ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (ВАРИАНТЫ)
WAVE ELECTRIC POWER PLANT (VERSIONS)

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к установкам для преобразования энергии морских волн в электрическую энергию.
Известна волновая электростанция [патент РФ 2482325 C2, F03B 13/14, 20.05.2013], содержащая по меньшей мере один поплавок или несколько соединенных поплавков. Поплавок имеет асимметричную форму относительно направления распространения волн, или соединенные поплавки расположены асимметрично относительно направления распространения волн. Указанная асимметричная форма или указанное асимметричное расположение приводит к круговому движению поплавка или элемента, связывающего соединенные поплавки, в ответ на выталкивающее воздействие последовательности волн, распространяющихся в упомянутом направлении. Электростанция также содержит элементы для преобразования кругового движения во вращение для отбора энергии, в частности электрогенератор.
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и монтажа в открытом море, а также невысокая надежность электрогенератора, обусловленная его установкой непосредственно в воде.
Известна волновая электростанция [патент РФ 2443900 C2, F03B 13/12, 27.02.2012], которая содержит преобразователь энергии, включающий в себя систему шестерен, заключенных в корпус, закрепленный на опоре выше поверхности воды с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, рычаг, который одним концом соединен с системой шестерен через механизм одностороннего вращения, а вторым - с цилиндрическим поплавком. Поплавок снабжен волновым оперением для ориентации по направлению волн и свободно вращается на оси рычага, компенсируя различия волновых сил на концах поплавка. Электрогенератор закреплен на опоре выше поверхности воды и соединен с преобразователем энергии.
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и монтажа в открытом море.
Известна волновая электростанция [патент РФ 2482326 C2, F03B 13/20, 27.02.2013], содержащая плавучий корпус, механический преобразователь энергии морских волн, выполненный в виде горизонтально установленного водила, с одного конца связанного с вертикально и шарнирно установленным на корпусе валом, связанным с ротором электрогенератора, статор которого связан с плавучим корпусом, а другой его конец снабжен массой. Электростанция снабжена дополнительными поплавками, связанными с корпусом с помощью телескопических выдвижных механизмов, с возможностью регулировки совокупной длины плавающей части корпуса и поплавков, равной полудлине волны. Водило снабжено телескопическим выдвижным механизмом перемещения массы относительно вала привода электрогенератора.
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и монтажа в открытом море.
Известна волновая энергетическая установка [патент РФ 128669 U1, F03B 13/14, 27.05.2013], содержащая две полые емкости в виде стаканов, закрепленных на расстоянии друг от друга над дном водоема открытой частью вниз, частично заполненные воздухом и прикрепленные верхней частью к трубопроводам, другие концы которых подключены к устройству преобразования энергии, а трубопроводы проложены по дну водоема до берега, на котором установлено устройство преобразования энергии.
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и монтажа в открытом море.
Известна приливно-волновая электростанция на базе двух турбин [патент РФ 123255 U1, H02K 7/18, 20.12.2012], каждая из которых имеет по меньшей мере два диска, связанных между собой осями, на которых шарнирно закреплены лопатки, перемещение которых ограничено основным и дополнительным фиксаторами, а турбины шарнирно установлены на единой оси, закрепленной в раме, часть которой зафиксирована на дне, а другая часть включает площадку на поверхности, где размещаются редуктор и генератор, связанные с валом отбора мощности, при этом в одной турбине основные фиксаторы расположены с правой стороны лопаток, тогда как у другой турбины основные фиксаторы расположены с левой стороны лопаток, а смежные диски турбин снабжены коническими шестернями, между которыми установлены конические шестерни-сателлиты, шарнирно закрепленные на оси, перпендикулярной единой оси турбин, причем к одной из шестерен-сателлитов жестко присоединен вал отбора мощности, выходящей на площадку на поверхности.
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и монтажа в открытом море.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявленной волновой электростанции является волновая энергетическая установка [см. SU 1025910 А, 30.06.1983, F03B 13/12], содержащая плавучий корпус, выполненный в виде цилиндра, в нижней части которого расположена рабочая камера с впускным и выпускными клапанами, поршень, расположенный внутри цилиндра и закрепленный на штоке, механически связанным с поплавком, трубу циркуляции, расположенную под корпусом, гидротурбину с генератором, сообщенную с рабочей камерой.
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и монтажа в открытом море, а также невысокая надежность электрогенератора, обусловленная его установкой непосредственно в воде.
Задача изобретения - упрощение монтажа волновой электростанции в открытом море, благодаря выполнению всех ее элементов в плавучем корпусе, упрощение конструкции, а также повышение надежности генератора, благодаря наличию дополнительных впускного и выпускных клапанов в трубе циркуляции.
Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия и удельной массы (отношение массы к вырабатываемой мощности) волновой электростанции, обеспечивающего преобразования энергии колебания волн любого направления в электрическую энергию.
Поставленная задача решается и технический результат по первому варианту достигается тем, что волновая электростанция, содержащая плавучий корпус, выполненный в виде цилиндра, в нижней части которого расположена рабочая камера с впускным и выпускными клапанами, поршень, расположенный внутри цилиндра и закрепленный на штоке, механически связанном с поплавком, трубу циркуляции, расположенную под корпусом, гидротурбину с генератором, сообщенную с рабочей камерой, согласно изобретению монтаж волновой электростанции в открытом море упрощен, благодаря выполнению всех ее элементов в плавучем корпусе, а именно содержит дополнительные впускной и выпускные клапаны, при этом труба циркуляции последовательно соединена с одним из дополнительных выпускных клапанов и гидротурбиной, которая с нижней части соединена с дополнительным впускным клапаном, а в верхней части - с генератором, причем поток воды посредством указанного дополнительного выпускного клапана после выпускного клапана попадает в гидротурбину, а излишки потока воды из трубы циркуляции выходят посредством другого выпускного клапана.
Поставленная задача решается и технический результат по второму варианту достигается тем, что волновая электростанция, содержащая плавучий корпус, выполненный в виде цилиндра, в нижней части которого расположена рабочая камера с впускным и выпускными клапанами, поршень, расположенный внутри цилиндра и закрепленный на штоке, механически связанном с поплавком, трубу циркуляции, расположенную под корпусом, гидротурбину с генератором, сообщенную с рабочей камерой, согласно изобретению монтаж волновой электростанции в открытом море упрощен, благодаря выполнению всех ее элементов в плавучем корпусе, а именно содержит дополнительные впускной и выпускные клапаны, при этом труба циркуляции последовательно соединена с одним из дополнительных выпускных клапанов и гидротурбиной, которая с нижней части соединена с дополнительным впускным клапаном, а в верхней части - с генератором, причем поток воды посредством указанного дополнительного выпускного клапана после выпускного клапана попадает в гидротурбину, а излишки потока воды из трубы циркуляции выходят посредством другого выпускного клапана, кроме того, внутри корпуса расположена катушка, установленная в пазах магнитопровода, а вдоль поршня расположены двухполюсные магниты, для изоляции которых и магнитопроводов установлен экран, а для максимального поддержания колебаний системы поршень-шток-поплавок между нижней частью корпуса и поршнем расположена пружина.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена волновая электростанция по первому варианту, на фиг. 2 изображена волновая электростанция по второму варианту.
Предложенное устройство по первому варианту содержит (фиг. 1) корпус 1 выполненный в виде цилиндра, в нижней части которого расположены впускной 2 и выпускной 3 клапаны, рабочая камера 4. Под корпусом 1 расположена труба циркуляции 5, последовательно соединенная с выпускным клапаном 6 и гидротурбиной 7, которая с нижней части соединена с впускным клапаном 8, а в верхней части - с генератором 9. Гидротурбина 7 соединена с рабочей камерой 4 через выпускной клапан 2 и с выпускной трубой 10 - через выпускной клапан 11. Внутри корпуса 1 расположен поршень 12, закрепленный на штоке 13, механически связанном с поплавком 14.
Предложенное устройство по второму варианту содержит (фиг. 2) корпус 1, выполненный в виде цилиндра, в нижней части которого расположены впускной 2 и выпускной 3 клапаны, рабочая камера 4. Под корпусом 1 расположена труба циркуляции 5, последовательно соединенная с выпускным клапаном 6 и гидротурбиной 7, которая с нижней части соединена с впускным клапаном 8, а в верхней части - с генератором 9. Гидротурбина 7 соединена с рабочей камерой 4 через выпускной клапан 2 и с выпускной трубой 10 - через выпускной клапан 11. Внутри корпуса 1 расположен поршень 12, закрепленный на штоке 13, механически связанном с поплавком 14. Внутри корпуса 1 расположена катушка 15, установленная в пазах магнитопровода 16, вдоль поршня 12 расположены двухполюсные магниты 17. Для изоляции катушки 15 и двухполюсных магнитов 16 от воды установлен экран 18, а для максимального подержания колебаний системы «поршень 12 - шток 13 - поплавок 14», между нижней части корпуса 1 и поршнем расположена пружина 19.
Волновая электростанция по первому варианту работает следующим образом. При внешних колебаниях воды в движение приводится поплавок 14 посредством штока 13, колебания переходят к поршню 12, т.е. в механической системе возникают колебания, направление и амплитуда которых зависят от внешнего возмущающего воздействия. В результате колебаний под поршнем 12 возникает переменное давление, которое используется для циркуляции воды под поршнем. Для этой цели в нижней части конструкции расположены впускной клапан 8, который всасывает воду при подъеме поршня 12, в результате создается поток воды, который поступает в гидротурбину 7. Гидротурбина 7 механически связана с генератором 9. Затем посредством впускного клапана 2 поток воды попадает в рабочую камеру 4, и при спуске поршня с помощью выпускного клапана 3 поток воды проходит через трубу циркуляции 5 и посредством выпускного клапана 6 вновь попадает в гидротурбину 7. Излишки потока воды выходят через выпускную трубу 10 с помощью клапана 11.
Волновая электростанция по второму варианту работает следующим образом. При внешних колебаниях воды в движение приводится поплавок 14, посредством штока 13 колебания переходят к поршню 12 с двухполюсными магнитами 17, т.е. в механической системе возникают колебания, направление и амплитуда которых зависят от внешнего возмущающего воздействия. По закону электромагнитной индукции в катушке 15, закрепленной в магнитопроводе 16, наводится ЭДС. Величина ЭДС зависит от параметров колебаний системы «поплавок 14 - шток 13 - поршень 12». Между поршнем 12 и магнитопроводом 16 расположен экран 18 для изоляции катушки 15 и двухполюсными магнитами 17 от воды. Для максимального подержания колебаний на дне корпуса 1 расположена пружина 19, закрепленная с поршнем 12. В результате колебаний под поршнем 12 возникает переменное давление, которое используется для циркуляции воды под поршнем. Для этой цели в нижней части конструкции расположены впускной клапан 8, который всасывает воду при подъеме поршня 12, в результате создается поток воды, который поступает в гидротурбину 7. Гидротурбина 7 механически связана с генератором 9. Затем посредством впускного клапана 2 поток воды попадает в рабочую камеру 4 и при спуске поршня с помощью выпускного клапана 3 поток воды проходит через трубу циркуляции 5, и посредством выпускного клапана 6 вновь попадает в гидротурбину 7. Излишки потока воды выходят через выпускную трубу 10 с помощью клапана 11.
Итак, заявленное изобретение позволяет расширить функциональные возможности, упростить конструкцию и повысить КПД волновой электростанции, благодаря применению двухполюсных магнитов на поршне в магнитной связке с катушками.
В результате энергия колебания волн используется по максимуму.