method For Extracting Energy From A Fluid | |
CA2694150A1 (en) | The helical pathway system and method for harvesting electrical power from water flows using oval helical turbines | |
KR101183378B1 (en) | Multy Screw Type Hydraulic Turbine | |
Prasath et al. | Utilization of Oscillating Water Column Technique for Hydro-Kinetic Energy Conversion near sea shore | |
EA039263B1 (en) | Wave power system | |
WO2020008236A1 (en) | Submersible current power plant | |
Graw | Energy Reserves from the Oceans | |
Stelzer | Evaluation of ocean-energy conversion based on linear generator concepts | |
Moreno Miquel | Wave energy in Italian seas: preliminar design of a point absorber | |
Kreveld | Renewable energy: Wave hello to innovation |