УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВОЛНЫ
DEVICE FOR WAVE ENERGY CONVERSION

Предлагаемое изобретение относится к возобновляемым источникам гидроэнергетики и может быть эффективно использовано для выработки электрической энергии от движения волн в морях, океанах и на крупных озерах.
Известно, например, «Устройство для использования энергии волны» автора Мишнева А.П. по авторскому свидетельству СССР №1705604, МПК F03B 13/12.
Данное устройство содержит камеру, частично заполненную водой с образованием воздушного объема, волноприемник, соединенный с камерой каналом с обратным клапаном, водоприемную трубу, сообщающуюся с воздушной камерой через эрлифтные трубки.
Это устройство предназначено для использования энергии волны только с целью подачи потребителям воды, насыщенной воздухом, и не предполагает выработку им электроэнергии.
Известна также «Волновая установка для получения электрической энергии» автора Фам Ван Диепа по патенту РФ №2410566, МПК F03b 13/22, F03B 7/00.
Волновая установка содержит рабочее колесо, генератор и волноприемник, расположенный за рабочим колесом, по направлению волн. Волноприемник одним концом соединен с опорой, а вторым с понтоном. Рабочее колесо, закрепленное на понтоне, вращается от энергии движения волны и вращает электрогенератор.
Недостатком данного устройства является его низкая производительность, поскольку используется малая доля гидравлической энергии волны, определяемая размерами ротора, захватившего лопастями часть потока.
Кроме того, получение стабильной энергии от пульсирующего ротора проблематично.
Известна также «Мобильная волновая электростанция» авторов Щеклеина С.Е. и Попова А.И. по патенту РФ №2580251, МПК F03B 13/24.
Электростанция содержит плавающую платформу с волноприемной камерой, соединенной с воздуховодом и воздушной турбиной, подключенной к электрогенератору.
Камера выполнена в виде V-образного протяженного вдоль фронта волны тоннеля и с подпружиненном клапаном на выходе узкой части тоннеля, соединенного с воздуховодом, подключенным к хранилищу сжатого воздуха.
Недостатком данного устройства является ограниченная мощность отбираемой гидравлической энергии волны, обусловленная ее разовым ударным воздействием на волноприемную камеру и необходимостью дальнейшего преобразования сжатого воздуха в электрическую энергию.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является «Гидрогенератор» автора Лю Чжэня по заявке КНР на изобретение CN 106065842 A, 02. 11. 2016, F03B 9/00, содержащий плавающую платформу (катамаран), волноприемные щиты (силовые пластины), размещенные на осях, цепь (цепное кольцо), связанное со звездочками и с генератором электрической энергии.
Особенность данной конструкции в том, что две звездочки с частью цепи и щитами размещаются на плавающей платформе, а две другие звездочки с другой частью этой круговой цепи так же со щитами находятся под водой, образуя подобие скребкового конвейера.
Движущие волны оказывают давление только на щиты, находящиеся под водой, понуждая их перемещаться вместе с цепью, а щиты, перемещающиеся по воздуху, не несут силовых нагрузок.
Недостатком данного устройства является его ограниченная мощность, обусловленная тем, что давление (удар) волны будет восприниматься только первым по ходу движения щитом, а остальные щиты находятся в его тени и воспринимают меньшие нагрузки в потоке воды, что не позволяет увеличить вырабатываемую генератором мощность.
Технический результат предложенного изобретения в увеличении мощности устройства для преобразования энергии волн за счет использовании нескольких ударных воздействий от каждой волны.
Технической проблемой, которую решает настоящее изобретение, является увеличение ранее ограниченной мощности, отбираемой гидравлической энергии волны при ее преобразовании в электрическую энергию.
Техническое решение достигается за счет того, что в устройстве для преобразования энергии волны, содержащем плавающую платформу, волноприемные щиты, размещенные на осях, цепь, соединенную с зубчатыми колесами и электрогенератором, оси выполнены крестообразными и установлены на подшипниковых опорах на плавающей платформе, на вертикальных концах осей размещены волноприемные ковшеобразные щиты с противовесами, расположенными под платформой, а по обе стороны платформы на горизонтальных концах крестообразных осей закреплены с прямым и с обратным вращением храповые механизмы, размещенные внутри поворачивающихся на них зубчатых колес, соединенных по обе стороны платформы цепью, вращающей зубчатый механизм привода электрогенератора, причем на оси привода электрогенератора размещен маховик, сглаживающий пульсации прерывистого движения.
На чертеже Фиг. 1 показан вид с боку «Устройства для преобразования энергии волны», на Фиг. 2 - вид сверху, на Фиг. 3 - спереди, на Фиг. 4 приведен пример исполнения храпового механизма в составе устройства с фиксированием перемещения собачками.
В устройстве могут использоваться разные конструкции храповых механизмов, передающие движение от ведущего звена ведомому, например, с помощью подпружиненных собачек или заклинивающих звенья шариков.
Устройство содержит плавающую платформу 1, на которой с помощью подшипниковых опор 2 размещены на своих вертикальных концах крестообразных осей 3 над платформой волноприемные ковшеобразные щиты 4, под платформой противовесы 5, а по обе стороны платформы (Фиг. 3) на горизонтальных концах крестообразных осей закреплены с прямым и обратным вращением храповые механизмы 6, например, с собачками 7 (Фиг. 4), расположенные внутри поворачивающихся на них рабочих зубчатых колес 8, соединенных цепью 9 между собой и зубчатым механизмом 10 низкооборотного электрогенератора 11, причем на оси привода генератора размещен маховик 12. Волноприемные щиты располагаются друг от друга по длине платформы вдоль движения волны на расстоянии не меньше высоты щитов, а для перемещения нижнего конца оси с противовесом, в платформе выполнены сквозные продольные прорези 13. Количество щитов на платформе определяется конкретной конструкцией устройства, поэтому на чертежах показаны только первые два щита по направлению движения волны V и -последний после схода волны с платформы.
«Устройство для преобразования энергии волны» работает следующим образом. В устройстве используется принцип народной игрушки «Ванька-встанька»: восстановление вертикального положения щитов после воздействия на них волн с помощью груза-противовеса.
Платформа 1 закрепляется на поверхности моря любым известным способом, например, якорем. Удлиненный корпус платформы под действием потока воды самопроизвольно устанавливается перпендикулярно фронту волнового движения.
Каждая волна V, набегающая на платформу 1, последовательно ударяет в ковшеобразные щиты 4, расположенные вдоль платформы, наклоняя их по направлению движения волны на определенный угол в зависимости от гидравлической мощности волны (на Фиг. 1 наклон показан пунктирными линиями). При наклоне любого щита 4 происходит поворот горизонтальных концов крестообразных осей 3, на которых закреплены типовые храповые механизмы 6 (Фиг. 4) с прямым вращением. Собачки 7 таких храповых механизмов, упирающиеся во внутренние выступы зубчатых колес 8 поворачивают их по часовой стрелке на некоторый угол, например, для правой стороны платформы по направлению движения волн (ведущее звено).
Максимальный угол поворота 90 градусов будет достигнут, если щиты под ударом волны примут горизонтальное положение.
Каждая волна, последовательно наклоняя щиты 4 понуждает также последовательно поворачиваться колеса 8, связанные между собой цепью (ведомое звено), и вращать зубчатый механизм 10 привода электрогенератора 11.
При движении волны вдоль платформы нижний конец оси 3 с противовесом 5 перемещается в прорези 13 платформы, причем противовес отклоняется в противоположный угол от щитов. После прохождения волны последовательно через каждый волноприемный щит 4, противовес 5 стремится вернутся в вертикальное положение, при этом происходит обратный поворот горизонтальных концов крестообразных осей 3 и храповых механизмов 6 правой стороны платформы в исходное положение, при этом их собачки 7 скользят, не производя зацепление (Фиг. 4).
Одновременно, при каждом возврате противовесов 5 против часовой стрелки в исходное вертикальное положение осуществляется работа храповых механизмов 6 обратного вращения, расположенных с левой стороны платформы, конструкция которых и принцип работы зеркально противоположный (ведущее звено).
В эти моменты времени их собачки 7 в храповых механизмах поворачивают зубчатые колеса 8 для движения цепи 9 также в согласованном режиме направо (ведомое звено). Таким образом, при наклоне щитов 4 двигается цепь 9 с правой стороны платформы, а при возврате щитов 4 и противовесов 5 в исходное вертикальное положение двигается цепь 9 с левой стороны платформы.
Если количество волноприемных щитов таково, что проходящая волна достигает последнего щита, а следующая волна находится на первом по порядку щите, то обеспечиваются непрерывное движение цепей 9 по обе стороны платформы и равномерные обороты электрогенератора 11.
При малом количестве волноприемных щитов целесообразно на оси привода электрогенератора 11 размещать маховик 12, сглаживающий пульсации прерывистого движения цепей 9.
В устройстве может использоваться низкооборотный электрогенератор на постоянных магнитах или следует использовать повышающий редуктор.
Предлагаемое «Устройство для преобразования энергии волны» не сложно по конструкции, содержит типовые узлы и элементы, поэтому может быть рекомендована к дальнейшей разработке конструкторско-технологической документации с целью последующего изготовления опытных образцов на разные диапазоны мощностей.