ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к волновой энергетической установке, предназначенной для преобразования энергии волн водоемов в электроэнергию.
Известна установка для преобразования энергии по патенту №60642, кл. F03B 17/04, публ. 2007.01.27., которая содержит гидротурбину, электрический генератор, водопитатель, выполненный в виде полого корпуса прямоугольного сечения открытого сверху и снизу, внутри расположена диафрагма для возвратно-поступательного перемещения от одной стенки с отверстиями к другой.
Недостатком известного аналога является не надежность работы установки, так как электрогенератор установлен внутри самой установки и не обеспечен герметизацией, что приводит к быстрому его износу.
Известна волновая энергетическая установка по патенту №59744, кл. F03В 13/18, публ. 2006.12.27., которая содержит полупогруженную платформу с приводами и насосами, подвижно укрепленную на столбчатой донной опоре, поплавки с килями, приводами и насосами стоят в поперечном фронту волны направления, на выступающей части опоры установлен роторный ветродвигатель, на валу которого находятся детали пороговой системы подключения ветродвигателя при превышении заданных значений штормового воздействия и система удержания платформы при снижении штормового воздействия до допустимых уровней.
Известная установка имеет сложную конструкцию, трудоемкую и не надежную в эксплуатации.
Известна волновая электростанция по патенту №49135, по кл. F03B 13/16, публ. 2005.11.10., которая содержит плавучий корпус, механический преобразователь энергии морских волн, маятник, на его оси установлены два зубчатых сектора, каждый из которых введен в зацепление с соответствующим зубчатым колесом, установленным на палубе судна, электрогенератор, установленный внутри корпуса судна, вал его ротора соединен с соответствующими зубчатыми колесами.
Известная волновая электростанция, так же как и предыдущий аналог, имеет сложную конструкцию, трудоемкую в эксплуатации.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков и назначению является волновая энергетическая установка по патенту №57840, кл. F03В 13/12, публ. 2006.10.27., которая содержит вертикальную опору с надетым на нее стаканом и укрепленную на дне водоема, снаружи стакана закреплен насос, соединенный с гидро-пневмоаккумулятором посредством трубопровода, а через клапан постоянного давления с гидро-пневмоаккумулятором соединена турбина, с выходом турбины соединен сливной патрубок, на штанге расположен поплавок, соединенный с пневмомагистралью, которая соединена с источником сжатого воздуха, имеются также датчики гидростатического давления.
Однако данный аналог имеет довольно усложненную и не достаточно надежную конструкцию для устойчивости к неблагоприятным внешним факторам, так как соединения трубопроводов с поплавком и насосом, механически связанного с коротким плечом качающейся штанги, не могут обеспечить динамичность отрицательной и положительной плавучести, так как поплавок может часто выходить из строя и не заполняться водой, а разобщения турбины с источником сжатого воздуха влечет за собой не стабильность работы всей установки.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является упрощение ее конструкции, повышение надежности работы волновой энергетической установки в любых условиях ее эксплуатации, а также повышение качества преобразования энергии волновых колебаний в электроэнергию.
Задача решается с достижением нового полезного технического результата, за счет того, что в волновой энергетической установке, включающей резервуар, соединенный с трубопроводом для подачи воды, электрогенератор, турбину и устройство для перекачивания воды (признаки, сходные с ближайшим аналогом), последнее выполнено в виде водонагнетателя цилиндрической формы с гофрированным корпусом, в теле которого установлены жесткие обручи, расположенные в местах перегиба гофрированного корпуса перпендикулярно его продольной оси, причем водонагнетатель установлен горизонтально на заданной глубине относительного поверхности воды с возможностью расположения продольной оси его гофрированного корпуса перпендикулярно фронту набегающих волн, во внутренней полости гофрированного корпуса водонагнетателя установлены стенки, образующие отдельные, сообщающиеся между собой через обратные клапана секции с возможностью их сжатия вместе с гофрированным корпусом водонагнетателя. С одного конца гофрированный корпус водонагнетателя имеет заборное отверстие, с другого конца со стороны выхода воды имеет нагнетательное отверстие, соединенное непосредственно с входным отверстием трубопровода для подачи воды, причем, часть трубопровода для подачи воды в месте его соединения с водонагнетателем поднята на уровень его нагнетательного отверстия с возможностью соединения входного отверстия трубопровода для подачи воды с нагнетательным отверстием водонагнетателя, а в днище резервуара для приема воды выполнено сквозное отверстие, непосредственно к которому подсоединен верхний конец трубопровода для выхода воды, нижний конец которого соединен с водяной турбиной, соединенной с электрогенератором посредством общего вала.
Выполнение устройства для перекачивания воды в виде водонагнетателя цилиндрической формы дает возможность расположить во внутренней полости его гофрированного корпуса отдельные секции, сообщающиеся между собой через обратные клапана, причем количество этих секций может варьироваться в зависимости от длины водонагнетателя, что расширяет технологические возможности установки.
Выполнение корпуса водонагнетателя гофрированным позволяет последнему при заборе воды из водоема сжиматься, что создает давление, способствующее перемещению воды через обратные клапаны от одной секции к другой, затем к входному отверстию трубопровода для подачи воды и далее в резервуар для приема воды.
Выполнение в теле гофрированного корпуса в местах его перегиба жестких обручей позволяет корпусу сжиматься вдоль продольной оси без значительного радиального расширения.
Полезная модель схематически поясняется чертежом, где на фиг.1 - показана установка в общем виде;
на фиг.2 - показано расположение жестких обручей в гофрированном корпусе водонагнетателя, разрез по А-А фиг.1.
Установка содержит устройство для перекачивания воды, которое выполнено в виде водонагнетателя 1 цилиндрической формы, установленного горизонтально на заданной глубине относительно поверхности воды с возможностью расположения продольной оси его гофрированного корпуса 2 перпендикулярно фронту набегающих волн, в теле гофрированного корпуса 2 установлены жесткие обручи 3, расположенные в местах перегиба гофрированного корпуса перпендикулярно его продольной оси, во внутренней полости гофрированного корпуса 2 водонагнетателя 1 на равном расстоянии друг от друга установлены стенки 4 (на чертеже условно обозначены одной цифрой) с обратными клапанами 5, 6, 7 и 8, посредством которых стенки 4 образуют отдельные, сообщающиеся между собой секции 9, 10, 11 и 12, причем, количество этих секций, так же как и их клапанов может варьироваться. Со стороны забора воды из водоема в гофрированном корпусе 2 водонагнетателя 1 выполнено заборное отверстие 13, а со стороны выхода воды из водонагнетателя 1 выполнено нагнетательное отверстие 14, которое непосредственно соединено с входным отверстием 15 трубопровода 16 для подачи воды, причем часть трубопровода 16 для подачи воды в месте его соединения с водонагнетателем 1 поднята на уровень его нагнетательного отверстия 14 с возможностью беспрепятственного соединения входного отверстия 15 трубопровода для подачи воды с нагнетательным отверстием 14 водонагнетателя 1. На другом верхнем конце 17 трубопровода 16 для подачи воды выполнено выходное отверстие 18 для выхода воды в резервуар 19 для приема воды. Часть трубопровода 16 для подачи воды расположена по дну водоема параллельно береговой линия в направлении берега, а по мере уменьшения глубины может быть заглублена в грунт, а другая его часть установлена перпендикулярно береговому основанию, так что трубопровод 16 для подачи воды своим выходным отверстием 18 установлен над открытой частью резервуара 19 для приема воды, который установлен на берегу на опорах 20 (на чертеже условно обозначены одной цифрой) с возможностью устойчивого и надежного положения этого резервуара на проектной высоте относительно уровня воды в водоеме, в днище 21 резервуара для приема воды выполнено сквозное отверстие 22 для выхода воды, непосредственно к этому отверстию подсоединен верхний конец трубопровода 23 для выхода воды, нижний его конец соединен с водяной турбиной 24 для возможности обеспечения непосредственной подачи воды к ней, водяная турбина 24 с другой стороны соединена с электрогенератором 26 преобразующим механическую энергию в электрическую, при этом водяная турбина 24 и электрогенератор 26 соединены общим валом 27.
Для расположения волновой энергетической установки на дне водоема выполняется железобетонное основание 28, установленное на дне 29 водоема, что обеспечивает положение гофрированного корпуса 2 водонагнетателя 1 на заданной глубине и перпендикулярно фронту набегающих волн.
Когда в водоеме отсутствуют волны водонагнетатель 1 с его сообщающимися секциями 9, 10, 11 и 12 находятся не в сжатом состоянии и его секции заполнены водой, при этом обратные клапаны 5, 6, 7 и 8 находятся в закрытом положении.
Работает установка следующим образом.
Под давлением набегающих волн вода поступает через заборное отверстие 13 в водонагнетатель 1, под напором поступающей воды создается давление, при котором гофрированный корпус 2 водонагнетателя 1 сжимается и его сообщающиеся секции 9, 10, 11 и 12 так же сжимаются под действием волн, а клапан 5 открывается, пропуская воду в секцию 9 через заборное отверстие 13 и течет далее через открывающиеся обратные клапана 6, 7 и 8 перетекая частично в следующие секции 10, 11 и 12.
При прохождении волны над водонагнетателем 1 секции 9, 10, 11 и 12 могут, как сжиматься, так и растягиваться. Так секция 11 под гребнем волны сжимается, а секция 9 под впадиной растягивается. При осуществлении таких поперечных деформаций этих секций обратные клапана 5, 6, 7 и 8 осуществляют однонаправленное перемещение воды. Количество секций варьируется в зависимости от высоты поднятия воды. Для предотвращения поперечного изгиба водонагнетателя 1 могут быть применены продольные направляющие (на чертеже условно не показаны). Под давлением следующих набегающих волн гофрированный корпус 2 водонагнетателя 1 опять сжимается, выталкивая воду из секции в секцию в направлении нагнетательного отверстия 14 через открывающиеся под давлением воды клапаны 5, 6, 7 и 8 водонагнетателя 1, одновременно с этим происходит дополнительное поступление воды через открывающиеся клапаны 5, 6, 7 и 8 соответственно в секции 9, 10, 11 и 12 водонагнетателя 1, по мере прохождения волны над корпусом 2 водонагнетателя 1 сообщающиеся секции попеременно сжимаются и растягиваются.
Таким образом, создается достаточное давление воды перед нагнетательным отверстием 14, в результате чего вода через входное отверстие 15 поступает по трубопроводу 16 для подачи воды и далее через его выходное отверстие 18 поступает в резервуар 19 для приема воды. Из резервуара 19 через отверстие 22 в его днище 21 вода поступает в трубопровод 23 для выхода воды и далее в водяную турбину 24, заставляя ее вращаться, что в свою очередь заставляет вращаться электрогенератор 26, который при своем вращении вырабатывает электроэнергию. Отработанная в водяной турбине 24 вода по трубопроводу 25 для слива воды стекает в водоем. Таким образом, происходит преобразование энергии волн в электроэнергию.
Заявляемая к патентованию полезная модель по сравнению с ближайшим аналогом и другими вышеописанными аналогами, имеет ряд преимуществ:
1. Упрощается конструкция установки, что снижает трудо-энергозатраты на ее эксплуатацию;
2. Обеспечивается надежность работы установки за счет выполнения водонагнетателя простой конструкции и из одного корпуса;
3. Повышается качество преобразования энергии волн в электроэнергию, за счет постоянной работы водонагнетателя, поднимающего воду на заданный уровень относительно водоема.
В случае не достаточной подачи воды, можно одновременно использовать несколько водонагнетателей, за счет чего появляется возможность держать постоянной уровень воды в резервуаре для обеспечения постоянной работы водяной турбины.
4. Обеспечивается непрерывность работы водонагнетателя, за исключением периода полного штиля.