Плаваюча установка для використання енергії хвиль

Реферат: Плаваюча установка для використання енергії хвиль містить поплавки, приєднані до прямокутної рами і сполучені із засобом перетворення енергії хвиль у електричну енергію. Установка додатково доповнена малими рамами, кінематично приєднаними до прямокутної рами, кількість яких дорівнює кількості поплавків, а кожний поплавок рухомо з'єднаний з малою рамою двома паралельними горизонтально розташованими головним і допоміжним важелями. Головні важелі передньої пари і задньої пари поплавків з'єднані між собою тягою з можливістю їх синхронного обертання у одному напрямку. Засіб перетворення енергії хвиль у електричну енергію включає гідроакумулятор, гідромотор, електрогенератор та гідроциліндри подвійної дії, один з яких встановлений між тягою зв'язку і прямокутною рамою, а інші - між головним і допоміжним важелями кожного поплавка. UA 109724 U (12) UA 109724 U UA 109724 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до машин спеціального призначення - до енергогенеруючих установок, а саме до плаваючої установки для використання енергії хвиль, переважно морських. Найближчим аналогом є плаваюча установка для використання енергії хвиль, що містить поплавки, приєднані до прямокутної рами і з'єднані із засобом перетворення енергії хвиль у електричну енергію [Патент на винахід № 2041385, Росія, МПК 6 F03B13/20, Опубліковано: 09.08.1995]. Вказана установка також містить розташовані під водою горизонтальну і похилу пластини, призначені для зменшення руху установки у вертикальній площині під дією хвиль. Але, наявність під водою горизонтальної і похилої пластин суттєво підвищує опір установки набігаючій хвилі, що потребує застосування в установці посиленої якірно-тросової системи і важелів та шарнірів підвищеної міцності, що зменшує її надійність. В основу корисної моделі поставлена задача створення більш надійної плаваючої установки за рахунок створення умов для рівного безперервного розподілення особистої ваги установки по чотирьох поплавках та з повним механічним зв'язком між поплавками у процесі перетворення енергії хвиль. Поставлена задача вирішується тим, що плаваюча установка для використання енергії хвиль, містить поплавки, приєднані до прямокутної рами і сполучені із засобом перетворення енергії хвиль у електричну енергію, згідно з корисною моделлю, доповнена малими рамами, кінематично приєднаними до прямокутної рами, кількість яких дорівнює кількості поплавків, а кожний поплавок рухомо з'єднаний з малою рамою двома паралельними горизонтально розташованими головним і допоміжним важелями, при цьому поплавки на вигляді зверху вишикувані змійкою - чергуються впродовж паралельних сторін прямокутної рами і зсунуті один відносно другого, наприклад, так: перший справа повернутий на важелях вперед, другий зліва повернутий на важелях назад, третій справа повернутий на важелях вперед, четвертий зліва повернутий на важелях назад, головний і допоміжний важелі кожного поплавка з'єднані, відповідно, з головним і з допоміжним торсіонами установки, головні важелі передньої пари і задньої пари поплавків з'єднані між собою тягою з можливістю їх синхронного обертання у одному напрямку, при цьому тяга передньої пари важелів розташована зверху, а важелі зв'язку направлені вгору, тяга задньої пари важелів розташована знизу, а важелі зв'язку направлені вниз, передня і задня пари головних важелів з'єднані між собою тягою зв'язку з можливістю їх синхронного обертання у протилежних напрямках, а засіб перетворення енергії хвиль у електричну енергію включає гідроакумулятор, гідромотор, електрогенератор та гідроциліндри подвійної дії, один з яких встановлений між тягою зв'язку і прямокутною рамою, а інші - між головним і допоміжним важелями кожного поплавка, призначені для перетворення механічної енергії, що утворюється при підйомі і опусканні поплавків і/або їх коливанні у напрямку ніскорма, в енергію, отриману в результаті зміни тиску робочої рідини у камерах гідроциліндра при пересуванні поршня і накопичену у гідроакумуляторі, вихід якого з'єднаний з гідромотором, кінематично з'єднаним з валом електрогенератора. Плаваюча установка для використання енергії хвиль забезпечена малими рамами, кінематично приєднаними до прямокутної рами. Кількість малих рам дорівнює кількості поплавків. На кожній малій рамі рухомо закріплений один поплавок, з'єднаний з нею двома горизонтальними важелями з торсіонами - головним і допоміжним. На головному важелі з торсіоном закреплені два важелі зв'язку, один для гідроциліндра подвійної дії, другий - для тяги зв'язку. На допоміжному важелі з торсіоном закріплений один важіль зв'язку для гідроциліндра подвійної дії. Застосування у конструкції важелів у вигляді торсіонів-пружин, що працюють на скручування, які мають малу крутильну жорсткість, дозволяє спростити конструкцію, оскільки у кожному торсіоні заданий оптимальний кут повороту (кут скручування). Між головним і допоміжним важелями поплавка встановлений гідроциліндр подвійної дії для перетворення енергії коливання поплавка у напрямку з носу на корму. Чотири малих рами з поплавками прикріплені до прямокутної рами таким чином, що на вигляді зверху поплавки вишикувані змійкою - чергуються вздовж паралельних сторін рами, і зсунуті один відносно другого (умовно від передньої до задньої частини): перший справа важелі повернуті вперед, другий зліва важелі повернуті назад, третій справа - важелі повернуті вперед, четвертий зліва - важелі повернуті назад. Головні важелі передньої пари і задньої пари поплавків з'єднані між собою тягою, що забезпечує їх синхронне і в одному напрямку обертання. При цьому тяга передньої пари важелів розташована зверху (важелі зв'язку направлені вгору), а тяга задньої пари важелів розташована знизу (важелі зв'язку направлені вниз). Передня і задня пари головних важелів з'єднані між собою тягою зв'язку, що забезпечує їх синхронне і у протилежних напрямках обертання. Між тягою зв'язку і прямокутною рамою встановлений гідроциліндр подвійної дії для перетворення енергії підйому та опускання поплавків. Таке розміщення і з'єднання поплавків, а 1 UA 109724 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 також наявність у конструкції гідроциліндрів подвійної дії надає можливість перетворювати енергію хвиль у механічну енергію, що виникає при підйомі та опусканні поплавків і/або їх коливанні у напрямку ніс-корма, в енергію, отриману у результаті зміни тиску робочої рідини у камерах гідроциліндра при пересуванні поршня і накопичуванні у гідроакумуляторі. Вихід гідроакумулятора з'єднаний з гідромотором, кінематично з'єднаним з валом електрогенератора, що виробляє електричну енергію, яку передають споживачу по кабелю. Суть пропонованої корисної моделі пояснюється схематичними кресленнями, на яких на: фіг. 1 - показана кінематична схема плаваючої установки для використання енергії хвиль; фіг. 2 - гідравлічна і електромеханічна схеми пропонованої установки; фіг. 3 - показана мала рама з поплавком; фіг. 4 - показана плаваюча установка для використання енергії хвиль у зібраному стані; фіг. 5, 6 - показаний вид зверху на плаваючу установку для використання енергії хвиль у робочому положенні; фіг. 7 - показаний вид збоку на плаваючу установку для використання енергії хвиль у робочому положенні. Плаваюча установка для використання енергії хвиль (фіг. 1, 3) складається з чотирьох малих рам 1, прямокутної рами 2, головного важеля з торсіоном 3, допоміжного важеля з торсіоном 4, важелів зв'язку головного торсіона 5, важелів зв'язку 6, чотирьох гідроциліндрів подвійної дії 7, поплавків 8, тяг 9, тяги зв'язку 10 і гідроциліндра подвійної дії 11. Поплавок 8 для різних умов експлуатації може бути виконаним у двох варіантах, показаних на фіг. 3 і 6. Пропонована установка також забезпечена гідравлічною системою (фіг. 2, 6), яка включає зворотні клапани 12 і 13, підключені до подавальної лінії 14 (клапани 13) і до лінії високого тиску 15 (клапани 12). Лінія високого тиску 15 з'єднана з гідроакумулятором 16. Для живлення гідравлічної системи до її складу включений бак 17 для робочої рідини - гідравлічної рідини. Гідроакумулятор 16, зв'язаний через регулятор тиску 18 з гідромотором 19, вал якого з'єднаний через обгінну муфту 20 з валом маховика 21 і з валом електрогенератора 22, з виходу якого вироблену електричну енергію по кабелю передають споживачу /не показано/. Для невеликої згенерованої потужності плаваюча установка для перетворення енергії хвиль може бути скомпонована за спрощеною схемою, показаною на фіг. 5, 6 - на одній рамі і по одному головному двобічному важелю 3 для передньої і задньої пари поплавків 8. Для фіксації положення установки на водоймі вона забезпечена якорем, з'єднаним лебідкою, закріпленою на прямокутній рамі 2, якірним тросом /не показано/. Для роботи установки у автономному режимі її забезпечують електроприводом і кермом з кермовим механізмом /не показано/, а електричний вихід електрогенератора 22 на час транспортування установки з'єднують з електроприводом 23 установки, на валу якого встановлюють гребний гвинт /не показано/, що забезпечує автономне пересування установки по поверхні водойми. Плаваюча установка для використання енергії хвиль працює так. Положення плаваючої установки для перетворення енергії хвиль фіксують на заздалегідь вибраній ділянці водойми за допомогою якоря чи системи якорів /не показано/. Під дією набігаючої і спадної хвиль кожний поплавок 8 (фіг. 3), рухомо закріплений на малій рамі 1 за допомогою головного 3 і допоміжного 4 важелів з торсіонами, відповідно, підіймається вгору і опускається вниз, а також має можливість обертатися. При цьому важіль зв'язку головного торсіона 5 і важелі зв'язку гідроциліндрів 6 змінюють взаємне положення, що, в свою чергу, приводить у поступальний рух в циліндрі шток гідроциліндра 7, а через тяги 9 і 10 шток гідроциліндра 11. При набіганні хвилі перший до неї (напрямок вздовж прямокутної рами 2) поплавок 8 підіймається вверх і провертається, змінюючи положення важелів зв'язку 5 і 6, а другий поплавок 8 опускається і провертається, завдяки важелям зв'язку 5 і тязі 9. Те ж саме відбувається і з другою парою поплавків 8. Передня і задня пари поплавків 8 через важелі зв'язку 5 і тягу зв'язку 10 з'єднані між собою таким чином, що на спокійній воді рама 2 знаходиться у горизонтальному положенні. Для забезпечення правильної роботи і стійкості плаваючої установки (фіг. 4, 5, 6) на передній парі головних важелів з торсіоном 3 важелі зв'язку 5 направлені вверх, а на задній парі головних важелів з торсіоном 3 важелі зв'язку 5 направлені вниз. Проходження хвилі через установку (фіг. 7) приводить до зміни взаємного положення поплавків 8 і рами 2, та, як наслідок, до зміни положення важелів зв'язку 5, 6, тяг 9, 10 і штоків гідроциліндрів подвійної дії 7. Гідроциліндри подвійної дії 7 через зворотні клапани 12 і 13 перекачують робочу рідину з бака 17 по трубопроводам 14 і 15 у гідроакумулятор 16, перетворюючи енергію хвиль у енергію стиснутої робочої рідини (гідравлічної рідини). Робоча рідина з гідроакумулятора 16 через регулятор тиску 18 приводить у рух гідромотор 19, який через обгінну муфту 20 обертає маховик 21 та електрогенератор 22, а вироблена ним електрична енергія передається споживачу по кабелю, що прокладений вздовж якірного троса і по дну водойми (не показано). Змінюючи розміри 2 UA 109724 U 5 10 прямокутної рами 2, поплавків 8, головних важелів з торсіонами 3, допоміжних 4 важелів з торсіонами, важелів зв'язку 5 і 6, гідроциліндрів 7 і 11, гідромотора 19 і електрогенератора 22 робота установки може бути оптимізованою у відповідності до умов у ділянці застосування установки (період і висота хвилі), а також збільшувати чи зменшувати потужність генерації електроенергії. Завдяки пропонованій компоновці конструктивних елементів, плаваюча установка для перетворення енергії хвиль може плавно перекочуватися по хвилі, а тому в ній не виникає механічних напружень небезпечних значень, що дозволяє підвищити її надійність порівняно з установкою-прототипом, зменшити матеріалоємність і збільшити довговічність. Установка не потребує для своєї експлуатації використання капітальних споруд. Вона є простою в обслуговуванні і експлуатації. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 35 Плаваюча установка для використання енергії хвиль, що містить поплавки, приєднані до прямокутної рами і сполучені із засобом перетворення енергії хвиль у електричну енергію, яка відрізняється тим, що додатково доповнена малими рамами, кінематично приєднаними до прямокутної рами, кількість яких дорівнює кількості поплавків, а кожний поплавок рухомо з'єднаний з малою рамою двома паралельними горизонтально розташованими головним і допоміжним важелями, при цьому поплавки на вигляді зверху вишикувані змійкою - чергуються впродовж паралельних сторін прямокутної рами і зсунуті один відносно другого, наприклад, так: перший справа повернутий на важелях вперед, другий зліва повернутий на важелях назад, третій справа повернутий на важелях вперед, четвертий зліва повернутий на важелях назад, головний і допоміжний важелі кожного поплавка з'єднані, відповідно, з головним і з допоміжним торсіонами установки, головні важелі передньої пари і задньої пари поплавків з'єднані між собою тягою з можливістю їх синхронного обертання у одному напрямку, при цьому тяга передньої пари важелів розташована зверху, а важелі зв'язку направлені вгору, тяга задньої пари важелів розташована знизу, а важелі зв'язку направлені вниз, передня і задня пари головних важелів з'єднані між собою тягою зв'язку з можливістю їх синхронного обертання у протилежних напрямках, а засіб перетворення енергії хвиль у електричнуенергію включає гідроакумулятор, гідромотор, електрогенератор та гідроциліндри подвійної дії, один з яких встановлений між тягою зв'язку і прямокутною рамою, а інші - між головним і допоміжним важелями кожного поплавка, призначені для перетворення механічної енергії, що утворюється при підйомі і опусканні поплавків і/або їх коливанні у напрямку ніс-корма, в енергію, отриману в результаті зміни тиску робочої рідини у камерах гідроциліндра при пересуванні поршня і накопичену у гідроакумуляторі, вихід якого з'єднаний з гідромотором, кінематично з'єднаним з валом електрогенератора. 3 UA 109724 U 4 UA 109724 U 5 UA 109724 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 6