ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (ВАРИАНТЫ)
WAVE POWER PLANT

Изобретение относится к волновой электростанции, содержащей по меньшей мере один поплавок или несколько связанных поплавков.
В альтернативном варианте выполнения изобретения волновая электростанция содержит заякоренные подводные лопасти.
В документе US-4266143 раскрыта волновая электростанция, преобразующая крен плавающего резервуара с одного бока на другой во вращение двух тяжелых гравитационных колес, вращающихся в противоположных направлениях. Плавающий резервуар является симметричным, а гравитационные колеса размещены в противофазах с целью обеспечения попеременного крена набок.
На работе этой волновой электростанции и других известных волновых электростанций неблагоприятно сказывается неравномерное движение волн, размеры которых непостоянны. Эффективное преобразование этого возвратно-поступательного движения в непрерывное вращение оказалось труднодостижимым.
Задача настоящего изобретения состоит в разработке новой волновой электростанции, в которой устранены указанные выше недостатки путем преобразования возвратно-поступательного движения волн непосредственно в непрерывное вращение.
Эта задача решена в соответствии с настоящим изобретением на основе отличительных признаков, представленных в пункте 1 приложенной формулы. Альтернативный вариант выполнения изобретения представлен в пункте 14 формулы. Зацепленные лопасти в п.14 формулы изобретения обеспечивают возможность увеличения количества отбираемой энергии за счет увеличения кругового движения волновой электростанции посредством течений различной силы внутри волн. Предпочтительные варианты выполнения изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы.
Основная идея изобретения основана на использовании формы и/или расположения поплавков для приведения оси, связанной с ними, в круговое движение, из которого непосредственно может быть получено непрерывное вращение с помощью вращателя или углового вала.
Далее изобретение описано в отношении примерных вариантов выполнения со ссылкой на сопровождающие чертежи.
Фиг.1 схематично показывает волновую электростанцию согласно одному предпочтительному варианту выполнения изобретения.
Фиг.2 и 3 показывают варианты волновой электростанции, показанной на фиг.1, в которой соответствующий эффект достигнут различными конструкциями поплавков.
Фиг.4 показывает использование дугообразного поплавка, подобного показанному на фиг.3, снабженного еще одним устройством для отбора мощности.
Фиг.5, 6 и 7 показывают варианты выполнения, в которых круговое движение обеспечено не конструкцией одиночного поплавка, как в вариантах выполнения, показанных на фиг.1-4, а дугообразным расположением отдельных поплавков.
Фиг.8 показывает еще один вариант осуществления изобретения путем использования лопастей, которые заякорены под заданным углом ниже водной поверхности и которые не вращаются вокруг какого-либо вала, а раскачиваются назад и вперед и таким образом приводят ось 10, прикрепленную к держателю 14, общему для лопастей, в круговое движение, которое используется для создания вращения.
Фиг.9 показывает примерный вариант выполнения элементов, с помощью которых круговое движение может быть преобразовано во вращение.
Фиг.10 показывает вид еще одного примерного варианта выполнения волновой электростанции согласно изобретению с частичным вырезом.
Общим для вариантов выполнения, показанных на фиг.1-4, является то, что поплавок 1 в них сконструирован асимметрично относительно направления распространения волн, так что поплавок 1 совершает круговое движение в ответ на выталкивающее воздействие последовательности волн, распространяющихся в упомянутом направлении. На фиг.1-4 направление гребней волн показано сдвоенными линиями. Поплавок 1 заякорен длинными тросами 8 в заданном угловом положении (обычно продольном) относительно направления перемещения волн. Заякоривание осуществлено таким способом, что поплавок 1 сохраняет свое угловое положение несмотря на изменяющееся направление волн. В случаях, показанных на фиг.1, 3 и 4, поплавок 1 имеет дугообразную форму, в частности форму банана или круассана. В предпочтительном варианте выполнения, показанном на фиг.1, поплавок 1 имеет круглое или овальное сечение по меньшей мере его части, окруженной водой. Следовательно, совершению крена поплавка относительно его продольной оси оказывается минимальное противодействие. В варианте выполнения, показанном на фиг.2, поплавок 1 выполнен в форме эллипса или овала и заякорен тросом 8 в положении, в котором большая ось эллипса или овала образует острый угол с направлением движения волн.
Общим для конструкций поплавка 1, показанных на фиг.1-4, является то, что, поскольку волны достигают поплавка под некоторым углом, поплавок совершает круговое движение, по мере того как точки треугольника, сформированного его концами и его центральной частью, поднимаются и опускаются в разных фазах. Эллипс, показанный на фиг.2, содержит два таких совершающих круговое движение "треугольника", обращенных друг к другу, в результате чего направление должно быть выбрано таким способом, при котором "треугольники" не лежат симметрично относительно направления движения волн, и таким образом не допускается простое раскачивание назад и вперед и преобразование этого перемещения в круговое движение. Этому также способствует воздействие, осуществляемое массой описанного ниже вращателя, который при своем вращении всегда стремится наклонить электростанцию преимущественно в направлении, в котором противодействие (выталкивание), осуществляемое поплавками, является минимальным.
Варианты выполнения, показанные на фиг.1-3, содержат схожие элементы 5, 6, 7 для преобразования кругового движения во вращение для отбора мощности. Тяжелый вращатель 6 смонтирован на подшипнике с возможностью вращения вокруг совершающей круговое движение оси 5, прикрепленной к поплавку 1. Вращатель 6 соединен с совершающей круговое движение осью 5 с помощью рычага 7 необходимой длины. Длина рычага может регулироваться пневматически или гидравлически, в результате чего энергия, произведенная вращателем во время своего вращения, может быть отрегулирована согласно размеру следующих одна за другой волн. Ось 5, вращаемая вращателем 6, может быть приспособлена для привода электрического генератора. В практическом варианте выполнения вращатель 6 вместе со своим рычагом 7 и осью 5 (которые совместно составляют вращатель) может быть установлен в полом закрытом поплавке. Поскольку на вращатель 6 действует направленная вниз сила тяжести, он начинает вращаться во время выполнения осью 5 кругового движения. Ось 5 перемещается по траектории и образует конус, сечение которого может отличаться от круга и быть, например, в форме эллипса, поскольку крен электростанции в различных направлениях может быть разным.
На фиг.4 проиллюстрирована еще одна реализация устройства для отбора мощности. К поплавку 1 подвешен груз 11 с помощью вертикальной штанги 9. К держателю поплавка 1 прикреплена ось 10, выполненная как продолжение штанги 9 с небольшим угловым отклонением α. Это угловое отклонение α по существу выбрано с целью согласования с угловым отклонением в круговом движении поплавка 1. Внутри штанги 9 и оси 10 смонтирован с возможностью вращения на подшипнике угловой вал, в котором секция, расположенная с одной стороны его колена, лежит внутри оси 10, а секция, расположенная с другой стороны колена, смонтирована с возможностью вращения на подшипнике в штанге 9. Поскольку штанга 9 и груз 11 не выполняют кругового движения, угловой вал совершает вращение, когда поплавок 1 совершает круговое движение. Следовательно, от вращающегося углового вала может быть отобрана энергия.
В вариантах выполнения, показанных на фиг.5-7, используются по меньшей мере три поплавка 2, прикрепленных к общему держателю 3, так что их центры плавучести расположены вдоль дуги 4. Таким образом, различные поплавки 2 поднимаются и опускаются в разных фазах, пока расстояния между ними и их угловое положение относительно направления движения волн остаются соответствующими. Как правило, треугольник, сформированный тремя поплавками, ставится на якорь так, что прямая линия, проходящая через два поплавка, совпадает с направлением приходящей волны. Держатель 3 вынужден совершать круговое движение, энергия которого может быть отобрана вращателем 6, смонтированным на подшипнике подобным способом с возможностью вращения на совершающей круговое движение оси 5. С целью устранения нагрузки на ось 5 под вращателем 6 может быть выполнена направляющая канавка для опоры на нее вращателя 6 через подшипник. Разумеется, отбор мощности может быть произведен без использования оси 5, а с помощью какого-либо груза, перемещающегося по дуге. Однако использование вращающейся оси 5 упрощает отбор мощности. На фиг.6 показаны удлиненные поплавки 2, которые формируют "колеблющийся" ковер. Поплавки 2 прикреплены к держателю 3 с помощью шарниров, проходящих поперечно продольному направлению поплавков. Даже в этом случае точки опоры поплавков 2 расположены вдоль кривой 4.
В варианте выполнения, показанном на фиг.7, поплавки 2 имеют обтекаемую конструкцию и таким способом обеспечивают возможность их соединения с судном, которое при поддержке поплавками 2 вынуждено совершать круговое движение во время прохождения последовательности волн. С целью обеспечения кругового движения при различных направлениях перемещения судна поплавки 2 предпочтительно сконструированы с возможностью регулировки их относительных положений. Вращение, полученное из кругового движения, служит двигателем для продвижения судна или вращения электрического генератора, который, приведенный в движение таким способом, может быть использован для зарядки батарей, функционирующих как источник энергии для судна.
На фиг.8 проиллюстрирован альтернативный вариант выполнения изобретения, в котором лопасти 13, заякоренные ниже поверхности воды, взаимодействуют с общим держателем 14 под такими углами, что держатель 14 совершает круговое движение в ответ на воздействие течений внутри волн. Заякоривание может быть осуществлено, например, с помощью вертикальной штанги 9, имеющей якорный груз 12 на нижнем конце. В этом случае отбор энергии предлагается выполнять с помощью углового вала, заделанного на подшипнике в осевой втулке 10, относящейся к держателю 14, и в штанге 9 (или размещен снаружи штанги 9), так что колено углового вала расположено между штангой 9 и осевой втулкой 10. Когда осевая втулка 10 совершает круговое движение с небольшим угловым отклонением α (которое равно углу колена углового вала) от штанги 9, угловой вал вынужден вращаться. Здесь, как в варианте выполнения, показанном на фиг.4, угол колена углового вала может изменяться вокруг одиночного поперечного шарнирного вала, в результате чего угол α осуществления кругового движения между осевой втулкой 10 и штангой 9 может изменяться.
На фиг.9 более подробно показан примерный вариант выполнения элементов, обеспечивающих преобразование кругового движения во вращение. На держателе 3 или 14, аналогично показанным на фиг.4 и 8, смонтирована втулка 10 в виде оси с возможностью вращения на подшипнике, в которой смонтирована штанга 9 в виде второй оси с угловым отклонением α с возможностью вращения на подшипнике. Когда ось 10 совершает круговое движение, жестко смонтированная на подшипнике ось 9 вынуждает ось 10 также совершать вращение вокруг своей оси.
На оси вращения оси 10 закреплена ось 5 для отбора энергии, которая осуществляет привод, например, электрического генератора. Штанга 9 может быть снабжена шарнирной осью 15, которая обеспечивает угловые отклонения, отличающиеся от угла α между штангой 9 и осью 10.
При необходимости конструкция, показанная на фиг.8, может быть выполнена под конструкциями, показанными на фиг.1-6, для использования таким образом выталкивающей силы и энергии внутреннего течения тех же самых волн. Таким образом, использование штанги 9 и якоря 12, показанных на фиг.8, является не обязательным, а отбор энергии может быть осуществлен с помощью углового вала, выполненного между элементами волновой электростанции, снабженными поплавками и лопастями. Разумеется, эти элементы волновой электростанции должны выполнять свои конкретные круговые движения в разных фазах для формирования между ними углового отклонения α, обеспечивающего вращение углового вала.
В варианте выполнения, показанном на фиг.10, корпус вращателя выполнен в форме полого тела вращения, например в форме сферы, уплощенной сферы, цилиндра или в промежуточной форме между сферой и цилиндром. От корпуса 16 вращателя навстречу направлению движения приходящих волн проходит конический в продольном направлении дугообразный поплавок 1, так что между направлением приходящих волн и дугообразным поплавком 1 сформирован острый угол, который увеличен к кончику поплавка, а вблизи конца поплавка превышает 30°, предпочтительно лежит в диапазоне 30-70°. От противоположной стороны корпуса 16 в направлении движения уходящих волн проходит второй дугообразный поплавок 1', который может быть короче поплавка 1, так что между поплавком 1' и направлением движения уходящих волн также сформирован острый угол, который увеличен к кончику поплавка 1'.
Вращатель 6 имеет внешнюю поверхность, согласованную с контуром внутренней поверхности корпуса 16. Вращатель 6 смонтирован на совершающей круговое движение оси 5 с помощью опоры, которая состоит из вертикальной пластины или нескольких штанг, поставленных друг на друга. В корпусе 16 также могут быть размещены генератор 18 и при необходимости передача. Ватерлиния поплавка 1 примерно соответствует краю штриховки.