Пневмогидравлическая электростанция

Полезная модель относится к гидроэнергетике и может найти применение для преобразования энергии ветровых волн на поверхности акваторий, характеризующихся значительными колебаниями уровня водной поверхности из-за приливно-отливных или сгонно-нагонных явлений, в электрическую энергию.
Известна волновая электростанция, содержащая неподвижную опору, пневмогидравлическую камеру, подводная часть которой сообщена через открытый нижний торец с водоемом, а надводная - с атмосферой через закрепленный на верхнем торце камеры напорный воздуховод, поперек воздуховода установлена турбина с лопастями крыловидного профиля, турбина кинематически связана с генератором, установленном на верхнем торце камеры, на противоположных внутренних поверхностях воздуховода выполнены выступы с вогнутыми стенками, выступы примыкают с зазором к цилиндрической поверхности, сметаемой лопастями, на опоре размещен вращающийся привод, кинематически связанный с камерой, которая закреплена на опоре с возможностью вертикального перемещения в соответствии с колебаниями среднего уровня водной поверхности (Патент RU №2459974, 2012).
Недостаток аналога - для преобразования волновой энергии в электрическую используется только сжатый атмосферный воздух.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является энергоизвлекающая установка водометного типа, содержащая корпус, закрепленный в грунте ниже уровня воды, рабочий орган, размещенный с зазором внутри корпуса, и источник сжатого воздуха для взаимодействия с рабочим органом, причем она снабжена генератором, корпус закреплен в грунте при помощи свай, а рабочий орган выполнен в виде цилиндрического стакана, установленного с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и соединенного с генератором (Патент RU №2024780, 1994).
Недостаток прототипа - для преобразования волновой энергии в электрическую используется искусственно созданный источник сжатого воздуха, что приводит к усложнению конструкции и повышает затраты на получение электроэнергии.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в с упрощении конструкции и снижение затрат на получение электроэнергии за счет использования возобновляемых источников: волнения поверхности моря и атмосферного воздуха.
Для решения указанной проблемы и достижения заявленного технического результата пневмогидравлическая электростанция, содержащая корпус, рабочий орган с механизмом вращения вокруг вертикальной оси и размещенный с зазором внутри корпуса, источник сжатого воздуха, кольцевой распределитель сжатого воздуха и электрогенератор, дополнительно снабжена поплавком с тросами и якорями, корпус имеет форму цилиндра, нижнее основание которого открыто, а верхнее выполнено в виде конуса, рабочий орган выполнен в виде отрезка трубы прямоугольного поперечного сечения, стороны которого относятся как а:2а, стенка которой закручена по винтовой линии на 180°, механизм вращения рабочего органа вокруг вертикальной оси выполнен с использованием шестеренчатых обгонных муфт, переходника, паразитной шестерни и мультипликатора, источник сжатого воздуха выполнен в виде патрубка, размещенного на вершине конуса и оборудованного входным клапаном, который сообщается с запорным клапаном ресивера и полостью корпуса, кольцевой распределитель сжатого воздуха размещен с зазором у нижнего основания корпуса и соединен трубопроводом с ресивером.
Кроме того, заявляемое техническое решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, а именно:
рабочий орган размещен ниже среднего уровня воды в море;
механизм вращения рабочего органа размещен выше среднего уровня воды в море;
кольцевой распределитель сжатого воздуха имеет водонепроницаемый экран, к которому крепятся кольцевая и радиальные трубы с отверстиями для выхода сжатого воздуха.
Отличительными признаками предлагаемого устройства является то, что оно снабжено поплавком с тросами и якорями на дне моря, корпус имеет форму цилиндра, нижнее основание которого открыто, а верхнее основание выполнено в виде конуса, рабочий орган выполнен в виде отрезка трубы прямоугольного поперечного сечения, стороны которого относятся как а:2а, стенка которой закручена по винтовой линии на 180°, механизм вращения рабочего органа вокруг вертикальной оси выполнен с использованием шестеренчатых обгонных муфт, переходника, паразитной шестерни и мультипликатора, источник сжатого воздуха выполнен в виде патрубка, размещенного на вершине конуса и оборудованного входным клапаном, который сообщается с запорным клапаном ресивера и полостью корпуса, кольцевой распределитель сжатого воздуха размещен с зазором у нижнего основания корпуса и соединен трубопроводом с ресивером.
Благодаря наличию этих признаков применение поплавковой пневмогидравлической электростанции позволит использовать для преобразования волновой энергии в электрическую возобновляемый источник сжатого воздуха.
Предлагаемая пневмогидравлическая электростанция иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, 2 и 3.
На фиг. 1 показан вертикальный разрез пневмогидравлической электростанции.
На фиг. 2 - поперечный разрез А - А рабочего органа активной пневмогидравлической электростанции.
На фиг. 2 - поперечный разрез Б-Б кольцевого распределителя сжатого воздуха поплавковой пневмогидравлической электростанции.
Пневмогидравлическая электростанция содержит: дно моря - 1; якоря - 2; тросы - 3; водонепроницаемый экран - 4; крестовины - 5; решетку - 6; трубопровод - 7; поплавок - 8; шестеренчатую обгонную муфту - 9; паразитную шестерню - 10; ресивер - 11; запорный клапан - 12; патрубок - 13; входной клапан - 14; цилиндрический корпус - 15; электрогенератор - 16; мультипликатор - 17; шестеренчатую обгонную муфту - 18; переходник - 19; шестеренчатую обгонную муфту - 20; рабочий орган - 21; вал - 22; подшипниковые узлы - 23; кольцевую трубу - 24; радиальные трубы - 25; отверстия - 26, связи крепления - 27; электрический кабель - 28; герметический короб - 29.
Пневмогидравлическая электростанция работает следующим образом.
Рассмотрим два цикла работы: цикл всасывания - в полости цилиндрического корпуса 15 размещена подошва волны (фиг. 1); цикл сжатия - в полости цилиндрического корпуса 15 размещен гребень волны.
Цикл всасывания пневмогидравлической электростанции. В полости цилиндрического корпуса (в верхней части) имеет место пониженное давление (разряжение) за счет увеличения объема пустоты при спаде гребня волны до ее подошвы. В это пространство под атмосферным давлением через открытый входной клапан 14 поступает атмосферный воздух. Запорный клапан 12 ресивера 11 закрыт под действием атмосферного давления плюс столб воды в трубопроводе 7. Объем морской воды при спаде гребня до подошвы волны в цилиндрическом корпусе 15 движется вниз и, взаимодействуя с поверхностью рабочего органа 21, образует крутящий момент на валу 22 рабочего органа, выполненного в виде отрезка трубы прямоугольного поперечного сечения с отношением сторон а:2а, закрученного по винтовой линии на 180°. Большая площадь поверхности рабочего органа 21 способствует созданию значительного крутящего момента. Рабочий орган 21 (со связями крепления 27 к валу 22) и вращается в подшипниковых узлах 23 по часовой стрелке, которые размещены в крестовинах 5, прикрепленных к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 15. Вал 22 вращает шестеренчатую обгонную муфту 20, переходник 19, шестеренчатую обгонную муфту 18, мультипликатор 17 и электрогенератор 16, который вырабатывает электрический ток, поступающий по электрическому кабелю 28, проложенному по дну 1 моря на берег. Морская вода рабочим органом 21 выбрасывается в зону водонепроницаемого экрана 4 проходит сквозь решетку 6 и поступает в море. При этом решетка 6 очищается потоком воды. Поплавок 8 обеспечивает плавучесть электростанции, а тросы 3 с якорями 2 ее местоположение.
Цикл сжатия пневмогидравлической электростанции. Морская вода с волной поступает через решетку 6, взаимодействует с рабочим органом 21 и вращает вал 22 против часовой стрелки, далее вращение передается на шестеренчатую обгонную муфту 9 (переходник 19 работает вхолостую), паразитную шестерню 10, шестеренчатую обгонную муфту 18, мультипликатор 17 и электрогенератор 16, который вырабатывает электрический ток, поступающий по электрическому кабелю 28, проложенному по дну 1 моря на берег. Таким образом, механизм вращения рабочего органа 21, размещенный выше среднего уровня воды в море, обеспечивает вращение электрогенератора 16 в одном направлении при вращении рабочего органа 21 в двух направлениях. Гребень волны в полости цилиндрического корпуса 15 выполняет функцию поршня, который сжимает воздух в зоне выше рабочего органа 21, при этом входной клапан 14 закрывается, запорный клапан 12 в патрубке 13 открывается и сжатый воздух поступает в ресивер 11. По мере его накопления и повышения давления в ресивере 11 сжатый воздух по трубопроводу 7 поступает в кольцевую трубу 24 и радиальные трубы 25 и выходит через отверстия 26 в море. Поскольку диаметр водонепроницаемого экрана 4 больше диаметра цилиндрического корпуса 15, то всплывающий сжатый воздух из отверстий 26 кольцевой трубы 24 образует завесу из пузырьков воздуха, объем которых увеличивается при всплытии. Эта завеса выполняет функцию отпугивающего фактора для рыб и является рыбозащитным устройством. Сжатый воздух, всплывающий из радиальных труб 25, поступает в полость цилиндрического корпуса 15, по мере всплытия он увеличивается в объеме захватывает частицы морской воды, увеличивая скорость их движения и с большей интенсивность смесь воздействует на рабочий орган 21, увеличивая его крутящий момент. Это способствует увеличению выработки электрического тока электрогенератором 16. Процессу подсоса сжатого воздуха в полость цилиндрического корпуса 15 способствует пониженное давление в зоне решетки 6 в период прохода морской воды с повышенной скоростью. Циклы сменяют друг друга.
Использование пневмогидравлической электростанции позволит получать электрическую энергию за счет возобновляемых источников: волнения поверхности моря и сжатия атмосферного воздуха.