ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ОТ ОКЕАНСКОЙ ВОЛНЫ
OCEAN-WAVE GENERATOR

Область техники
Изобретение относится к электрогенераторному устройству от океанской волны.
Уровень техники изобретения
Так как генерирование энергии океана не приводит к загрязнению окружающей среды и не требует потребления топлива, использование энергии, содержащейся в океанской волне, становится целью исследования ученых в области морской инженерии всего мира. Китай имеет континентальную береговую линию протяженностью приблизительно 18000 километров и большое количество островов, благодаря чему богат энергией океана. В связи с возникновением все более серьезных кризисных ситуаций с огнеопасными энергоносителями, исследования и изобретения в области генерирования энергии океана являются принципиальной и важной задачей.
Для генерирования энергии океанской волны путем преобразования кинетической энергии волны в электрическую энергию может применяться электрогенераторное устройство от волны. Схема режимов работы электрогенераторного устройства зависит от колебаний волны и для эффективного поглощения энергии волны механизм движения устройства становится устойчивым, тем самым получая кинетическую энергию и генерируя электроэнергию. Из-за нестабильности волны некоторые виды стандартных электрогенераторных устройств устанавливаются на морском дне, из-за чего возникают такие проблемы, как сложная конструкция электрогенераторного устройства, быстро приходящая в негодность из-за коррозионного воздействия морской воды и колебаний моря, короткий срок службы, дорогостоящее производство и обслуживание и так далее. Другие виды стандартных электрогенераторных устройств плавают на морской поверхности, в них используется турбинное колесо для приведения ротора двигателя во вращательное движение соответствующим образом, тем самым генерируя электроэнергию. Во время вращения ротора двигателя происходит большая потеря энергии, в связи с чем этот вид двигателя имеет низкую эффективность преобразования. В то же время, из-за того, что стандартное турбинное колесо непосредственно соединено с ротором электрического генератора посредством трансмиссионного устройства, скорость вращения турбинного колеса строго ограничена энергией волны. Единственным способом повышения эффективности преобразования является увеличение размера турбинного колеса и соответственно увеличения механизма, связанного с ним, а тем самым и его стоимости, что является невыгодным для развития генерирования электроэнергии от океанской волны.
Сущность изобретения
Целью изобретения является создание электрогенераторного устройства от океанской волны, в котором двигатель располагается ниже уровня моря, а механизм, генерирующий электроэнергию, расположен над уровнем моря, и которое характеризуется высокой эффективностью генерирования энергии.
Достижение вышеуказанных целей обеспечивается следующим изобретением.
Электрогенераторное устройство от океанской волны, включающее поплавок, электрический генератор, многочисленные турбинные колеса, при этом электрический генератор зафиксирован на поплавке, устройство также включает ускоритель водяного потока, вращающийся вал, который вращается в согласовании с поплавком и ускорителем водяного потока и расположен между ускорителем водяного потока и поплавком, верхний конец вращающегося вала проходит через поплавок и соединяется с ротором электрического генератора, нижний конец вращающегося вала проходит через ускоритель водяного потока и соединяется в фиксированном положении с турбинным колесом, канал для прохождения водяного потока расположен в ускорителе водяного потока и служит для образования высокоскоростного водяного потока, тем самым приводя турбинные колеса во вращательное движение в одном направлении.
В данном варианте осуществления изобретения канал для прохождения водяного потока имеет спиральную форму, а внутренний диаметр канала для прохождения водяного потока постепенно уменьшается от его входа к выходу.
В данном варианте осуществления изобретения ускоритель водяного потока расположен над турбинным колесом, вход канала для прохождения водяного потока образует впускное отверстие для воды на верхней плоскости ускорителя водяного потока, выход канала для прохождения водяного потока образует выпускное отверстие для воды на нижней плоскости ускорителя водяного потока, выпускное отверстие для воды имеет отклонение от центра ускорителя водяного потока, и впускное отверстие для воды значительно больше выпускного отверстия для воды.
В данном варианте осуществления изобретения второй ускоритель водяного потока расположен под турбинным колесом, нижний конец вращающегося вала продлевается и проходит через второй ускоритель водяного потока, и канал для прохождения водяного потока расположен во втором ускорителе водяного потока и служит для образования высокоскоростного водяного потока, тем самым приводя турбинные колеса во вращательное движение в одном направлении.
В данном варианте осуществления изобретения канал для прохождения водяного потока имеет спиральную форму, внутренний диаметр канала для прохождения водяного потока постепенно уменьшается от его входа к выходу, вход канала для прохождения водяного потока образует второе впускное отверстие для воды на нижней плоскости второго ускорителя водяного потока, выход канала для прохождения водяного потока образует второе выпускное отверстие для воды на верхней плоскости второго ускорителя водяного потока, второе выпускное отверстие для воды имеет отклонение от центра второго ускорителя водяного потока, и второе впускное отверстие для воды значительно больше второго выпускного отверстия для воды.
В данном варианте осуществления изобретения вращающийся вал соединен в свободном положении с ускорителем водяного потока и вторым ускорителем водяного потока, фиксирующая втулка расположена на вращающемся валу и предназначена для того, чтобы препятствовать осевому движению ускорителя водяного потока и второго ускорителя водяного потока, и парные ограничители расположены на боковой поверхности ускорителя водяного потока и второго ускорителя водяного потока и предназначены для препятствия их вращению.
В данном варианте осуществления изобретения водоприемник с вертикально направленным приемным окном расположен в основании поплавка, водоприемник соединен в фиксированном положении с поплавком, вертикальная пластина расположена на боковой поверхности водоприемника, вращающийся вал проходит через ускоритель водяного потока и второй ускоритель водяного потока с возможностью вращения, и ускоритель водяного потока и второй ускоритель водяного потока соединены в фиксированном положении с водоприемником посредством соединительного кожуха.
В данном варианте осуществления изобретения поплавок удерживается на поверхности воды, поплавок включает верхнюю прижимную пластину, нижнюю прижимную пластину и плавучую вставку, расположенную между верхней прижимной пластиной и нижней прижимной пластиной, верхняя прижимная пластина, нижняя прижимная пластина и плавучая вставка соединены в фиксированном положении друг с другом, многочисленные соединительные планки расположены на основании нижней прижимной пластины, и основание соединительной планки соединено в фиксированном положении с основанием водоприемника.
В данном варианте осуществления изобретения многочисленные лопасти равномерно распределены по боковой поверхности турбинного колеса, и лопасть представляет собой гладкую дугообразную пластину.
Преимущества изобретения:
1. Турбинное колесо соединено в фиксированном положении с вращающимся валом, так как турбинное колесо поднимается вместе с океанской волной, в ускорителе водяного потока над турбинным колесом образуется высокоскоростной поток по направлению вниз, который приводит турбинное колесо во вращательное движение по часовой стрелке; так как турбинное колесо опускается вместе с океанской волной, во втором ускорителе водяного потока под турбинным колесом образуется высокоскоростной поток по направлению вверх, который приводит турбинное колесо во вращательное движение в том же направлении, тем самым компенсируя потерю энергии, вызванную различными направлениями вращения при поднятии и опускании турбинных колес. Канал прохождения водяного потока в ускорителе водяного потока и канал прохождения водяного потока во втором ускорителе водяного потока имеют спиральную форму, а их внутренний диаметр постепенно уменьшается от входа к выходу, так как входящий и выходящий потоки, проходящие через ускорители водяного потока по направлению вверх и вниз, одинаковы, скорость потока в выпускном отверстии для воды больше, чем скорость потока во впускном отверстии для воды, что значительно повышает мощность и эффективность преобразования изобретения, так как водяной поток оказывает воздействие на турбинное колесо.
2. Водоприемник с вертикально направленным приемным окном расположен в основании поплавка, так как поплавок и водоприемник поднимаются вместе с волной, выталкивающая сила воздействует на поплавок и ускоритель водяного потока быстро двигается вверх в неподвижном водном слое и приводит турбинное колесо во вращательное движение по часовой стрелке, тем самым генерируя энергию. Когда океанская волна достигает своей вершины, поплавок и водоприемник поднимаются не одновременно с океанской волной, так как турбинное колесо оказывает противодействие поплавку и водоприемнику, в это время потенциальная энергия воды в водоприемнике преобразуется в кинетическую энергию второго ускорителя водяного потока для движения вниз, что повышает эффективность генерирования электроэнергии.
3. Два или больше каналов для прохождения водяного потока расположены в ускорителе водяного потока, и два или больше каналов прохождения водяного потока расположены во втором ускорителе водяного потока, тем самым еще более повышая эффективность преобразования; помимо добавления каналов для прохождения водяного потока, многочисленные группы ускорителей водяного потока расположены на нижнем конце вращающегося вала через определенный интервал. Механизм генерирования энергии, состоящий из турбинного колеса и второго ускорителя водяного потока, значительно повышает эффективность преобразования данного изобретения.
4. Так как поплавок удерживается на поверхности воды, вращающийся вал и электрический генератор расположены вертикально, турбинное колесо, ускоритель водяного потока и второй ускоритель водяного потока, снабжающие энергией, находятся ниже уровня моря, а электрический генератор находится над уровнем моря, это предохраняет электрический генератор и его составные элементы от коррозионного воздействия морской воды, а также увеличивает срок его службы.
Краткое описание сопровождающих чертежей
Ниже приведено описание сопровождающих чертежей в соответствии с вариантами осуществления изобретения:
ФИГ.1 - схема первого варианта осуществления изобретения;
ФИГ.2 - первый вариант осуществления изобретения при использовании в океане;
ФИГ.3 - вид в поперечном разрезе электрического генератора, вращающегося вала и поплавка первого варианта осуществления изобретения;
ФИГ.4 - схема ускорителя водяного потока первого варианта осуществления изобретения;
ФИГ.5 - схема второго ускорителя водяного потока первого варианта осуществления изобретения;
ФИГ.6 - вертикальная проекция турбинного колеса первого варианта осуществления изобретения;
ФИГ.7 - чертеж, демонстрирующий принцип работы первого варианта осуществления изобретения;
ФИГ.8 - схема второго варианта осуществления изобретения;
ФИГ.9 - чертеж, демонстрирующий принцип работы второго варианта осуществления изобретения; и
ФИГ.10 - вид спереди третьего варианта осуществления изобретения.
Варианты осуществления изобретения
Как показано на чертежах, электрогенераторное устройство от океанской волны данного изобретения включает поплавок 2, электрический генератор 3, турбинное колесо 4 и ускоритель водяного потока 5. Электрический генератор 3 зафиксирован на поплавке 2, водоприемник 8 с вертикально направленным приемным окном расположен в основании поплавка 2, водоприемник 8 соединен в фиксированном положении с поплавком 2, вертикальная пластина 81 расположена на боковой поверхности водоприемника 8 и предназначена для предотвращения его вращения. Вращающийся вал 1, который вращается в согласовании с поплавком 2 и ускорителем водяного потока 5, расположен между ускорителем водяного потока 5 и поплавком 2, верхний конец вращающегося вала 1 проходит через поплавок 2 и соединяется с ротором электрического генератора 3, нижний конец вращающегося вала 1 проходит через ускоритель водяного потока 5 и соединяется в фиксированном положении с турбинным колесом 4, канал для прохождения водяного потока 51 расположен в ускорителе водяного потока 5 и служит для образования высокоскоростного водяного потока, тем самым приводя турбинные колеса 4 во вращательное движение в одном направлении. Так как турбинное колесо 4 побуждает электрический генератор 3 к генерированию электроэнергии посредством вращающегося вала 1, движущая сила, имеющая то же направление, что и направление вращения вращающегося вала 1, оказывает воздействие на электрический генератор 3, так как вертикальная пластина 81, расположенная на боковой поверхности водоприемника 8, погружена в морскую воду, движущая сила, воздействующая на электрический генератор 3, передается водоприемнику 8. Так как при вращении вертикальной пластине 81 приходится преодолевать сопротивление морской воды, сопротивление вращению вертикальной пластины 81 рассчитано так, чтобы быть намного большим, чем движущая сила, воздействующая на электрический генератор 3 во время генерирования электроэнергии, что обеспечивает отсутствие вращения корпуса 30 во время генерирования электроэнергии электрическим генератором 3.
В трех вариантах осуществления изобретения вращающийся вал 1 представляет собой вертикально расположенный длинный стержень, а ускоритель водяного потока 5 представляет собой вертикально расположенный цилиндр. Поплавок 2 является достаточно большим, благодаря чему он постоянно находится на поверхности воды во время волнового процесса. Поплавок 2 включает верхнюю прижимную пластину 21, нижнюю прижимную пластину 23 и плавучую вставку 22, расположенную между пластинами. Верхняя прижимная пластина 21, нижняя прижимная пластина 23 и плавучая вставка 22 соединены в фиксированном положении друг с другом. Многочисленные соединительные планки 24 расположены на основании нижней прижимной пластины 23 и основание соединительной планки 24 соединено в фиксированном положении с основанием водоприемника 8. Крепежная скоба 9 расположена на верхней плоскости верхней прижимной пластины 21 поплавка 2, один конец крепежной скобы 9 соединен в фиксированном положении с верхней прижимной пластиной 21, а другой конец крепежной скобы 9 соединен в фиксированном положении с корпусом 30 электрического генератора 3.
Многочисленные лопасти 41 равномерно распределены по боковой поверхности турбинного колеса 4 и лопасть 41 представляет собой гладкую дугообразную пластину. Ускоритель водяного потока 5 расположен над турбинным колесом 4, канал для прохождения водяного потока имеет спиральную форму и внутренний диаметр канала для прохождения водяного потока 51 постепенно уменьшается от его входа к выходу. Вход канала для прохождения водяного потока 51 образует впускное отверстие для воды 52 на верхней плоскости ускорителя водяного потока 5, и выход канала для прохождения водяного потока 51 образует выпускное отверстие для воды 53 на нижней плоскости ускорителя водяного потока 5. Выпускное отверстие для воды 53 имеет отклонение от центра ускорителя водяного потока 5, и впускное отверстие для воды 52 значительно больше выпускного отверстия для воды 53. Так как впускное отверстие для воды 52 значительно больше выпускного отверстия для воды 53, а внутренний диаметр канала для прохождения водяного потока 51 постепенно уменьшается, морская вода в канале для прохождения водяного потока 51 образует высокоскоростной поток в выпускном отверстии для воды 53, который оказывает воздействие на лопасть 41 турбинного колеса 4 и приводит вращающийся вал 1 во вращательное движение по часовой стрелке, тем самым генерируя энергию.
Второй ускоритель водяного потока расположен под турбинным колесом 4, нижний конец вращающегося вала продлевается и проходит через второй ускоритель водяного потока 6, а канал для прохождения водяного потока 61 расположен во втором ускорителе водяного потока 6 и служит для образования высокоскоростного водяного потока, тем самым приводя турбинные колеса 4 во вращательное движение в одном направлении. Канал для прохождения водяного потока 61 имеет спиральную форму, внутренний диаметр канала для прохождения водяного потока 61 постепенно уменьшается от его входа к выходу, вход канала для прохождения водяного потока 61 образует второе впускное отверстие для воды 62 на нижней плоскости второго ускорителя водяного потока 6, выход канала для прохождения водяного потока 61 образует второе выпускное отверстие для воды 63 на верхней плоскости второго ускорителя водяного потока 6, второе выпускное отверстие для воды 63 имеет отклонение от центра второго ускорителя водяного потока 6, и второе впускное отверстие для воды 62 значительно больше второго выпускного отверстия для воды 63. Так как второе впускное отверстие для воды 62 значительно больше второго выпускного отверстия для воды 63, а внутренний диаметр канала для прохождения водяного потока 61 постепенно уменьшается, морская вода в канале для прохождения водяного потока 61 образует высокоскоростной поток во втором выпускном отверстии для воды 63, который оказывает воздействие на лопасть 41 турбинного колеса 4 и приводит вращающийся вал 1 во вращательное движение по часовой стрелке, тем самым генерируя энергию.
Как показано на ФИГ.1-7, в первом варианте осуществления изобретения канал для прохождения водяного потока 51 расположен в ускорителе водяного потока 5, а канал для прохождения водяного потока 61 расположен во втором ускорителе водяного потока 6. Вращающийся вал 1 соединен в свободном положении с ускорителем водяного потока 5 и вторым ускорителем водяного потока 6, фиксирующая втулка 11 расположена на вращающемся вале 1 и предназначена для того, чтобы препятствовать осевому движению ускорителя водяного потока 5 и второго ускорителя водяного потока 6. Таким образом, в процессе работы вращающийся вал 1 может вращаться в согласовании с ускорителем водяного потока 5 и вторым ускорителем водяного потока 6 и в то же время приводить в движение по направлению вверх и вниз ускоритель водяного потока 5 и второй ускоритель водяного потока 6. Парный ограничитель 64 расположен на боковой поверхности ускорителя водяного потока 5 и второго ускорителя водяного потока 6 и служит для препятствия их вращению. Парный ограничитель 64 предназначен для преодоления противодействия, оказываемого высокоскоростным водяным потоком, образующимся в ускорителе водяного потока 5 и во втором ускорителе водяного потока 6, а также для предотвращения вращения ускорителя водяного потока 5 и второго ускорителя водяного потока 6, тем самым увеличивая эффективность преобразования.
Принцип работы первого варианта осуществления изобретения является следующим.
В первой фазе поплавок 2 движется вверх вместе с волной, турбинное колесо 4 поднимается в неподвижном водном слое, поток морской воды проходит через впускное отверстие для воды 52, канал для прохождения водяного потока 51 и выпускное отверстие для воды 53 в ускорителе водяного потока 5, при этом в выпускном отверстии для воды 53 образуется высокоскоростной водяной поток, который движется намного быстрее потока во впускном отверстии для воды 52. Высокоскоростной водяной поток оказывает воздействие на турбинное колесо 4 и приводит вращающийся вал 1 во вращательное движение по часовой стрелке, таким образом происходит первая фаза генерирования энергии. В это время второй ускоритель водяного потока 6 находится в нерабочем состоянии. Во время восхождения движение поплавка 2 верх является неравномерным. При достижении вершины волны ускоритель водяного потока 5 прекращает движение вверх в неподвижном водном слое, турбинное колесо 4 по инерции продолжает свое вращение. В это время вращающийся вал 1 продолжает свое вращение. Затем под воздействием силы тяжести поплавок 2, водоприемник 8, находящийся по ним, и морская вода в водоприемнике 8 входят во вторую фазу вместе с нисхождением волны.
Во второй фазе ускоритель водяного потока 5 находится в нерабочем состоянии. Поток морской воды проходит через второе впускное отверстие для воды 62, канал для прохождения водяного потока 61 и второе выпускное отверстие для воды 63 во втором ускорителе водяного потока 6, при этом во втором выпускном отверстии для воды 63 образуется высокоскоростной водяной поток, который движется намного быстрее потока во втором впускном отверстии для воды 62. Высокоскоростной водяной поток оказывает воздействие на турбинное колесо 4 и приводит вращающийся вал 1 во вращательное движение по часовой стрелке, таким образом происходит вторая фаза генерирования энергии. Во время нисхождения движение поплавка 2 вниз является неравномерным. При достижении подошвы волны второй ускоритель водяного потока 6 прекращает движение вниз в неподвижном водном слое, турбинное колесо по инерции продолжает свое вращение. После этого, изобретение снова поднимается вместе с волной и происходит циклическое генерирование энергии. В результате во время восхождения и нисхождения изобретения вращающийся вал 1 постоянно вращается по часовой стрелке, таким образом предотвращая потерю энергии при вращении вращающегося вала 1 в различных направлениях.
Эксплуатация изобретения происходит в океане. Объект, находящийся на определенной глубине недалеко от поверхности воды, производит плавательные движения вместе с волной и находится в слое волны. Объект находится в неподвижном водном слое, если он расположен на определенной глубине под водой, где вода находится в неподвижном состоянии. При использовании изобретения поплавок 2 расположен над уровнем моря и в слое волны, поплавок 2 производит плавательные движения вверх и вниз вместе с волной. Турбинное колесо 4, ускоритель водяного потока 5 и второй ускоритель водяного потока 6 находятся в неподвижном водном слое. Таким образом, изобретение использует движение морской волны и преобразует энергию волны в механическую кинетическую энергию и затем механическую кинетическую энергию в электрическую энергию. Так как поплавок 2 находится на поверхности воды, вращающийся вал 1 и электрический генератор 3 расположены вертикально, турбинное колесо 4, ускоритель водяного потока 5 и второй ускоритель водяного потока 6, снабжающие энергией, находятся ниже уровня моря, а электрический генератор 3 расположен над уровнем моря, это предохраняет электрический генератор 3 и его составные элементы от коррозионного воздействия морской воды, а также увеличивает срок его службы.
На практике вращающийся вал 1 осуществляет свое вращение по часовой стрелке, но также является возможным применение вращения вращающегося вала 1 против часовой стрелки посредством изменения направления спиральной формы канала для прохождения водяного потока 51 и канала для прохождения водяного потока 61, при этом принципы работы изобретения остаются неизменными. При использовании и размещении в определенной зоне на морской поверхности многочисленных электрогенераторных устройств от океанской волны количество электричества, генерируемое всеми устройствами, накапливается и передается на берег для дальнейшей качественной обработки, при этом накопление электроэнергии всех устройств может осуществляться с помощью плавающей рамы. Для накопления электроэнергии является также возможным сначала обработка электроэнергии каждого устройства, а затем ее накопление, или накопление электроэнергии всех устройств, а затем ее обработка, или ионизация близлежащего водного пространства, в результате чего генерируется водород, который затем передается на берег для дальнейшего использования.
Как показано на ФИГ.8 и 9, во втором варианте осуществления изобретения два канала для прохождения водяных потоков 51 расположены в ускорителе водяного потока 5, а впускные отверстия для воды 52 и выпускные отверстия для воды 53, соответствующие каналам для прохождения водяных потоков 51, еще более повышают эффективность преобразования.
При этом два канала для прохождения водяных потоков 61 расположены во втором ускорителе водяного потока 6, а вторые впускные отверстия для воды 62 и вторые выпускные отверстия для воды 63, соответствующие каналам для прохождения водяных потоков 61, еще более повышают эффективность преобразования. Вращающийся вал 1 соединен в свободном положении с ускорителем водяного потока 5 и вторым ускорителем водяного потока 6, фиксирующая втулка 11 расположена на вращающемся валу 1 и предназначена для препятствия осевому движению ускорителя водяного потока 5 и второго ускорителя водяного потока 6. Таким образом, в процессе работы вращающийся вал 1 может вращаться в согласовании с ускорителем водяного потока 5 и вторым ускорителем водяного потока 6 и в то же время приводить в движение вверх и вниз ускоритель водяного потока 5 и второй ускоритель водяного потока 6. Многочисленные парные ограничители 64 расположены на боковой поверхности ускорителя водяного потока 5 и второго ускорителя водяного потока 6. Во втором варианте осуществления изобретения помимо добавления каналов прохождения водяного потока 51 или каналов прохождения водяного потока 61, многочисленные группы ускорителей водяного потока 5 расположены на нижнем конце вращающегося вала 1 через определенный интервал. Механизм генерирования энергии (не показан), состоящий из турбинного колеса 4 и второго ускорителя водяного потока 6, значительно повышает эффективность преобразования данного изобретения.
Как показано на ФИГ.10, в третьем варианте осуществления изобретения один или больше каналов для прохождения водяных потоков могут быть расположены в ускорителе водяного потока 5 и втором ускорителе водяного потока 6 (не показано). Вращающийся вал 1 проходит через ускоритель водяного потока 5 и второй ускоритель водяного потока 6 с возможностью вращения. Ускоритель водяного потока 5 и второй ускоритель водяного потока 6 соединены в фиксированном положении с водоприемником 8 посредством соединительного кожуха 7. Так как вертикальная пластина 81, расположенная на боковой поверхности указанного водоприемника, блокирует его вращение, ускоритель водяного потока 5 и второй ускоритель водяного потока 6 не имеют возможности вращаться, таким образом вращение ускорителя водяного потока 5 и второго ускорителя водяного потока 6 не сказывается на эффективности преобразования.