УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ МОРСКИХ ВОЛН
SEA WAVE ENERGY CONVERSION UNIT

Изобретение относится к устройствам, преобразующим энергию морских волн в потенциальную энергию воды и в конечном итоге - в электрическую энергию, и может использоваться в качестве основного или дополнительного источника питания электроэнергией объектов в открытом море (платформ, кораблей) или береговых потребителей.
Известны различные способы и устройства для получения электричества из энергии волн. Как правило, они сначала передают энергию жидкости (воде), которая в турбогенераторах превращается в электрическую энергию.
Известны технические решения, плавучие или закрепленные на дне и преобразующие движение поплавков в потенциальную энергию воды.
Известен патент РФ 2386051, МПК F03B 13/18, опубликованный 10.04.2010 г., в котором используются вертикальные поплавки с вертикальными трубами, в которых происходит сжатие воздуха водой и преобразование его энергии в воздушной турбине в электрическую.
Известен также патент РФ 2472030, МПК F03B 13/18, опубликованный 10.01.2013 г., насос которого, в частности корпус, закреплен на дне, а поплавок на поверхности перемещает поршень, который закачивает воду в ресивер.
Оба технических решения имеют недостатки. В первом случае мощность, извлекаемая из энергии волн, мала, во втором случае необходимо надежное крепление устройства на морском дне, что потребует выполнения водолазных работ при монтаже.
Известно также устройство для преобразования энергии волн в электрическую, по патенту GR 20110100695 А, 13.07.2012, F03B 13/18, в котором имеется поплавок, шарнирно соединенный с поршнем насоса, насос жестко крепится относительно дна водоема.
Данное техническое решение является наиболее близким к предлагаемому по решаемой задаче и достигаемому техническому результату.
Недостатком этого изобретения является жесткое крепление конструкции на относительном мелководье и отсутствие компенсации усилия на поплавке при значительном волнении, так как поплавок жестко привязан к корпусу устройства и поршню насоса.
Задачей настоящего изобретения является создание плавучего устройства для преобразования морских волн в электроэнергию, легко монтируемого и перебазируемого на новое место без выполнения водолазных работ и свободного от перечисленных недостатков.
Для решения поставленной задачи в устройстве для преобразования энергии морских волн в электрическую, содержащем преобразователь энергии волн с шарнирно установленным рычагом, насос, связанный с рычагом и сообщенный со сборником воды, подаваемой в гидротурбину, вращающую генератор, согласно изобретению преобразователь энергии волн в давление включает сплошной полый тор или сочлененный шарнирно из не менее чем двух элементов, к тору или его элементам снизу на штангах крепятся шарнирно рычаги с пластинами, плоскими или волнистыми, а между неподвижными кронштейнами, закрепленными на штанге, и рычагами закреплены насосы, число которых определяется размерами пластин, а сборник воды под давлением расположен в центре тора и закреплен к тору на растяжках.
Конструкция устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вариант исполнения устройства c поплавком в виде сплошного полого тора, на фиг.2 - с поплавком в виде тора, сочлененного из не менее чем двух элементов, на фиг. 3 - схема установки насоса, на фиг. 4 - позиции гидротурбины и генератора.
Устройство состоит из поплавка в виде тора 1, представляющего замкнутую герметическую заваренную конструкцию из трубы (фиг. 1) или состоящую из двух и более автономных и шарнирно сочлененных частей (фиг. 2). Диаметр тора и число сочлененных частей выбирается в зависимости от требуемой мощности электростанции. В нижней части тора 1 (фиг. 1 и 2) по всей окружности устанавливаются насосы, подающие воду к турбине генератора. Насосы могут быть сильфонные, поршневые, диафрагменные или другие объемного типа. На чертеже показан пример установки сильфонного насоса. На фиг. 3 показано устройство одного насоса. К тору крепится штанга 2, длина которой выбирается не менее средней высоты волны в устанавливаемом районе (например, от 1,5 до 2,5 метров). На шарнирно закрепленном к штанге 2 рычаге 3, имеющем ограничители хода 4, закреплены пластины 5, площадь которых определяется исходя из требуемого давления воды, поступающей в турбину, вращающую генератор. Пластины могут быть плоскими или волнистыми для большей устойчивости. Между рычагом 3 и кронштейном 6, неподвижно закрепленным к штанге 2, крепится насос 7. Число насосов определяется по числу пластин, которые можно разместить вокруг тора. В нижней части насоса расположены всасывающие клапаны 8, в верхней - нагнетательный клапан (не показан). Из насоса вода поступает в трубопровод 9, далее - в сборник 10, из которого по трубопроводу 12 - к гидротурбине 13, вращающей генератор 14 (фиг. 4). Гидротурбина может быть установлена на платформе, на берегу, корабле или на площадке самого устройства. Сборник 10 закреплен к тору растяжками, например, цепными.
2
2
1
1
1
Конструкция устройства для преобразования энергии волн работает следующим образом. При волнении в водоеме тор или части его начинают на волнах совершать вертикальные колебания. При перемещении тора вниз со скоростью V на рычаг будет действовать сила, равная P=S·(V-V )/2g, где S - площадь пластины, V - вертикальная скорость перемещения тора вниз, V - скорость перемещения пластины вниз, g - ускорение свободного падения. Скорость V будет существенно меньше скорости перемещения тора вследствие сопротивления. При движении тора вниз сила Р, деленная на площадь сильфона насоса, и будет определять величину давления воды, подаваемой в сборник 10 и далее по трубопроводу 12 на гидротурбину 13. При движении тора вверх такая же сила будет обеспечивать перемещение сильфона на растяжение и засасывание воды в насос. При движении тора вниз вследствие сопротивления пластины 5 вода под давлением нагнетается в сборник 10. Рычаг 4 перемещается на величину угла γ (фиг. 3). Вследствие того что насосов много и они расположены по окружности, устройство не требует переориентации при изменении направления волн. Как правило, гидротурбины малой мощности рассчитываются на напоры от 5 до 15 метров. Насосы обеспечивают такое давление, а их количество - требуемый расход. Устройство может фиксироваться относительно места установки при помощи якоря или крепиться на тросе к объекту (платформе, кораблю). Вода из сборника 10 по трубопроводу 12 под давлением поступает к гидротурбине 13, которая вращает генератор 14. Турбины малой мощности выполняются с реостатной нагрузкой, что позволяет отказаться от сложного узла поддержания частоты вращения. Такие турбины просты по конструкции и надежны и имеют достаточно высокий КПД - около 80%-82%.
Технический результат состоит в том, что устройство обеспечивает подачу воды под давлением для выработки электроэнергии при наличии волн в водоеме, где оно устанавливается.