| 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 RU2084695
ПРИСТРІЙ ДЛЯ ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ ХВИЛЬ В ЕНЕРГІЮ МЕХАНІЧНОГО РУХУ будови і ХВИЛЬОВА ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯ
Ім'я винахідника: Єгоркін Юрій Якович
Ім'я патентовласника: Єгоркін Юрій Якович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1993.05.28
Використання: в гідроенергетиці і може бути використано для отримання і накопичення механічної або електричної енергії в якості рушія для морських транспортних засобів. Суть винаходу: пристрій для перетворення енергії хвиль містить дві вертикальні стінки, жорстко пов'язані між собою за допомогою перетворюють елементів, розташованих один над одним і виконаних у вигляді плоских лопатей крилоподібного профілю, останні виконані вигнутими і розташовані симетрично і дзеркально відносно горизонтальної площини під гострим кутом до неї , причому їх опуклі поверхні звернені один до одного з освітою плавно звужується плоского каналу, а бічні торці впритул закріплені на стінках, при цьому кожний наступний канал виконаний як продовження попереднього. Хвильова електростанція містить циліндричний плавучий бак, частково заповнений водою, центральну трубу, що проходить в осьовому напрямку через центральну частину дна бака і занурену відкритим кінцем у воду, нерухомий центральний вал, що проходить в осьовому напрямку через трубу і закріплений на дні, можливо, за допомогою якоря із зовнішнього боку бака, трохи нижче його верхній поверхні закріплено пристрій для перетворення енергії хвиль з кільцеподібної вертикальної стінкою, внутрішня частина бака розділена суцільними стінками, що йдуть радіально, на кілька секторів, а всередині труби закріплений на нерухомому валу з можливістю обертання навколо вертикальної осі бака трубчастий вал відбору потужності, на якому закріплені спиралеподібні лопаті, при цьому труба і трубчастий вал через систему жорстких зв'язків і підшипників пов'язані між собою з можливістю відносного обертання.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до гідроенергетиці і може бути використано для отримання і накопичення механічної або електричної енергії в якості рушія для морських транспортних засобів шляхом перетворення енергії хвиль.
Відома хвильова енергетична установка (заявка СРСР N 1451326, F 03 13/12, опубл.1989 р), в якій плавучий корпус відчуває качку і частково заповнює його рідина переміщує краю плоского поплавця, що знаходиться всередині корпусу. Це переміщення через гнучкий елемент передається до валу відбору потужності, а останній пускає в хід електрогенератор.
Недоліком даного технічного рішення є низький коефіцієнт корисної дії перетворення енергії хвиль в енергію переміщень поплавця через його інерційних властивостей.
Відомо пристрій для вироблення енергії під дією хвиль (патент США N 4843250, F 03 В 13/12, обпубл. 1990 р), яке містить циліндричний плавучий бак, здатний гойдатися на хвилях. Усередині бака поблизу його верхній поверхні встановлено окружні рейки, закріплені на бічних стінках бака, а на осі бака закріплена поворотна вісь, на якій перпендикулярно до неї закріплені важелі, що має на своїх кінцях вантажі і ролики, перекочується по рейках. В даному випадку енергія хвиль, що розгойдують бак, перетворюється в енергію коливальних переміщень важелів, яка через поворотну вісь і гідропомп передається електрогенератори.
Недоліками даного пристрою є низький ККД перетворення енергії хвиль в коливальну енергію, невиправдана складність конструкції.
Відома хвильова енергетична установка (авторське свідоцтво СРСР N 1402705, F 03 B 13/22, опубл. 1988 г.) (прототип), що містить плавучий корпус з розміщеними в ньому електрогенератором і лічильно-вирішальним пристроєм, концентрично розташовані вертикальні зовнішні і внутрішні вали, два колеса з поворотними лопатями, що мають крилоподібний симетричний профіль, при цьому колеса закріплені на зовнішньому і внутрішньому валах відповідно, які під'єднані до електрогенератори і можуть обертатися в протилежних напрямках.
Недоліками такого пристрою є: складність конструкції, обумовлена необхідністю застосування пристроїв, що здійснюють несиметричну установку поворотних лопатей, низький ККД пристрою через невелику відносної швидкості переміщення води щодо лопатей, неможливість накопичення енергії хвиль.
Відома хвильова електростанція (заявка Японії N 63-32987, F 03 B 13/24, опубл. 1989 р) (прототип), яка містить кільцевої пустотіла поплавок, плаваючий на поверхні води, центральну трубу, що проходить в осьовому напрямку крізь центральну частину поплавка і занурену відкритим кінцем у воду, пневмотурбогенератор, розташований в трубі і приводиться в рух потоком повітря в трубі, що виникають через вертикальних переміщень поплавця під дією хвиль.
Недоліками такого пристрою є низький ККД, пов'язаний з необхідністю відбору потужності безпосередньо від повітряного потоку відсутність накопичення енергії хвиль, що веде до нерівномірності процесу перетворення енергії.
Завданням, розв'язуваної даними винаходом, є усунення зазначених недоліків, а саме: підвищення ККД перетворення енергії хвиль, накопичення енергії хвиль у вигляді механічної енергії, що забезпечує рівномірність перетворення енергії хвиль, розширення області використання пристрою, включаючи використання його в якості рушія для морських транспортних засобів.
Дане завдання вирішується тим, що в пристрої для перетворення енергії хвиль, яку воно містить дві вертикальні стінки, жорстко пов'язані між собою за допомогою перетворюють елементів, розташованих один над одним і виконаних у вигляді плоских лопатей крилоподібного профілю, профілі виконані вигнутими і розташовані симетрично і дзеркально відносно горизонтальної площини під гострим кутом до неї, причому їх опуклі поверхні звернені один до одного з освітою плавно звужується плоского каналу, а бічні торці впритул закріплені на стінках при цьому кожний наступний канал виконаний як продовження попереднього.
Вертикальні стінки і бічні торці профілів виконані дугоподібними, при цьому середня ширина профілів виконана збільшується до їх кінця і від попереднього каналу до чого. Крім того, вертикальні стінки можуть бути виконані у вигляді співвісних циліндричних кілець, при цьому зовнішня стінка в середній частині виконана з кільцевих розрізом, рівним по висоті найменшої висоти плоского каналу профілів, що мають форму кільцевих сегментів, а стінки жорстко пов'язані з трубчастим валом, закріпленим з можливістю обертання на вертикальному нерухомому валу.
Кормі того, дана задача вирішується тим, що в хвильової електростанції, що містить циліндричний плавучий бак, частково заповнений водою, центральну трубу, що проходить в осьовому напрямку через центральну частину дна бака і занурену відкритим кінцем у воду, нерухомий центральний ал, що проходить в осьовому напрямку через трубу і закріплений на дні, можливо, за допомогою якоря, з зовнішньої сторони бака, трохи нижче його верхній поверхні кріпиться пристрій для перетворення енергії хвиль з кільцеподібної вертикальної стінкою, внутрішня частина бака розділена суцільними стінками, що йдуть радіально, на кілька секторів, а всередині труби закріплений на нерухомому валу з можливістю обертання навколо вертикальної осі бака трубчастий вал відбору потужності, на якому закріплені спиралеподібні лопаті, при цьому труба і трубчастий вал через систему жорстких зв'язків і підшипників пов'язані між собою з можливістю відносного обертання.
Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг.1 зображено пристрій з паралельними вертикальними стінками і ідентичними перетворюють елемента, на фіг.2 пристрій з дугоподібними вертикальними стінками і розширюються до кінця елементами, на фіг.3 пристрій з циліндричними співісними вертикальними і перетворюють елементами, що мають форму кільцевих сегментів, на фіг.4 схема взаємодії перетворюють елементів з поперечно хитається щодо них рідиною, на фіг.5 хвильова електростанція, а на фіг.6 схема, яка пояснює принцип роботи хвильової електростанції.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
На вертикальних стінках 1 жорстко закріплюються перетворюють елементи 2. Якщо перетворюють елементи 2 виконані ідентичними і прямокутної форми, то вони закріплюються на паралельних вертикальних стінках (фіг.1); якщо перетворюють елементи 2 мають дугоподібні бічні торці своїх лопатей 4 і виконані розширюються, то вони закріплюються на вертикальних дугоподібних стінках (фіг.2); якщо перетворюють елементи 2 мають форму кільцевого сегмента, то вони закріплюються на циліндричних співвісних вертикальних стінках (фіг. 3, на цій фіг. зображена для простоти частина пристрою).
Перетворює елемент 3 складається з двох плоских лопатей обтічної форми 4, які пов'язані між собою жорсткими зв'язками 3 так, що між опуклими поверхнями лопатей, зверненими один до одного, утворюється плоский звужується канал з малим вхідним опором. Перетворюють елементи 2 закріплюються на вертикальних стінках 1 так, що кінець одного елемента розташований між лопатями подальшого, а між верхніми лопатями двох сусідніх елементів, так само як і між нижніми, є зазор, висота якого порівнянна з половиною відстані між лопатями перетворює елемента, при цьому елементи закріплені на стінках без утворення щілин між стінкою і бічними торцями лопатей.
У пристрої з циліндричними співісними вертикальними стінками (фіг.3) внутрішня стінка 1 жорстко пов'язана зв'язками 7 з трубчастим валом відбору потужності 6, який закріплений з можливістю обертання навколо загальної осі циліндричних стінок на нерухомому валу 3, закріпленим або на дні, можливо, за допомогою якоря, або на будь-якому плаваючому пристрої, або з використанням і того і іншого. Зовнішня циліндрична стінка 1 має посередині кільцевої розріз висотою рівній висоті самої вузької частини плоского каналу між лопатями перетворює елемента.
У хвильової електростанції (фіг.5) до циліндричної поверхні плавучого бака 10 кріпляться перетворюють елементи 2, що мають форму кільцевого сегмента, без утворення щілин між поверхнею і бічними торцями лопатей 4, а до протилежних бічних торцях лопатей 4 елементів 2 кріпиться вертикальна циліндрична стінка 1, має посередині кільцевої розріз. Поверхня бака суцільними вертикальними стінками 3, що ділять внутрішню порожнину бака на кілька секторів, з'єднана з трубою 9, що має початкова ділянка 12 з малим вхідним опором. Труба 9 жорсткими зв'язками 7 за допомогою підшипників 14 пов'язана з трубчастим валом відбору потужності 6, на якому закріплені спиралеподібні лопаті 13, а трубчастий вал закріплений з можливістю обертання навколо осі бака на нерухомому валу 5, який закріплюється на дні. Система кріплень забезпечує можливість відносного обертання валу відбору потужності і труби 9, що проходить крізь дно бака 11.
Елементи 2 закріплені на поверхні бака нижче його верхнього краю на такому рівні, щоб хвилі, захльостуючи верхні лопаті 4, що не перехльостували через краю бака, цим же умовою обумовлена ступінь занурення бака в воду. Труба 9 щодо бака 10 розташована таким чином, щоб її верхній кінець знаходився на рівні, що лежить нижче рівня моря, при цьому не виключена можливість того, що верхній кінець труби 9 розташований на рівні дна бака, а плавучість бака забезпечується поплавками, закріпленими на його поверхні , це залежить від розмірів бака і режиму роботи.
Пристрій для перетворення енергії хвиль працює наступним чином.
Набігаюча на пристрій хвиля викликає коливальні переміщення рідини щодо пристрою. При цьому частина спрямованого знизу вгору потоку рідини, потрапляючи в область між вертикальними стінками 1, взаємодіє з нижніми лопатями 4 перетворюють елементів 2 (фіг.4, нижній рис.), В той час як частина того ж потоку, огинаючи опуклі поверхні вертикальних стінок 1 і перетікаючи поверх верхніх країв стінок, впливає на верхні лопаті елементів 2. Крім того, на верхні лопаті елементів впливає потік рідини, обумовлений тим, що хвиля, володіючи ударними властивостями, захльостує верхні лопаті. Вертикальна складова швидкості потоку рідини в результаті взаємодії потоку з верхніми і нижніми лопатями 4 перетворюють елементів змінює свій напрямок на горизонтальне (фіг.4, верхній рис.). У плоскому каналі між верхнім і нижнім рядом лопатей 4 перетворюють елементів виникає течія, швидкість якого, спрямована уздовж горизонтальної осі каналу, в деякій мірі буде зростати від елемента до елементу. Таким чином, перетворюють елементи перетворять вертикальні зміщення рідини, викликані коливаннями середовища щодо влаштування, в горизонтально спрямований потік рідини. В результаті на виході пристрою викидається потік рідини, що має горизонтально спрямований імпульс, внаслідок чого за законом збереження імпульсу на пристрій в протилежному напрямку буде діяти сила, яка визначається формулою: 
де F сила, що діє на пристрій;
P імпульс рідини; 
- Щільність рідини;
v площа поперечного перерізу вихідного каналу пристрою;
V швидкість рідини.
Таким чином, пристрій (фіг.1 і фіг.2) може бути використано в якості рушія для морських транспортних засобів.
Взаємодія хвиль з пристроєм, що має циліндричні вертикальні стінки (фіг. 3) призводить до того, що потік води, що протікає в плоскому каналі, утвореному лопатями елементів, викидається по дотичній через кільцевої розріз зовнішньої стінки. В результаті виникає момент сил закручує пристрій, а отже і жорстко пов'язаний з ним вал відбору потужності 6 навколо вертикальної осі пристрою, з якого обертання передається будь-яким відомим способом на вал елетрогенератора. В даному випадку пристрій може бути використано в якості стаціонарних або переносних енергоустановок щодо невеликої потужності, що перетворюють енергію хвиль в електричну енергію.
Хвильова електростанція працює в такий спосіб.
В результаті впливу хвиль на лопаті перетворюють елементів пристрою з циліндричної вертикальної стінкою, (фіг.5), на нього діє крутний момент, що закручує жорстко пов'язаний з пристроєм бак 10 навколо його вертикальної осі. Рідина, в повному обсязі заповнює бак завдяки суцільним вертикальним стінок 8, і починає обертатися, в результаті чого відбувається перерозподіл тиску (фіг.6). Тиск поблизу осі обертання зменшується, збільшуючись до країв бака пропорційно відстані в квадраті до осі обертання, що ілюструється формою поверхні рідини, що обертається. Оскільки в початковому положенні, коли бак нерухомий, рівень рідини в баку збігався з рівнем спокійного моря, то в обертовому баку поблизу його осі обертання, безпосередньо над верхнім кінцем труби 9, рівень рідини буде нижче рівня моря, внаслідок чого порушиться гідростатичний рівновагу між глибинними, які не беруть участі в обертальному русі, шарами рідини під трубою і поверхневими шарами над трубою. Перепад тиску, викликаний відхиленням від стану гідростатичної рівноваги, створює рухомий вертикально вгору по трубі потік рідини, який, впливаючи на спиралеподібні лопаті 13, закріплені на валу відбору потужності 6, змушує його обертатися навколо вертикальної осі бака з вала обертання передається електрогенератори. Положення верхнього краю труби 9 щодо верхнього краю бака 10, тобто відстань (фіг.6) визначається виходячи з форми обертається поверхні, залежить від режиму роботи, тобто від кутової швидкості обертання бака і діаметра бака, при цьому верхній край труби повинен збігатися з нижнім рівнем поверхні, а верхній край бака з верхнім рівнем обертається поверхні, при цьому в розрахунок приймається тільки ту кількість рідини, яке було в баку до його обертання. Ступінь занурення бака в воду, висота H визначається з тих же умов, а рівень закріплення лопатей перетворюють елементів визначається з урахуванням того, що поблизу обертається зовнішньої поверхні бака рівень рідини знижений в порівнянні з рівнем спокійного моря, тобто з урахуванням висоти h (зауважимо, що відлік висот йде від рівня спокійного моря), при цьому пристрій для перетворення енергії хвиль закріплюється на поверхні бака так, щоб кільцевої розріз на зовнішній циліндричній стінці пристрою знаходився на рівні h.
Використання пристрою для перетворення енергії хвиль і хвильова електростанція дозволить підвищити ККД перетворення енергії хвиль, накопичувати енергію хвиль у вигляді механічної енергії, тим самим забезпечуючи рівномірність перетворення енергії хвиль, розширити область використання пристрою, включаючи використання його в якості рушія для морських транспортних засобів.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Пристрій для перетворення енергії хвиль, що містить дві вертикальні стінки, жорстко пов'язані між собою за допомогою перетворюють елементів, розташованих один над одним і виконаних у вигляді плоских лопатей крилоподібного профілю, що відрізняється тим, що профілі виконані вигнутими і розташовані симетрично і дзеркально відносно горизонтальної площини під гострим кутом до неї, причому їх опуклі поверхні звернені один до одного з освітою плавно звужується плоского каналу, а бічні торці впритул закріплені на стінках, при цьому кожний наступний канал виконаний як продовження попереднього.
2. Пристрій за п.1, що відрізняється тим, що вертикальні стінки і бічні торці профілів виконані дугоподібними, при цьому середня ширина профілів виконана збільшується до їх кінця і від попереднього каналу до чого.
3. Пристрій за п.1, що відрізняється тим, що вертикальні стінки виконані у вигляді співвісних циліндричних кілець, при цьому зовнішня стінка в середній частині виконана з кільцевих розрізом, рівним по висоті найменшої висоти плоского каналу профілів, що мають форму кільцевих сегментів, а стінки жорстко пов'язані з трубчастим валом, закріпленим з можливістю обертання на вертикальному нерухомому валу.
4. Хвильова електростанція, яка містить циліндричний плавучий бак, частково заповнений водою, центральну трубу, що проходить в осьовому напрямку через центральну частину дна бака і занурену відкритим кінцем у воду, нерухомий центральний вал, що проходить в осьовому напрямку через трубу і закріплений на дні, можливо, за допомогою якоря, що відрізняється тим, що з зовнішнього боку бака, трохи нижче його верхній поверхні, закріплено пристрій для перетворення енергії хвиль з кільцеподібної вертикальної стінкою, внутрішня частина бака розділена суцільними стінками, що йдуть радіально, на кілька секторів, а всередині труби закріплений на нерухомому валу з можливістю обертання навколо вертикальної осі бака трубчастий вал відбору потужності, на якому закріплені спиралеподібні лопаті, при цьому труба і трубчастий вал через систему жорстких зв'язків і підшипників пов'язані між собою з можливістю відносного обертання.
Версія для друку
Дата публікації 13.01.2007гг
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.