УСТАНОВКА ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВОЛН
WAVE ENERGY CONVERSION UNIT

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.