UA75844U - - Google Patents

Description

Корисна модель належить до гідроенергетики, а саме до хвильових електростанцій.A useful model belongs to hydropower, namely to wave power plants.

Відома хвильова енергетична установка для використання енергії хвиль, що включає хвилеприймальну камеру, з розташованим в ній робочим колесом з лопатями кільцеподібної форми, та має в перерізі форму симетричного сегмента, і центральним обтічником коноїдальної форми (див. патент України Ме 20793 АРОЗВ13/12).A known wave energy installation for the use of wave energy, which includes a wave receiving chamber, with an impeller with ring-shaped blades located in it, and has the shape of a symmetrical segment in cross-section, and a central fairing of a conoidal shape (see patent of Ukraine Me 20793 АРОЗВ13/12).

Недоліком цієї хвильової енергетичної установки є те, що хвильові потоки діють на робоче колесо імпульсами, передаючи енергію лопатям, що знаходяться перед фронтом хвилі. Крім того, частина хвильового потоку відбивається від внутрішньої поверхні оболонки, а хвильовий потік, що сходить з робочого колеса, спрямований назустріч підводному хвильовому потоку і зменшує його енергію.The disadvantage of this wave energy installation is that the wave currents act on the impeller in pulses, transferring energy to the blades located in front of the wave front. In addition, part of the wave flow is reflected from the inner surface of the shell, and the wave flow coming from the impeller is directed towards the underwater wave flow and reduces its energy.

Відома модульна установка для використання енергії хвиль, що включає хвилеприймальну камеру, утворену днищем і напрямними стінками, що звужуються до місця встановлення робочого колеса, що містить центральний обтічник коноїдальної форми і лопаті кільцеподібної форми, які мають переріз у вигляді симетричного сегмента. Хвилеприймальна камера додатково розділена напрямними перегородками, які огинають робоче колесо, та забезпечена люком і відвідним лотком (див. патент України Мо 36832 А РОЗВ 13/12).A known modular installation for the use of wave energy, which includes a wave-receiving chamber formed by a bottom and guide walls narrowing to the place of installation of an impeller, containing a central fairing of conoid shape and blades of an annular shape, which have a cross section in the form of a symmetrical segment. The wave-receiving chamber is additionally divided by directional partitions that surround the impeller, and is equipped with a hatch and a discharge tray (see patent of Ukraine Mo 36832 А РОЗВ 13/12).

Недоліком цього пристрою є необхідність орієнтування вхідного отвору безпосередньо «проти» хвилі, а це пов'язано з енерговитратами, порівняними або такими, що перевищують очікувану потужність пристрою. Крім цього, вертикальне розміщення осі обертання робочого колеса не дозволяє використовувати гравітаційні сили, що виникають при зворотно- поступальному русі мас води в поверхневих шарах водойми.The disadvantage of this device is the need to orient the input hole directly "against" the wave, and this is associated with energy consumption comparable to or exceeding the expected power of the device. In addition, the vertical placement of the axis of rotation of the impeller does not allow the use of gravitational forces arising from the reciprocating movement of water masses in the surface layers of the reservoir.

Найбільш близьким за технічною суттю і досягнутому ефекту до заявлюваного пристрою є пристрій для перетворення хвильової енергії |патент 4 333 311 РОЗВ 13/12. Пристрій для перетворення хвильової енергії / біїіспі Кпабауавні, - Мо 83793; заявлено 11.10.79, опубліковано 8.06.82) (прототип), що включає обертову хвилеприймальну камеру з розташованими всередині неї радіальними розподільними перегородками. Розподільні перегородки кріпляться на валу, забезпечені отвором з клапаном і ділять хвилеприймальну камеру на кілька робочих камер. У зовнішніх стінках робочих камер також виконані два отвори для входу/виходу води та повітря, причому один з отворів закривається клапаном.The closest in terms of technical essence and achieved effect to the claimed device is a device for converting wave energy | patent 4 333 311 РОЗВ 13/12. Device for converting wave energy / biiiispi Kpabauavni, - Mo 83793; claimed 11.10.79, published 8.06.82) (prototype), which includes a rotating wave-receiving chamber with radial distribution baffles located inside it. Distribution partitions are attached to the shaft, equipped with an opening with a valve and divide the wave-receiving chamber into several working chambers. The outer walls of the working chambers also have two holes for the entry/exit of water and air, and one of the holes is closed by a valve.

Зо До недоліків прототипу слід віднести низьку потужність установки для виключення вірогідності реверсного крутного моменту, що виникає завдяки вибраній схемі розміщення клапанів і впускних отворів в зовнішніх стінках робочих камер. З одного боку, збільшення розмірів отворів і прохідного перерізу клапанів знизить гідравлічний опір і дозволить своєчасно підніматися/опускатися рівню води всередині камер, проте принципово зменшить ефективні розміри робочих камер і призведе до небажаного переміщення обсягів води і повітря між камерами. Навпаки, зменшення перерізів отворів призведе до запізнювання заповнення камер і розбалансування прикладених зусиль аж до зупинки або зворотного ходу всього пристрою. Крім цього, позиціонування заявленого пристрою поблизу поверхні води також пов'язане з певними складнощами і енерговитратами.Among the shortcomings of the prototype should be attributed the low power of the installation to exclude the possibility of reverse torque, which occurs due to the chosen scheme for placing valves and inlets in the outer walls of the working chambers. On the one hand, an increase in the size of the holes and the cross-section of the valves will reduce the hydraulic resistance and allow the water level inside the chambers to rise/fall in a timely manner, but it will fundamentally reduce the effective dimensions of the working chambers and lead to unwanted movement of water and air volumes between the chambers. On the contrary, reducing the cross-sections of the holes will delay the filling of the chambers and unbalance the applied forces up to the stop or reverse movement of the entire device. In addition, positioning the claimed device near the surface of the water is also associated with certain difficulties and energy costs.

В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення модульної установки для перетворення енергії хвиль, зокрема створення конструкції робочих камер, що дозволяють без втрат використовувати кінетичну енергію зворотно-поступального руху поверхневих хвиль незалежно від їх розмірів, напрямку і конфігурації.The basis of a useful model is the task of improving a modular installation for converting wave energy, in particular, creating a design of working chambers that allow using the kinetic energy of the reciprocating movement of surface waves without loss, regardless of their size, direction and configuration.

Поставлена задача вирішується тим, що у відомій модульній установці для перетворення енергії хвиль, що включає обертову хвилеприймальну камеру з отворами і клапанами для входу/виходу води та повітря, згідно з корисною моделлю, хвилеприймальна камера виконана з декількох робочих камер у вигляді сегментів торовидної форми, відкритих з одного боку і закритих з іншого боку клапаном.The task is solved by the fact that in a known modular installation for the conversion of wave energy, which includes a rotating wave-receiving chamber with openings and valves for the entry/exit of water and air, according to a useful model, the wave-receiving chamber is made of several working chambers in the form of segments of a toroidal shape, open on one side and closed on the other side by a valve.

Корисна модель, що заявляється, представлена на фіг. 1 загальним видом модульної установки, а на фіг. 2 поперечним перерізом одного модуля.The claimed useful model is shown in fig. 1 is a general view of the modular installation, and in fig. 2 cross section of one module.

Модульна установка для перетворення енергії хвиль, зображена на фіг. 1, включає безліч модулів або хвилеприймальних камер 1, закріплених на пустотілому циліндричному корпусі 2.The modular installation for the conversion of wave energy, shown in fig. 1, includes many modules or wave-receiving chambers 1 fixed on a hollow cylindrical body 2.

Для передачі отриманого обертального руху на генератор передбачений довільної конструкції вал відбору потужності 3. Хвилеприймальна камера 1, зображена на фіг. 2, складається з декількох (двох у варіанті креслення) робочих камер 4, виконаних у вигляді торовидних сегментів. З одного боку робочі камери 4 відкриті для вільного доступу води і повітря, а протилежний бік закритий клапаном 5. Залежно від зовнішніх умов використання та розмірів модульної установки клапан 5 може бути впускним або випускним.To transfer the received rotational motion to the generator, a power take-off shaft 3 of arbitrary design is provided. The wave-receiving chamber 1, shown in Fig. 2, consists of several (two in the version of the drawing) working chambers 4, made in the form of toroidal segments. On one side, working chambers 4 are open for free access of water and air, and the opposite side is closed by valve 5. Depending on the external conditions of use and the dimensions of the modular installation, valve 5 can be inlet or outlet.

Пристрій, що заявляється, працює наступному чином.The claimed device works as follows.

Модульна установка для перетворення енергії хвиль закріплюється будь-яким відомим способом в місці установки так, щоб знаходитися на поверхні води в «напівзатопленому» стані.The modular installation for the conversion of wave energy is fixed by any known method in the place of installation so as to be on the surface of the water in a "semi-submerged" state.

Набігаючі хвилі, як показано на фіг. 1, будуть довільним чином тимчасово затоплювати і осушувати окремі робочі камери, створюючи при цьому дисбаланс сил, що забезпечує обертання всієї установки і передачу руху на вал електрогенератора 3. Сам електрогенератор на кресленні не показаний. Круговий рух робочих камер можна умовно розділити на ділянки опускання (занурення) і підйому (спливання). Принцип роботи (динамічна схема) установки показаний на фіг. 2 на прикладі поперечного розрізу одного модуля в варіанті з випускними клапанами:Oncoming waves, as shown in fig. 1, will arbitrarily flood and drain individual working chambers, thus creating an imbalance of forces, which ensures the rotation of the entire installation and the transfer of motion to the shaft of the electric generator 3. The electric generator itself is not shown in the drawing. The circular motion of working chambers can be conditionally divided into sections of lowering (immersion) and raising (rising). The principle of operation (dynamic diagram) of the installation is shown in fig. 2 on the example of a cross-section of one module in the version with exhaust valves:

Фаза 1: Проходження гребеня хвилі і відносне «занурення» модуля (світлий фон на блок- схемі).Phase 1: Passage of the wave crest and relative "submergence" of the module (light background on the block diagram).

На робочій камері 4, що умовно «підіймається» клапан 5 під дією надлишкового тиску закривається і на неї починає діяти виштовхуюча сила Архімеда Ех, створюючи крутний момент.On the working chamber 4, which is conditionally "rising", the valve 5 closes under the action of excess pressure and the Archimedes pushing force Ex begins to act on it, creating a torque.

У робочій камері 4, що «опускається», відкривається клапан 5 і вона безперешкодно заповнюється рідиною за принципом сполучених посудин.In the "lowering" working chamber 4, the valve 5 is opened and it is smoothly filled with liquid according to the principle of connected vessels.

Фаза 2: Падіння рівня рідини і відносне «спливання» модуля (верхня межа темного фону на блок-схемі).Phase 2: Falling of the liquid level and relative "floating" of the module (the upper limit of the dark background on the block diagram).

Вага рідини Ет, яка заповнила в першій фазі робочу камеру 4 під час «занурення» модуля, створивши розрідження в робочій камері та закривши клапан 5, надає модулю крутний момент в тому ж напрямку, що і сила Архімеда Ед при «зануренні» у першій фазі.The weight of the liquid Et, which filled the working chamber 4 in the first phase during the "dive" of the module, creating a vacuum in the working chamber and closing the valve 5, gives the module a torque in the same direction as the Archimedean force Ed during the "dive" in the first phase .

У робочій камері 4, що «підіймається», за потреби відкривається клапан 5 і вона безперешкодно звільняється від рідини, не протидіючи обертанню модуля.In the "rising" working chamber 4, the valve 5 is opened as needed and it is freely released from the liquid, without opposing the rotation of the module.

Для підтвердження правильності припущень, ми побудували діючу модель установки для перетворення енергії хвиль з двох модулів і провели випробування спочатку в лабораторії, а потім в реальних умовах на р. Дніпро. Загальний діаметр модулів склав 200 мм, діаметр робочих камер - 50 мм. На кожному модулі було закріплено по три робочих камери. При проведенні експерименту була реалізована схема з випускними клапанами. У лабораторії модулі поступально занурювалися і витягувалися в прямокутної ємності з водою з амплітудою 120 мм і періодом 2 секунди. При натурних випробуваннях висота реальної хвилі коливалася вTo confirm the correctness of the assumptions, we built a working model of the installation for the conversion of wave energy from two modules and conducted tests first in the laboratory, and then in real conditions on the Dnipro River. The total diameter of the modules was 200 mm, the diameter of the working chambers - 50 mm. Three working cameras were attached to each module. During the experiment, a scheme with exhaust valves was implemented. In the laboratory, the modules were gradually immersed and pulled out in a rectangular container with water with an amplitude of 120 mm and a period of 2 seconds. During full-scale tests, the height of the real wave varied in

Зо межах 80 мм з періодом від 1 до З секунд. Випробування пройшли успішно і повністю підтвердили можливість стійкої роботи установки. При зануренні або «накаті» хвилі модель установки отримує стійкий імпульс від дії сили Архімеда і провертається на розрахунковий кут.From within 80 mm with a period from 1 to 3 seconds. The tests were successful and fully confirmed the possibility of stable operation of the installation. When the wave dips or "rolls over", the installation model receives a steady impulse from the action of the Archimedean force and turns to the calculated angle.

При вилученні моделі установки з ємності з водою, що відповідає «відкату» хвилі при натурних випробуваннях, модель установки знову-таки передбачувано провертається тепер вже під дією сили тяжіння води, утримуваної в робочих камерах.When removing the installation model from the container with water, which corresponds to the "rollback" of the wave during field tests, the installation model again predictably turns over now already under the influence of the gravity of the water held in the working chambers.

Проведені випробування і попередні розрахунки доводять, що запропонована модульна установка для перетворення енергії хвиль може бути ефективно використана як привід для хвильової електростанції на прибережних, острівних та інших територіях.Conducted tests and preliminary calculations prove that the proposed modular installation for converting wave energy can be effectively used as a drive for a wave power plant on coastal, island and other territories.

Claims (1)

40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Модульна установка для перетворення енергії хвиль, що включає обертову хвилеприймальну камеру з отворами і клапанами для входу/виходу води та повітря, яка відрізняється тим, що хвилеприймальна камера виконана з декількох робочих камер у вигляді сегментів торовидної 45 форми, відкритих з одного боку і закритих з іншого боку клапаном. : ї Го. | в нини г З тт ши ше ши ши ше соки то ше і о я ще: ще я ї "ні р я Гн КІ НК виш щи НН, і ПОое шини Е ел ши во НИ у ПИ А НИ р си я НН Я НН о пббнннняя ок м и М МИ Я ка На с і Бе Б ! 5 ! и ДОК ана НН КН НН НН НН щи40 UTILITY MODEL FORMULA A modular installation for the conversion of wave energy, including a rotating wave-receiving chamber with openings and valves for the entry/exit of water and air, which is characterized by the fact that the wave-receiving chamber is made of several working chambers in the form of segments of a toroidal shape 45, open from one side and closed on the other side by a valve. : i Go. | in the present r Z tt she she she she she she she juices that she and o I still: still I yi "ni r ya Hn KI NK vysh shchi NN, and POoe shiny E el shi vo NI u PI A NI r sy i NN I NN o pbbnnnaya ok m i M MY Ya ka Na s i Be B ! 5 ! i DOK ana NN KN NN NN NN shchi Фіг. 1 нини: в ев в За с ма є С, дич ко до п нн НЕ ст ТЯ ! ; ч ї я ев нн нн и нн й ла Ки Ми 5 В ; З ЕЙ ШЕ і и Е са: шк шишшнннннии ши ще Кк. п ї Кк КК м: ЕНН ка З ни вFig. 1 present: v ev v Za s ma is S, dich ko to p nn NOT st TYA! ; Who are we? Z EY SHE and i E sa: shk shishshnnnnnii shi still Kk. p i Kk KK m: ENN ka Z ni v Фіг. 2 00000000 КомпютернаверсткаС. Чулійїд (00000000 Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601Fig. 2 00000000 Computer interface. Chuliyid (00000000 State Intellectual Property Service of Ukraine, 45 Urytskogo St., Kyiv, MSP, 03680, Ukraine SE "Ukrainian Institute of Industrial Property", 1 Glazunova St., Kyiv - 42, 01601