Генератор энергии
POWER GENERATOR

Изобретение относится к области энергетики, в частности к гидорэнергитическим установкам, и может найти применение на морских буровых платформах и морском берегу для получения электроэнергии путем попеременного использования силы гравитации, силы Архимеда и энергии морских волн.
Из уровня техники известна плавающая турбина, установленная на платформе, помещенной в воду и перемещающейся вверх-вниз по направляющей. Платформа имеет отрицательную плавучесть и снабжена средством, придающим положительную плавучесть в виде цистерн, соединенных с приводным компрессором. При попеременном движении платформы под действием силы тяжести и силы Архимеда обеспечивается вращение турбины и электрогенератора (патент GB 2515541, F03В 17/02).
Недостаток известного устройства заключается в низкой эффективности. Это объясняется тем, что для создания необходимого вращательного момента и угловой скорости вращения генератора подвижная платформа должна быстро подниматься и опускаться. Для быстрого опускания она должна иметь большую отрицательную плавучесть. С другой стороны при подъеме платформы с необходимой скоростью она должна иметь большую положительную плавучесть. Обеспечение большой плавучести требует применение приводного компрессора высокой производительности, что обусловливает существенное увеличение затрат энергии на привод такого компрессора и снижает эффективность известного технического решения.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятый заявителем в качестве прототипа, является генератор энергии (патент RU 2721516, F03В 17/02). Известное изобретение включено в список 100 лучших изобретений России за 2019 год. Однако и это известное изобретение имеет недостатки. Из описания известного устройства следует, что при опускании платформы воздух из воздушной полости платформы вытесняется и подается на лопатки турбины, что, по мнению автора, позволяет снизить затраты энергии и повысить эффективность. В действительности снижение затрат энергии будет крайне незначительное. Это обусловлено тем, что площадь подвижной платформы велика, поэтому давление и скорость выходящего воздуха очень малы и не способны создавать значимую величину крутящего момента на валу турбины. Очевидно, что и второе известное устройство, также как и первое, имеет низкую эффективность вследствие больших затрат энергии на привод компрессора для подачи сжатого воздуха в воздушную полость подвижной платформы для ее подъема. Кроме того, вследствие большого объема воздушной полости требуется затрачивать довольно много времени работы компрессора для начала подъема платформы из нижнего положения, а это обусловливает существенное уменьшение угловой скорости вала электрогенератора, что недопустимо. Следует отметить, что угловая скорость вала электрогенератора изменяется не только при остановках платформы в крайних верхним и нижним положениях, вследствие торможения турбины, но и во время подъема и опускания, поскольку отсутствует возможность регулировать скорость движения платформы и соответственно количество жидкости направляемой на турбину. Это снижает надежность работы известного устройства.
Предлагаемое изобретение направлено на устранение отмеченных недостатков. Техническая задача, решаемая изобретением заключается в создании источника сжатого воздуха, снижающего затраты энергии на его сжатие, за счет использования энергии морских волн. Одновременно осуществляется стабилизация угловой скорости вала электрогенератора. Технический результат-повышение эффективности за счет снижения затрат энергии для подачи воздуха и повышение надежности работы за счет стабилизации угловой скорости вала электрогенератора.
Решение поставленной технической задачи и достижение технического результата обеспечивается тем, что генератор энергии, включающий корпус в виде вертикального сосуда с размещенной внутри подвижной платформой с каналом в верхней части и воздушной полостью, соединенной с приводным компрессором, в нижней ее части и установленную на платформе турбину, соединенную через мультипликатор с электрогенератором, снабжен волновыми компрессорами, воздушными ресиверами, реле давления, регулируемыми гидродросселем и пневмодросселем, обратными и предохранительными пневмоклапанами, управляемым пневмораспределителем и блоком управления движения платформы и угла наклона лопаток турбины. Каждый волновой компрессор выполнен в виде плавающего понтона, кинематически соединенного с вытеснителем воздуха, а полости его сообщены через обратные пневмоклапаны с окружающей средой через фильтр и через другие обратные пневмоклапаны с накопительным ресивером, который снабжен предохранительным пневмоклапаном и сообщен через обратный пневмоклапан с приводным компрессором и с управляемым пневмораспределителем, сообщенным одной пневмолинией с воздушной полостью подвижной платформы и второй пневмолинией через регулируемый пневмодроссель и обратный пневмоклапан с промежуточным ресивером. Промежуточный ресивер сообщен с входом приводного компрессора, а приводной компрессор соединен электролинией управления с реле давления, установленного на накопительном ресивере. Входной вал мультипликатора соединен с валом турбины посредством обгонной муфты и выходной вал снабжен маховиком.
Предложенный генератор энергии, в сравнении с прототипом, обеспечивает повышение эффективности за счет снижения затрат энергии для создания запаса сжатого воздуха, используемого при подъеме подвижной платформы, путем применения волновых компрессоров, приводимых в действие энергией морских волн. Одновременно повышается надежность работы генератора за счет стабилизации угловой скорости вала электрогенератора путем регулирования скорости движения подвижной платформы посредством гидродросселя в канале платформы и пневмодросселя воздушной полости, а также наличием маховика на валу мультипликатора. На чертеже изображен генератор энергии.
Генератор энергии содержит корпус 1,заполненный жидкой средой 2. В корпусе размещена подвижная платформа 3 с трубчатым каналом 4 и регулируемым гидродросселем 5. В нижней части платформы 3 выполнена воздушная полость 6. На подвижной платформе установлена турбина 7 с изменяемым углом наклона лопастей, соединенная через обгонную муфту 8 с входным валом мультипликатора 9. На выходном валу мультипликатора закреплен маховик 10 и он соединен с валом электрогенератора 11. Воздушная полость 6 сообщена пневмолинией с управляемым пневмораспределителем 12, имеющим орган управления, соединенный электролинией с блоком управления 13. Пневмораспределитель 12 сообщен одной пневмолинией, через обратный пневмоклапан 14, с накопительным воздушным ресивером 15, снабженным предохранительным пневмоклапаном 16. Накопительный ресивер 15 сообщен пневмолинией 17 с волновыми компрессорами и, через обратный пневмоклапан 18, с приводным компрессором 19.
Волновой компрессор содержит плавающий понтон 20, установленный на раме 21, прикрепленной к буровой платформе или к береговой опоре. Понтон кинематически соединен с подвижным элементом вытеснителя, который может быть выполнен, например, в виде пневмоцилиндра 22 с поршнем 23, как это изображено на фиг. или в другом варианте в виде гибкой упругой оболочки с обратными пневмоклапанами (на фиг. не показано). Полости изображенного на фиг. вытеснителя в виде пневмоцилиндра 22, сообщены, через обратные пневмоклапаны 24 и 25, с окружающей средой через фильтр 26, а через обратные пневмоклапаны 27 и 28, сообщены пневмолинией 17 с накопительным ресивером 15. Управляемый пиевмораспределитель 12 сообщен еще одной пневмолинией, через регулируемый пневмодроссель 29 и обратный пневмоклапан 30, с промежуточным ресивером 31, который сообщен с входом приводного компрессора 19. Компрессор 19 также сообщен, через обратный пневмоклапан 32 и фильтр 33, с окружающей средой. Привод 34 компрессора соединен электролинией с реле давления 35, установленного на накопительном ресивере 15. Ресивер 31 снабжен предохранительным пневмоклапанном 36.
Генератор энергии действует следующим образом.
В исходном состоянии платформа 3, имеющая отрицательную плавучесть, находится внизу и ее полость 6 частично заполнена жидкостью. Для включения генератора в рабочий режим золотник пневмораспределителя 12, через блок управления 13 перемещается в позицию, изображенную на чертеже, в которой полость 6 платформы сообщается с накопительным ресивером 15, через обратный пневмоклапан 14. Запасенный в ресивере сжатый воздух быстро заполняет полость 6, придавая платформе положительную плавучесть, поэтому она поднимается под действием силы Архимеда. Скорость подъема устанавливается регулируемым гидродросселем 5. При подъеме платформы жидкость поступает из верхней части корпуса в нижнюю, через канал 4, вращая турбину 7, которая через обгонную муфту 8 и мультипликатор 9 вращает электрогенератор 11.
При достижении платформой 3 крайнего верхнего положения блок управления 13 включает механизм изменения угла наклона лопаток турбины 7 и переключает золотник пневмораспределителя 12 в позицию, обеспечивающую сообщение полости 6, через регулируемый пневмодроссель 29 и обратный пневмоклапан 30 с промежуточным ресивером 31. Воздух, выходя из полости 6 в ресивер 31, возвращает платформе 3 отрицательную плавучесть и она под действием сил гравитации опускается, а жидкость из нижней части корпуса поступает через канал 4 в верхнюю часть корпуса, вращая турбину 7. Скорость опускания платформы устанавливается регулируемым гидродросселем 5 и регулируемым пневмодросселем 29. Постоянство угловой скорости вала электрогенератора 11, в моменты остановки и изменения направления движения платформы 3, обеспечивается за счет использования кинетической энергии маховика 10. Таким образом, маховик 10, регулируемый гидродроссель 5 и регулируемый пневмодроссель 29 обеспечивают необходимую стабилизацию угловой скорости вала электрогенератора при остановках и повторяющихся движениях платформы вверх и вниз.
Из описания рабочего процесса генератора видно, при его осуществлении необходимо большое количество сжатого воздуха и соответственно требуются большие затраты энергии для его получения. В качестве основного источника сжатого воздуха в предлагаемом устройстве используются волновые компрессоры. Волновые компрессоры, изображенные на фиг. в виде пневмоцилиндров, соединенных кинематически с понтонами, обеспечивают подачу сжатого воздуха через обратные пневмоклапаны в накопительный ресивер при любом движении понтонов, под воздействием морских волн, которые практически всегда есть на морской поверхности. В тех редких случаях, когда волн нет, и давление в накопительном ресивере 15 уменьшается, тогда датчик давления 35 включает привод 34 резервного компрессора 19, который, через обратный пневмоклапан 18, пополняет запас сжатого воздуха в ресивере. При работе резервного компрессора на его вход поступает воздух из промежуточного ресивера 31, куда он вытесняется через регулируемый пневмодроссель 29 и обратный пневмоклапан 30 в процессе опускания платформы 3. Это обеспечивает снижение затрат энергии на привод резервного компрессора. В случае запуска генератора после длительной остановки воздух на вход компрессора 19 поступает из окружающей среды через обратный пневмоклапан 32 и фильтр 33.
Таким образом, предложенный генератор энергии, в отличии от прототипа, обеспечивает существенное снижение затрат энергии на создание запаса сжатого воздуха, за счет использования волновых компрессоров, приводимых в действие энергией морских волн. Также снижаются затраты энергии на привод резервного компрессора путем подачи на его вход воздуха, вытесняемого из воздушной полости платформы в процессе опускания. Одновременно повышается надежность работы генератора, путем стабилизаци угловой скорости вала электрогенератора за счет регулирования скорости подъема и опускания платформы с помощью регулируемых гидродросселя и пневмодросселя, а также благодаря установки маховика и использования его кинетической энергии.