Устройство получения электроэнергии за счет колебаний водной поверхности

Авторы патента:

Куканков Сергей Николаевич (RU)

Федорищев Олег Николаевич (RU)

Вивдич Олег Михайлович (RU)

Усцелемов Вячеслав Николаевич (RU)

F03B13/16 - использующие перемещение элемента, приводимого в действие энергией волны, относительно другого элемента

Владельцы патента RU 2447317:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ (RU)

Устройство получения электроэнергии за счет колебаний водной поверхности может быть использовано для производства экологически чистой электроэнергии путем преобразования энергии волн, в том числе приливов и отливов. Устройство получения электроэнергии за счет колебаний водной поверхности, содержащее механический преобразователь энергии волн 3, кинематически соединенный с электрогенератором 6, расположенные в плавучем корпусе 2. Устройство снабжено накопителем потенциальной энергии 4, автоколебательным блоком 5 с анкерным механизмом и зубчатыми системами передач. Механический преобразователь энергии волн 3 соединен через одну зубчатую систему передач с накопителем потенциальной энергии 4, ограниченным шестеренками с закрепленной на нем закручивающейся пружиной и через другую зубчатую систему передач соединен с автоколебательным блоком 5 с анкерным механизмом, передающим крутящий момент на ведущую шестеренку на валу электрогенератора 6. Изобретение направлено на создание конструкции, позволяющей рациональным образом преобразовывать подводимую энергию волн и приливов в электроэнергию и обеспечение равномерного ее получения. 7 ил.

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для производства экологически чистой электроэнергии путем преобразования энергии морских волн (в том числе приливов и отливов).

Известно устройство - поплавковая волновая электростанция (F03B 13/20, RU 2016227 от 15.07.1994 г.), содержащая плавучий корпус и механический преобразователь, кинематически связанный с электрогенератором, генерирующим электроэнергию в зависимости от колебаний водной среды.

Устройство вырабатывает электроэнергию, используя движение маятника, связанного с редуктором, выходной вал которого соединен с электрогенератором.

Недостатком поплавковой волновой электростанции является зависимость ее работы от состояния моря, невозможность использования в качестве приливной электростанции, нестабильность частоты вырабатываемой электроэнергии.

Задачей изобретения является создание устройства такой конструкции, которая позволит рациональным образом преобразовывать подводимую энергию волн, приливов в электроэнергию, причем изменения параметров подводимой энергии (амплитуда и частота следования волн, высоты подъема-опускания воды) в меньшей степени влияют на параметры получаемой электроэнергии. Создать возможность равномерного получения электроэнергии, используя накопитель потенциальной энергии, автоколебательный блок и анкерный механизм, не зависимо от наличия или отсутствия колебаний водной поверхности.

Технический результат достигается получением электроэнергии напрямую, т.е. вращением электрогенератора через различные виды зубчатых систем передачи, или применением накопителя потенциальной энергии за счет закручивания пружины во время активного колебания водной поверхности и раскручиванием ее при штиле, сглаживается так тазываемая мертвая зона в выработке электроэнергии.

Решение данной задачи достигается тем, что устройство получения электроэнергии за счет колебаний водной поверхности, содержащее механический преобразователь энергии волн, кинематически соединенный с электрогенератором, расположенные в плавучем корпусе, устройство снабжено накопителем потенциальной энергии, автоколебательным блоком с анкерным механизмом и зубчатыми системами передач, при этом механический преобразователь энергии волн соединен через одну зубчатую систему передач с накопителем потенциальной энергии, ограниченным шестеренками с закрепленной на нем закручивающейся пружиной, и через другую зубчатую систему передач соединенный с автоколебательным блоком с анкерным механизмом, передающим крутящий момент на ведущую шестеренку на валу электрогенератора.

Накопитель потенциальной энергии преобразует подводимую кинетическую энергию воды ненапрямую для приведения во вращательное (возвратно-поступательное) движение электрогенератора, а преобразуется в потенциальную энергию (поднятого груза, сжатых пружин) и накапливается, автоколебательный блок предназначен для экономичного расходования накопленной потенциальной энергии и поддержания постоянного уровня вращений электрогенератора, анкерный механизм является регулятором уровня вращения электрогенератора и расходования накопленной кинетической энергии.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен возможный вариант устройства получения электроэнергии за счет колебаний водной поверхности. Устройство, подобно часовому механизму, выполненное в плавучем корпусе, представляющее собой корпус, аналогичный корпусу корабля, который обладает положительной плавучестью (возможностью находится на поверхности воды при любых колебаниях водной среды) с учетом всех расположенных в нем механизмов (3, 4, 5, 6, 7) и содержит:

1 - груз;

2 - плавучий корпус;

3 - механический преобразователь энергии волн;

4 - накопитель потенциальной энергии;

5 - автоколебательный блок;

6 - электрогенератор;

7 - систему управления.

На фиг.2 изображен механический преобразователь энергии волн. Преобразователь энергии волн состоит из ведущей шестерни (8), расположенной за пределами плавучего корпуса, через которую пропущена цепь или трос, один конец которого мертво закреплен на дне водоема, а второй соединен с подвешенным грузом (1). Жестко закрепленный с ведущей шестерней вал, посредством которой осуществляется вращение его в разных направлениях, через сальник (9) соединен с зубчатой системой передачи механического преобразователя энергии волн, расположенный внутри плавучего корпуса (2).

На фиг.3 изображена зубчатая система передачи механического преобразователя. Зубчатая система передачи механического преобразователя энергии волн представляет собой набор шестеренок (10, 11, 12, 13, 14, 15, 17, 18) на валах, предназначенных для преобразования кинетической энергии воды во вращательное движение вала, соединенного с накопителем потенциальной энергии через шестерню (16).

Шестерни (10, 13) соединены с валом таким образом, что вращение в одну сторону выполняет работу, а вращение в другую - холостой ход.

На фиг.4 изображен накопитель потенциальной энергии. Накопитель потенциальной энергии представляет собой вал, ограниченный шестеренками (16, 19) с закрепленной на нем пружиной (20) (возможно использование пружин различных типов), закручивающейся посредством вращения вала от механического преобразователя энергии волн и раскручивающейся при отсутствии этого вращения.

На фиг.5 изображена зубчатая система передачи автоколебательного блока. Зубчатая система передачи автоколебательного блока состоит из шестеренок (21, 22, 23, 24, 27, 28), входящая в автоколебательный блок с анкерным механизмом и передает постоянный, односторонне направленный крутящий момент на ведущую шестеренку (29).

На фиг.6 изображен анкерный механизм. Анкерный механизм состоит из спусковой шестерни (26) с обратным наклоном зубьев и якореобразного маятника (25).

На фиг.7 изображены ведомые шестеренки. Ведомых шестеренок (30) может быть различное количество, вращающий момент поступает на валы электрогенераторов (31), которые вырабатывают электроэнергию, поступающую через систему управления (7) к потребителям.

Устройство получения электроэнергии за счет колебаний водной поверхности работает следующим образом: волнение моря, течение воды, ветер меняют положение плавучего корпуса относительно дна. Груз закреплен на дне водоема цепью или тросом, пропущенным через ведущую шестерню (8) механического преобразователя энергии волн (фиг.2). При изменении положения плавучего корпуса относительно дна, т.е. его подвсплытии или притоплении, происходит подъем и опускание груза, т.е. вращение ведущей шестерни в разных направлениях. Крутящий момент передается с ведущей шестерни (8) на жестко закрепленную на валу шестерню (11) (фиг.3). При этом вал проходит через сальник, аналогичный корабельному (9), для предотвращения поступления воды во внутрь плавучего корпуса.

Совершая вращательные движения в различных направлениях, шестеренка (11) попеременно вращает шестерни по часовой стрелке (10), против часовой стрелки (12, 13). Шестерни (10, 13) соединены с валом таким образом, что вращение в одну сторону выполняет работу, а вращение в другую - холостой ход. При вращении шестерни (11) по часовой стрелке вращающий момент через шестерню (10), вал и шестерню (17) передается на шестерни (14, 15), вращающиеся против часовой стрелки. В этот момент шестеренка (13) через шестерню (12) работает в холостом режиме и не воздействует на вал с шестерней (18). При изменении направления вращающего момента ведущей шестерни (8) против часовой стрелки происходит работа (12, 13) на шестерню (18) и соответственно (14, 15). Работа шестерни (10) происходит в холостом режиме. Отметим, что при любом изменении вращения ведущей шестерни (8) шестерни (14, 15) вращаются только в одном направлении. Под холостым ходом шестерен (10, 13) подразумеваем соединение, при котором при вращении происходит механическое расцепление шестерен с валом, восстанавливаемое при изменении направления движения на обратное - работа.

Далее, одностороннее направленный крутящий момент передается на шестерню (16) накопителя потенциальной энергии (фиг.4). Шестеренка (16) через вал, вращая шестерню (19), передающую крутящий момент далее на автоколебательный блок (фиг.5), одновременно закручивает пружину (20), закрепленную одним концом на валу, другим - на корпусе. Изменения положения корпуса поплавка относительно дна передают крутящий момент в накопитель потенциальной энергии в одном направлении. При отсутствии этого момента начинает раскручиваться пружина (20) в обратном направлении, создавая крутящий момент на шестерне (19). Шестеренка (16) имеет конструкцию, аналогичную шестеренкам (10, 13), и работает в холостом режиме.

После этого крутящий момент, имеющий различную направленность, поступает на зубчатую систему передачи, состоящую из шестеренок (21, 22, 23, 24, 27, 28), входящую в автоколебательный блок с анкерным механизмом (фиг.5).* Крутящий момент передается с жестко закрепленной на валу шестерни (19) в различных направлениях, в зависимости от приходящего крутящего момента. При вращении шестерни (19) по часовой стрелке вращающий момент через шестерню (21), вал и шестерню (28) передается на шестерни (27, 26), вращающиеся против часовой стрелки. В этот момент шестеренка (23) через шестерню (22) работает в холостом режиме и не воздействует на вал с шестерней (27). При изменении направления вращающего момента ведущей шестерни (19) против часовой стрелки происходит работа шестерен (22, 23) на шестерню (24) и соответственно (26, 27). Работа шестерни (21) происходит в холостом режиме. Отметим, что при любом изменении вращения ведущей шестерни (19) шестерни (24, 28) вращаются только в одном направлении. Шестеренка (26) является частью анкерного механизма (фиг.6), состоящего из спусковой шестерни (26) с обратным наклоном зубьев и якореобразного маятника (25), работающего следующим образом. На вал с жестко закрепленной спусковой шестерней (26), которая в этой системе выполняет функцию нелинейного регулятора, действует постоянный момент силы М. При вращении спусковой шестерни (26) ее зубцы сообщают кратковременные импульсы силы маятнику Р, благодаря которым его колебания не затухают. Кинематика механизма играет роль обратной связи в системе, синхронизируя вращение колеса с колебаниями маятника таким образом, что за полный период колебания колесо поворачивается на угол, соответствующий одному зубцу.

Рассчитанная частота колебаний маятников обеспечивает заданные характеристики и стабильность крутящего момента, поступающего на шестерню (29), соединенную с шестеренками (30) приводов электрогенераторов (фиг.7). Размеры шестерен (29) и (30) подбираются в зависимости от полученной мощности крутящего момента, количества и характеристик электрогенераторов (31).

Система управления (фиг.7) обеспечивает безопасность и управление механическими и электрическими устройствами, задействованными в процессе получения электроэнергии и передачи ее потребителям. Координирует работу устройства при различных условиях возмущающих воздействий на устройство получения электроэнергии за счет колебаний водной поверхности.

Устройство получения электроэнергии за счет колебаний водной поверхности, содержащее механический преобразователь энергии волн, кинематически соединенный с электрогенератором, расположенные в плавучем корпусе, отличающееся тем, что устройство снабжено накопителем потенциальной энергии, автоколебательным блоком с анкерным механизмом и зубчатыми системами передач, при этом механический преобразователь энергии волн соединен через одну зубчатую систему передач с накопителем потенциальной энергии, ограниченным шестеренками с закрепленной на нем закручивающейся пружиной и через другую зубчатую систему передач соединен с автоколебательным блоком с анкерным механизмом, передающим крутящий момент на ведущую шестеренку на валу электрогенератора.

Морской буй ледовый // 2399546

Изобретение относится к плавучим средствам навигационного оборудования - морскому бую ледовому, предназначенному для ограждения фарватеров и предотвращению навигационных опасностей на акваториях, покрывающихся льдом в осенне-зимний и весенний периоды.

Инерционно-поршневая волновая энергетическая установка // 2388933

Изобретение относится к области электротехники. .

Импульсный преобразователь волновой энергии // 2374485

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к электрогенерирующим установкам, использующим энергию морских волн. .

Волновая энергетическая установка // 2286476

Изобретение относится к области гидроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии волн в электрическую. .

Энергетическая установка морского базирования // 2225530

Изобретение относится к морской энергетике, а именно к устройствам для преобразования волн, естественных местных и океанических течений в электрическую энергию в условиях открытого моря.

Волновая энергетическая установка // 2200251

Скуловой киль // 2166453

Изобретение относится к судостроению и касается создания скуловых судовых килей, позволяющих утилизацию волновой энергии. .

Волновая энергетическая установка // 2147077

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к волновым энергетическим установкам. .

Способ генерирования электроэнергии, использующий энергию волн, и устройство для его осуществления // 2146774

Навигационный буй (варианты) // 2489301

Изобретение относится к плавучим средствам навигационного оборудования, в частности к бую, предназначенному для ограждения фарватеров и отдельных навигационных опасностей на судоходных акваториях

Волновой генератор // 2534335

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к производству электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую. Поплавковый волновой генератор содержит каркас 1, имеющий соосные центральные отверстия 18, поплавок 3 с закрепленным к нему штоком 2, имеющим продольный паз с находящимся в нем фиксатором 13, препятствующим возможности поворота штока 2 вокруг вертикальной оси, горизонтальную площадку 4 с размещенными плоскими магнитами 5, кинематически связанную с поплавком 3 с возможностью возвратно-поступательного перемещения, корпус 9 с установленным в нем ротором 10, фланец 11, вращающийся вместе с ротором 10, рамку 6 с выполненной вокруг нее обмоткой 8, стойки 16, закрепленные к каркасу 1 и выполненные совместно с призматическими направляющими 17. Нижняя часть площадки 4 имеет форму полого цилиндра с фигурными элементами, образующими периодический профиль 21 переменной кривизны, и находится в постоянном контакте с роликами 12, установленными на фланце 11. Шток 2 состоит из цилиндрической и винтовой частей. Магниты 5 объединены в прямолинейные секции, расположенные параллельно друг другу. Изобретение направлено на обеспечение эффективной генерации электроэнергии, снижение стоимости получаемой электроэнергии и увеличение ресурса работы. 2 ил.

Волновая энергетическая установка // 2539410

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для преобразования энергии волн в электроэнергию. Волновая энергетическая установка содержит каркас 1, кожух 7, поплавок 3, закрепленный к нему шток 2, имеющий цилиндрическую и винтовую части, фиксатор 13, препятствующий повороту штока вокруг вертикальной оси, закрепленный к каркасу 1 корпус 9, с расположенным внутри ротором 10, преобразующим возвратно-поступательное движение штока во вращательное движение ротора и фланца 11 с установленными на нем роликами 12. Ролики 12 постоянно контактируют с нижней частью площадки 4, кинематически связанной с поплавком 3. Площадка 4 представляет собой полый цилиндр с выполненными в нем фигурными элементами, образующими периодический профиль переменной кривизны. В верхней части площадки 4 закреплены объединенные в прямолинейные секции плоские магниты 5, ориентированные параллельно друг другу, с возможностью вертикального возвратно-поступательного движения относительно направляющих 19 и рамки 6, вокруг которой выполнена обмотка 8 и установленной на стойках 18, закрепленных на верхней части каркаса 1. Изобретение направлено на обеспечение эффективной генерации электроэнергии, снижение стоимости получаемой электроэнергии и увеличение ресурса работы. 2 ил.

Устройство интегрированного генератора для генерирования энергии из возобновляемых альтернативных источников без вредных выбросов, сберегающего и сохраняющего окружающую среду // 2545263

Изобретение относится к генератору для генерирования энергии. Генератор (100) содержит плавучую платформу (1), приспособленную для частичного погружения в текучую среду, мачту (2), расположенную на платформе (1) и содержащую, по меньшей мере, один ветрогенератор (3), по меньшей мере, один первый аккумулятор энергии и один преобразователь. Генератор (1) дополнительно содержит, по меньшей мере, одну систему для аккумулирования и преобразования механической энергии. По меньшей мере, одна система для аккумулирования и преобразования механической энергии содержит, по меньшей мере, один заряжаемый механический аккумулятор (14), по меньшей мере, один балансир (12) с маховиком, соединенный с аккумулятором (14), и устройство для преобразования механической энергии в электрическую энергию. Волновое движение или поток текучей среды, в которую погружена платформа (1), определяет колебательное движение платформы (1), мачты (2) и, по меньшей мере, одного балансира (12) для зарядки аккумулятора (14), который в свою очередь выдает энергию, генерируемую посредством его перемещения, в устройство для преобразования механической энергии. Изобретение направлено на повышение эффективности генерирования энергии. 15 з.п. ф-лы, 10 ил.

Инерционный генератор // 2553968

Изобретение относится к области производства электрической энергии и может быть использовано в устройствах с автономным питанием, размещаемых на движущихся объектах. Заявленное изобретение направлено на решение задачи упрощения и повышения эффективности производства электрической энергии для маломощных автономных устройств, установленных на движущихся объектах. Поставленная задача возникает при разработке и создании автономных приемо-передающих устройств, спутниковых трекеров и пр. Устройство состоит из сообщающихся сосудов с жидкостью 1, поплавков 2i, i=1, …, 2, соединителей 3i, i=1, …, 2, преобразователей механической энергии в электрическую 4i, i=1, …, 2. 1 ил.

Волновая энергетическая установка // 2568012

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к производству электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую. Волновая энергетическая установка содержит каркас 1, поплавок 4, закрепленный к нему шток 3, имеющий цилиндрическую и винтовую части, фиксатор 11, препятствующий повороту штока вокруг вертикальной оси, закрепленный к каркасу корпус 5 с расположенным внутри ротором 6, преобразующим возвратно-поступательное движение штока во вращательное движение ротора и фланца 7, на котором закреплены магниты 8, вращающиеся вместе с ротором 6. Поплавок 4 разделен перегородкой 19 на верхнюю герметичную полость 20 и нижнюю полость 21, которая посредством трехпозиционного электромагнитного пневмораспределителя 14 сообщается с атмосферой и подключена к источнику сжатого воздуха, обеспечивая регулирование объема воды, поступающей через отверстие 22 в нижнюю часть поплавка. Изобретение направлено на повышение эффективности генерации электроэнергии в результате быстрого изменения массы и регулировки осадки поплавка. 1 ил.

Установка для восполнения энергии морских буев // 2577924

Изобретение относится к области восполняемых источников энергии и может быть использовано для волноизмерительных и навигационных буев. Установка для восполнения энергии морских буев содержит плавучий корпус, в котором расположена опора в виде рамы 1 с направляющими 2, по которым передвигается инерционное тело 3, имеющее упругую подвеску. Подвеска снабжена установленными в верхней части рамы 1 двумя блоками 4. В нижней части рамы 1 установлена система воздушного демпфирования, имеющая корпус 10, поршень 11 и выходное отверстие 12 с изменяемым диаметром. Один из блоков 4 соединен с генератором 13. Аккумулятор 16 соединен с генератором 13 через трансформатор 14 с изменяющимся коэффициентом трансформации и диодный выпрямитель 15. Вычислитель 17 соединен с выходом генератора 13 и аккумулятором 16. Шаговый двигатель 18 соединен с вычислителем 17 и устройством изменения диаметра отверстия системы воздушного демпфирования 19. Изобретение направлено на повышение КПД установки, повышение надежности и увеличение ресурса работы установки за счет снижения износа механических деталей и исключения перезаряда аккумулятора. 1 ил.

Плавучая прибрежная гидроволновая электростанция // 2603847

Изобретение относится к области гидроволновой энергетики. Технический результат - повышение эффективности выработки электрической энергии. Плавучая прибрежная гидроволновая электростанция содержит генераторы электрического тока, обеспечивающие выработку электрического тока при циклических поворотах-качаниях статоров волнами на угол ±α. Центры масс роторов смещены ниже оси их качания. Роторы или статоры закреплены в плавающем средстве в один или более ярусов. При установке генераторов в плавающем средстве вдоль оси его корпуса ось их качания совмещена с продольной осью корпуса плавающего средства, секторы статора и связанные с ними секторы ротора отведены к бортам корпуса, а плавающее средство развернуто бортом к фронту подхода волн и закреплено якорями. При установке генераторов в плавающем средстве фронтально к продольной оси его корпуса с осью их качания по нормали к этой оси радиус и высота дуговых секторов генератора выполнены с учетом заполнения ими всего пространства в корпусе, плавающее средство развернуто носом или кормой к фронту подхода волн и закреплено якорями. 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

Плавучая прибрежная гидроволновая электростанция // 2603849

Изобретение относится к области гидроволновой энергетики. Технический результат - повышение эффективности выработки электрической энергии. Плавучая прибрежная гидроволновая электростанция содержит установленные в трюме генераторы электрического тока, обеспечивающие выработку электрического тока при циклических поворотах-качаниях ротора или статора за счет наклона корпуса плавающего средства на угол ±α фронтом набегающих на него волн. Генераторы установлены с возможностью свободного качения на закрепленных в различных комбинациях поперек или вдоль оси корпуса плавающего средства парах параллельных зубчатых реек с горизонтальным расположением зубьев, с которыми введены в зацепление реверсивные и/или нереверсивные шестерни, установленные в различных комбинациях на торцах корпусов генераторов и на концах валов их роторов. Количество установленных на рейках генераторов может быть более одного, за счет объединения концов их валов связующими планками, а генераторы и рейки могут быть установлены в корпусе плавающего средства в несколько ярусов. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 12 ил.

Навигационный буй с комплексной энергоустановкой // 2617607

Изобретение относится к плавучим средствам навигационного оборудования, в частности к бую, предназначенному для ограждения фарватеров на судоходных акваториях. Предложен навигационный буй, содержащий обтекаемый герметичный корпус, разделенный на отсеки, светооптическую аппаратуру на светодиодах, расположенную в головной части корпуса, солнечную энергетическую установку, состоящую из светооптического устройства, автономный источник электропитания (аккумулятор) и подзарядное энергетическое устройство с механизмом подключения его к данному источнику, преобразующее тепловую энергию Солнца в электрическую и помещенное внутрь гелиоконцетратора, функции которого выполняет оптическое устройство на основе линзы Френеля, волновую энергетическую установку, установленную во внутренней полости корпуса, содержащую цилиндрическую емкость со статором линейного электрического генератора, по оси которой в направляющих перемещается шток, на котором установлен ротор с постоянными магнитами линейного электрического генератора, на конце штока установлен стабилизирующий балласт, выполненный полым в виде поплавка, обмотка статора соединена с входом зарядного устройства, выход которого соединен с аккумулятором, от которого питается светооптическая аппаратура, при этом введена еще одна солнечная энергетическая установка, выполненная в виде сферы, установленная по периметру светодиодного излучателя и соединенная с аккумулятором. Технический результат заключается в увеличении мощности энергетической установки навигационного буя, упрощении его конструкции. 1 ил.