| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2085759
ХВИЛЬОВА ГІДРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЯ Суділовського А.Г.
Ім'я винахідника: Суділовського Анатолій Георгійович [UA]
Ім'я патентовласника: Суділовського Анатолій Георгійович [UA]
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1992.12.29
Використання: в гідроенергетиці, зокрема в хвильових гідроелектростанціях. Суть винаходу: хвильова гідроелектростанція містить рівноплечого важіль з поплавками на кінцях, що коливається навколо встановленої посередині горизонтальній осі, і пов'язаний з ним через сполучні елементи електрогенератор, при цьому важіль виконаний змінної довжини за допомогою силового гідроциліндра, а на осі можуть бути встановлені щонайменше два важеля різної довжини.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до гідроенергетиці, зокрема до гідроелектростанціям, що використовують енергію хвиль, що виникають на поверхні морів, океанів і інших великих водосховищ природного або штучного походження.
Відомі гідроелектростанції, що використовують енергію хвиль.
Відома хвильова гідроелектростанція (патент СРСР N 4950, кл. F 03 B 13/12, 1928) має сферичної форми поплавці, які шарнірно приєднані до кронштейнів, закріпленим на переміщуваної по греблі рамі. Поплавці надають руху підпружинені поршні, що переміщаються в циліндрах і приєднаних до рами і забезпечених отворами для заповнення їх водою і телескопічними нагнітальними трубами для подачі води під тиском до гідротурбіни. Остання встановлена на гребені греблі, а рама на її стіні, зверненої до відкритого моря. У вихідному положенні циліндри заповнені водою, а поршні і пов'язані з ними шарнірно за допомогою важелів поплавці знаходяться в крайньому лівому положенні. Під дією набігає хвилі поплавці наближаються до стіни греблі і, стискаючи поршнями воду в циліндрах, нагнітають її за телескопічними трубах наверх до гідротурбіни, яка, обертаючись, пускає в хід електрогенератор.
Перетворювач енергії хвиль кріпиться на спеціальній греблі, яка служить і для установки гідротурбіни і пов'язаного з нею електрогенератора, що призводить до складності конструкції.
Зазначений недолік усунуто в хвильових гідроелектростанціях, які не мають гребель.
Відома хвильова гідроелектростанція (патент Японії N 55-46510, кл. E 03 B 13/12, 1980) складається з поплавця, що плаває на поверхні води, з'єднаного з ним одноциліндрового поршневого компресора і турбіни, встановлених над водою на стаціонарній платформі.
Поплавок забезпечений вертикальним штоком, що переміщається в направляючих, верхній кінець якого шарнірно з'єднаний з хитним неравноплечіе важелем, вісь якого у вигляді сферичного шарніра, в свою чергу, може переміщатися в горизонтальних напрямних.
Другий кінець неравноплечіе важеля шарнірно з'єднаний зі штоком поршня, що переміщається зворотно-поступально в циліндрі компресора. Вертикальний шток поршня і забезпечений направляючими.
Стиснене повітря з компресора направляється в турбіну, яка приводить в обертання робочу машину, наприклад електрогенератор.
Складність кінематичного зв'язку між поплавком і встановленим на платформі компресором призводить до складності конструкції.
Ненадійність роботи виникає в результаті можливості заклинювання штока в направляючих на хвилюванні.
Найбільш близьким до винаходу є хвильова електростанція, описана в заявці Франції N 2467999, кл. F 03 B 13/12, 1981 р і містить важіль з поплавками на кінцях, що коливається навколо встановленої посередині горизонтальній осі і пов'язаний з ним через сполучні елементи електрогенератор.
При зміні довжини хвилі не завжди забезпечується найбільший ККД хвильової гідроелектростанції, коли один з поплавців важеля знаходиться на гребені хвилі, а інший в западині.
Завдання винаходи можливість отримання максимального ККД в широкому діапазоні довжин використовуваних хвиль.
Це досягається за рахунок того, що важіль виконаний змінної довжини за допомогою силового гідроциліндра, при цьому на осі важеля можуть бути встановлені щонайменше два важелі різної довжини.
 |
 |
 |
 |
 |
На фіг. 1 зображений загальний вид хвильової гідроелектростанції в початковому положенні спереду; на фіг. 2 план на фіг. 1; на фіг. 3 вид А на фіг. 2; на фіг. 4 загальний вигляд поршневого насоса в розрізі; на фіг. 5 вид Б на фіг. 4. Хвильова гідроелектростанція складається з двох укріплених в зоні хвилювання на деякій відстані один від одного вертикальних опор 1 частково виступають над поверхнею води з горизонтальною встановленої між ними у верхній частині опор віссю 2, навколо якої можуть гойдатися з частотою хвилювання два рівноплечого важеля 3 і 4 різної довжини з поплавками 5 на кінцях і силовими гідроциліндрами 6 і 7 в центрі. |
На майданчику вище рівня води на рамах 8 встановлені поршневі насоси 9, які з одного боку за допомогою штоків, а й хомутів 10 і цапф 11, наявних на поплавцях 5, з'єднані з останніми, а інший за допомогою компенсаторів 12, всмоктуючого колектора 13 і напірного колектора 14 з'єднані з морем і гідротурбіною 15, яка в свою чергу, пов'язана з електрогенератором 16.
Напрямок створу, в якому знаходяться обидві опори, перпендикулярно напрямку руху хвиль, що переважає в місці установки гідроелектростанції.
Вертикальні опори 1 призначені для кріплення осі 2 і являють собою палі довільного поперечного перерізу, наприклад квадратного, у верхній частині яких є по одному наскрізного отвору для пропуску осі.
Вісь 2 служить для можливості кочення рівноплечого важелів 3 і 4 з поплавками 5 і силовими гідроциліндрами 6 і 7 відповідно до періодичності хвилювання і закріплена горизонтально у верхній частині розташованих по кінцях осі опор 1 за допомогою кріпильних деталей.
Висота осі 2 від рівня спокійної поверхні моря (в штиль) дорівнює різниці між радіусом поплавців і висотою їх ватерлінії.
Равноплечіе важелі 3 і 4 призначені для нерухомого регульованого з'єднання поплавців 5 між собою і їх незалежного кочення навколо осі 2 з частотою хвилювання.
Довжина кожного важеля визначається довжиною розрахункової хвилі синусоїдального профілю, при якій один з його поплавців знаходиться на вершині гребеня хвилі, інший в середині западини, а хід поршнів відповідних поршневих насосів максимальний.
Важелі мають телескопічну конструкцію і складаються з трубчастої центральній частині з отвором посередині для пропуску осі 2 і двох входять до неї з торців симетрично розташованих бічних стрижнів, на зовнішніх кінцях яких встановлені поплавці 5.
Зверху на центральних частинах рівноплечого важелів 3 і 4 є кронштейни для кріплення силових гідроциліндрів 6 і 7, штоки яких, в свою чергу, кріпляться до бічних стрижнів.
Поплавці 5 служать для створення сили, що виштовхує і сил зчеплення з рідиною. Крім того, при коченні рівноплечого важелів 3 і 4 поплавці переміщаються поступально в горизонтальному напрямку.
Поплавці 5 являють собою закриті порожнисті ємності довільній, наприклад сферичної, форми, які кріпляться на кінцях важелів.
Для передачі виникають зусиль штокам поршневих насосів 9 на кожному поплавці є по дві горизонтально розташовані цапфи 11, шарнірно з'єднані з хомутом 10 дугоподібної форми.
Силові гідроциліндри 6 і 7 з двома поршнями і штоками кожен призначені для зміни довжини рівноплечого важелів 3 і 4 шляхом одночасного симетричного поздовжнього переміщення бічних стрижнів в трубчастих центральних частинах важелів, що дозволяє стабілізувати навантаження хвильової гідроелектростанції при зміні сили хвилювання.
Корпуси гідроциліндрів нерухомо кріпляться зверху на центральних частинах важелів за допомогою кронштейнів, а кінці штоківз поршнями до бічних стрижнів.
Габарити силових гідроциліндрів 6 і 7 визначаються довжиною рівноплечого важелів і ступенем її регулювання.
Рами 8 служать для рухомого кріплення поршневих насосів 9 на майданчику вище рівня води з метою компенсації зворотно-поступального переміщення в горизонтальному напрямку поплавців 5 при хитанні їх на важелях 3 і 4 навколо осі 2 під час роботи хвильової гідроелектростанції і являють собою кожна дві П-подібні конструкції, звернені поперечиною до майданчика і з'єднані між собою у верхній частині з боків пластинами з двома горизонтальними пазами для проходу цапф поршневих насосів.
Поршневі насоси встановлені між П-образними конструкціями, а в майданчику під ними є пази для проходів штоків, що з'єднують насоси з поплавками.
Поршневі насоси 9 рухомо кріпляться на цапфах між П-образними конструкціями рам 8 з можливістю зворотно-поступального переміщення в горизонтальному напрямку і складаються кожен з циліндра 17 з цапфамі18 і кришкою 19, поршня 20 зі штоком 21, корпусів 22 і 23 клапанних коробок з кришками 24 і 25, трубопроводів 26 29, тарілчастих всмоктуючих клапанів 30 і 31 і нагнітальних клапанів 32 і 33, пружин 34 і 35, всмоктуючого колектора 36 і напірного колектора 37.
У вертикально розташованому циліндрі 17 нижній торець відкритий і забезпечений фланцем для кріплення кришки 19, а на бічній поверхні зовні посередині є дві горизонтально розташовані цапфи 18 для рухомого кріплення циліндра в пазах рами 8.
Під кутом 90 o в плані на бічній поверхні виконані два вікна для з'єднання його внутрішньої порожнини з корпусами 22 і 23 клапанних коробок, а з протилежного боку є кронштейни для кріплення всмоктуючого колектора 36 і напірного колектора 37.
Для монтажу поршня 20 зі штоком 21 на циліндрі є фланцевая кришка 19. Пропуск штока в циліндр 17 здійснюється через отвір з сальником, розташоване в центрі кришки.
Циліндр для поперемінного з'єднання зі всмоктуючим колектором 36 і відведення води під тиском в напірний колектор 37 забезпечений двома клапанними коробками, розташованими в зоні вікон.
Корпуси 22 і 23 клапанних коробок виконані у вигляді вертикально розташованих прямокутних призм, які з боку вікон мають дно, і з протилежного боку відкриті і розділені на дві рівні частини горизонтальними перегородками.
Відкриті та закриті торці корпусів забезпечені фланцями для кріплення кришок 24 і 25 і приєднання до циліндра 17.
Для монтажу всмоктувальних клапанів 30 і 31, нагнітальних клапанів 32 і 33 і пружин 34 і 35 в корпусах 22 і 23 є фланцеві кришки 24 і 25.
Всі фланцеві з'єднання по периметру примикання і горизонтальні перегородки з боку кришок ущільнені еластичними прокладками.
У передніх бокових стінках корпусів 22 і 23 вище горизонтальних перегородок є по одному отвору для з'єднання трубопроводами 26 і 27 зі всмоктуючим трубопроводом 36, а в дні з внутрішньою порожниною циліндра.
Аналогічні отвори в заданих бічних стінках і дні є нижче горизонтальних перегородок і служать відповідно для з'єднання клапанних коробок за допомогою трубопроводів 28 і 29 з напірним колектором 37 і відведення води під тиском з внутрішньої порожнини циліндра 17.
Отвори в дні корпусів клапанних коробок закриті тарілчастими всмоктуючими клапанами 30 і 31 і нагнітальними клапанами 32 і 33.
Притиснення всмоктуючих клапанів до вхідних отворів проводиться за допомогою пружин 34, закріплених одним кінцем за допомогою шайб і шплінтів на стрижнях клапанів 30 і 31, а іншим упираються в дно корпусів 22 і 23.
Притиснення нагнітальних клапанів до вихідних отворів здійснюється за допомогою пружин 35, що упираються одним кінцем в тарілки клапанів 32 і 33, а іншим у кришки 24 і 25 клапанних коробок.
Усередині циліндра 17 знаходиться поршень 20, який нерухомо закріплений посередині верхньої потовщеною частини штока 21 і може переміщатися поступально в вертикальному напрямку (робочий хід), здійснюючи одночасно невеликі зворотно-поступальні переміщення в горизонтальному напрямку під дією пов'язаного з ним одного з поплавців 5, хитається на відповідному важелі навколо осі 2.
Потовщені частини штока по обидві сторони поршня є упорами, що обмежують переміщення поршня 20 в зоні вікон.
Зовні циліндра 17 на бічній поверхні під кутом 150 o в плані щодо вікон є всмоктуючий колектор 36, який за допомогою компенсатора 12 з'єднаний зі всмоктуючим колектором 13 хвильової гідроелектростанції, а останній з морем.
Всмоктуючий колектор призначений для підведення води у внутрішню порожнину циліндра і являє собою закриту з обох торців вертикальну трубу, яка на кронштейнах кріпиться до циліндра 17 і має отвори і патрубок в нижній частині.
Отвори служать для з'єднання за допомогою трубопроводів 26 і 27 з корпусами 22 і 23 клапанних коробок, а патрубок для шарнірного з'єднання з компенсатором.
Зовні циліндра 17 на бічній поверхні під кутом 180 o в плані щодо осі вікон є напірний колектор 37, який за допомогою компенсатора 12 з'єднаний з напірним колектором хвильової гідроелектростанції, а останній з гідротурбіною 15.
Напірний колектор призначений для збору води під тиском, що надходить з внутрішньої порожнини циліндра і являє собою закриту з обох торців вертикальну трубу, яка на кронштейнах кріпиться до циліндра 17 і має два отвори і патрубок в нижній частині.
Отвори служать для з'єднання за допомогою трубопроводів 28 і 29 з корпусами 22 і 23 клапанних коробок, а патрубок для шарнірного з'єднання з компенсатором.
Хомути 10 призначені для з'єднання штоків 21 поршневих насосів 9 з поплавками 5. хомути виконані у вигляді жорстких конструкцій дугоподібної форми, які посередині нерухомо прикріплені до штокам, а кінцями шарнірно до цапф 11 поплавців.
Компенсатори 12 служать для шарнірного з'єднання всмоктуючих колектором 35 і напірних колекторів 37 поршневих насосів 9 з всмоктуючим колектором 13 і напірним колектором 14 хвильової гідроелектростанції, а за допомогою останніх з морем і гідротурбіною 15 відповідно.
Компенсатори представляють собою 3-хшарнірние трубопроводи з двома кінцевими і одним проміжним шарнірами.
Труби компенсаторів 12 розташовані під певними гострими кутами, в вершинах яких знаходяться проміжні шарніри, завдяки чому вони можуть повертатися навколо шарнірів і, змінюючи кути, і одночасно відстані між кінцевими шарнірами, які кріпляться до патрубків колекторів 36 і 37 рухливих поршневих насосів 9 або нерухомих колекторів 13 і 14 хвильової гідроелектростанції.
Всмоктуючий колектор 13 хвильової гідроелектростанції призначений для підведення води з моря до всмоктуючим колекторам 36 поршневих насосів 9 за допомогою компенсаторів 12 і являють собою трубопровід з патрубками, до яких кріпляться кінцеві шарніри відповідних компенсаторів.
Напірний колектор 14 хвильової гідроелектростанції служить для збору води під тиском, що надходить з напірних колекторів 37 поршневих насосів 9 за допомогою компенсаторів 12, а й підведення її до гідротурбіни 15 і являє собою трубопровід з патрубками, до яких кріпляться кінцеві шарніри відповідних компенсаторів.
Гідротурбіна 15 з'єднана з електрогенератором 16, який призначений для отримання електроенергії.
Гідроелектростанція працює наступним чином.
У вихідному положенні поршневі насоси 9, колектори 36 і 37 насосів, колектори 13 і 14 гідроелектростанції, компенсатори 12 і гідротурбін 15 заповнені водою.
Розглянемо роботу равноплечевого важеля 3 з поплавками 5 на кінцях і з'єднаних з ними поршневих насосів 9 на хвилюванні з розрахунковою для даного важеля довжиною хвилі, при якій лівий поплавець знаходиться на вершині гребеня хвилі, правий в середині западини, а хід поршнів насосів максимальний.
При цьому бічні стрижні важеля 3 частково висунуті з трубчастої центральній частині на величину, рівну половині ходу кожного з поршнів силового гідроциліндра 6, а цапфи корпусів поршневих насосів 9 в поздовжніх пазах рам 8 знаходяться в середньому положенні.
В процесі проходження хвилі в напрямку справа наліво рівноплечого важіль 4 починає повертатися навколо осі 2 проти годинникової стрілки в результаті того, що лівий поплавець 5 опускається по схилу хвилі з гребеня в западину по дузі кола з радіусом, рівним відстані між центрами осі і поплавка на висоту , рівну висоті розрахункової хвилі, а правий поплавець 5 в цей час піднімається з западини на гребінь хвилі, що набігає по тій же траєкторії.
Одночасно обидва поплавка роблять невеликі зворотно-поступальні переміщення в горизонтальному напрямку.
Що знаходиться в крайньому верхньому положенні поршень 19 зі штоком 20 поршневого насоса 9, сполученого з лівим поплавком 5, починає опускатися, а сам насос на цапфах переміщається уздовж пазів рами 8 з середнього положення в крайнє ліве (в момент проходження поплавком рівня спокійного моря) і назад , здійснюючи зворотно-поступальний рух. При цьому в міру підвищення тиску в нижній частині циліндра 17 стискається пружина 35 нагнітального клапана 33, клапан відкривається і вода під тиском через корпус 23 клапанної коробки, трубопровід 29, напірний колектор 37, компенсатор 12 і напірний колектор 14 надходить в гідротурбіну 15, викликаючи обертання гідротурбіни і пов'язаного з нею електрогенератора 16.
Одночасно у верхній частині циліндра під дією розрядження стискається пружина 34 всмоктувального клапана 30, клапан відкривається, і вода з моря через всмоктуючий колектор 13, компенсатор 12, що всмоктує колектор 36, трубопровід 26 і корпус 22 клапанної коробки надходить в циліндр 17.
При опусканні лівого поплавка 5 по схилу хвилі з гребеня в западину гострі кути між рухомими трубами в вершинах компенсаторів 12 спочатку збільшуються, а потім знову зменшуються до початкової величини, компенсуючи періодичні зміни відстаней між колекторами 36 і 37 поршневого насоса 9, шарнірно з'єднаного з лівим поплавком і нерухомими колекторами 13 і 14 хвильової гідроелектростанції.
В процесі проходження хвилі в напрямку справа наліво рівноплечого важіль 3 починає повертатися навколо осі 2 проти годинникової стрілки в результаті того, що правий поплавець 5 піднімається по схилу хвилі з западини на гребінь по дузі кола з радіусом, рівним відстані між центрами осі і поплавка на висоту , рівну висоті розрахункової хвилі, а лівий поплавець 5 в цей час спускається з гребеня в западину хвилі, що набігає по тій же траєкторії.
Одночасно обидва поплавка роблять невеликі зворотно-поступальні переміщення в горизонтальному напрямку.
Що знаходиться в крайньому нижньому положенні поршень 19 зі штоком 21 поршневого насоса 9, сполученого з правим поплавком 5, починає підніматися, а сам насос на цапфах переміщається уздовж пазів рами 8 з середнього положення в крайнє праве (в момент проходження поплавком рівня спокійного моря) і назад , здійснюючи зворотно-поступальні рухи.
При цьому в міру підвищення тиску у верхній частині циліндра 17 стискається пружина 35 нагнітального клапана 32, клапан відкривається і вода під тиском через корпус 22 клапанної коробки, трубопровід 28, напірний колектор 37компенсатор 12 і напірний колектор 14 надходить в гідротурбіну 15, викликаючи обертання гідротурбіни і пов'язаного з нею гідрогенератора 16.
Одночасно в нижній частині циліндра під дією розрядження стискається пружина 34 всмоктувального клапана 31, клапан відкривається, і вода з моря через всмоктуючий колектор 13, компенсатор 12, що всмоктує колектор 36, трубопровід 27 і корпус 23 клапанної коробки надходить в циліндр 17.
При підніманні правого поплавка 5 по схилу хвилі з западини на гребінь гострі кути між рухомими трубами в вершинах компенсаторів 12 спочатку збільшуються, а потім знову зменшуються до початкової величини, компенсуючи періодичні зміни відстаней між колекторами 36 і 37 поршневого насоса 9, шарнірно з'єднаного з правим поплавком і нерухомими колекторами 13 і 14 хвильової гідроелектростанції.
Далі вищеописаний цикл повторюється безперервно.
При збільшенні довжини хвилі вище розрахункової для рівноплечого важеля 3 бічні стрижні починають переміщатися всередину трубчастої циліндричної частини за допомогою поршнів і штоків силового гідроциліндра 6, амплітуда коливань важеля зменшується і навпаки.
В обох випадках навантаження хвилею гідроелектростанції стабілізується.
Аналогічно працює рівноплечого важіль 4 з поплавками 5 на кінцях і з'єднаними з ними поршневими насосами 9 на хвилюванні з розрахунковою для даного важеля довжиною хвилі, при якій лівий поплавець знаходиться на вершині гребеня хвилі, правий в середині западини, а хід поршнів насосів максимальний.
Важелі 3 і 4 гойдаються навколо осі 2 одночасно і незалежно один від одного з частотою хвилювання.
Залежно від співвідношення довжин рівноплечого важелів їх однойменні поплавці 5 (ліві чи праві) можуть працювати в одній фазі (на гребенях хвиль) або в протилежних фазах (один на гребені, а другий в западині).
Все поршневі насоси 9 з'єднані паралельно і працюють на колектори 13 і 14 хвильової гідроелектростанції.
Розташування щонайменше двох поплавців на кінцях рівноплечого важеля, що коливається навколо горизонтальної осі, дозволяє спростити конструкцію і підвищити надійність.
Виконання важеля змінної довжини за допомогою силового гідроциліндра стабілізує навантаження хвильової гідроелектростанції при зміні сили хвилювання.
Установка на осі щонайменше двох рівноплечого важелів різної довжини дає можливість розширення довжин використовуваних хвиль.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Хвильова гідроелектростанція, яка містить рівноплечого важіль з поплавками на кінцях, що коливається навколо встановленої посередині горизонтальній осі і пов'язаний з ним через сполучні елементи електрогенератор, що відрізняється тим, що важіль виконаний змінної довжини за допомогою силового гідроциліндра.
2. Гідроелектростанція по п.1, що відрізняється тим, що на осі встановлені щонайменше два важелі різної довжини.
Версія для друку
Дата публікації 12.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.