Модульна установка для перетворення енергії хвиль

Реферат: UA 75844 U UA 75844 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до гідроенергетики, а саме до хвильових електростанцій. Відома хвильова енергетична установка для використання енергії хвиль, що включає хвилеприймальну камеру, з розташованим в ній робочим колесом з лопатями кільцеподібної форми, та має в перерізі форму симетричного сегмента, і центральним обтічником коноїдальної форми (див. патент України № 20793 AF03B13/12). Недоліком цієї хвильової енергетичної установки є те, що хвильові потоки діють на робоче колесо імпульсами, передаючи енергію лопатям, що знаходяться перед фронтом хвилі. Крім того, частина хвильового потоку відбивається від внутрішньої поверхні оболонки, а хвильовий потік, що сходить з робочого колеса, спрямований назустріч підводному хвильовому потоку і зменшує його енергію. Відома модульна установка для використання енергії хвиль, що включає хвилеприймальну камеру, утворену днищем і напрямними стінками, що звужуються до місця встановлення робочого колеса, що містить центральний обтічник коноїдальної форми і лопаті кільцеподібної форми, які мають переріз у вигляді симетричного сегмента. Хвилеприймальна камера додатково розділена напрямними перегородками, які огинають робоче колесо, та забезпечена люком і відвідним лотком (див. патент України № 36832 A F03B 13/12). Недоліком цього пристрою є необхідність орієнтування вхідного отвору безпосередньо «проти» хвилі, а це пов'язано з енерговитратами, порівняними або такими, що перевищують очікувану потужність пристрою. Крім цього, вертикальне розміщення осі обертання робочого колеса не дозволяє використовувати гравітаційні сили, що виникають при зворотнопоступальному русі мас води в поверхневих шарах водойми. Найбільш близьким за технічною суттю і досягнутому ефекту до заявлюваного пристрою є пристрій для перетворення хвильової енергії [патент 4 333 311 F03B 13/12. Пристрій для перетворення хвильової енергії / Siichi Kitabayashi, - № 83793; заявлено 11.10.79, опубліковано 8.06.82] (прототип), що включає обертову хвилеприймальну камеру з розташованими всередині неї радіальними розподільними перегородками. Розподільні перегородки кріпляться на валу, забезпечені отвором з клапаном і ділять хвилеприймальну камеру на кілька робочих камер. У зовнішніх стінках робочих камер також виконані два отвори для входу/виходу води та повітря, причому один з отворів закривається клапаном. До недоліків прототипу слід віднести низьку потужність установки для виключення вірогідності реверсного крутного моменту, що виникає завдяки вибраній схемі розміщення клапанів і впускних отворів в зовнішніх стінках робочих камер. З одного боку, збільшення розмірів отворів і прохідного перерізу клапанів знизить гідравлічний опір і дозволить своєчасно підніматися/опускатися рівню води всередині камер, проте принципово зменшить ефективні розміри робочих камер і призведе до небажаного переміщення обсягів води і повітря між камерами. Навпаки, зменшення перерізів отворів призведе до запізнювання заповнення камер і розбалансування прикладених зусиль аж до зупинки або зворотного ходу всього пристрою. Крім цього, позиціонування заявленого пристрою поблизу поверхні води також пов'язане з певними складнощами і енерговитратами. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення модульної установки для перетворення енергії хвиль, зокрема створення конструкції робочих камер, що дозволяють без втрат використовувати кінетичну енергію зворотно-поступального руху поверхневих хвиль незалежно від їх розмірів, напрямку і конфігурації. Поставлена задача вирішується тим, що у відомій модульній установці для перетворення енергії хвиль, що включає обертову хвилеприймальну камеру з отворами і клапанами для входу/виходу води та повітря, згідно з корисною моделлю, хвилеприймальна камера виконана з декількох робочих камер у вигляді сегментів торовидної форми, відкритих з одного боку і закритих з іншого боку клапаном. Корисна модель, що заявляється, представлена на фіг. 1 загальним видом модульної установки, а на фіг. 2 поперечним перерізом одного модуля. Модульна установка для перетворення енергії хвиль, зображена на фіг. 1, включає безліч модулів або хвилеприймальних камер 1, закріплених на пустотілому циліндричному корпусі 2. Для передачі отриманого обертального руху на генератор передбачений довільної конструкції вал відбору потужності 3. Хвилеприймальна камера 1, зображена на фіг. 2, складається з декількох (двох у варіанті креслення) робочих камер 4, виконаних у вигляді торовидних сегментів. З одного боку робочі камери 4 відкриті для вільного доступу води і повітря, а протилежний бік закритий клапаном 5. Залежно від зовнішніх умов використання та розмірів модульної установки клапан 5 може бути впускним або випускним. Пристрій, що заявляється, працює наступному чином. 1 UA 75844 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Модульна установка для перетворення енергії хвиль закріплюється будь-яким відомим способом в місці установки так, щоб знаходитися на поверхні води в «напівзатопленому» стані. Набігаючі хвилі, як показано на фіг. 1, будуть довільним чином тимчасово затоплювати і осушувати окремі робочі камери, створюючи при цьому дисбаланс сил, що забезпечує обертання всієї установки і передачу руху на вал електрогенератора 3. Сам електрогенератор на кресленні не показаний. Круговий рух робочих камер можна умовно розділити на ділянки опускання (занурення) і підйому (спливання). Принцип роботи (динамічна схема) установки показаний на фіг. 2 на прикладі поперечного розрізу одного модуля в варіанті з випускними клапанами: Фаза 1: Проходження гребеня хвилі і відносне «занурення» модуля (світлий фон на блоксхемі). На робочій камері 4, що умовно «підіймається» клапан 5 під дією надлишкового тиску закривається і на неї починає діяти виштовхуюча сила Архімеда FA, створюючи крутний момент. У робочій камері 4, що «опускається», відкривається клапан 5 і вона безперешкодно заповнюється рідиною за принципом сполучених посудин. Фаза 2: Падіння рівня рідини і відносне «спливання» модуля (верхня межа темного фону на блок-схемі). Вага рідини FТ, яка заповнила в першій фазі робочу камеру 4 під час «занурення» модуля, створивши розрідження в робочій камері та закривши клапан 5, надає модулю крутний момент в тому ж напрямку, що і сила Архімеда FA при «зануренні» у першій фазі. У робочій камері 4, що «підіймається», за потреби відкривається клапан 5 і вона безперешкодно звільняється від рідини, не протидіючи обертанню модуля. Для підтвердження правильності припущень, ми побудували діючу модель установки для перетворення енергії хвиль з двох модулів і провели випробування спочатку в лабораторії, а потім в реальних умовах на р. Дніпро. Загальний діаметр модулів склав 200 мм, діаметр робочих камер - 50 мм. На кожному модулі було закріплено по три робочих камери. При проведенні експерименту була реалізована схема з випускними клапанами. У лабораторії модулі поступально занурювалися і витягувалися в прямокутної ємності з водою з амплітудою 120 мм і періодом 2 секунди. При натурних випробуваннях висота реальної хвилі коливалася в межах 80 мм з періодом від 1 до 3 секунд. Випробування пройшли успішно і повністю підтвердили можливість стійкої роботи установки. При зануренні або «накаті» хвилі модель установки отримує стійкий імпульс від дії сили Архімеда і провертається на розрахунковий кут. При вилученні моделі установки з ємності з водою, що відповідає «відкату» хвилі при натурних випробуваннях, модель установки знову-таки передбачувано провертається тепер вже під дією сили тяжіння води, утримуваної в робочих камерах. Проведені випробування і попередні розрахунки доводять, що запропонована модульна установка для перетворення енергії хвиль може бути ефективно використана як привід для хвильової електростанції на прибережних, острівних та інших територіях. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Модульна установка для перетворення енергії хвиль, що включає обертову хвилеприймальну камеру з отворами і клапанами для входу/виходу води та повітря, яка відрізняється тим, що хвилеприймальна камера виконана з декількох робочих камер у вигляді сегментів торовидної форми, відкритих з одного боку і закритих з іншого боку клапаном. 2 UA 75844 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3