Энергопоглащающий элемент Овсянкина для волновых электростанций
ENERGY-ABSORBING OVSIANKIN ELEMENT FOR WAVE POWER PLANTS

Изобретение относится к области гидроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии морских волн и водных потоков в электрическую энергию.
Известно устройство для преобразования энергии волн водной поверхности, содержащее энергопоглощающий элемент, выполненный в виде гибкого продольного тела, свободно расположенного в пазах нескольких направляющих, каждая из которых имеет возможность вращаться вокруг общего вала, передавая осевой крутящий момент на вал только в одном направлении, и позволяет гибкому продольному телу принимать форму спирального ротора с параметрами, соответствующими размерам воздействующих волн (Овсянкин В.В. Патент Украины №56481).
А также, волновая электростанция с энергопоглощающим элементом, выполненным в виде гибкого продольного тела, которое состоит из отдельных плоских частей, связанных между собою внахлест веерообразно так, что они имеют возможность свободно перемещаться одна относительно другой вдоль продольной оси рабочего вала и с высокой жесткостью противостоять действию напора в перпендикулярном направлении (Овсянкин В.В. и др. Патент Украины №93495).
Также, известна волновая электростанция для водных потоков с энергопоглощающим элементом, выполненным в виде гибкого продольного тела, состоящего из отдельных частей ластообразной формы, имеющих хвостовики, которые вставляются в соответствующие гнезда направляющих, а конструкция направляющих имеет такие гнезда. При этом, для водных потоков с большим энергетическим потенциалом и с относительно стабильными характеристиками энергопоглощающему элементу придается форма пространственной спирали за счет предварительной фиксированной установки положения направляющих, при этом энергопоглощающий элемент может иметь два и более гибких продольных тела (Овсянкин В.В. и др. Патент Украины №108596).
Также, известна волновая электростанция с гидравлической трансмиссией, содержащая энергопоглощающие элементы, выполненные в виде гибкого продольного тела, в которой энергия вращения энергопоглощающих элементов преобразуется с помощью гидроцилиндров в энергию движения жидкости под давлением, при этом вращение энергопоглощающих элементов относительно горизонтального положения возможно, как в одном, так и в противоположном направлении на угол до 90 градусов и ось вращения может не совпадать с продольной осью рабочего вала (Овсянкин В.В и др. Патент Украины №107856).
Указанные энергопоглощающие элементы волновых электростанций преобразуют энергию волн и течений и имеют либо предварительно заданную форму пространственной спирали (спирального ротора), либо приобретают ее под воздействием набегающих волн и течений, однако при взаимодействии с потоком они имеют некоторые недостатки:
- не достаточно эффективное преобразование энергии по длине и сечению водных потоков;
- неравномерность нагрузок по длине энергопоглощающего элемента из-за того, что передние витки спирали воспринимают большее влияние потока.
Задачей изобретения является повышение эффективности преобразования энергии водных потоков.
Поставленная задача достигается тем, что в известной конструкции энергопоглощающего элемента волновой электростанции, выполненного в виде гибкого продольного тела, состоящего из отдельных, соединенных внахлест, перемещающихся относительно друг друга ластообразных частей, и установленного в направляющих, позволяющих гибкому телу принимать под воздействием волн и течений форму пространственной спирали, либо позволяют задавать такую форму предварительной жесткой фиксацией положения, передавая, при этом, крутящий момент на рабочий вал или на элементы гидравлической трансмиссии, вышеупомянутый энергопоглощающий элемент имеет по всей длине внешнего контура выступающие плавники, отстоящие друг от друга, которые создаются формой образующих плавник ластообразных частей, что позволяет энергопоглощающему элементу под воздействием волн и течений или за счёт предварительной жесткой фиксации принимать форму пространственной спирали с периодически повторяющимися восходящими - нисходящими участками, чередующимися с участками цилиндрической спирали.
Указанная задача достигается также тем, что для акваторий с течением, как преобладающим фактором воздействия, энергопоглощающему элементу предварительно задается форма многозаходной пространственной спирали с жестко фиксированными параметрами, на которой имеется не менее двух восходящих - нисходящих участков спирали, головной и хвостовой, и расположенный между ними участок цилиндрической спирали.
Особенности и преимущества данного изобретения станут понятными из дальнейшего детального описания применения изобретения со ссылкой на чертежи, которые приведены ниже.
На чертежах:
на Фиг. 1 показан энергопоглощающий элемент для акваторий, где основным фактором воздействия являются волны;
на Фиг. 2 показан энергопоглощающий элемент для акваторий, где главным фактором воздействия являются течения.
На фигурах 1-2 представлено гибкое тело энергопоглощающего элемента, которое состоит из ластообразных частей (1), установленных в направляющие (2). По всей длине внешнего контура гибкого тела образованы выступающие плавники (3).
Волновая электростанция работает следующим образом.
Водный поток (волны и течения), набегая на волновую электростанцию, воздействует гидравлическим напором на энергопоглощающие элементы, что создает осевой крутящий момент на рабочем валу или усилие на гидроцилиндрах гидравлической трансмиссии.
Для акваторий, где основным фактором воздействия являются волны, энергопоглощающий элемент состоит из отдельных ластообразных частей (1), соединенных внахлест, свободно перемещающихся относительно друг друга и составляющих вместе гибкое продольное тело, установленное в направляющих (2). Наличие на внешнем контуре энергопоглощающего элемента выступающих плавников (3), позволяет ему под воздействием волн и течений принимать форму пространственной спирали с периодическими повторяющимися восходящими - нисходящими участками, чередующимися с участками цилиндрической спирали.
Для акваторий, где главным фактором воздействия являются течения, энергопоглощающему элементу предварительно задается форма спирали с жестко фиксированными параметрами, на которой имеются восходящие - нисходящие участки спирали, чередующиеся с участками цилиндрической спирали.
Наличие на пространственной спирали энергопоглощающего элемента периодически повторяющихся восходящих - нисходящих участков способствуют закручиванию потока и увлечению его к последующим виткам спирали, что существенно повышает равномерность и эффективность отбора мощности потока по всей длине энергопоглощающего элемента.
Испытания макетов энергопоглощающего элемента такой конструкции на волнах показали высокую равномерность воздействия волны по всей длине энергопоглощающего элемента.
Испытания спирального ротора с четырьмя гибкими продольными телами и с жестко зафиксированными параметрами проводились на течениях в диапазоне скоростей до 3 м/с. Результаты подтвердили высокую надежность и эффективность работы ротора. Коэффициент отбора мощности потока составил 0,70, тогда как в известных конструкциях он не превышает 0,35.