Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности, к производству энергии путем преобразования энергии водяных волн в другие виды энергии.

В настоящее время в мире разработано и практически реализовано большое количество технологических схем, способов и устройств для преобразования энергии волн в электроэнергию.

Известно устройство (KR 20100118597 А, 05.11.2010) с плавающим и неподвижным поплавками, которые перемещаются относительно друг друга и передают движение элементу, преобразующему энергию вращения в электрическую .

Известно устройство (RU 2037642 С1, 19.06.1995) для преобразования энергии волн, состоящее из линейного генератора и динамического инерционного накопителя энергии, имеющее груз и упругие элементы, при этом предполагается, что частота собственных колебаний ротора генератора сопоставима с характерной частотой колебаний поплавка в воде.

Известно устройство (US2004 / 251692 А1, 16.12.2004), состоящее из поплавка, ротора линейного генератора и статора с витками электрической обмотки, который прикреплен к морскому дну, а между поплавком и генератором расположены соосно два гидроцилиндра различных диаметров.

К недостаткам всех этих установок относится низкий коэффициент полезного действия вследствие невозможности использования поплавковых элементов больших размеров. Также, предусмотренное такими конструкциями сложное преобразование энергии волны в электроэнергию приводит к значительному усложнению и подорожанию таких энергоустановок. Наиболее близкой к предложенному решению является волновая энергетическая установка (htps://www.youtube.com/watch?v=VtTZ85505ds), содержащая поплавковую конструкцию, расположенную на поверхности воды с возможностью возвратно-поступательного движения на волнах, береговую опору и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, которые расположены на стационарной поверхности, рычаг передачи возвратно-поступательного движения от поплавковой конструкции к механизму преобразования движения. При этом механизм преобразования движения связан с генератором электроэнергии.

К недостаткам такой установки относится то, что ее изготовление требует значительных капитальных затрат, непосредственное расположение поплавков у берега обусловливает неэффективную передачу энергии волны, а при береговой турбулентности воды конструкция предусматривает значительные расходы на один погонный метр береговой линии, в результате чего ограничен фронт принятия энергии волны. Кроме того, конструкция установки слабо защищена от чрезмерного морского волнения.

В основу изобретения поставлена задача повысить эффективность работы волновой энергетической установки путем создания возможности для изменения фронта рабочей поверхности поплавковой конструкции в зависимости от мощности энергии волны.

Поставленная задача решается тем, что в волновой энергетической установке, содержащей поплавковую конструкцию, расположенную на поверхности воды с возможностью возвратно-поступательного движения на волнах, стационарную опору и механизм преобразования возвратно- поступательного движения во вращательное, которые расположены на стационарной поверхности, рычаг передачи возвратно-поступательного движения от поплавковой конструкции к механизму преобразования движения, согласно предложенного решения, поплавковая конструкция содержит поплавковый элемент, закрепленный на консолях, между консолями размещен жесткий соединительный элемент, к которому с обоих концов шарнирно присоединены внутренние концы консолей, к центральной части соединительного элемента жестко присоединен ориентирующий киль, рычаг передачи движения выполнен из двух частей, концы которых шарнирно соединены между собой, другой конец одной части рычага соединен с центральной частью жесткого соединительного элемента через подшипниковое соединение, другой конец второй части рычага соединен с механизмом преобразования движения, а средняя часть второй части рычага опирается на стационарную опору, причем поплавковая конструкция оборудована насосным механизмом для надувания-сдувания поплавкового элемента и устройством для свертывания поплавковой конструкции.

При этом поплавковый элемент может быть выполнен в виде пары поплавков, каждый из которых размещен на соответствующей консоли.

Консоли поплавковой конструкции могут быть выполнены в виде двух балок, на которых закреплены подкрылки, охватывающих верхнюю часть поплавкового элемента.

Кроме того, поплавковая конструкция снабжена датчиками измерения волнения воды, соединенными с механизмом автоматического управления устройством для свертывания поплавковой конструкции и насосным механизмом.

По простейшему варианту выполнения устройство для сворачивания поплавковой конструкции может быть выполнено в виде расположенной на стационарной поверхности лебедки, соединенной с килем поплавковой конструкции.

Механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное может быть выполнен в виде реечной передачи. В предлагаемой конструкции предусмотрена возможность сворачивания поплавков в случаях, когда сильный ветер, шторм, или другие неблагоприятные погодные условия создают угрозу повреждения поплавков. Это позволяет создавать конструкции с большой рабочей поверхностью поплавков без угрозы их поломки, и таким образом увеличивать КПД волновых энергетических установок.

Предложенная волновая энергетическая установка поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена предложенная волновая энергетическая установка (вид сверху).

На фиг. 2 представлена поплавковая конструкция в рабочем состоянии (вид сверху).

На фиг. 3 представлена поплавковая конструкция в свернутом состоянии (вид сверху).

На фиг. 4 представлена предложенная установка (вид сбоку), где показаны два варианта расположения поплавковой конструкции: в рабочем и в погруженном состояниях.

Предложенная волновая энергетическая установка содержит поплавковую конструкцию 1, стационарную опору 2, механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное 3, рычаг передачи возвратно-поступательного движения 4. На чертежах представлена установка, где роль стационарной поверхности для опоры 2 выполняет побережье. Стационарной поверхностью для опоры 2 может служить также баржа, или другое судно, не связанное с берегом стационарно.

Поплавковая конструкция 1 содержит поплавковый элемент, который может иметь разное выполнение. На чертежах представлен вариант выполнения поплавкового элемента в виде одной пары надувных поплавков 5, закрепленных на консолях 6. Между консолями 6 размещен жесткий соединительный элемент 7, к которому с обоих концов присоединены внутренние концы консолей 6 с помощью шарнирно-пружинных соединений 8. К центральной части соединительного элемента 7 жестко присоединен ориентирующий киль 9, конец которого соединен с расположенным на стационарной поверхности устройством 10 для свертывания поплавковой конструкции (например, с лебедкой). Следует отметить, что возможны и другие варианты исполнения поплавкового элемента, например, это может быть один длинный поплавок, закрепленный на двух консолях, или несколько пар поплавковых элементов, и, соответственно, предусмотрено несколько пар консолей.

Рычаг передачи движения 4 выполнен из двух частей 11, 12, концы которых соединены между собой шарнирно-пружинным соединением 13. Другой конец части 11 рычага 4 соединен с центральной частью жесткого соединительного элемента 7 через подшипниковое соединение 14, другой конец части 12 рычага 4 соединен с механизмом преобразования движения 3, а средняя часть части 12 рычага опирается на стационарную опору 2. Как показано на фиг. 1, часть 12 рычага может состоять из нескольких элементов, жестко прикрепленных друг к другу, что обеспечивает размещение частей 11 , 12 в местах, прилегающих к соединению 13, на одной линии на водной поверхности. Поплавковая конструкция 1 снабжена насосным механизмом 15 для надувания-сдувания поплавков 5, который соединен с поплавками 5 системой шлангов 16.

Поплавковая конструкция снабжена датчиком измерения волнения воды 17, соединенным с механизмом 18 автоматического управления устройством 10 и с насосным механизмом 15, а также контрольным датчиком нажатия 19, расположенным под рычагом 4. На дне установлена опора 20 для опирания на нее поплавковой конструкции при погружении. По одному из конкретных вариантов выполнения консоли поплавковой конструкции могут быть выполнены в виде балок, на которых закреплены подкрылки, охватывающие верхнюю часть надувных поплавков.

Поплавки изготавливаются в виде надувных баллонов, размеры и форма которых оптимальные для снятия энергии с характерной волны конкретного побережья, причем поперечный размер поплавка должен обеспечивать максимальный диапазон возвратно-поступательного движения для цикла волн данного региона, а длина поплавка определяется в зависимости от длины и формы волн региона. Для повышения эффективности работы может быть предусмотрено дополнение конструкции несколькими стандартными модулями с дополнительными парами поплавков.

Устройство для сворачивания поплавковой конструкции 10 может быть выполнено в виде лебедки, а механизм преобразования возвратно- поступательного движения во вращательное 3 может быть выполнен в виде реечной передачи. Возможны и другие варианты выполнения этих устройств.

Предложенная волновая энергетическая установка работает следующим образом. В рабочем состоянии накачанные поплавки 5 колеблются на волнах, занимая оптимальное по отношению к направлению волн положение за счет поворотов киля 9. При этом возвратно- поступательное движение поплавков 5 через рычаг 4 передается на механизм преобразования движения 3, и через трансмиссию передает крутящий момент на генератор электроэнергии. При возникновении чрезмерного волнения моря (шторм) рычаг 4 приобретает чрезмерное движение и нажимает на датчик 19, который включает механизм управления 18. В первую очередь с помощью насосного механизма 15 через систему шлангов 16 стравливается воздух из поплавков 5. Спущенные поплавки 5 размещаются в подкрылках и не создают сопротивления волнам. После принудительного выкачивания основного воздуха из поплавков 5 включается устройство 10, например, расположенная на берегу лебедка. При этом киль 9 погружается в воду, увлекая за собой консоли 6 с поплавками 5, и упирается в расположенную на дне опору 20, а часть 11 рычага 4 разворачивается под углом к части 12. Последовательность осуществления операций обеспечивается наличием шарнирно-пружинных механизмов 8, 13. Когда чрезмерное волнение водной поверхности стихает, тогда датчик 17 подает сигнал на механизм автоматического управления 18. При этом одновременно выключается работа устройства 10 и осуществляется подкачка поплавков 5 через насосный механизм 15. Поплавки поднимаются на поверхность, и энергетическая установка возобновляет работу.

Наличие стационарной опоры 2, на которую опирается рычаг 4, расположенный на побережье или на другой стационарной поверхности, обеспечивает минимальную потерю колебательного движения. Расстояние от поплавков 5 до опоры 2 и расстояние от опоры 2 до механизма преобразования движения 3 зависит от рельефа местности, энергетической мощности волн и конкретных условий использования волновой энергетической установки. Предусматривается модульная конструкция рычага, вследствие чего можно изготавливать рычаги необходимой длины по обе стороны от опоры.

Таким образом, благодаря использованию предложенной установки становится возможным использование поплавков достаточно больших размеров, что в свою очередь значительно повышает эффективность работы.