EA039263B1 - Wave power system - Google Patents
Wave power system Download PDFInfo
- Publication number
- EA039263B1 EA039263B1 EA201991620A EA201991620A EA039263B1 EA 039263 B1 EA039263 B1 EA 039263B1 EA 201991620 A EA201991620 A EA 201991620A EA 201991620 A EA201991620 A EA 201991620A EA 039263 B1 EA039263 B1 EA 039263B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- wave
- water
- casing
- hydraulic turbine
- energy
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
Landscapes
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к гидроэнергетическим установкам, а более точно- к волновой энергетической системе и может быть использовано для выработки экологически чистой неисчерпаемой электроэнергии, например, для обеспечения питания отдаленных бакенов в автономном режиме без подзарядки.The present invention relates to hydropower installations, and more precisely, to a wave energy system and can be used to generate environmentally friendly inexhaustible electricity, for example, to provide power to remote beacons offline without recharging.
Предшествующий уровень техникиPrior Art
С каждым годом уровень потребления электроэнергии человечеством растет. Рост потребления электроэнергии обусловлен развитием техногенной сферы. Несколько десятков лет назад произошел скачок в потреблении энергетических ресурсов, который был обусловлен научно технической революцией. С каждым годом эта тенденция сохраняется, человечество потребляет все больше и больше энергоресурсов. Нахождение новых месторождений не дает гарантии на обеспеченное энергетическими ресурсами в будущем, так как на освоение новых месторождений требуется большое количество времени и затрат. Также мы не можем сказать, на какое время хватит этих ресурсов.Every year the level of electricity consumption by mankind is growing. The growth in electricity consumption is due to the development of the technogenic sphere. A few decades ago, there was a jump in the consumption of energy resources, which was due to the scientific and technological revolution. Every year this trend continues, humanity consumes more and more energy resources. The discovery of new deposits does not guarantee the provision of energy resources in the future, since the development of new deposits requires a large amount of time and costs. Also, we cannot say how long these resources will last.
В настоящее время 90% электроэнергии получают посредством сжигания углеводородного топлива. Одним из главных недостатков углеводородного топлива является то, что оно может закончиться. Однако в перечень энергетических проблем входит не только проблема добычи ресурсов, но и побочные эффекты их переработки. При сжигании углеводородного топлива в атмосферу выделяются вредные соединения (СО; СО2; SO2; NOx), что приводит к загрязнению окружающей среды, изменению климата, последствия чего очень опасны.Currently, 90% of electricity is generated by burning fossil fuels. One of the main disadvantages of hydrocarbon fuels is that they can run out. However, the list of energy problems includes not only the problem of resource extraction, but also the side effects of their processing. When hydrocarbon fuels are burned, harmful compounds (CO; CO2; SO2; NO x ) are released into the atmosphere, which leads to environmental pollution, climate change, the consequences of which are very dangerous.
Человечество очень озабочено экологическими проблемами земли, решением подобных проблем могут стать инновации в сфере альтернативной энергетики, в частности, разработка установок, преобразующих чистую энергию, т.е. энергию солнца, ветра, волн, в электроэнергию. У такого источника энергии как волны есть свои плюсы. Энергия волн в отличие от солнечной энергии не зависит от погодных условий и дает возможность получать энергию круглосуточно.Humanity is very concerned about the environmental problems of the earth, innovations in the field of alternative energy, in particular, the development of installations that convert clean energy, i.e. energy from the sun, wind, waves, into electricity. Such a source of energy as waves has its advantages. Wave energy, unlike solar energy, does not depend on weather conditions and makes it possible to receive energy around the clock.
В отличие от преобразователей энергии ветра, преобразователи энергии волн не требуют больших и отдаленных территорий на суше.Unlike wind power converters, wave power converters do not require large and remote areas on land.
В настоящее время все больше и больше стали развиваться альтернативные источники энергии. Существует несколько видов альтернативных источников энергии. В их число входят устройства для выработки электроэнергии, основанные на преобразовании механической энергии волн водной среды в электрическую энергию.Currently, more and more began to develop alternative energy sources. There are several types of alternative energy sources. These include devices for generating electricity based on the conversion of the mechanical energy of the waves of the aquatic environment into electrical energy.
Известно волновое энергетическое устройство для выработки электроэнергии, основанное на преобразовании механической энергии в электрическую (см., например, RU 2377424, опубликован 20.11.2009 г.), которое содержит систему валов, шестеренок, муфт, связанных с плавающими понтонами. К недостаткам данного устройства можно отнести то, что во всех механических устройствах имеются большие потери мощности, для их преодоления необходимы большие плавучие объекты в виде понтонов, для получения значительной архимедовой силы. Такие понтоны не реагируют на небольшие волны, поэтому подобные устройства малоэффективны.Known wave energy device for generating electricity, based on the conversion of mechanical energy into electrical energy (see, for example, RU 2377424, published 20.11.2009), which contains a system of shafts, gears, clutches associated with floating pontoons. The disadvantages of this device include the fact that in all mechanical devices there are large power losses, to overcome them, large floating objects in the form of pontoons are needed to obtain a significant Archimedean force. Such pontoons do not respond to small waves, so such devices are ineffective.
В качестве ближайшего технического решения рассматривается волновая энергетическая установка (см. RU 174403 U1, опубликовано 11.10.2017), содержащая вертикальную цилиндрическую трубу с поплавком, обратным клапаном и якорной системой, труба выполнена конусной, суживающейся в верхней части, в которой установлены направляющие лопатки и гидротурбина, вращающая электрогенератор, обратный клапан выполнен в виде шторок одностороннего действия, над гидротурбиной в верхней части установлен сферический отражатель. Пространственная фиксация установки осуществляется якорной системой. Для увеличения получаемой электроэнергии несколько установок могут быть объединены в единую цепь.As the closest technical solution, a wave power plant is considered (see RU 174403 U1, published on 10/11/2017), containing a vertical cylindrical pipe with a float, a check valve and an anchor system, the pipe is made conical, tapering in the upper part, in which guide vanes and a hydraulic turbine rotating an electric generator, a check valve is made in the form of single-acting curtains, a spherical reflector is installed above the hydraulic turbine in the upper part. Spatial fixation of the installation is carried out by an anchor system. To increase the electricity received, several installations can be combined into a single circuit.
Устройство не обеспечивает преобразования энергии волн в электрическую энергию в полной мере, т.е. не обеспечивает возможность получения достаточного количества энергии. К недостаткам можно отнести также и ограниченный диапазон использования установки.The device does not fully convert wave energy into electrical energy; does not provide sufficient energy. The disadvantages include also the limited range of use of the installation.
В указанной установке, преобразующей энергию волн, рабочее тело, представляет собой насос, что обуславливает ряд недостатков, в частности, из-за силы трения, возникающей между поршнем и корпусом насоса происходят потери энергии, что приводит к уменьшению КПД, также сила трения способствует изнашиванию устройств, что приводит к необходимости постоянных эксплуатационных затрат.In this installation, which converts wave energy, the working fluid is a pump, which causes a number of disadvantages, in particular, due to the friction force that occurs between the piston and the pump housing, energy is lost, which leads to a decrease in efficiency, and the friction force also contributes to wear. devices, which leads to the need for constant operating costs.
Существо изобретенияThe essence of the invention
В основу настоящего изобретения поставлена задача создания альтернативного источника энергии волновой энергетической системы, которая расширит диапазон использования и позволит обеспечить размещение на небольших глубинах, использовать энергию волн небольшой высоты до 0,5 м, повысить уровень КПД по сравнению с прототипом на 20-25% как при использовании в качестве единичной установки, так и при объединении нескольких установок, и таким образом отказаться от сжигания углеводородного топлива для выработки электроэнергии.The present invention is based on the task of creating an alternative energy source of a wave energy system, which will expand the range of use and allow placement at shallow depths, use the energy of waves of small height up to 0.5 m, increase the level of efficiency compared to the prototype by 20-25% as when used as a single installation, and when combining several installations, and thus refuse to burn hydrocarbon fuels to generate electricity.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение - повышение энергоэффективности и расширение диапазона использования установки.The technical result to which the invention is directed is to increase energy efficiency and expand the range of use of the installation.
Технический результат достигается благодаря созданию волновой энергетической системы, содерThe technical result is achieved through the creation of a wave energy system containing
- 1 039263 жащей множество волновых энергетических установок, последовательно связанных друг с другом, и каждая волновая энергетическая установка содержит полый корпус, имеющий форму усеченного конуса, большее основание которого обращено к дну водоема при установке в воду, а в сужающейся части корпуса вблизи меньшего основания установлен поплавок, обеспечивающий вертикальное положение корпуса в воде, обратный клапан, выполненный в виде шторок одностороннего действия с опорными стержнями, установленный на большем основании корпуса;- 1 039263 feeding a plurality of wave power plants connected in series with each other, and each wave power plant contains a hollow body having the shape of a truncated cone, the larger base of which faces the bottom of the reservoir when installed in water, and in the tapering part of the body near the smaller base is installed a float that ensures the vertical position of the hull in the water, a check valve made in the form of single-acting curtains with support rods, installed on the larger base of the hull;
направляющий аппарат, содержащий множество радиально расположенных направляющих лопаток, закрепленных на внутренней стенке корпуса вблизи меньшего основания, гидротурбину, установленную соосно с корпусом ближе к меньшему основанию и содержащую лопатки, радиально установленные на валу гидротурбины, сферический отражатель, установленный над гидротурбиной с зазором относительно корпуса и соединенный с меньшим основанием корпуса посредством штырей, аэродинамический экран, герметично закрепленный на сферическом отражателе с образованием полости, электрогенератор, установленный в полости аэродинамического экрана, имеющий ротор, соединенный с валом гидротурбины, проходящим через сферический отражатель, якорь, прикрепленный к корпусу, согласно изобретению волновая энергетическая установка дополнительно содержит множество шарнирных штоков и гидроцилиндров, обеспечивающих связь энергетических установок друг с другом, которые снабжены магнитным сердечником и соленоидом, при этом гидроцилиндр выполнен в виде магнитного поршневого механизма двойного действия с непроводящей жидкой средой и с перепускными разгрузочными каналами для преобразования энергии волн водной среды при перемещении энергетических установок на волнах.a guide vane containing a plurality of radially arranged guide vanes fixed on the inner wall of the housing near the smaller base, a hydraulic turbine mounted coaxially with the housing closer to the smaller base and containing blades radially mounted on the hydraulic turbine shaft, a spherical reflector mounted above the hydraulic turbine with a gap relative to the housing and connected to the smaller base of the body by means of pins, an aerodynamic screen hermetically fixed on a spherical reflector to form a cavity, an electric generator installed in the cavity of the aerodynamic screen, having a rotor connected to the hydro turbine shaft passing through the spherical reflector, an anchor attached to the body, according to the invention, a wave the power plant additionally contains a plurality of articulated rods and hydraulic cylinders that provide communication of the power plants with each other, which are equipped with a magnetic core and a solenoid, while the hydraulic cylinder is It is made in the form of a double-acting magnetic piston mechanism with a non-conductive liquid medium and with bypass discharge channels for converting the energy of the waves of the aquatic medium when moving power plants on the waves.
Предпочтительно вал гидротурбины выполнен за одно целое с ротором электрогенератора.Preferably, the hydro turbine shaft is integral with the generator rotor.
Предпочтительно аэродинамический экран имеет удлиненную обтекаемую форму и обеспечивает ориентирование волновой энергетической установки в зависимости от направления ветра, перпендикулярно фронту волн водной среды.Preferably, the aerodynamic screen has an elongated streamlined shape and provides orientation of the wave power plant, depending on the direction of the wind, perpendicular to the wave front of the aquatic environment.
Предпочтительно множество волновых энергетических установок соединены электрически последовательно с образованием заякоренной гирлянды.Preferably, a plurality of wave power plants are electrically connected in series to form an anchored string.
Волновая энергетическая система позволит получать недорогую, а самое главное без ущерба для окружающей среды экологически чистую электроэнергию, размешать установку на небольших глубинах, обеспечить преобразование энергии волн небольшой высоты до 0,5 м, повысить уровень КПД по сравнению с прототипом на 20-25% и повысить энергоэффективность по сравнению с известными энергетическими установками.The wave energy system will make it possible to obtain inexpensive, and most importantly, environmentally friendly electricity without harming the environment, to place the installation at shallow depths, to ensure the conversion of wave energy of small heights up to 0.5 m, to increase the level of efficiency compared to the prototype by 20-25% and improve energy efficiency compared to known power plants.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительного варианта воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 изображает общий вид волновой энергетической системы, согласно изобретению;In the following, the invention will be explained by a description of a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a general view of a wave energy system according to the invention;
фиг. 2 изображает общий вид волновой энергетической установки (вид в разрезе);fig. 2 depicts a general view of the wave power plant (sectional view);
фиг. 3 изображает схематично волновую энергетическую установку (вид сбоку);fig. 3 is a schematic representation of a wave power plant (side view);
фиг. 4 изображает общий вид двух волновых энергетических установок, соединенных посредством шарнирного штока;fig. 4 depicts a general view of two wave power plants connected by means of an articulated rod;
фиг. 5 изображает схему профиля лопатки гидротурбины;fig. 5 is a diagram of a hydroturbine blade profile;
фиг. 6 изображает экспериментальную кривую зависимости подъемной силы Су от величины угла атаки α.fig. 6 shows the experimental curve of the dependence of the lift force Su on the angle of attack α.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретенияDescription of preferred embodiments of the invention
Волновая энергетическая система 1 (фиг. 1) согласно изобретению содержит множество волновых энергетических установок 2, последовательно связанных друг с другом.Wave energy system 1 (Fig. 1) according to the invention contains a plurality of wave energy installations 2 connected in series with each other.
Каждая волновая энергетическая установка 2 (фиг. 2) содержит полый корпус 3, имеющий форму усеченного конуса, большее основание 4 которого обращено к дну водоема при установке в воду, а в сужающейся части 5 корпуса вблизи меньшего основания 6 установлен поплавок 7, обеспечивающий вертикальное положение корпуса 3 в воде. Поплавок 7 поддерживает положительную плавучесть устройства 2.Each wave power plant 2 (Fig. 2) contains a hollow body 3, having the shape of a truncated cone, the larger base 4 of which faces the bottom of the reservoir when installed in water, and in the tapering part 5 of the body near the smaller base 6, a float 7 is installed, providing a vertical position building 3 in the water. The float 7 keeps the device 2 positively buoyant.
На большем основании 4 корпуса установлен обратный клапан 8, выполненный в виде шторок 9 одностороннего действия с опорными стержнями 10, образующими решетку.A non-return valve 8 is installed on the larger base 4 of the body, made in the form of single-acting curtains 9 with support rods 10 forming a grid.
На внутренней стенке корпуса 3 вблизи меньшего основания 6 закреплен направляющий аппарат 11, содержащий множество радиально расположенных направляющих лопаток 12.On the inner wall of the housing 3, near the smaller base 6, a guide vane 11 is fixed, containing a plurality of radially arranged guide vanes 12.
В корпусе 3 соосно с корпусом ближе к меньшему основанию 6 установлена гидротурбина 13, содержащая лопатки 14, радиально установленные на валу 15 гидротурбины.In the housing 3, coaxially with the housing closer to the smaller base 6, a hydraulic turbine 13 is installed, containing blades 14 radially mounted on the shaft 15 of the hydraulic turbine.
Волновая энергетическая установка 2 (фиг. 2) содержит также сферический отражатель 16 в виде тарелки, выпуклой частью обращенной вверх, установленный над гидротурбиной 13 с зазором 17 (фиг. 3) относительно корпуса 3 и соединенный с меньшим основанием 6 корпуса посредством штырей 18.Wave power plant 2 (Fig. 2) also contains a spherical reflector 16 in the form of a plate, with its convex part facing upwards, mounted above the hydraulic turbine 13 with a gap 17 (Fig. 3) relative to the housing 3 and connected to the smaller base 6 of the housing by means of pins 18.
- 2 039263- 2 039263
На сферическом отражателе 16 герметично закреплен аэродинамический экран 19 с образованием полости 20, в которой размещен электрогенератор 21, содержащий ротор 22 соединенный с валом 15 гидротурбины 13, проходящим через сферический отражатель 16.An aerodynamic screen 19 is hermetically fixed on the spherical reflector 16 with the formation of a cavity 20, in which an electric generator 21 is placed, containing a rotor 22 connected to the shaft 15 of the hydraulic turbine 13 passing through the spherical reflector 16.
К корпусу 3 прикреплен якорь 23 (фиг. 1).An anchor 23 is attached to the body 3 (Fig. 1).
Волновая энергетическая система 1 дополнительно содержит множество шарнирных штоков 24 и гидроцилиндров 25 (фиг. 4), обеспечивающих связь энергетических установок 2 друг с другом, и которые снабжены магнитным сердечником 26 и соленоидом 27, при этом гидроцилиндр 25 выполнен в виде магнитного поршневого механизма двойного действия с непроводящей жидкой средой 28 и с перепускными разгрузочными каналами 29 для преобразования энергии волн водной среды при перемещении энергетических установок на волнах.The wave energy system 1 additionally contains a plurality of articulated rods 24 and hydraulic cylinders 25 (Fig. 4), which provide communication between the power plants 2 with each other, and which are equipped with a magnetic core 26 and a solenoid 27, while the hydraulic cylinder 25 is made in the form of a double-acting magnetic piston mechanism with a non-conductive liquid medium 28 and bypass discharge channels 29 for converting the energy of the waves of the aquatic environment when moving power plants on the waves.
Возможен вариант, когда вал 15 гидротурбины 13 выполнен за одно целое с валом ротора 22 электрогенератора 21.It is possible that the shaft 15 of the turbine 13 is integral with the shaft of the rotor 22 of the generator 21.
Аэродинамический экран 19 (фиг. 2) имеет удлиненную обтекаемую форму и обеспечивает ориентирование волновой энергетической установки 2 в зависимости от направления ветра, перпендикулярно фронту волн водной среды.The aerodynamic screen 19 (Fig. 2) has an elongated streamlined shape and provides orientation of the wave power plant 2, depending on the direction of the wind, perpendicular to the wave front of the aquatic environment.
Множество волновых энергетических установок 2 (фиг. 1) соединены посредством проводов 30 последовательно с образованием заякоренной гирлянды.Many wave power plants 2 (Fig. 1) are connected by wires 30 in series to form an anchored garland.
Работа волновой энергетической установки 2 осуществляется следующим образом.The operation of the wave power plant 2 is carried out as follows.
Когда установка 2 находится на гребне волны, вода заполняет полностью всю полость корпуса 3. При опускании корпуса 3 вниз с гребня волны, вода не может вытекать из корпуса 3, поскольку этому препятствуют шторки 8 обратного клапана 4, и вода направляется в верхнюю часть корпуса 3. Благодаря конфузорности происходит увеличение скорости течения воды. Вода попадает на направляющие лопатки 12 направляющего аппарата 11 и воздействует на лопатки гидротурбины 14. Гидротурбина 14 начинает вращаться, вращается вал 15 гидротурбины 14 и соответственно вращается ротор 22 электрогенератора 21. Вырабатывается электрический ток, который по проводам 30 отводится потребителю.When unit 2 is on the crest of a wave, water completely fills the entire cavity of housing 3. When lowering housing 3 down from the crest of a wave, water cannot flow out of housing 3, since shutters 8 of the check valve 4 prevent this, and water is directed to the upper part of housing 3 Due to confuser, there is an increase in the speed of the flow of water. Water enters the guide vanes 12 of the guide vane 11 and acts on the blades of the hydraulic turbine 14. The hydraulic turbine 14 begins to rotate, the shaft 15 of the hydraulic turbine 14 rotates and, accordingly, the rotor 22 of the electric generator 21 rotates. Electric current is generated, which is discharged to the consumer through wires 30.
После прохождения гидротурбины 14 поток воды ударяется в отражатель 16 и вытекает из корпуса 3. Отражатель 16 защищает электрогенератор 21 от попадания воды.After passing through the turbine 14, the water flow hits the reflector 16 and flows out of the housing 3. The reflector 16 protects the electric generator 21 from water ingress.
При движении корпуса 3 вниз с гребня волны, одновременно с вытеканием воды через зазор 17 между корпусом 3 и отражателем 16 происходит заполнение корпуса 1 новой порцией воды через открытые шторки 8 обратного клапана 4. Далее, при подъеме установки 2 на гребень волны цикл повторяется.When body 3 moves down from the crest of the wave, simultaneously with the outflow of water through the gap 17 between the body 3 and the reflector 16, the body 1 is filled with a new portion of water through the open shutters 8 of the check valve 4. Further, when the installation 2 rises to the crest of the wave, the cycle repeats.
Работа одной установки 2 происходит на небольшом участке водного пространства и при этом генерируется небольшая энергия. Для генерирования значительной энергии множество установок 2 были соединены в цепь, имеющую значительную длину, при этом получаемая энергия составляет сумму, пропорциональную числу установок в этой цепи. Соединение отдельных установок 2 между собой осуществлено соединительным шарнирным штоком 24, который позволяет каждому устройству 2 перемещаться по вертикали, с гребня волны во впадину. Кроме того, аэродинамический экран 19 обеспечивает ориентирование как одной волновой энергетической установки 2, так и всей цепи установок 2 в зависимости от направления ветра, занимать оптимальное положение перпендикулярно фронту волн водной среды, что обеспечивается наличием свободного хода у тросов. В результате работы всех установок 2 в этой цепи, вырабатываемая электроэнергия передается через общий кабель к потребителю на берег.The operation of one installation 2 takes place in a small area of the water space and generates little energy. In order to generate significant energy, a plurality of installations 2 were connected in a circuit having a considerable length, while the resulting energy is a sum proportional to the number of installations in this circuit. The connection of individual installations 2 between themselves is carried out by a connecting articulated rod 24, which allows each device 2 to move vertically, from the crest of the wave to the trough. In addition, the aerodynamic screen 19 ensures the orientation of both one wave power plant 2 and the entire chain of plants 2, depending on the direction of the wind, to occupy the optimal position perpendicular to the front of the waves of the aquatic environment, which is ensured by the free running of the cables. As a result of the operation of all installations 2 in this circuit, the generated electricity is transmitted through a common cable to the consumer on the shore.
Минимально количество установок в цепи - два. Гидротурбина 13 крутится лишь в то время, когда установка 2 спускается с гребня волны, то есть энергия вырабатывается не постоянно, а периодически, но цепь, содержащая по меньшей мере две установки 2, обеспечивает возможность непрерывного генерирования энергии, при условии, что расстояние между двумя установками 2 равно половине длины волны водной среды, чтобы пока одна установка, находящаяся на гребне волны, вырабатывала энергию, другая находилась на стадии заполнения корпуса 3 водой.The minimum number of installations in a chain is two. The hydroturbine 13 rotates only at the time when the plant 2 descends from the crest of the wave, that is, the energy is not generated constantly, but periodically, but a circuit containing at least two plants 2 makes it possible to continuously generate energy, provided that the distance between the two installations 2 is equal to half the wavelength of the aquatic environment, so that while one installation, located on the crest of the wave, generates energy, the other is at the stage of filling housing 3 with water.
Дополнительным источником выработки энергии является шарнирный шток 24, который постоянно совершает колебание относительно своего центра масс. За счет этого в непроводящей жидкой среде 28 гидроцилиндра 25, имеющего обмотку соленоида 27, перемещается магнитный сердечник 26. В результате чего на обмотке соленоида 27 наводится ЭДС в соответствии с законом Джоуля-Ленца. Величина ЭДС пропорциональна числу витков обмотки соленоида 27 и магнитных характеристик сердечника 26. Непроводящая жидкая среда 28 по перепускным разгрузочным каналам 29 перетекает, создавая дополнительное давление на магнитный поршневой механизм двойного действия, благодаря чему скорость перемещения магнитного сердечника 26 внутри обмотки соленоида 27 увеличивается. Вырабатываемая дополнительная электроэнергия отводится по проводам 30 на общий кабель и передается к потребителю на берег.An additional source of energy generation is the articulated rod 24, which constantly oscillates about its center of mass. Due to this, in a non-conductive liquid medium 28 of the hydraulic cylinder 25, having the winding of the solenoid 27, the magnetic core 26 moves. As a result, an EMF is induced on the winding of the solenoid 27 in accordance with the Joule-Lenz law. The EMF value is proportional to the number of turns of the solenoid winding 27 and the magnetic characteristics of the core 26. Non-conductive liquid medium 28 flows through the bypass discharge channels 29, creating additional pressure on the double-acting magnetic piston mechanism, due to which the speed of movement of the magnetic core 26 inside the solenoid winding 27 increases. The generated additional electricity is diverted through wires 30 to a common cable and transferred to the consumer on the shore.
Длина троса, связывающего якорь 23 с установкой, должна обеспечивать достаточный свободный ход для ориентации всей цепи перпендикулярно фронту волн.The length of the cable connecting the anchor 23 with the installation must provide sufficient free play to orient the entire chain perpendicular to the wave front.
На лопатки 14 гидротурбины 13 действует подъемная сила со стороны водного потока, что обеспечивает возможность гидротурбине вращаться не только за счет кинетической энергии водного потока, но и так же за счет подъемной силы. Подъёмную силу можно увеличить за счет увеличения угла атаки между вектором скорости водного потока и лопаткой гидротурбины. Сделать это можно путем перенаправOn the blades 14 of the turbine 13 acts lifting force from the side of the water flow, which allows the turbine to rotate not only due to the kinetic energy of the water flow, but also due to the lifting force. Lift can be increased by increasing the angle of attack between the water flow velocity vector and the turbine blade. You can do this by redirecting
- 3 039263 ления водного потока, эту функцию и выполняет направляющий аппарат 11.- 3 039263 of the water flow, this function is performed by the guide vane 11.
Важным фактором эффективности предложенной установки является рациональное проектирование гидротурбины. На каждую лопасть гидротурбины 13 в соответствии с теоремой Н.Е. Жуковского действует силаAn important factor in the efficiency of the proposed installation is the rational design of the hydroturbine. For each blade of the hydraulic turbine 13 in accordance with the theorem of N.E. Zhukovsky's force
FA = Cy^lb (I) где Fa - аэродинамическая подъемная сила, Н;F A = C y ^lb (I) where F a - aerodynamic lift, N;
Су - коэффициент подъемной силы, w - скорость потока, набегающего на профиль лопатки, м/с;Su - lifting force coefficient, w - speed of the flow incident on the blade profile, m/s;
l - высота или удлинение лопатки, м;l - height or elongation of the blade, m;
b - хорда или ширина лопасти, принимаемая как прямая, соединяющая две крайние точки средней линии, м (фиг. 5).b - chord or width of the blade, taken as a straight line connecting the two extreme points of the midline, m (Fig. 5).
Значения параметров l и b выбираются из конструктивных соображений, в зависимости от целевого назначения проектируемой установки и области применения: на больших глубинах в морских акваториях или на реках и водохранилищах с малой глубиной. Значительное влияние на подъемную силу FA оказывает коэффициент подъемной силы Су. Экспериментальная кривая зависимости Су от величины угла атаки α приведена на фиг. 6.The values of the parameters l and b are chosen from design considerations, depending on the purpose of the designed installation and the field of application: at great depths in marine areas or on rivers and reservoirs with shallow depth. Significant influence on the lifting force F A is exerted by the lifting force coefficient C y . The experimental curve of the dependence of C y on the angle of attack α is shown in Fig. 6.
Наибольшее значение Су обеспечивается при углах атаки α = 8°-10°. Для эффективной работы гидротурбины 13 необходимо обеспечивать, чтобы сила была направлена радиально к оси вращения турбины, что дает возможность так организовать поток воды через направляющий аппарат, чтобы α было равно 10°.The highest value C y is provided at angles of attack α = 8°-10°. For the efficient operation of the hydraulic turbine 13, it is necessary to ensure that the force is directed radially to the axis of rotation of the turbine, which makes it possible to organize the flow of water through the guide vane in such a way that α is equal to 10°.
Однако экспериментальные данные показывают, что подъемная сила увеличивается до того момента, пока значение угла не более 10 град., затем происходит уменьшение. Следовательно, угол должен составлять не более 10 град. Благодаря увеличению подъемной силы гидротурбина вращается интенсивнее.However, experimental data show that the lifting force increases until the angle value is no more than 10 degrees, then it decreases. Therefore, the angle should be no more than 10 degrees. Due to the increase in lift force, the turbine rotates more intensively.
Реализация устройства базируется на Законе Архимеда. Закон имеет следующее выражение: Р(выт) = -p*g* V (погр) (2) где Р(выт)-сила, с которой жидкость действует на установку;The implementation of the device is based on the Law of Archimedes. The law has the following expression: Р(vyt) = -p*g* V (load) (2) where Р(vyt) is the force with which the fluid acts on the installation;
V (погр) - объём части тела, погружённой в воду;V (immersion) - the volume of a body part immersed in water;
ρ - плотность жидкости;ρ is the density of the liquid;
g=9,8 - ускорение свободного падения.g=9.8 - free fall acceleration.
Объём корпуса, имеющего форму усеченного конуса, определяется по формуле V (корп) =((п *h)/3) *(R2+r2+(R *r) ) , (3) где h - высота корпуса;The volume of the body, having the shape of a truncated cone, is determined by the formula V (corp) \u003d ((n * h) / 3) * (R 2 + r 2 + (R * r) ) , (3) where h is the height of the body;
R - радиус нижнего днища;R is the radius of the lower bottom;
R - радиус верхнего днища.R is the radius of the upper bottom.
Пример.Example.
Если = 1,5 м, R=1m, r =0,5м. Тогда по формуле (3)If = 1.5 m, R=1m, r=0.5m. Then by formula (3)
V (корп) =( (3,14*1,5)/3)*(1 + 0,25 + 0,25)=2,4 м3.V (corp) \u003d ( (3.14 * 1.5) / 3) * (1 + 0.25 + 0.25) \u003d 2.4 m 3 .
Общая масса воды, заполняющая внутреннюю полость корпуса, равна G(b)=p* V(koh) (4)The total mass of water filling the internal cavity of the body is G(b)=p* V(koh) (4)
Подставив в (4) плотность жидкости ρ = 1000 кг/мЛ3,Substituting in (4) the liquid density ρ = 1000 kg/m L 3,
V (кон) = 2,4мА3,V (con) \u003d 2.4m A 3,
G(B) = 2400 кг.G(B) = 2400 kg.
Общая масса аппарата вместе с заполненной водой будетThe total mass of the apparatus together with the filled water will be
G(полн)=G(в)+G(кон), G(полн)=2400+G(кон), где G(koh) - масса конструкции, определяется размерами конструкции, выбранным материалом, толщиной стенок, весом направляющего аппарата 11 и гидротурбины 13.G(full)=G(c)+G(con), G(full)=2400+G(con), where G(koh) is the mass of the structure, determined by the dimensions of the structure, the selected material, the wall thickness, the weight of the guide vane 11 and hydraulic turbines 13.
Все остальные элементы устройства, т.е. электрогенератор 21, защитный экран 16, отражатель 19, должны находиться над поверхностью воды и это обеспечивается объемом и материалом поплавка 7, устанавливающего необходимую положительную плавучесть.All other elements of the device, i.e. electric generator 21, protective screen 16, reflector 19 must be above the water surface and this is provided by the volume and material of the float 7, which establishes the necessary positive buoyancy.
Согласно закону Архимеда масса плавающего тела равна массе вытесненной им воды С(констр)= р * V(norp)(5) где ρ - плотность воды = 1000 кг/мл3;According to Archimedes' law, the mass of a floating body is equal to the mass of water displaced by it С(constr)= р * V(norp)(5) where ρ - water density = 1000 kg/m l 3;
V- объём погружённой в воду части установки.V is the volume of the part of the installation submerged in water.
Объём погружённой части установки найдём из формулы (5) V (погр) = С(констр)/ р(б)We find the volume of the submerged part of the installation from the formula (5)
V = G(kohctp)/1000 кг/м3.V \u003d G (kohctp) / 1000 kg / m 3 .
Объём погружённой части поплавка 7 будет равен разности объёма погружённой части установки (формула (6)) и объёма корпуса 3, имеющего форму усеченного конуса (формула (3))The volume of the submerged part of the float 7 will be equal to the difference between the volume of the submerged part of the installation (formula (6)) and the volume of the body 3, which has the shape of a truncated cone (formula (3))
G(KOHcmp)\p - ( (n*h)/3) * (R2+r2+ (R*r) )(7)G(KOHcmp)\p - ( (n*h)/3) * (R 2 +r 2 + (R*r) )(7)
- 4 039263- 4 039263
Подставив полученные значения, получаемSubstituting the obtained values, we obtain
G(kohctp)/1000 кг/м3-2,4 м3.G(kohctp) / 1000 kg / m 3 -2.4 m 3 .
Развиваемое гидравлическое давление определяетсяThe developed hydraulic pressure is determined
P=ypL (8) y - максимальное ускорение трубы (корпуса), ρ - плотность воды,P=ypL (8) y - maximum acceleration of the pipe (case), ρ - water density,
L - длина корпуса.L - body length.
В работе были выполнены расчеты по плотности энергии морских волн, которая составляет 24 Дж/м2, при тихом море (1 балл); 5,5 кДж/м2, при умеренном (4 балла); 245 кДж/м2, при шторме (9 баллов). Мощность волны составила Р=11м/с*5512 Дж/м2 = 63388Дж.In the work, calculations were made on the energy density of sea waves, which is 24 J/m 2 , in a calm sea (1 point); 5.5 kJ/m 2 , with moderate (4 points); 245 kJ/m 2 during a storm (9 points). The wave power was Р=11m/s*5512 J/m 2 = 63388J.
Развиваемое при этом гидравлическое давление 0,025МПа.The hydraulic pressure developed in this case is 0.025 MPa.
Плотность энергии морских волн определяется по формулеThe energy density of sea waves is determined by the formula
W=gp(h/2)2, (9) где g -ускорение свободного падения —9,8 м/с2, ρ - плотность воды -1000 кг/м3,W \u003d gp (h / 2) 2 , (9) where g is the acceleration of free fall -9.8 m / s 2 , ρ is the density of water -1000 kg / m 3 ,
H - высота волны, м.H - wave height, m.
Приняв среднюю высоту волны 5 м, можно оценить плотность ее энергии по формуле (9) W=61 кДж/м3.Assuming an average wave height of 5 m, its energy density can be estimated using the formula (9) W=61 kJ/m 3 .
Vg - групповая скорость волны, т.е. скорость распространения энергии волны, которая находится по следующим формулам:Vg is the group velocity of the wave, i.e. wave energy propagation velocity, which is found by the following formulas:
На глубокой воде (глубина воды во много раз больше длины волны): Vg=V/2In deep water (water depth is many times greater than the wavelength): Vg=V/2
На мелкой воде (где длина волны больше глубины воды): Vg=VIn shallow water (where the wavelength is greater than the water depth): Vg=V
V - фазовая скорость волны:V is the phase velocity of the wave:
На глубокой воде: V = 7g(X/2)1/2 Deep water: V = 7g(X/2) 1/2
На мелкой воде: V xg d1/2,In shallow water: V xg d 1/2 ,
X - длина волны, d - глубина воды.X - wavelength, d - water depth.
Мощность волны (Вт\м): P=VgW.Wave power (W\m): P=VgW.
Расчеты показывают, что при монтаже предложенной установки из нескольких модулей (фиг. 1) в виде гирлянды длиной 10 м и расположении перпендикулярно фронту волны будет вырабатываться удельная мощность, в расчете на 1 м2 занимаемой площади, около 3^5 кВт/м2, что будет превышать как солнечные, так и ветровые энергоустановки.Calculations show that when installing the proposed installation of several modules (Fig. 1) in the form of a garland 10 m long and located perpendicular to the wave front, the specific power will be generated, per 1 m 2 of the occupied area, about 3 ^ 5 kW / m 2 , which will exceed both solar and wind power plants.
Таким образом, использование предлагаемой волновой энергетической установки позволяет значительно расширить диапазон использования при существенном повышении эффективности как единичного модуля, так и всей системы.Thus, the use of the proposed wave power plant can significantly expand the range of use with a significant increase in the efficiency of both a single module and the entire system.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201991620A EA039263B1 (en) | 2019-07-30 | 2019-07-30 | Wave power system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201991620A EA039263B1 (en) | 2019-07-30 | 2019-07-30 | Wave power system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201991620A1 EA201991620A1 (en) | 2021-02-26 |
| EA039263B1 true EA039263B1 (en) | 2021-12-24 |
Family
ID=74855424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201991620A EA039263B1 (en) | 2019-07-30 | 2019-07-30 | Wave power system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA039263B1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2254983A5 (en) * | 1973-12-12 | 1975-07-11 | Feart Michel | Device to extract energy from sea waves - generates electricity from turbines mounted on oscillating raft |
| RU2166124C2 (en) * | 1999-02-02 | 2001-04-27 | Шпаков Григорий Тарасович | Modular wave-energy hydroelectric power plant |
| WO2015172272A1 (en) * | 2013-10-08 | 2015-11-19 | 陈文彬 | Multi-buoy link power generating equipment |
| RU174403U1 (en) * | 2017-01-09 | 2017-10-11 | Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Лицей N 145" Авиастроительного района города Казани | WAVE POWER INSTALLATION |
| WO2018039128A1 (en) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | Brian Lee Moffat | Wave energy device with constricted tube and generator pod |
-
2019
- 2019-07-30 EA EA201991620A patent/EA039263B1/en unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2254983A5 (en) * | 1973-12-12 | 1975-07-11 | Feart Michel | Device to extract energy from sea waves - generates electricity from turbines mounted on oscillating raft |
| RU2166124C2 (en) * | 1999-02-02 | 2001-04-27 | Шпаков Григорий Тарасович | Modular wave-energy hydroelectric power plant |
| WO2015172272A1 (en) * | 2013-10-08 | 2015-11-19 | 陈文彬 | Multi-buoy link power generating equipment |
| WO2018039128A1 (en) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | Brian Lee Moffat | Wave energy device with constricted tube and generator pod |
| RU174403U1 (en) * | 2017-01-09 | 2017-10-11 | Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Лицей N 145" Авиастроительного района города Казани | WAVE POWER INSTALLATION |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201991620A1 (en) | 2021-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2018214114B2 (en) | Coastal Protection and Wave Generation System | |
| Lagoun et al. | Ocean wave converters: State of the art and current status | |
| US20060273594A1 (en) | Ocean wave generation | |
| US7728453B2 (en) | Ocean wave energy converter (OWEC) | |
| KR101548433B1 (en) | Oscillating Water Column Type Wave Energy Harvest | |
| Lemonis et al. | Wave and tidal energy conversion | |
| WO2012131705A2 (en) | A device for generating electrical energy using ocean waves | |
| Nicholls-Lee et al. | Tidal energy extraction: renewable, sustainable and predictable | |
| KR20180027282A (en) | Subsea floating tidal generator | |
| WO2007125538A1 (en) | A device for converting wave and/or tidal energy into electrical energy | |
| EA039263B1 (en) | Wave power system | |
| RU174403U1 (en) | WAVE POWER INSTALLATION | |
| ES2792178A1 (en) | MODULAR SYSTEM FOR THE USE OF ENERGY FROM THE TIDES (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) | |
| EP3164597B1 (en) | Device for generating hydro-electric energy | |
| KR101532385B1 (en) | Wave Energy Conversion Apparatus | |
| RU2782079C1 (en) | Method and apparatus for generating electricity from surface waves | |
| CN109630342B (en) | Tree type sea wave power generation device | |
| RU2732356C1 (en) | Device for power generation from tides | |
| US20240141865A1 (en) | Power plant | |
| Chopra | A short note on the hydro power and optimization of the power output of the hydro turbines | |
| KR102427102B1 (en) | A tidal power generator and tidal power generation system in deep water | |
| EP2995807B1 (en) | System for obtaining electrical energy from a wave motion | |
| Ben Elghali et al. | Marine tidal current electric power generation technology-A review. | |
| US20140210211A1 (en) | Inexpensive floating horizontal and vertical axis water turbines mounted on bridge and other structures to convert hydrokinetic energy to electric energy | |
| KR20100063277A (en) | Self-buoyant water mill sliding along the water mill shaft with buoyant can for current energy power generation |