RU2592094C1

RU2592094C1 - Wave power plant

Info

Publication number: RU2592094C1
Application number: RU2015113540/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Евгеньевич Щеклеин; Александр Ильич Попов; Владимир Иванович Велькин
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2016-07-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention is intended for generation of electric energy from wave motion in seas and oceans. Wave power plant comprises a platform on pontoons with electric generator and rod with gear. On platform with help of stands there is an arc-like gear rocker. Rod is fixed on platform by means of movable joint. Lower end of rod located in water is equipped with load, and to upper end of rod is fixed a stator generator. Gear to whose axis is attached a generator rotor is pressed to surface of arched gear yoke with arc radius equal to radius of turn of rod on its hinge.

EFFECT: invention is aimed at maximum adaptation of wave power plant to intensity of sea disturbance.

3 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии от гидравлической энергии движущихся волн в морях и океанах.The present invention relates to hydropower and can be used to generate electricity from the hydraulic energy of moving waves in the seas and oceans.

Известны многочисленные волновые установки, использующие различные варианты преобразования энергии волн.Numerous wave installations are known using various wave energy conversion options.

Предложенное техническое решение относится к устройствам, принцип действия которых основан на том, что при качении на волнах изменяются пространственные положения различных узлов устройства.The proposed technical solution relates to devices, the principle of which is based on the fact that when rolling on waves, the spatial positions of various nodes of the device change.

По классификации Мак-Корми М. Преобразование энергии волн. М., 1985, пер. с англ., с. 95, рис. 5.1,б, к ним относятся установки для выработки электроэнергии с механическим приводом.According to the classification of McCormy M. Transformation of wave energy. M., 1985, trans. from English, p. 95, fig. 5.1, b, these include installations for generating electricity with a mechanical drive.

Устройство на рис. 5.1,б, с. 95 содержит генератор, шкив с пружинным и храповым механизмом, поплавковое тело с креновыми движениями и якорь.The device in fig. 5.1, b, s. 95 contains a generator, a pulley with a spring and ratchet mechanism, a float body with heel movements and an anchor.

Недостатком данного устройства является малая вырабатываемая мощность, обусловленная формой конуса и усилием пружины храпового механизма.The disadvantage of this device is the low power generated due to the shape of the cone and the spring force of the ratchet mechanism.

Известна также волновая энергетическая установка «Качающийся плот» по французскому патенту, изображенная на рис. 6.18, см. Волшаник В.В., Орехов Г.В. Низконапорные гидравлические двигатели. М., 2009, с. 325.Also known wave power plant "Swinging raft" according to the French patent, shown in Fig. 6.18, see Volshanik V.V., Orekhov G.V. Low pressure hydraulic motors. M., 2009, p. 325.

Предложенная конструкция содержит корпус, разделенный на заполненные жидкостью отсеки, сообщающиеся через водяное колесо. При качке жидкость перетекает из верхнего отсека в нижний, вращая колесо и связанный с ним генератор.The proposed design comprises a housing divided into liquid-filled compartments communicating through a water wheel. During pumping, fluid flows from the upper compartment to the lower, rotating the wheel and the associated generator.

Данное устройство отличается громоздкостью и низким КПД, т.к. увеличивается число преобразований видов энергии: гидравлическая энергия качки в механическую энергию водяного колеса, а затем механическая энергия в электрическую, вырабатываемую генератором.This device is cumbersome and low efficiency, because the number of transformations of energy types is increasing: hydraulic energy of pitching into mechanical energy of a water wheel, and then mechanical energy into electrical energy generated by a generator.

Ближайшим аналогом (прототипом) является «Устройство для использования энергии волн», автора Прокопова О.И. по авторскому свидетельству СССР №1118793, МПК F03B 13/12, непосредственно преобразующее механическую энергию качения в электроэнергию.The closest analogue (prototype) is the "Device for the use of wave energy", the author Prokopova O.I. according to the author's certificate of the USSR No. 1118793, IPC F03B 13/12, which directly converts mechanical rolling energy into electricity.

Данное устройство содержит плавучую платформу с установленным на ней электрогенератором и закрепленными по краям платформы понтонами. На платформе закреплена штанга, внутри которой размещен вал, одним концом через шестерни редуктора соединенный с генератором, а другим подводным концом - с рабочими колесами.This device contains a floating platform with an electric generator installed on it and pontoons fixed along the edges of the platform. A rod is fixed on the platform, inside of which there is a shaft, one end connected to the generator through the gears of the gearbox, and the other underwater end to the impellers.

При качании платформы подводные колеса через редуктор передают вращение валу и далее - на генератор.When the platform is swinging, the submarine wheels transmit the rotation to the shaft through the gearbox and then to the generator.

Недостатками данного устройства являются трудность в реализации из-за наличия двух угловых редукторов: верхнего и нижнего, а также низкий КПД из-за сложной цепочки преобразования видов энергии, поскольку волновая качка сначала преобразуется в механическую энергию подводных рабочих колес, затем механическая передача через два редуктора передает механическую энергию на вращение генератора.The disadvantages of this device are the difficulty in implementation due to the presence of two angular gears: upper and lower, as well as low efficiency due to the complex chain of conversion of energy types, since the wave rolling is first converted into mechanical energy of the underwater impellers, then mechanical transmission through two gears transfers mechanical energy to the rotation of the generator.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.The task of the invention is to remedy these disadvantages.

Технический результат предлагаемого решения заключается в следующем:The technical result of the proposed solution is as follows:

- повышен КПД волновой электростанции за счет прямого преобразования механической качки платформы в электрическую энергию;- increased efficiency of the wave power plant due to the direct conversion of the mechanical rolling of the platform into electrical energy;

- упрощена конструкция, не использующая водяные колеса (турбины), а также механические трансмиссии (редуктора, валы);- simplified design that does not use water wheels (turbines), as well as mechanical transmissions (gearboxes, shafts);

- увеличена мобильность волновой электростанции, которая может быть трансформирована в районы с большей волновой энергией;- increased mobility of the wave power plant, which can be transformed into areas with greater wave energy;

- увеличена эффективность оснащения платформы килем-стабилизатором и размещения плавучей платформы на тросе за опорой, что позволяет устройству самоориентироваться на фронт движения волны;- increased the efficiency of equipping the platform with a keel-stabilizer and placing a floating platform on a cable behind a support, which allows the device to self-orientate to the front of the wave;

- увеличена эффективность установки за счет возможности регулировать положение понтонов на плавучей платформе.- increased installation efficiency due to the ability to adjust the position of the pontoons on a floating platform.

Таким образом, предлагаемое техническое решение предполагает максимальную адаптацию к интенсивности морского волнения.Thus, the proposed technical solution involves the maximum adaptation to the intensity of sea waves.

Это достигается тем, что на волновой электростанции, содержащей платформу на понтонах с установленными на ней электрическим генератором и штангой с шестерней, размещено дугообразное зубчатое коромысло, штанга закреплена на платформе посредством подвижного шарнира, причем нижний ее конец, находящийся в воде, оснащен грузом, к верхнему концу штанги прикреплен статор генератора, а шестерня, к оси которой присоединен ротор генератора, поджата к поверхности дугообразного зубчатого коромысла, имеющего радиус дуги, равный радиусу поворота штанги на ее шарнире.This is achieved by the fact that in a wave power plant containing a platform on pontoons with an electric generator and a rod with gear mounted on it, an arcuate gear beam is placed, the rod is fixed to the platform by means of a movable hinge, and its lower end in water is equipped with a load, the generator stator is attached to the upper end of the rod, and the gear, to the axis of which the generator rotor is attached, is drawn to the surface of the arcuate toothed rocker arm having an arc radius equal to the radius of rotation of the pc ngi on its hinge.

Кроме того, платформа оснащена несколькими узлами крепления понтонов, равноудаленных от шарнира штанги, а также задним килем-стабилизатором, установленным поперек фронта волны, и - тросом крепления к опоре, причем платформа расположена за опорой.In addition, the platform is equipped with several pontoon mounts equidistant from the hinge of the rod, as well as a rear stabilizer keel installed across the wave front, and a cable for attaching to the support, and the platform is located behind the support.

Предложенное техническое решение может найти применение в качестве универсального мобильного энергоагрегата, использующего энергию волн.The proposed technical solution can find application as a universal mobile power unit using wave energy.

«Волновая электростанция» изображена на чертежах, фиг. 1 - вид в профиль; фиг. 2 - вариант размещения понтонов, вид сверху; фиг. 3 - вариант размещения ротора и статора электрического генератора.The “wave power plant” is depicted in the drawings, FIG. 1 - profile view; FIG. 2 - pontoon placement option, top view; FIG. 3 - an option for placing the rotor and stator of an electric generator.

Установка содержит платформу 1 с понтонами 2 и вертикальной штангой 3, закрепленной на платформе с помощью подвижного шарнира 4, причем на верхнем конце штанги закреплена шестерня 5, соединенная с ротором 6 генератора, статор 7 которого также закреплен на верхнем конце штанги, а на ее нижнем конце, находящемся под платформой в воде, присоединен груз 8.The installation comprises a platform 1 with pontoons 2 and a vertical rod 3 mounted on the platform using a movable hinge 4, with a gear 5 fixed to the upper end of the rod connected to the generator rotor 6, the stator 7 of which is also fixed on the upper end of the rod, and on its lower end the end, under the platform in the water, is attached load 8.

На платформе с помощью стоек 9 закреплено дугообразное зубчатое коромысло 10, зубцы которого входят в контакт с шестерней генератора, а радиус R дуги коромысла равен радиусу поворота штанги на ее шарнире. Платформа с помощью троса 11 крепится за опору и располагается за опорой по направлению движения волн и, кроме того, оснащена килем-стабилизатором 12, присоединенным к заднему концу платформы.On the platform using the struts 9, an arcuate toothed beam 10 is fixed, the teeth of which come into contact with the gear of the generator, and the radius R of the beam of the beam is equal to the radius of rotation of the rod on its hinge. The platform using the cable 11 is attached to the support and is located behind the support in the direction of wave movement and, in addition, is equipped with a stabilizer keel 12 attached to the rear end of the platform.

На платформе предусмотрено также несколько узлов 13 крепления понтонов, равноудаленных от шарниров штанги, позволяющих переустанавливать понтоны под конкретные характеристики волновой обстановки на поверхности моря.The platform also provides several nodes 13 for mounting pontoons equidistant from the hinges of the rod, allowing you to reinstall the pontoons for specific characteristics of the wave situation on the sea surface.

«Волновая электростанция» работает следующим образом. За счет расположения платформы 1 с помощью троса 11 за опорой или судном (не показано на чертеже), а также благодаря килю-стабилизатору 12, установка всегда расположена навстречу движения фронта V гребней волны. В разные моменты времени, например, левый понтон 2 будет находиться на гребне волны, а правый понтон 2 в ее впадине. В следующий момент левый понтон 2 находится во впадине волны, а правый понтон 2 - на гребне волны. В зависимости от расстояний от гребня до впадины волны, характерных для разных акваторий морей, предусмотрена переустановка понтонов на соответствующее расстояние от шарнира 4 штанги 3."Wave power plant" operates as follows. Due to the location of the platform 1 with the help of a cable 11 behind a support or a vessel (not shown in the drawing), and also thanks to the keel-stabilizer 12, the installation is always located opposite the movement of the front V of the wave crests. At different points in time, for example, the left pontoon 2 will be on the crest of the wave, and the right pontoon 2 will be in its depression. At the next moment, the left pontoon 2 is in the cavity of the wave, and the right pontoon 2 is on the crest of the wave. Depending on the distances from the crest to the trough of the wave, characteristic of different water areas of the seas, it is possible to reinstall the pontoons to the appropriate distance from the hinge 4 of the rod 3.

При поочередном подъеме и опускании понтонов происходит колебательное движение дугообразного зубчатого коромысла 10, закрепленного на платформе с помощью стоек 9 и имеющего радиус дуги R с центром на оси шарнира 4 штанги 3. Штанга всегда сохраняет независимое вертикальное положение за счет груза 8, находящегося в неподвижном положении. Вес груза 8, играющего роль вертикального стабилизатора, определяется подъемной силой понтонов, с учетом веса других узлов, находящихся на платформе.When alternately raising and lowering the pontoons, there is an oscillatory movement of the arcuate toothed rocker arm 10, mounted on the platform using the struts 9 and having the radius of the arc R centered on the axis of the hinge 4 of the rod 3. The rod always maintains an independent vertical position due to the load 8, which is in a fixed position . The weight of the load 8, playing the role of a vertical stabilizer, is determined by the lifting force of the pontoons, taking into account the weight of other nodes located on the platform.

При возвратно-вращательном движении зубчатого коромысла 10 начинает вращаться шестерня 5, которая передает вращение на ротор 6 генератора, вырабатывающего электрическую энергию.When the reciprocating movement of the toothed rocker arm 10 begins to rotate the gear 5, which transmits the rotation to the rotor 6 of the generator that generates electrical energy.

Вариантов размещения узлов (ротора и статора) может быть несколько. Например, шестерня 5 закреплена на роторе генератора, тогда статор генератора крепится к штанге 3 перпендикулярно на отдельном кронштейне (не показано).There may be several options for placing nodes (rotor and stator). For example, gear 5 is fixed to the generator rotor, then the generator stator is attached to the rod 3 perpendicularly to a separate bracket (not shown).

Возможен вариант крепления статора генератора непосредственно на штанге, если на его ротор насажена косозубая шестерня, и аналогичные косозубые зубья нанесены на дугообразное коромысло (показано на чертеже).It is possible to mount the generator stator directly on the rod, if a helical gear is mounted on its rotor, and similar helical teeth are applied to an arc-shaped rocker (shown in the drawing).

На фиг. 3 показан вариант исполнения генератора волновой установки, когда статор 7 с его обмоткой размещен на штанге 3, а ротор 6 на постоянных магнитах, которые устанавливаются на дугообразном коромысле.In FIG. Figure 3 shows an embodiment of the generator of the wave installation, when the stator 7 with its winding is placed on the rod 3, and the rotor 6 with permanent magnets, which are installed on the arcuate beam.

Знакопеременная электроэнергия с генератора выпрямляется, аккумулируется и инвертируется в форму, удобную для ее потребителей.Alternating electricity from the generator is rectified, accumulated and inverted into a form convenient for its consumers.

При необходимости получения с генератора электроэнергии одного знака может быть использовано «Устройство для преобразования возвратно-вращательного движения во вращательное в одном направлении», например, по патенту на полезную модель РФ №8228, автора Колокольникова И.Е.If it is necessary to receive one sign from the electric power generator, “A device for converting the rotational-rotational motion into rotational in one direction” can be used, for example, according to the patent for the utility model of the Russian Federation No. 8228, by I. Kolokolnikov.

Предложенная «Волновая электростанция» может быть выполнена как в мобильном варианте для транспортирования за судном в другую акваторию моря, так и в стационарном варианте. Стационарный вариант на большую вырабатываемую мощность предполагает использование понтонов соответствующей грузоподъемности и закрепление нижнего конца штанги 3 за дно моря якорем. Одновременно предоставляется возможность увеличить длину штанги 3 и, соответственно, радиус R дуги коромысла 10, что увеличит линейную скорость ее перемещения и, соответственно, число оборотов генератора и его выходную мощность.The proposed “Wave Power Plant” can be performed both in a mobile version for transportation behind a vessel to another water area of the sea, and in a stationary version. The stationary version for high power output involves the use of pontoons of the corresponding carrying capacity and fixing the lower end of the rod 3 to the bottom of the sea with an anchor. At the same time, it is possible to increase the length of the rod 3 and, accordingly, the radius R of the rocker arm 10, which will increase the linear speed of its movement and, accordingly, the number of revolutions of the generator and its output power.

Claims

1. A wave power station comprising a platform on pontoons with an electric generator and a rod with gear located on it, characterized in that an arcuate toothed beam is placed on the platform using racks, the rod is fixed to the platform by means of a movable hinge, its lower end being in water is equipped with a load, a generator stator is attached to the upper end of the rod, and the gear, to the axis of which the generator rotor is attached, is drawn to the surface of an arcuate toothed beam having an arc radius equal to the radius of rotation of the bar on its hinge.

2. The wave power plant according to claim 1, characterized in that the platform is equipped with several pontoon mounts equidistant from the rod hinge.

3. The wave power plant according to claim 1, characterized in that the platform is equipped with a rear stabilizer keel installed across the wave front and a cable for attaching to the support, the platform being located behind the support.