Установка для преобразования энергии волн

Авторы патента:

Козин Виктор Михайлович (RU)

Синюкова Марина Александровна (RU)

Чижиумов Сергей Демидович (RU)

F03B13/18 - который по меньшей мере в одном месте неподвижно прикреплен ко дну моря или к берегу

Владельцы патента RU 2540525:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") (RU)

Изобретение относится к области энергетики, в частности к средствам извлечения энергии из морских волн. Установка для преобразования энергии волн содержит раскачиваемую волнами створку 4, имеющую положительную плавучесть, горизонтальные шарниры 3, неподвижный фундамент 1, устройство отбора мощности, связанное с фундаментом 1. Установка снабжена вертикальной рамой 2, соединенной по нижней кромке с фундаментом 1 горизонтальными шарнирами 3, также связанной с фундаментом 1 устройством отбора мощности, выполненным в виде линейного электрогенератора 7. Створка 4 выполнена с возможностью свободного скольжения по вертикальным направляющим рамы 2, обеспечивая оптимальное положение относительно изменяющегося уровня воды. Изобретение направлено на обеспечение эффективности использования волновой энергии и повышение надежности установки. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Заявляемое решение относится к области энергетики, в частности к средствам извлечения энергии из морских волн.

Известны волновые энергетические установки, содержащие вертикальную платформу (створку), состоящую из поплавков, шарнирно связанную с лежащим на дне основанием, и поршневой насос. Волны раскачивают вертикальную платформу, которая приводит в действие устройство отбора мощности в виде насоса, нагнетающего воду по трубопроводу, в гидротурбину, связанную с электрогенератором (патенты US 8004105; US 7131269; US 7834474; WO 2006100436; AU 2006226179).

Недостатком данных конструкций является их низкая эффективность, особенно в условиях существенных приливно-отливных колебаний уровня воды. В прилив створка может находиться на заглублении, что снижает волновое воздействие, а при отливе створка либо существенно выступает выше уровня воды, уменьшая площадь волнового давления, либо имеет отклоненное положение равновесия, что приводит к уменьшению динамического давления волн на ее поверхность. Даже при отсутствии существенных приливно-отливных колебаний уровня воды фиксированная в вертикальном направлении створка имеет недостаточную эффективность, так как при прохождении подошвы волны она выступает из воды, а при прохождении вершины волны заглубляется. В обоих случаях гидродинамическое давление на створку меньше, чем на волновой поверхности. Кроме того, на выступающую над водой часть створки в некоторые фазы колебаний могут воздействовать удары обрушивающихся гребней штормовых волн, опасных с точки зрения прочности. В результате снижается надежность конструкции.

За ближайший аналог принимается установка для преобразования энергии волн, содержащая раскачиваемую волнами створку, имеющую положительную плавучесть, горизонтальные шарниры, неподвижный элемент, устройство отбора мощности, связанное с фундаментом (RU 130638 U1, 27.07.2013).

Задачей изобретения является обеспечение возможности эксплуатации установки при изменении уровня воды, повышение надежности конструкции и исключение опасных для прочности установки ударов гребней волн.

Для решения поставленной задачи была дополнительно разработана рама, шарнирно закрепленная на фундаменте, с вертикально ориентированными полозьями, вдоль которых свободно перемещается створка с положительной плавучестью. Благодаря такой конструкции створка всегда занимает наиболее эффективное положение, при котором ее верхняя кромка находится на взволнованной поверхности воды.

Таким образом, разработанное решение, как и прототип, содержит преобразователь энергии морских гравитационных волн, в состав которого входит: раскачиваемая волнами створка с положительной плавучестью, горизонтальные шарниры, лежащий на дне неподвижный фундамент, устройство отбора мощности, связанное с фундаментом.

Однако заявляемое решение отличается тем, что установка снабжена вертикальной рамой, соединенной по нижней кромке с фундаментом горизонтальными шарнирами, также связанной с фундаментом устройства отбора мощности, выполненным в виде линейного электрогенератора, при этом створка выполнена с возможностью свободного скольжения по вертикальным направляющим рамы, обеспечивая оптимальное положение относительно изменяющегося уровня воды.

Эффективность волновой энергетической установки может быть повышена при использовании дополнительного устройства отбора энергии погружения-всплытия створки - линейного электрогенератора, закрепленного между нижним краем створки и фундаментом.

Эффективность волновой энергетической установки также может быть повышена при использовании дополнительных эластичных связей между качающейся рамой и фундаментом. Подбор жесткости эластичных связей позволяет регулировать восстанавливающий момент при раскачивании рамы со створкой в более широком диапазоне частоты волнения.

Технический результат изобретения состоит в обеспечении эффективности использования волновой энергии и повышения надежности установки при исключении опасных для прочности установки ударов гребней разрушающихся волн за счет автоматического перемещения рабочего элемента (створки) в зону наибольших гидродинамических давлений и исключения существенного оголения створки над волновой поверхностью.

На фиг. 1 изображен боковой вид преобразователя энергии волн.

На фиг. 2 изображен фронтальный вид преобразователя энергии волн.

На фиг. 3 изображен преобразователь энергии волн с дополнительным устройством отбора мощности, выполненным в виде линейного электрогенератора.

На фиг. 4 изображен преобразователь энергии волн с дополнительными эластичными связями.

Заявляемое решение содержит: фундамент 1; раму 2, соединенную с фундаментом шарнирами 3; створку 4 с роликами 5, свободно перемещающуюся по направляющим 6; устройство отбора мощности, выполненное в виде линейного электрогенератора 7. Дополнительно могут применяться: устройство отбора мощности, выполненное в виде линейного электрогенератора 8, и эластичные связи 9, закрепленные на фундаменте и на раме.

Установка для преобразования энергии волн работает следующим образом. Набегающая волна воздействует на створку 4, отклоняя ее вместе с рамой 2 от вертикального положения. При этом створка на роликах 5 перемещается вдоль образующих 6 за счет ее положительной плавучести таким образом, что ее верхняя часть отслеживает контуры волн без существенного заглубления или оголения относительно волновой поверхности. Возвращение рамы со створкой в вертикальное положение осуществляется за счет восстанавливающей силы, образованной плавучестью створки. Если этой силы недостаточно, то применяются эластичные связи 9. Устройства отбора мощности, выполненные в виде линейного электрогенератора 7 и 8, осуществляют отбор энергии волн для ее преобразования в электрический ток.

Таким образом, заявленный технический результат достигается тем, что: а) створка автоматически за счет сил плавучести перемещается в область наибольшей гидродинамической волновой нагрузки на створку; б) створка не выходит из воды в область возможных опасных ударных нагрузок от разрушающихся гребней волн; в) имеется возможность дополнительного отбора энергии погружения-всплытия створки; г) при наличии прочной и жесткой рамы створка имеет более легкую конструкцию, может быть быстро заменяемой.

1. Установка для преобразования энергии волн, содержащая раскачиваемую волнами створку, имеющую положительную плавучесть, горизонтальные шарниры, неподвижный фундамент, устройство отбора мощности, связанное с фундаментом, отличающаяся тем, что установка снабжена вертикальной рамой, соединенной по нижней кромке с фундаментом горизонтальными шарнирами, также связанной с фундаментом устройством отбора мощности, выполненным в виде линейного электрогенератора, при этом створка выполнена с возможностью свободного скольжения по вертикальным направляющим рамы, обеспечивая оптимальное положение относительно изменяющегося уровня воды.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что имеет дополнительный линейный электрогенератор между створкой и фундаментом, преобразующий энергию колебательного движения створки вдоль направляющих.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что имеет эластичные связи между качающейся рамой и фундаментом.

Изобретение может быть использовано для производства электроэнергии путем преобразования энергии волн. Электростанция содержит обтекаемый герметичный поплавок 1 и вертикально расположенный внутри поплавка цилиндрический корпус 3 с размещенным в нем маятником 4.

Система для преобразования энергии водяных волн в электроэнергию и механизм для изменения колебательного вращения на однонаправленное вращение (варианты) // 2500917

Изобретение относится к использованию энергии волн и ее преобразованию в рабочее движение системы генерирования электрической энергии. Механизм постоянного вращения для изменения колебательного вращения на однонаправленное вращение выходного вала содержит шестерню 27, присоединенную к входному валу 321а, первую муфту 322с, присоединенную к входному валу 321а, шестерню 323f, присоединенную между шестерней 27 и муфтой 322с, шестерню 323j, присоединенную к промежуточному валу 325а, шестерню 323g и одностороннюю муфту 322d, присоединенные к промежуточному валу 325b, промежуточный вал 325с с шестерней 323l, связанный с односторонней муфтой 322d.

Устройство, использующее энергию морских волн // 2478828

Изобретение относится к области использования энергии морских волн для производства электроэнергии. .

Преобразователь волновой энергии // 2472030

Изобретение относится к преобразователю волновой энергии. .

Волноэнергетическая установка // 2467199

Изобретение относится к волноэнергетической установке для производства электроэнергии. .

Волноэнергетическое устройство // 2466294

Изобретение относится к волноэнергетическому устройству для производства электроэнергии, а также к применению волноэнергетического устройства и способу производства электрической энергии.

Преобразователь энергии морских волн // 2462613

Изобретение относится к области морской энергетики и может быть использовано для энергоснабжения средств морского базирования. .

Волновая энергетическая установка // 2440510

Изобретение относится к области производства электроэнергии путем преобразования механической энергии, например энергии морских волн, в электрическую. .

Установка для преобразования энергии волн в электрическую энергию // 2431057

Изобретение относится к производству электроэнергии. .

Энергетическая система на базе поплавкового насоса // 2430264

Изобретение относится к поплавковым насосным установкам в энергетических системах на базе поплавковых насосов. .

Электрическое устройство и способ для волновой энергетической установки // 2546138

Изобретение относится к электрическому устройству с обмоткой (12) и средством для индуцирования тока в обмотке. Мостовая схема (400) электрически соединяет обмотку (12) с нагрузкой (13). В соответствии с изобретением мостовая схема (400) включает в себя емкостное средство (401, 402), которое адаптировано для получения резонанса с импедансом обмотки (12). Технический результат - увеличение коэффициента захвата мощности энергетической установки. 5 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

Устройство для производства электрической или механической энергии из движения волн // 2554704

Изобретение относится к устройствам для выработки энергии, в частности электроэнергии с использованием движения волн в водных бассейнах. Устройство содержит по меньшей мере один функциональный блок, имеющий по меньшей мере главный или ведущий вал, на котором прочно закреплено ведущее колесо (13b), в зацепление с которым входит и вращение которому придает элемент (15b) линейного управления, по меньшей мере два ведомых вала (21b, 22b), которые приводятся в действие по меньшей мере главным или ведущим валом посредством однонаправленного приводного механизма, каждый из которых имеет возможность соединения по меньшей мере с электрогенератором, два ведомых зубчатых колеса (18b, 19b) на противоположных концах главного или ведущего вала, приводной механизм, соединяющий каждое колесо (18b, 19b) с главным или ведущим валом, за счет чего вращение вала под действием элемента (15b) соответствует вращению колеса (18b, 19b), и плоское зубчатое колесо, входящее в зацепление с колесом (18b, 19b). Каждое колесо (18b, 19b) соединено с соответствующим валом (21b, 22b). Изобретение направлено на создание устройства, устанавливаемого на суше, на воде, как в плавучем или полупогружном, так и погружном положении. 8 з.п. ф-лы, 14 ил.

Преобразователь энергии волн (варианты) // 2559956

Группа изобретений относится к области энергетики и может быть использована для извлечения электроэнергии из энергии движения волн морей и океанов. Преобразователь энергии волн содержит расположенный на поверхности воды поплавок 2, шарнирно соединенные рамки 3, 4. Рамка 3 соединена тягой с поплавком 2 и шарнирно связана со штоком 6 цилиндра, расположенного в массиве 1 воды. Цилиндр сообщен с гидромотором 22, соединенным с генератором. Вторая рамка 4 шарнирно соединена с цилиндром. Каждая рамка выполнена треугольной в виде двух рычагов с перемычкой, жестко связанной с ними. Перемычка первой рамки соединена со штоком 6. Перемычка второй рамки 4 соединена с цилиндром. Рамки соединены друг с другом основаниями. Вторая рамка 4 соединена тягой с расположенным на дне балластным грузом 7. Изобретение направлено на упрощение конструкции и массы преобразователя. 3 н.п. ф-лы, 9 ил.

Устройство преобразования энергии волн // 2562877

Изобретение относится к устройствам преобразования энергии волн в электрическую энергию. Устройство содержит плавучий буй 24, платформу 1 с резервуаром, штырь для крепления платформы 1 ко дну, верхнюю и нижнюю пластины, соединенные штангой с возможностью вертикального перемещения относительно платформы 1, первые и вторые поршни, закрепленные к верхней и нижней пластинам, соответственно, две группы жидкостных направляющих, закрепленных к платформе 1. Каждая направляющая первой группы выполнена в виде первой направляющей трубки 31 с двумя обратными клапанами и первой боковой трубки 32, соединенной с трубкой 31 на участке между клапанами. В каждой трубке 32 размещен один из первых поршней. Один конец каждой трубки 31 выполнен с возможностью размещения под уровнем воды. Каждая направляющая второй группы выполнена в виде второй направляющей трубки 41 с двумя обратными клапанами и второй боковой трубки 42, соединенной с трубкой 41 на участке между клапанами. В каждой трубке 42 размещен один из вторых поршней. Один конец каждой трубки 41 выполнен с возможностью размещения под уровнем воды. Верхняя пластина связана с буем 24 и выполнена с пазами по периметру, в которых размещены первая и вторая группы направляющих. Поршни установлены в трубках 32 и 42 с возможностью перемещения совместно с верхней и нижней пластинами при подъеме и опускании буя 24 и перекачивания воды в резервуар через трубки 31, 41. Изобретение направлено на создание эффективного устройства преобразования волновой энергии. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Система для преобразования энергии волн // 2567344

Группа изобретений относится к преобразованию энергии волн, в частности к устройству для извлечения энергии из движения волн. Аппарат (10) содержит плавучий исполнительный механизм (14) и насос (15), размещенный в толще воды, обычно на морском дне (13). Аппарат (10) работает в режиме замкнутого контура. Текучая среда под высоким давлением перекачивается на берег с помощью насоса (15), энергия извлекается в виде полезной работы с помощью расположенной на берегу установки (17). Механизм (14) оперативно соединен с насосом (15) посредством кабеля-троса (19) и находится в подвешенном состоянии в толще воды (11) выше насоса (15). Механизм (14) снабжен соединительным средством, обеспечивающим упругое соединение между полым телом и кабелем-тросом (19). Соединительное средство содержит демпфирующее средство, выполненное с возможностью поддержания жесткого соединения между полым телом и кабелем-тросом (19) до тех пор, пока нагрузка между ними не превышает заранее предусмотренного значения, после чего демпфирующее средство допускает их ограниченное относительное перемещение с целью ослабления нагрузки. Группа изобретений направлена на ослабление избыточных нагрузок на компоненты аппарата (10) с целью недопущения их повреждения в неблагоприятных погодных условиях. 7 н. и 22 з.п. ф-лы, 21 ил.

Поплавковая волновая электростанция (варианты) // 2567916

Группа изобретений относится к производству электроэнергии путем преобразования энергии волн. Поплавковая волновая электростанция содержит обтекаемый герметичный поплавок 1, блок 4, закрепленный на поплавке 1, через который переброшен трос 5, к концу которого прикреплен вертикальный маятник 6, электрический генератор 12 и якорь 11, установленный на дне. На поплавке 1 закреплен дополнительный блок 10. Между блоком 4 и дополнительным блоком 10 на поплавке 1 установлены два барабана 7 и 8, соединенные осями, на один из них намотан трос 5, к концу которого прикреплен маятник 6, а на другой барабан намотан трос 9, переброшенный через дополнительный блок 10 и прикрепленный к якорю 11. Направление намотки тросов 5 и 9 на первый и второй барабаны 7 и 8 противоположное. К общей оси барабанов 7 и 8 присоединен ротор электрического генератора 12. Группа изобретений направлена на уменьшение массы и габаритов поплавковой волновой электростанции и повышение надежности ее работы. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 12 ил.

Поплавковый волновой генератор // 2570788

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к производству электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую. Поплавковый волновой генератор предназначен для преобразования энергии волн в электроэнергию. Волновой генератор содержит каркас 1, шток 3, имеющий цилиндрическую и винтовую части, поплавок 4 эллипсоидной формы, направляющую 14, закрепленный к каркасу корпус 5 с расположенным внутри ротором 6, преобразующим возвратно-поступательное движение штока 3 во вращательное движение ротора 6 и фланца 7, на котором закреплены магниты 8, вращающиеся вместе с ротором 6, фиксатор 15, стопорящий положение поворотного диска 16, посредством которого осуществляется поворот поплавка вокруг вертикальной оси. Поплавок 4 жестко зафиксирован на штоке 3. Направляющая 14 исключает самопроизвольный поворот штока 3 вокруг вертикальной оси. Изобретение направлено на обеспечение эффективной генерации электроэнергии благодаря возможности поворота поплавка относительно его вертикальной оси и, как следствие, изменение длины проекции большой оси эллипса от нуля до максимума, равного половине длины волны в сечении, перпендикулярном направлению движения волны. 4 ил.

Электрогенератор гидроволновой // 2570789

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к производству электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую. Электрогенератор гидроволновой предназначен для преобразования энергии волн в электроэнергию. Электрогенератор гидроволновой содержит каркас, шток 3, имеющий цилиндрическую и винтовую части, закрепленный к нему поплавок 4, фиксатор, препятствующий повороту штока 3 вокруг вертикальной оси, закрепленный к каркасу корпус 5 с расположенным внутри ротором 6, преобразующим возвратно-поступательное движение штока 3 во вращательное движение ротора 6 и фланца 7, на котором закреплены магниты 8, вращающиеся вместе с ротором 6. Поплавок 4 представляет собой эластичную гофрированную трубу 19, внутри которой находится пружина растяжения 20, имеет возможность посредством переключения трехпозиционного электромагнитного пневмораспределителя 14, подключенного к источнику сжатого воздуха, сообщаться с атмосферой через воздуховод 15 и изменять свою длину в пределах, равных половине длине волны. Изобретение направлено на обеспечение эффективной генерации электроэнергии в результате быстрого изменения длины поплавка до величины, равной половине длины волны. 2 ил.

Поплавковая волновая электростанция плавучего завода сжижения природного газа (спг) // 2578615

Изобретение относится к отрасли морской энергетики и предназначено для извлечения электрической энергии из морских волн. Поплавковая волновая электростанция плавучего завода сжижения природного газа содержит вертикально расположенный цилиндрический корпус с размещенным в нем механическим преобразователем энергии морских волн, включающим винтовую пару, пружину, грузило, шестеренчатую обгонную муфту, переходник, паразитную шестерню, мультипликатор, электрогенератор. Дополнительно установлен модуль-понтон 2, который выполнен в форме цилиндрической водонепроницаемой оболочки. Внутри оболочки размещено, по меньшей мере, четыре механических преобразователя энергии морских волн, каждый из которых содержит зубчатую пару. Шариковая винтовая пара выполнена в форме винта, размещенного в вертикальной плоскости и взаимодействующего с гайкой, установленной в неподвижном основании. Грузило выполнено в форме шара и прикреплено к верхнему концу винта, на котором между грузилом и основанием коаксиально размещена пружина. На поверхности гайки коаксиально прикреплено ведущее колесо зубчатой пары. Изобретение направлено на повышение чувствительности механического преобразователя энергии морских волн при их малых амплитудах, на увеличение процента преобразования энергии морских волн в электрическую энергию. 5 ил.

Работающее от энергии волн нагнетательное устройство и способ нагнетания флюида с его использованием // 2584743

Изобретение относится к снабжаемым энергией от волн нагнетательным устройствам. Нагнетательное устройство содержит погружаемый цилиндр 102, прикрепленный к дну водного пространства. Цилиндр 102 имеет отверстие 106. Подводный поплавок 114 воздействует на цилиндр 102. Поплавок 114 выполнен так, чтобы удерживать цилиндр 102 в вертикальной ориентации в воде. Поверхностный поплавок 126 выполнен так, что в рабочем состоянии он плавает на поверхности водного пространства, чтобы перемещаться вверх и вниз в водном пространстве в соответствии с движением волны и с приливно-отливным движением. Удлиненный элемент 118 отходит вниз от поплавка 126. Элемент 118 входит телескопически в отверстие 116, чтобы образовать нагнетательную камеру 148 внутри цилиндра 102. Объем камеры 148 изменяется при движении волны в нагнетательном цикле, чтобы всасывать флюид в камеру 148 при ходе вверх элемента 118 и откачивать флюид из камеры 148 при ходе вниз элемента 118. Длина камеры 148 изменяется с приливно-отливным движением. На участке, на котором элемент 118 втянут в отверстие 116, элемент 118 занимает большую часть площади поперечного сечения отверстия 116. Изобретение направлено на упрощение конструкции. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.