Волновая энергетическая установка

 

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для преобразования энергии волн. Целью изобретения является Снижение удельной материалоемкости. Установка содержит заякоренный вертикальный силовой элемент, эластичную оболочку с цилиндрической боковой поверхностью, прикрепленную к его верхнему 2 и нижнему3 участкам, в замкнутом обьеме которой, заполненном воздухом, размещен рабочий механизм, выполненный в виде цилиндра 8 с поршнем 4. Поршень 4 установлен на силовом элементе между его участками 2 и 3, а цилиндр 8 закреплен на перфорированном диске 9. На диске 9 закреплена торообразная емкость 12 из эластичного материала, пр11крепленная к оболочке 5 в ее средней части. Диск 9 установлен коаксиально емкости 12с возможностью контакта его периферийной части с ее внутренней поверхностью. При набегании волны оболочка 5 всплывает, будучи закрепленной к дну силовым элементом. Форма ее эластичных частей меняется, а связанный с оболочкой 5 диск 9 перемещается относительно силового элемента, перемещая цилиндр 8 относительно поршня 4 и преобразуя волновую энергию. 7 ил. .• \

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕспуБлик (я)5 F 03 В 13/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4734123/29 (22) 09,08.89 (46) 15,02.92. Бюл, М 6 (71) Дальневосточное высшее инженерйое морское училище им. адм. Г.И,Невельского (72) Б.М.Власов и А.И.Ленков (53) 621.224 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ю421892, кл. F 03 В 13/12, 1986. (54) ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА (57) Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для преобразования энергии волн. Целью изобретения является снижение удельной материалоемкости. Установка содержит заякоренный вертикальный силовой элемент, эластичную оболочку с цилиндрической боковой поверхностью, прикрепленную к его верхнему 2 и нижнему

Изобретение относится гидроэнерге1 тике и может быть использовано в волновых энергетических установках.

Известна волновая энергетическря ус. тановка, содержащая вертикальный коррус, снабженный эластичными диафрагмами,. образующими с ним бортовые камеры, сообщенные с полостью корпуса, и располо---. женный на последнем рабочий механизм.

Камеры выполнены герметичными, расположены по всей высоте корпуса и снабжень1 ограждающими решетками, а в корпусе выполнены отверстия, причем бортовые каме- . ры сообщены с его полостью через эти. отверстия.

„, Ы„, 1712650 А1

3 участкам, в замкнутом объеме которой, заполненном воздухом, размещен рабочий механизм, выполненный в виде цилиндра 8 с поршнем 4. Поршень 4 установлен на силовом элементе между его участками 2 и 3, а цилиндр 8 закреплен на перфорированном диске 9. На диске 9 закреплена торообразная емкость 12 из эластичного материала, прикрепленная к оболочке 5 в ее средней части,-Диск 9 установлен коаксиально емкости 12 с возможностью контакта его периферийной части с ее внутренней поверхностью. При набегании волны оболочка 5 всплывает, будучи закрепленной к дну силовым элементом. Форма ее эластичных частей меняется, а связанный с оболочкой 5 диск 9 перемещается относительно силового элемента, перемещая цилиндр 8 относительно поршня 4 и преобразуя волновую энергию. 7 ил. l

При ударе набегающей волны о борт корпуса прогибается эластичная диафраг- ЬЭ ма, выталкивая из бортовой камеры содер- 0 жащийся в ней воздух, который поступает (Я через отверстия .корпуса в его полость и С) воздействует на сильфон, перемещающий поршень гидронасоса, подающего рабочую у жидкость в гидромотор, вращающий электрогенератор.

Недостатком известной волновой энер- гетической установки является ее высокая материалоемкость (отношение массы установки к ее мощности). обусловленная наличием тяжелого забаластированного корпуса и металлических ограждающих решеток.

1712650 гребня волны пружина, являющаяся частью рабочего механизма возвращает V-образный выступ вместе с подвижным органом рабочего механизма в исходное положение.

При этом в рабочем механизме совершается вторая часть цикла рабочего хода, Недостатком известной волновой энергетической установки является ее высокая удельная мэтериалоемкость, кэк отношение массы установки к ее мощности, обусновленная излишней массой и сравнительно невысокой мощностью, развиваемой установкой при той форме диафрагм (оболочек), которую они принимают в рабочем положении, когда установка притоплена набе ающей волной, будучи закрепленной к дну якорем: В таком (рабочем) положении гидростэтическое давление, воздействуя на нижнюю (подводную) часть эластичных диафрагм (оболочек), придает им более сдавленную, чем в свободном состоянии, форму, сужает одновременно площадь ватерлинии установки до размеров значительно меньших, чем площадь ее сечения в том же месте, но в свободном состоянии, что обусловливает в итоге сравнительно невы35

Известна также волновая энергетическая установка, которая по своей технической сущности является наиболее близкой к заявляемому техническому решению. Она содержит заякоренный вертикальный сило- 5 вой элемент, симметрично закрепленные на его нижнем конце с образованием бортовых камер(внутреннего замкнутого объема) эластичные диафрагмы (эластичные герметичные рабочие оболочки) и рабочий механизм 10 с подвижным и неподвижным органами, выполненный в виде цилиндра с поршнем, последний из которых соединен с силовым элементом посредством жесткой опоры. Рабочий механизм в известной волновой 15 энергетической установке размещен внутри указанных бортовых камер (замкнутого объема), заполненных воздухом под некоторым избыточным давлением, а сами диафрагмы (эластичные герметичные рабочие оболоч- 20 ки) в верхней части соединены между собой с образованием Ч-образного выступа, связанного с подвижным органом рабочего механизма.

При подходе установке гребня волны 25 подводная часть камер (внутреннего замкнутого объема) сжимается, что приводит к изменению формы диафрагм (упомянутых оболочек) и их натяжению, В результате вершина V-образного выступа совершает 30 перемещение вверх вместе с прикрепленным к ней подвижным органом рабочего механизма, преобразуя таким образом энергию волнового давления. При отходе сокую мощность установки, повышенную ее материалоемкость, Именно от размера этой площади действующей ватерлинии зависит в процессе волновых колебаний амплитуда (величина) колебаний сила плавучести (поддержания), воздействующей на оболочку установки в результате колебания уровня воды на волнении. От этой амплитуды, сравнительно невысокой в этой случае, непосредственно зависит дости гаемая сравнительно незначительная степень сжатия подводной части камер (внутреннего замкнутого объема) и, следовательно, соответствующее изменение величины деформации самих диафрагм (оболочек), т.е. амплитуда колебаний силы их (диафрагм) натяжения, что обусловливает и незначительные величины .усилий в рабочем механизме, а значит и небольшую развиваемую всей установкой мощность.

Цель изобретения — снижение удельной материэлоемкости установки.

На фиг.1 изображена волновая энергетическая установка, поперечный разрез; на фиг.2 — эластичная оболочка в сечении до ее сборки с другими элементами установки; на фиг;3 — установка в сечении после ее сборки; на фиг.4 — установка в сечении после опускания ее на воду; на фиг,5 — установка в сечении после постановки ее на якорь: на фиг.6, 7.— установка в сечении в крайних рабочих положениях, Установка содержит заякоренный за серьгу 1 силовой элемент, состоящий из верхнего 2 и нижнего 3 трубчатых участков, соединенных между собой поршнем 4. Эластичная резинотканевая оболочка 5 симметрично охватывает эти верхний 2 и нижний 3 участки силового элемента, прикреплена к ним хомутами 6 и имеет в средней части 7 цилиндрическую форму. В оболочке 5 раз- мещен рабочий механизм в виде поршневого компрессора с поршнем 4, цилиндр 8 которого закреплен на перфорированном диске 9, выполненным с отверстиями 10.

Внутри оболочки 5 размещена посредством слоя клея 11 прикреплена к ее средней части 7 герметичная резинотканевэя торообразная емкость 12, имеющая полость 13, заполненную сжатым воздухом. Перфорированный диск 9 ориентирован горизонтально. имеет центральное отверстие 14, через которое проходит нижний участок 3 силового элемента, и обод 15, вплотную прилегающий к торообразной емкости 12 и обеспечивающий их (диска и емкости) взаимно коаксиальное расположение. Верхняя часть верхнего участка 2 силового элемента выполнена в виде колена 16 и сообщена с атмосферой, а нижняя часть нижнего уиэст5

1712650 ка 3 силового элемента снабжена ниппелем

17 для подключения потребителя сжатого воздуха. Внутри поршня 4 встроены клапаны 18, посредством которых противоположные полости 19 цилиндра поочередно 5 сообщаются через каналы 20 в поршне 4 с всасывающим.21 и нагнетательным 22 каналами, выполненными в соответствующих участках силового элемента (2 и 3).

Волновая энергетическая установка ра- 10 ботает следующим образом.

В исходном положении установка поставлена на якорь и притоплена им. Положение силового элемента остается неизменным при- любом уровне воды. В ме- 15 сте, где поставлена установка, действует волнение, и уровень воды меняется, в момент прохождения гребня волны уровень наибольший, в момент прохождения впадины — наименьший. 20

При минимальном уровне воды на установку действует мйнимэльнэя сила плавучести Гпл. (поддержания), так как объем ее погруженной (подводной) части минимален.

Под действием собственного веса диск 9 с 25 емкостью 12 и цилиндром 8 опущены вместе с уровнем воды, Под действием гидростатических сил Fl-< эластичная рабочая оболочка

5 в этом положении прижата к нижнему участку 3 силового элемента и имеет вид, 30 представленный фиг.6. Сила натяжения оболочки FH и ее нижней торцовой части направлена горизонтально, Оболочка 5 вме1 . сте с цилиндром 8 находится при этам в крайнем нижнем положении. 35

При повышении уровня воды до максимального рабочая оболочка 5, обладая достаточной плавучестью и продольной (благодаря диску 9) жесткостью. всплывает относительно своего неподвижного и удер- 40 живающего ее своими участками 2 и 3 силового элемента. Емкость 12 с диском 9 и цилиндром 4 компрессора поднимается вверх. При этом воздух через колено 16, всасывающий канал 21, один 4з верхних 45 клапанов 18 и один из каналов 20 поступает в увеличивающуюся верхнюю поласть 19 цилиндра компрессора. Одновременно из уменьшающейся нижней полости 19 цилиндра компрессора сжатый воздух через дру- 50 гой канал 20 и один из нижних клапанов 18 нагнетательный канал 22 и ниппель 17 подается к потребителю,. При этом нижняя тор-. цовая часть оболочки 5 под действием участка силового элемента 3, закрепленно-. 55 го к грунту якорем (не показывафтся), натягивается, что препятствует дэльнейшвму всплытию оболочки 5. и она сисазывается под водой. Под действием сил плавучести и гидростэтического давления оболочка 5 изменяет свою форму, Сила натяжения FH оболочки 5 в этот момвнт максимальна и направлена под углом к горизонту. Она слагается из горизонтальной Енг и вертикальной F» составляющих, приложенных к оболочке 5. Причем, вертикальная составляющая направлена вниз, т,е. в сторону, противоположную силу плавучести, Суммарная горизонтальная составляющая противоположных сил Ful- благодаря симметрии оболочки равна нулю, э суммарная вертикальная составляющая также максимальна и достаточна для осуществления обратного хода цилиндра 8 компрессора относительно его поршня 4 при обратном снижении уровня воды (от максимального до минимального). При этом обратному ходу цилиндра 8 способствует также сила массы диска 9 с емкостью 12 и масса самого цилиндра 8. При снижении уровня воды до минимального сила плавучести уменьшается, емкость 12 с диском 9 и цилиндром 8 компрессора под действием вертикальной составляющей Е» силы натяжения оболочки

F< и сил тяжести опускается. При этом воздух из атмосферы через колено 16, патрубок

21, другой нижний клапан 18 и один из каналов 20 всасывается в нижнюю полость 19 компрессора, .а из верхней полости 19 последнего сжатый воздух через другой канал

20, другой верхний клапан 18, патрубок 22 и ниппель 17 поступает к потребителю. Таким, образом, в течение одного периода волны осуществляется полный рабочий цикл.

Формула изобретения

В ол новая энергетическая установка, содержащая заякоренный вертикальный силовой элемент, эластичную оболочку, симметрично охватывающую силовой эле-, мент и прикрепленную к его верхней и нижней частям, и размещенный в оболочке рабочий механизм, выполненный в виде ци- . линдра с поршнем, отличающаяся тем, что, с целью снижения удельной материалоемкости. установка снабжена герметичной торообразной емкостью из эластичного материала и горизонтальным и перфорированHblM диском с центральным отверстием для размещения силового элемента, эластичная оболочка выполнена с цилиндрической боковой поверхностью, э торообразная емкость размещена внутри оболочки и прикреплена к ее средней части, при этом перфорированный диск установлен коаксиально торообразной емкости с возможностью контакта его периферийной части с ее внутренней поверхностью и совместного возвратно-поступательного перемещения относительно силового элемента, послед1712650 ний выполнен в виде двух трубчатых участков, прикрепленных с двух сторон поршня и сообщенных одними концами с полостями цилиндра, а другими — один с атмосферой, а другой — с потребителем. причем цилиндр прикреплен к диску. 3712650

Составитель В.Великих

Редактор М.Васильева Техред M,Ìîðråíòàë Корректор Н.Король

Заказ 522 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Пппизвплстввннп-изллтвльский кпмбинат "Патент"; r. Ужгпппл. vn,Ãäãëîèíä. 101