ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ)
WAVE ENERGY PLANT (VERSIONS)

Изобретение относится к области возобновляющихся источников энергии, а именно волновой энергии и преобразования ее в другие виды, преимущественно в электрическую.
Известна волновая энергетическая установка, содержащая взаимодействующие друг с другом первый и второй валы, установленные с возможностью свободного вращения, понтоны, попарно запараллеленные рычаги, шарнирно связанные с соответствующими понтонами, первую и вторую шестерни, неподвижно установленные на валах и входящие в зацепление друг с другом, N-е количество преобразователей движения, установленных на валах, электрогенератор [см. US 4319454 A (LUCIA LOUIS V), 16.03.1982, F03B 13/12].
Данный источник информации является средством того же назначения, которому присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения по первому варианту волнового энергетического устройства. Он может быть указан в качестве ближайшего аналога (прототипа) для первого варианта волновой энергетической установки.
Известна также волновая энергетическая установка, содержащая горизонтальный вал, понтоны, N-е количество параллельно включенных преобразователей колебательного движения понтонов с Г-образным рычагом и электрогенератор [см. US 4392060 А (JESSLE Т. IVY), 05.07.1983, F03B 13/12]. Данная установка является средством того же назначения, которому присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения по второму варианту волнового энергетического устройства. Его можно принять за ближайший аналог (прототип) для второго варианта волновой энергетической установки.
В качестве недостатка прототипов можно указать их конструктивную сложность и низкую КПД.
Техническая задача заключается в повышении КПД преобразователя энергии и упрощении его конструкции.
Данная техническая задача решается путем создания принципиально новой конструкции волновой энергетической установки, которая содержит взаимодействующие друг с другом первый и второй валы, установленные с возможностью свободного вращения, понтоны, попарно запараллеленные рычаги, шарнирно связанные с соответствующими понтонами. Она содержит также первую и вторую шестерни, неподвижно установленные на валах и входящие в зацепление друг с другом, N-e количество преобразователей движения, установленных на валах, и электрогенератор. Преобразователи движения состоят из первой и второй обгонных муфт, обоймы которых неподвижно связаны с верхними концами попарно запараллеленных рычагов, нижние концы которых шарнирно связаны с соответствующими понтонами. При этом расстояние между шарнирами равно расстоянию между валами, и когда обойма верхней муфты каждой пары входит в зацепление со ступицей, обойма нижней муфты выходит из зацепления, и наоборот. Причем первый вал является выходным и через гидронасос и гидромотор подключен к электрогенератору.
Каждый преобразователь движения содержит дополнительно узлы ограничения активного участка колебательного движения рычагов.
Каждый узел ограничения активного участка колебательного движения рычагов состоит из обгонной муфты, включающей вилки, неподвижно связанные с радиальными приводами, взаимодействующими с соответствующими ограничителями, спиральными пружинами и водилами, закрепленными поперек корневых частей рычагов.
Узел ограничения активного участка колебательного движения рычагов состоит из нижнего и верхнего узлов разлома рычагов, установленных в корневой части соответствующих рычагов. При этом они включают в себя шарнирное соединение двух частей рычага, взаимодействующих с подпружиненной подвижной муфтой, установленной на рычаге с возможностью продольного смещения и взаимодействующей через палец с дугообразными клиньями, установленными с нижней и верхней сторон.
Второй вариант волновой энергетической установки содержит горизонтальный вал, понтоны, N-е количество параллельно включенных преобразователей колебательного движения понтонов с Г-образным рычагом и электрогенератор. При этом преобразователи колебательного движения понтонов включают фланец цилиндрической формы, установленный на горизонтальном валу с возможностью свободного вращения и неподвижно связанный с корневой частью Г-образного рычага. Рычаг взаимодействует через шарнирно связанный шток с гидро- или пневмонасосом, выход которого через гидро- или пневмомотор подключен к электрогенератору.
На фиг.1 вид В-В по фиг.2 на волновое энергетическое устройство, где:
1 - платформа;
2 - стойки;
3, 4 - первый и второй преобразователи движения;
5 - гидронасос;
6 - гидромотор;
7 - генератор;
8 - второй (верхний) вал;
9 - рычаги;
10 - пантоны;
11 - вторая (верхняя) шестерня.
На фиг.2 представлен вид А-А по фиг.1 на волновое энергетическое устройство, где позиции 1-11 те же, что на фиг.1:
12 - первый (выходной) вал;
13, 14 - первая и вторая обгонные муфты;
15 - первая (нижняя) шестерня;
16 - спиральная пружина;
17, 18 - первая и вторая рычаги вилок;
19, 20 - нижний и верхний ограничители;
21, 22 - первая и вторая водилы;
23, 24 - нижний и верхний рычаги;
25, 26 - нижний и верхний понтоны;
27 - стойки.
На фиг.3 представлена конструкция второго варианта узла ограничения активного угла колебаний рычагов, где позиции 12-27 те же, что на фиг.2:
28, 29 - нижние и верхние кронштейны;
30, 31 - нижние и верхние дугообразные клинья;
32, 33 - нижний и верхний узлы разлома рычагов.
На фиг.4 представлена конструкция узла разлома рычага, где:
34, 35 - корневое и периферийное звенья рычага;
36 - палец шарнирного соединения;
37, 38 - неподвижные кольца;
39 - муфта подвижная;
40 - палец;
41 - паз;
42 - пружина.
На фиг.5 представлена конструкция упрощенного варианта волновой энергетической установки, где:
43 - горизонтальный вал;
44 - стойки;
45 - фланец;
46 - Г-образный рычаг;
47 - понтон;
48 - шатун;
49 - гидронасос;
50 - накопитель
51 - гидромотор;
52 - генератор.
Преобразователь энергии волн устанавливается на берегу моря на высоком пьедестале. На двух параллельных горизонтальных валах 43, шарнирно закрепленных по одной вертикали, неподвижно установлены первая и вторая шестерни 15, 11, а также ступицы первой и второй обгонных муфт преобразователей движения 3 и 4. Обоймы указанных муфт неподвижно связанны с верхним концами первого и второго параллельных рычагов 9. Нижние концы рычагов шарнирно связаны с понтоном 10. Расстояние между шарнирным соединениями равно расстоянию между валами 8 и 12.
Первая 13 и вторая 14 обгонные муфты группы II установлены на валах так, чтобы когда понтоны 25 и 26 опускаются под собственным весом вниз, в сцепление входит нижняя муфта 13, что приводит во вращение нижний вал по часовой стрелке. При этом верхняя муфта выходит из сцепления и крутится в холостую против часовой стрелки, при подъеме понтонов под воздействием волн в сцепление входит верхняя муфта 14, что приводит во вращение верхний вал против часовой стрелки.
Из-за сцепления первой 15 и второй 11 шестерен верхний вал 8 сохраняет постоянно свое направление вращения. На нижнем выходном валу 12 установлен гидронасос. Гидронасос может быть роторного типа (см. Патент РФ №2289701 от 16.06.2005 г. на «Роторный двигатель»).
Выходы гидронасосов однотипных преобразователей энергии могут быть подключены параллельно друг другу к одному накопителю давления, к которому подключается гидромотор. Гидромотор приводит во вращение генератор. Для синхронизации скорости вращения выходного вала при изменении высоты волн обгонные муфты должны быть группы II, с вилками [см. В.И.Анурьев. Справочник конструктора-машиностроителя. Т.2. М., Машиностроение, 1980 г. стр.215-216]. Вилки обгонных муфт связаны с соответствующими рычагами вилок 17 и 18.
С помощью спиральной пружины 16 рычаг вилки 18 прижимается к верхнему ограничителю 20.
Верхний ограничитель задает угол отклонения верхнего рычага 18 при подъеме понтона на валах.
Нижний ограничитель 19 задает угол отклонения нижнего рычага вилки 17. Таким образом, задается активный угол работы рычагов, за пределы которого рычаги не создают крутящие моменты на валах 8 и 12.
При отклонение рычага 9 в обратную сторону (по часовой стрелке) заведенная спиральная пружина 16 возвращает рычаг вилки 18 и связанную с ним вилку обгонной муфты до ограничителя 20. Дальше муфта работает в обычном режиме.
Аналогичным образом работает нижняя обгонная муфта преобразователя движения. Вилка нижней муфты, связанная с нижним рычагом вилки 17, взаимодействует со второй спиральной пружиной 16 и ограничителем 19. С рычагами вилок 17, 18 взаимодействуют первая 21 и вторая 22 водилы, закрепленные в корневой части рычагов 23, 24 соответственно.
При опускании понтона до нижнего упора нижний рычаг вилки 17 выводит из сцепления нижнюю обгонную муфту. Дальше нижний рычаг 9 крутится вхолостую и не создает вращательный момент на валу 12.
Таким образом, вращательные моменты, создаваемые рычагами на параллельных валах 8 и 12, не зависят от высоты волн. Для повышения на выходном валу может быть установлен массивный маховик.
Каждый из рычагов 23 и 24 на фиг.3 состоит из двух шарнирно соединенных частей. Корневые части данных рычагов неподвижно соединены с обоймами соответствующих обгонных муфт 13 и 14.
На каждой из частей рычага 34 и 35 неподвижно закреплены кольца 34 и 38. Снаружи на шарнирном соединении установлена муфта 39 с возможностью свободного продольного перемещения. Муфта под действием цилиндрической пружины 42 фиксирует соосное положение двух частей рычага.
Рычаг при этом не сгибается в шарнирном соединении и работает на полную длину. Внутренний наконечник пальца 40 ходит по пазу 41 второго звена рычага 35 и обеспечивает только продольное перемещение фиксирующей муфты 39.
Когда рычаги 23 и 24 отклоняются до установленных с помощью кронштейнов 28 и 29 дугообразных клиньев 30, 31, пальцы 40 узлов разлома 32 и 33 взаимодействуют с дугообразными клиньями 30 и 31. Происходит смещение соответствующей подвижной муфты с шарнирного соединения. Дальнейший подъем или опускание понтонов 25 и 26 приводит к прогибу рычагов 23, 24 относительно шарнирных пальцев. Корневые звенья 34 рычагов 23, 24 сохраняют свое угловое положение неподвижно. При обратном ходе периферийных звеньев 35 до заданного дуговыми клиньями 30 и 31 положения рычаги 23 и 24 работают на полную длину.
Разлом рычагов в шарнирных соединениях обеспечивает постоянный момент вращения на валах вне зависимости от высоты волн.
На выходном валу преобразователя энергии может быть установлен гидронасос 5, например роторного типа [Алиев А.С. и др. Патент РФ №2289701 от 16.06.2005 г. на "Роторный двигатель"].
Затем масло под высоким давлением от автономно параллельно работающих преобразователей энергии по трубам собирают в одну центральную трубу или в емкость высокого давления, к которой подключается гидромотор 6. Избыточное давление масла стравливается через клапан в бак пониженного давления. Гидромотор 6 подключается к генератору 7 для выработки электроэнергии.
В случае применения поршневых гидронасосов преобразователь энергии волн может быть существенно упрощен. В этом случае рычаги устанавливаются на одной горизонтальной оси с возможностью свободного колебательного движения в вертикальной плоскости.
В корневой части каждого рычага с верхней нижней стороны устанавливаются гидронасосы, которые работают в противофазе. Выходы гидронасосов запараллелены и подключены к одному накопителю, в котором поддерживается постоянное давление.
Гидромотор 51 с электрогенератором 52 подключается к гидронакопителю 50 с высоким постоянным давлением. Такая конструкция волновой энергетической установки более эффективна, чем с механическим приводом и мультипликатором.
Волновая энергетическая установка может быть использована как автономный источник электрической энергии. Такая установка существенно уменьшает разрушительное воздействие волн на сушу.