УСТАНОВКА ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВОЛН В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ
CONVERSION PLANT OF WAVE ENERGY TO ELECTRIC ENERGY

Изобретение относится к производству электроэнергии, в частности к производству экологически чистой энергии без отрицательного воздействия на окружающую среду путем преобразования механической энергии морских волн в электрическую.
Известна поплавковая волновая электростанция, содержащая вертикально расположенный герметичный цилиндрический корпус, размещенный в нем преобразователь энергии, выполненный в виде линейного электрогенератора, обмотки якоря которого расположены вдоль корпуса, а индуктор выполнен в виде инерционной массы с постоянными магнитами, установленными с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения посредством упругих элементов, при этом верхняя часть корпуса ограничена полусферой с радиусом, равным радиусу цилиндрической части, а нижняя - сферой с радиусом, большим, чем последний, обмотки якоря электрогенератора закреплены на внутренней стенке корпуса, а магниты индуктора объединены в кольцевые секции и размещены внутри обмоток якоря, в нижней сферической части корпуса установлен динамический инерционный накопитель энергии с электромеханическим приводом двустороннего действия, а частота собственных колебаний индуктора соизмерима с характерной частотой колебаний корпуса в воде (патент РФ №2037642, МПК F03B 13/16, публикация 1995 г.).
Недостатком известного устройства является ненадежность в работе и низкий ресурс.
Известна волновая энергетическая установка, содержащая вертикальную, укрепленную на дне опору, качающуюся штангу, установленную на опоре с возможностью вращения вокруг оси опоры, поплавок, закрепленный на одном из концов качающейся штанги, причем поплавок имеет впускное снизу и выпускное сверху отверстия, снабженные управляемыми дистанционно клапанами, и электрогенератор, расположенный на берегу и связанный с гидротурбиной, соединенной с аккумулятором гидропотенциальной энергии, при этом вертикальная укрепленная на дне опора имеет длину, такую что верхний ее конец находится под водой при любой возможной силе волнения датчик силы волнения, связан с управляемыми дистанционно клапанами, поплавок подключен к пневмомагистрали, соединенной с источником давления, качающаяся штанга механически соединена с насосом, который соединен трубопроводом с аккумулятором гидропотенциальной энергии на берегу (патент РФ №2316670, МПК F03B 13/12, F03B 13/18, публикация 2008 г.).
Известная установка обладает низким КПД, а наличие между поплавком и преобразователями энергии сложных конструктивных решений, связывающих их функционально друг с другом, приводит к усложнению их производства, к невозможности унификации и стандартизации, что естественно приводит к увеличенным трудоемкости и затратам.
Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в упрощении технологии преобразования волновой энергии в электрическую путем создания простой в изготовлении, надежной и эффективно работающей установки.
Предложенное техническое решение позволяет расширить арсенал технических средств, используемых для преобразования энергии волн в электрическую энергию.
Сущность заявляемого изобретения состоит в следующем.
Установка для преобразования энергии волн в электрическую энергию содержит вертикальную укрепленную на дне опору, поплавковое устройство, связанное с опорой, и устройство преобразования механической энергии в электрическую. Поплавковое устройство содержит поплавок и направляющую, при этом поплавок включает в себя обод, на котором закреплена покрышка с камерой, шарнирный сферический подшипник скольжения, установленный жестко по центру обода, и вентиль для закачки воздуха в камеру. Направляющая поплавкового устройства одним из концов жестко крепится по оси поплавка к внутреннему сферическому кольцу подшипника. Устройство преобразования механической энергии в электрическую содержит линейный электрогенератор, генерирующий индуктор которого непосредственно присоединен по оси ко второму концу направляющей поплавкового устройства, а с другого конца генерирующего индуктора жестко закреплена направляющая ось. Направляющая поплавкового устройства и направляющая ось генерирующего индуктора кинематически взаимодействуют с подшипниками скольжения, закрепленными в опорах, установленных по оси корпуса электрогенератора с двух торцовых его сторон.
Подшипники скольжения, установленные в поплавковом устройстве и в опорах корпуса электрогенератора, изготовлены из антифрикционного самосмазывающегося композита, содержащего техническую ткань, сотканную из волокон, например политетрафторэтилена, выступающих на рабочую поверхность трения, и волокон аримида, выступающих с изнаночной стороны ткани, и пропитанную связующим типа ГИПК-114, причем рабочая поверхность ткани пропитана на глубину 0,5-1 мм антифрикционным составом СУРМ-Т, обеспечивающим при трении эффект безызносности.
Устройство преобразования механической энергии в электрическую может быть установлено в герметичной опоре глубокого заложения на дне водоема.
При монтаже устройства преобразования механической энергии в электрическую в опоре глубокого заложения генерирующий индуктор его линейного электрогенератора устанавливают в корпусе в крайнем нижнем положении.
Устройство преобразования механической энергии в электрическую может быть установлено над водной гладью водоема и крепится на пролетных строениях гидротехнических сооружений.
При монтаже устройства преобразования механической энергии в электрическую над водной гладью водоема и его крепления на пролетных строениях гидротехнического сооружения, генерирующий индуктор линейного электрогенератора устанавливают в корпусе на уровне статора.
Установка может содержать два устройства преобразования механической энергии в электрическую, которые монтируют одновременно соосно с одним поплавковом устройством, при этом одно из устройств преобразования механической энергии в электрическую устанавливают в опоре глубокого заложения, а другое - над поверхностью водной глади водоема.
При монтаже двух устройств преобразования механической энергии в электрическую, одно из которых установлено в опоре глубокого заложения, а другое соосно с ним над поверхностью водной глади с поплавковым устройством, генерирующий индуктор нижнего устройства преобразования механической энергии в электрическую устанавливают ниже его статора, а у верхнего устройства преобразования механической энергии в электрическую генерирующий индуктор устанавливают на уровне статора.
На фиг.1 представлена установка, смонтированная в герметичной опоре глубокого заложения на дне в грунте водоема; на фиг.2 представлено поплавковое устройство; на фиг.3 представлена установка, смонтированная над водной гладью водоема и закрепленная на пролетных строениях гидротехнических сооружений; на фиг.4 представлены две установки, смонтированные соосно с одним поплавковым устройством, одна из которых расположена в опоре глубокого заложения, а другая над поверхностью водной глади водоема.
Установка (фиг.1) содержит опору глубокого заложения в грунте 1 водоема в виде герметичного фундамента 2 с уплотнительной крышкой 3, имеющего выступ 4, на котором устанавливается фланцами 5 корпус устройства преобразования механической энергии в электрическую 6, состоящего из статора 7 с магнитами и обмоткой, генерирующего индуктора линейного электрогенератора тока 8, установленного ниже статора и жестко связанного с одного конца с направляющей поплавкового устройства 9, а с другого - с направляющей осью 10, причем обе направляющие 9 и 10 взаимодействуют с подшипниками скольжения 11 и 12, установленными в опорах трения 13 и 14, смонтированных в корпусе 6 с двух торцовых сторон, где также закреплены крышки 15 и 16 с манжетами 17 и 18, предохраняющими подшипники от поступления к ним загрязнений. Поплавковое устройство 9 напрямую одним концом жестко связано своей направляющей с генерирующим индуктором линейного электрогенератора тока 8, а другим концом направляющая поплавкового устройства 9 закреплена во внутреннем сферическом кольце (фиг.2) шарнирного сферического подшипника скольжения 19, который смонтирован в центре обода 20, расположенного на пересечении осевых горизонтальной и вертикальной плоскостей и закреплен в корпусе 21, на котором установлены камера 22 и покрышка 23 поплавка поплавкового устройства 9, расположенного на поверхности водной глади водоема 24 (фиг.1), при этом камера 22 заполняется воздухом под давлением через вентиль 25.
Установка может быть смонтирована с креплением над водной гладью водоема (фиг.3) на пролетных строениях 26 гидротехнического сооружения, при этом генерирующий индуктор линейного электрогенератора тока 8 расположен на уровне статора 7, а поплавок поплавкового устройства 9 находится во впадине волны.
Установка (фиг.4) может быть смонтирована в виде двух устройств преобразования механической энергии в электрическую с одним поплавковым устройством 9, при этом одно устройство преобразования механической энергии в электрическую 6 установлено на герметичной опоре глубокого заложения в виде фундамента 2 в грунте 1 дна водоема, а другое соосно к нему крепится на пролетных строениях 26 гидротехнического сооружения, при этом генерирующий индуктор 8 верхнего устройства преобразования механической энергии в электрическую должен находиться на уровне статора 7, а генерирующий индуктор 8 нижнего устройства преобразования механической энергии в электрическую - в нижнем положении относительно статора 7, а объединяет эти два устройства преобразования механической энергии в электрическую одно поплавковое устройство, поплавок которого должен находиться на уровне поверхности водной глади 24.
Схема работы установки во всех примерах монтажа осуществляется следующим образом.
При волнении водной поверхности поплавковое устройство 9 (фиг.1, 2 и 3) периодически и попеременно располагается то на гребне волны, то во впадине, величина перемещения ограничивается амортизационными подушками 27. Вертикальное перемещение поплавка поплавкового устройства 9 через направляющую напрямую передается на генерирующий индуктор линейного электрогенератора тока 8. Обратный ход индуктора при перемещении поплавка поплавкового устройства 9 с гребня волны во впадину обеспечивается весом индуктора, направляющей и поплавка. При прохождении индуктора через магнитное поле статора механическая энергия колебательного движения индуктора преобразуется в электрическую.
Предложенная схема монтажа установки с двумя расположенными друг над другом устройствами преобразования механической энергии в электрическую 6 (фиг.4) позволяет двукратно увеличить мощность установки.
Надежность работы предложенной установки в основном обеспечивается поплавком поплавкового устройства, который должен иметь оптимальный профиль и размеры для обеспечения устойчивости и постоянного вертикального расположения направляющей относительно устройства преобразования механической энергии в электрическую.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает высокую надежность и эффективность преобразования волновой механической энергии в электрическую и может быть реализовано в различных вариантах исполнения практически в любых природных условиях.