RU2796116C1

RU2796116C1 - Device for wave energy conversion

Info

Publication number: RU2796116C1
Application number: RU2022110571A
Authority: RU
Inventors: Александр Ильич Попов
Filing date: 2022-04-19
Publication date: 2023-05-17

Abstract

FIELD: renewable sources of hydropower.

SUBSTANCE: invention is related to a device for converting wave energy. The device comprises floating platform 1, wave-receiving bucket-shaped shields 4 placed on axes 3, chain 9 connected to gears 8 and an electric generator. Axes 3 are cruciform and mounted on bearings 2 on platform 1. At the vertical ends of the axes 3 there are shields 4 with counterweights 5 located under platform 1. On both sides of platform 1, at the horizontal ends of axes 3, ratchet mechanisms 6 are fixed with forward and reverse rotation, placed inside wheels 8 turning on them, connected on both sides of platform 1 with chain 9 that rotates gear mechanism 10 of the electric generator drive. A flywheel is placed on the drive axis of the electric generator, smoothing out the pulsations of intermittent movement.

EFFECT: increasing power of the device.

1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к возобновляемым источникам гидроэнергетики и может быть эффективно использовано для выработки электрической энергии от движения волн в морях, океанах и на крупных озерах.The present invention relates to renewable sources of hydropower and can be effectively used to generate electrical energy from the movement of waves in the seas, oceans and large lakes.

Известно, например, «Устройство для использования энергии волны» автора Мишнева А.П. по авторскому свидетельству СССР №1705604, МПК F03B 13/12.It is known, for example, "Device for the use of wave energy" by the author Mishnev A.P. according to the author's certificate of the USSR No. 1705604, IPC F03B 13/12.

Данное устройство содержит камеру, частично заполненную водой с образованием воздушного объема, волноприемник, соединенный с камерой каналом с обратным клапаном, водоприемную трубу, сообщающуюся с воздушной камерой через эрлифтные трубки.This device contains a chamber partially filled with water to form an air volume, a wave receiver connected to the chamber by a channel with a check valve, a water intake pipe communicating with the air chamber through airlift tubes.

Это устройство предназначено для использования энергии волны только с целью подачи потребителям воды, насыщенной воздухом, и не предполагает выработку им электроэнергии.This device is designed to use wave energy only for the purpose of supplying air-saturated water to consumers, and does not involve the generation of electricity by them.

Известна также «Волновая установка для получения электрической энергии» автора Фам Ван Диепа по патенту РФ №2410566, МПК F03b 13/22, F03B 7/00.Also known is the "Wave installation for generating electrical energy" by the author Pham Van Diep according to the patent of the Russian Federation No. 2410566, IPC F03b 13/22, F03B 7/00.

Волновая установка содержит рабочее колесо, генератор и волноприемник, расположенный за рабочим колесом, по направлению волн. Волноприемник одним концом соединен с опорой, а вторым с понтоном. Рабочее колесо, закрепленное на понтоне, вращается от энергии движения волны и вращает электрогенератор.The wave installation contains an impeller, a generator and a wave receiver located behind the impeller, in the direction of the waves. The wave receiver is connected at one end to the support, and at the other end to the pontoon. The impeller, fixed on the pontoon, rotates from the energy of the wave movement and rotates the electric generator.

Недостатком данного устройства является его низкая производительность, поскольку используется малая доля гидравлической энергии волны, определяемая размерами ротора, захватившего лопастями часть потока.The disadvantage of this device is its low productivity, since a small proportion of the hydraulic energy of the wave is used, which is determined by the size of the rotor, which has captured part of the flow with the blades.

Кроме того, получение стабильной энергии от пульсирующего ротора проблематично.In addition, obtaining stable energy from a pulsating rotor is problematic.

Известна также «Мобильная волновая электростанция» авторов Щеклеина С.Е. и Попова А.И. по патенту РФ №2580251, МПК F03B 13/24.Also known is the "Mobile wave power plant" by the authors Shcheklein S.E. and Popova A.I. according to the patent of the Russian Federation No. 2580251, IPC F03B 13/24.

Электростанция содержит плавающую платформу с волноприемной камерой, соединенной с воздуховодом и воздушной турбиной, подключенной к электрогенератору.The power plant contains a floating platform with a wave-receiving chamber connected to an air duct and an air turbine connected to an electric generator.

Камера выполнена в виде V-образного протяженного вдоль фронта волны тоннеля и с подпружиненном клапаном на выходе узкой части тоннеля, соединенного с воздуховодом, подключенным к хранилищу сжатого воздуха.The chamber is made in the form of a V-shaped tunnel extended along the wave front and with a spring-loaded valve at the outlet of the narrow part of the tunnel, connected to an air duct connected to a compressed air storage.

Недостатком данного устройства является ограниченная мощность отбираемой гидравлической энергии волны, обусловленная ее разовым ударным воздействием на волноприемную камеру и необходимостью дальнейшего преобразования сжатого воздуха в электрическую энергию.The disadvantage of this device is the limited power of the selected hydraulic energy of the wave, due to its one-time impact on the wave-receiving chamber and the need for further conversion of compressed air into electrical energy.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является «Гидрогенератор» автора Лю Чжэня по заявке КНР на изобретение CN 106065842 A, 02. 11. 2016, F03B 9/00, содержащий плавающую платформу (катамаран), волноприемные щиты (силовые пластины), размещенные на осях, цепь (цепное кольцо), связанное со звездочками и с генератором электрической энергии.The closest analogue (prototype) is the "Hydrogenerator" of the author Liu Zhen according to the application of the People's Republic of China for the invention CN 106065842 A, 02.11.2016, F03B 9/00, containing a floating platform (catamaran), wave-receiving shields (power plates) placed on the axles , a chain (chain ring) connected to the sprockets and to the generator of electrical energy.

Особенность данной конструкции в том, что две звездочки с частью цепи и щитами размещаются на плавающей платформе, а две другие звездочки с другой частью этой круговой цепи так же со щитами находятся под водой, образуя подобие скребкового конвейера.The peculiarity of this design is that two sprockets with a part of the chain and shields are placed on a floating platform, and two other sprockets with another part of this circular chain, also with shields, are under water, forming a kind of scraper conveyor.

Движущие волны оказывают давление только на щиты, находящиеся под водой, понуждая их перемещаться вместе с цепью, а щиты, перемещающиеся по воздуху, не несут силовых нагрузок.The motive waves apply pressure only to the underwater shields, forcing them to move with the chain, and the shields moving through the air do not carry power loads.

Недостатком данного устройства является его ограниченная мощность, обусловленная тем, что давление (удар) волны будет восприниматься только первым по ходу движения щитом, а остальные щиты находятся в его тени и воспринимают меньшие нагрузки в потоке воды, что не позволяет увеличить вырабатываемую генератором мощность.The disadvantage of this device is its limited power, due to the fact that the pressure (shock) of the wave will be perceived only by the first shield in the direction of travel, and the remaining shields are in its shadow and perceive smaller loads in the water flow, which does not allow increasing the power generated by the generator.

Технический результат предложенного изобретения в увеличении мощности устройства для преобразования энергии волн за счет использовании нескольких ударных воздействий от каждой волны.The technical result of the proposed invention is to increase the power of the device for converting wave energy by using several impacts from each wave.

Технической проблемой, которую решает настоящее изобретение, является увеличение ранее ограниченной мощности, отбираемой гидравлической энергии волны при ее преобразовании в электрическую энергию.The technical problem that the present invention solves is to increase the previously limited power taken from the hydraulic energy of the wave when it is converted into electrical energy.

Техническое решение достигается за счет того, что в устройстве для преобразования энергии волны, содержащем плавающую платформу, волноприемные щиты, размещенные на осях, цепь, соединенную с зубчатыми колесами и электрогенератором, оси выполнены крестообразными и установлены на подшипниковых опорах на плавающей платформе, на вертикальных концах осей размещены волноприемные ковшеобразные щиты с противовесами, расположенными под платформой, а по обе стороны платформы на горизонтальных концах крестообразных осей закреплены с прямым и с обратным вращением храповые механизмы, размещенные внутри поворачивающихся на них зубчатых колес, соединенных по обе стороны платформы цепью, вращающей зубчатый механизм привода электрогенератора, причем на оси привода электрогенератора размещен маховик, сглаживающий пульсации прерывистого движения.The technical solution is achieved due to the fact that in the device for converting wave energy, containing a floating platform, wave-receiving shields placed on the axles, a chain connected to gear wheels and an electric generator, the axles are made cruciform and mounted on bearing supports on the floating platform, at the vertical ends The axes are equipped with wave-receiving bucket-like shields with counterweights located under the platform, and on both sides of the platform at the horizontal ends of the cruciform axes, ratchet mechanisms are fixed with direct and reverse rotation, located inside the gears turning on them, connected on both sides of the platform by a chain that rotates the gear mechanism a drive of the electric generator, and on the axis of the drive of the electric generator there is a flywheel that smoothes the pulsations of intermittent motion.

На чертеже Фиг. 1 показан вид с боку «Устройства для преобразования энергии волны», на Фиг. 2 - вид сверху, на Фиг. 3 - спереди, на Фиг. 4 приведен пример исполнения храпового механизма в составе устройства с фиксированием перемещения собачками.In the drawing of Fig. 1 is a side view of the "Wave Energy Conversion Device", FIG. 2 is a top view, in Fig. 3 - front, in Fig. 4 shows an example of the execution of a ratchet mechanism as part of a device with fixation of movement by pawls.

В устройстве могут использоваться разные конструкции храповых механизмов, передающие движение от ведущего звена ведомому, например, с помощью подпружиненных собачек или заклинивающих звенья шариков.The device can use different designs of ratchet mechanisms that transmit movement from the leading link to the driven one, for example, using spring-loaded pawls or wedged ball links.

Устройство содержит плавающую платформу 1, на которой с помощью подшипниковых опор 2 размещены на своих вертикальных концах крестообразных осей 3 над платформой волноприемные ковшеобразные щиты 4, под платформой противовесы 5, а по обе стороны платформы (Фиг. 3) на горизонтальных концах крестообразных осей закреплены с прямым и обратным вращением храповые механизмы 6, например, с собачками 7 (Фиг. 4), расположенные внутри поворачивающихся на них рабочих зубчатых колес 8, соединенных цепью 9 между собой и зубчатым механизмом 10 низкооборотного электрогенератора 11, причем на оси привода генератора размещен маховик 12. Волноприемные щиты располагаются друг от друга по длине платформы вдоль движения волны на расстоянии не меньше высоты щитов, а для перемещения нижнего конца оси с противовесом, в платформе выполнены сквозные продольные прорези 13. Количество щитов на платформе определяется конкретной конструкцией устройства, поэтому на чертежах показаны только первые два щита по направлению движения волны V и -последний после схода волны с платформы.The device contains a floating platform 1, on which, with the help of bearing supports 2, wave-receiving bucket-shaped shields 4 are placed at their vertical ends of the cruciform axes 3 above the platform, counterweights 5 under the platform, and on both sides of the platform (Fig. 3) at the horizontal ends of the cruciform axes are fixed with ratchet mechanisms 6, for example, with dogs 7 (Fig. 4), located inside the working gears 8 turning on them, connected by a chain 9 to each other and the gear mechanism 10 of the low-speed electric generator 11, and the flywheel 12 is placed on the generator drive axis Wave receiving shields are located from each other along the length of the platform along the wave movement at a distance not less than the height of the shields, and to move the lower end of the axis with a counterweight, through longitudinal slots 13 are made in the platform. only the first two shields in the direction of wave V and the last one after the wave left the platform.

«Устройство для преобразования энергии волны» работает следующим образом. В устройстве используется принцип народной игрушки «Ванька-встанька»: восстановление вертикального положения щитов после воздействия на них волн с помощью груза-противовеса."Device for converting wave energy" works as follows. The device uses the principle of the Roly-Vstanka folk toy: restoring the vertical position of the shields after exposure to waves with the help of a weight-counterweight.

Платформа 1 закрепляется на поверхности моря любым известным способом, например, якорем. Удлиненный корпус платформы под действием потока воды самопроизвольно устанавливается перпендикулярно фронту волнового движения.Platform 1 is fixed on the sea surface by any known method, for example, by anchoring. The elongated body of the platform under the action of the water flow is spontaneously set perpendicular to the front of the wave motion.

Каждая волна V, набегающая на платформу 1, последовательно ударяет в ковшеобразные щиты 4, расположенные вдоль платформы, наклоняя их по направлению движения волны на определенный угол в зависимости от гидравлической мощности волны (на Фиг. 1 наклон показан пунктирными линиями). При наклоне любого щита 4 происходит поворот горизонтальных концов крестообразных осей 3, на которых закреплены типовые храповые механизмы 6 (Фиг. 4) с прямым вращением. Собачки 7 таких храповых механизмов, упирающиеся во внутренние выступы зубчатых колес 8 поворачивают их по часовой стрелке на некоторый угол, например, для правой стороны платформы по направлению движения волн (ведущее звено).Each wave V, incident on the platform 1, successively hits the bucket-shaped shields 4 located along the platform, tilting them in the direction of the wave at a certain angle depending on the hydraulic power of the wave (in Fig. 1, the slope is shown by dotted lines). When any shield 4 is tilted, the horizontal ends of the cruciform axes 3 turn, on which typical ratchet mechanisms 6 (Fig. 4) with direct rotation are fixed. Dogs 7 of such ratchet mechanisms, resting against the internal projections of the gear wheels 8, turn them clockwise at a certain angle, for example, for the right side of the platform in the direction of wave movement (leading link).

Максимальный угол поворота 90 градусов будет достигнут, если щиты под ударом волны примут горизонтальное положение.The maximum angle of rotation of 90 degrees will be reached if the shields under the impact of the wave take a horizontal position.

Каждая волна, последовательно наклоняя щиты 4 понуждает также последовательно поворачиваться колеса 8, связанные между собой цепью (ведомое звено), и вращать зубчатый механизм 10 привода электрогенератора 11.Each wave, sequentially tilting the shields 4, also forces the wheels 8 connected to each other by a chain (driven link) to turn sequentially and rotate the gear mechanism 10 of the drive of the electric generator 11.

При движении волны вдоль платформы нижний конец оси 3 с противовесом 5 перемещается в прорези 13 платформы, причем противовес отклоняется в противоположный угол от щитов. После прохождения волны последовательно через каждый волноприемный щит 4, противовес 5 стремится вернутся в вертикальное положение, при этом происходит обратный поворот горизонтальных концов крестообразных осей 3 и храповых механизмов 6 правой стороны платформы в исходное положение, при этом их собачки 7 скользят, не производя зацепление (Фиг. 4).When the wave moves along the platform, the lower end of the axis 3 with the counterweight 5 moves into the slot 13 of the platform, and the counterweight deviates to the opposite angle from the shields. After the wave passes successively through each wave-receiving shield 4, the counterweight 5 tends to return to the vertical position, while the horizontal ends of the cruciform axes 3 and the ratchet mechanisms 6 of the right side of the platform are reversed to their original position, while their pawls 7 slide without engaging ( Fig. 4).

Одновременно, при каждом возврате противовесов 5 против часовой стрелки в исходное вертикальное положение осуществляется работа храповых механизмов 6 обратного вращения, расположенных с левой стороны платформы, конструкция которых и принцип работы зеркально противоположный (ведущее звено).At the same time, with each return of the counterweights 5 counterclockwise to the original vertical position, the reverse rotation ratchet mechanisms 6 located on the left side of the platform are operated, the design of which and the principle of operation are mirror opposite (leading link).

В эти моменты времени их собачки 7 в храповых механизмах поворачивают зубчатые колеса 8 для движения цепи 9 также в согласованном режиме направо (ведомое звено). Таким образом, при наклоне щитов 4 двигается цепь 9 с правой стороны платформы, а при возврате щитов 4 и противовесов 5 в исходное вертикальное положение двигается цепь 9 с левой стороны платформы.At these moments of time, their pawls 7 in the ratchet mechanisms turn the gear wheels 8 to move the chain 9 also in a coordinated mode to the right (driven link). Thus, when the shields 4 are tilted, the chain 9 moves on the right side of the platform, and when the shields 4 and counterweights 5 return to their original vertical position, the chain 9 moves on the left side of the platform.

Если количество волноприемных щитов таково, что проходящая волна достигает последнего щита, а следующая волна находится на первом по порядку щите, то обеспечиваются непрерывное движение цепей 9 по обе стороны платформы и равномерные обороты электрогенератора 11.If the number of wave-receiving shields is such that the passing wave reaches the last shield, and the next wave is on the first shield, then continuous movement of the chains 9 on both sides of the platform and uniform turns of the electric generator 11 are ensured.

При малом количестве волноприемных щитов целесообразно на оси привода электрогенератора 11 размещать маховик 12, сглаживающий пульсации прерывистого движения цепей 9.With a small number of wave-receiving shields, it is advisable to place a flywheel 12 on the drive axis of the electric generator 11, which smooths out the pulsations of the intermittent movement of the circuits 9.

В устройстве может использоваться низкооборотный электрогенератор на постоянных магнитах или следует использовать повышающий редуктор.The device can use a low-speed permanent magnet generator or a step-up gearbox should be used.

Предлагаемое «Устройство для преобразования энергии волны» не сложно по конструкции, содержит типовые узлы и элементы, поэтому может быть рекомендована к дальнейшей разработке конструкторско-технологической документации с целью последующего изготовления опытных образцов на разные диапазоны мощностей.The proposed "Device for converting wave energy" is not complicated in design, contains typical units and elements, therefore, it can be recommended for further development of design and technological documentation for the purpose of subsequent production of prototypes for different power ranges.

Claims

A device for converting wave energy, comprising a floating platform, wave-receiving shields placed on the axles, a chain connected to gear wheels and an electric generator, characterized in that the axles are cross-shaped and mounted on bearings on the floating platform, wave-receiving bucket-shaped shields are placed at the vertical ends of the axles with counterweights located under the platform, and on both sides of the platform at the horizontal ends of the cruciform axes, ratchet mechanisms are fixed with direct and reverse rotation, located inside the gear wheels rotating on them, connected on both sides of the platform by a chain that rotates the gear mechanism of the electric generator drive, and on a flywheel is placed on the drive axis of the electric generator, smoothing out the pulsations of intermittent motion.