Система генерирования электрической энергии и способ с использованием указанной системы

Изобретение относится к электротехнике, к преобразованию энергии механического давления в электроэнергию, и может быть использовано для создания дополнительного источника питания для системы электроснабжения подводного судна. Технический результат состоит в повышении эффективности генерирования энергии и расширения области применения пьезоэлектрических преобразователей. Система генерирования электроэнергии содержит основание, пьезоэлектрические преобразователи, установленные на основании, и средства механического нагружения пьезоэлектрических преобразователей. Пьезоэлектрические преобразователи установлены на элементах конструкции подводного судна, жестко не связанных с его корпусом, и имеют рабочее положение, в котором возможно взаимодействие с корпусом подводного судна таким образом, что на пьезоэлектрические преобразователи через корпус подводного судна передается давление забортной воды при изменении глубины его погружения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к способу и устройству преобразования механической энергии давления в электроэнергию, и может быть использовано для создания дополнительного источника питания для системы электроснабжения подводного судна.

Во время продолжительного плавания в подводном положении подводное судно, например подводная лодка, постоянно испытывает внешнее давление забортной воды (фиг.1 и 2). Изменение глубины погружения вызывает деформацию корпуса и колебания общих линейных размеров. Демонстрацию данного явления можно наблюдать в фильме «Убрать перископ» («Down Periscope», 1996 г. США, 26-30 мин.).

В конструкции подводной лодки учтено указанное механическое воздействие, и крепление основных элементов внутренней архитектуры выполнено таким образом, чтобы исключить недопустимые напряжения.

Так, например, как показано на фиг.3, палубы лежат на поддерживающих кронштейнах и в силу отсутствия жесткой связи с корпусом подводной лодки палубы не испытывают давления со стороны корпуса. В результате происходит изменение взаимного положения палубы и корпуса. Эта особенность конструкции подводного судна может быть использована для создания источника электрической энергии на основе пьезоэлементов.

Использование пьезоэлектрических преобразователей для создания источников питания широко известно. Например, известны системы генерирования электроэнергии, в которых механическое нагружение пьезоэлектрических преобразователей осуществляется с использованием движущихся транспортных средств.

Известно устройство для генерирования энергии (патент США №7830071, публ. 09.11.2010), выбранное в качестве прототипа. Известное устройство содержит основание, пьезоэлектрические преобразователи, установленные на основании, и средства механического нагружения пьезоэлектрических преобразователей. При этом пьезоэлементы расположены под дорожным полотном, которое выполняет функцию средств механического нагружения, а выработка электрической энергии происходит при взаимодействии транспортных средств с дорожным полотном в местах расположения пьезоэлектрических преобразователей.

Однако, не известно устройство генерирования электроэнергии, содержащее пьезоэлектрические преобразователи, размещенные на элементах конструкции подводного судна, и подвергающиеся воздействию силы давления забортной воды при изменении глубины погружения подводного судна.

Также известен способ генерирования электроэнергии (патент США №7830071, публ. 09.11.2010), выбранный в качестве прототипа. Согласно известному способу размещают пьезоэлектрические преобразователи на основании, механически их нагружают и получают электроэнергию. При этом пьезоэлектрические преобразователи расположены под дорожным полотном, а электроэнергия генерируется при прохождении транспортом местоположения указанных пьезоэлектрических преобразователей.

Однако, не известен способ генерирования электроэнергии с помощью пьезоэлектрических преобразователей, установленных на элементах конструкции подводного судна и подвергающихся воздействию силы давления забортной воды при изменении глубины погружения подводного судна.

Задачей настоящего изобретения является создание системы и способа генерирования электроэнергии с использованием пьезоэлектрических преобразователей, устанавливаемых на элементах конструкции подводного судна и подвергающихся воздействию силы давления забортной воды при изменении глубины его погружения.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в повышении эффективности системы и способа генерирования энергии, а также в расширении области применения пьезоэлектрических преобразователей с обеспечением возможности их работы при размещении на элементах конструкциях подводного судна.

Указанный технический результат достигается благодаря созданию системы генерирования электрической энергии, содержащей основание, пьезоэлектрические преобразователи, установленные на основании, и средства механического нагружения пьезоэлектрических преобразователей, при этом пьезоэлектрические преобразователи установлены на элементах конструкции подводного судна, жестко не связанных с его корпусом, и имеют рабочее положение, в котором возможно взаимодействие с корпусом подводного судна таким образом, что на пьезоэлектрические преобразователи через корпус подводного судна передается давление забортной воды при изменении глубины его погружения.

Пьезоэлектрические преобразователи могут быть установлены на палубе суда или на элементах конструкций, жестко связанных с палубой.

Пьезоэлектрические преобразователи могут иметь нерабочее положение, в котором они отведены от корпуса подводного судна, а система дополнительно может быть оснащена средствами перевода пьезоэлектрических преобразователей из рабочего положения в нерабочее положение.

Каждый из пьезоэлектрических преобразователей может содержать по меньшей мере два пьезоэлемента, расположенных на одном основании и размещенных в одном корпусе, каждый из которых снабжен пружинным амортизатором, выполненным с возможностью взаимодействия с корпусом судна, причем амортизаторы имеют разную жесткость и длину.

Средства перевода пьезоэлектрических преобразователей из рабочего положения в нерабочее положение могут быть выполнены в виде направляющих, а пьезоэлектрические преобразователи могут быть выполнены с возможностью перемещения по этим направляющим.

Кроме того, технический результат достигается благодаря способу генерирования электрической энергии, заключающемуся в размещении пьезоэлектрических преобразователей на основании, их механическом нагружении и получении электрической энергии, в котором пьезоэлектрические преобразователи располагают на элементах конструкции подводного судна, жестко не связанных с его корпусом, фиксируют их в рабочем положении, в котором возможно взаимодействие пьезоэлектрических преобразователей с корпусом подводного судна, и передают на пьезоэлектрические преобразователи через корпус подводного судна давление забортной воды при изменении глубины его погружения.

Пьезоэлектрические преобразователи могут располагать на палубе подводного судна или на элементах конструкции подводного судна, жестко связанных с палубой.

Пьезоэлектрические преобразователи могут переводить в нерабочее положение, отведением их от корпуса подводного судна и фиксацией в этом положении.

Далее предложенное изобретение описано подробно со ссылками на чертежи, на которых:

на фиг.1 схематически изображена зависимость давления забортной воды на корпус подводного судна от глубины его погружения;

на фиг.2 изображена схема воздействия давления забортной воды на корпус подводного судна на разных глубинах;

на фиг.3 схематически изображено поперечное сечение подводного судна;

на фиг.4 схематически изображен пьезоэлектрический преобразователь и его размещение относительно элементов конструкции подводного судна.

Предложенная система генерирования электроэнергии содержит основание 3, пьезоэлектрические преобразователи 1 (фиг.4), установленные на основании 3 и средства механического нагружения преобразователей 1. В качестве основания используют элементы конструкции подводного судна, жестко не связанные с корпусом 2.

Таким элементом конструкции может быть палуба 3 подводного судна, которая лежит на кронштейнах 4 и жестко не связана с корпусом 2 (фиг.3 и 4). Кроме того, преобразователи 1 могут быть установлены на элементах конструкции судна, жестко связанных с палубой 3 (на чертежах не показано).

Преобразователи 1 имеют рабочее положение, в котором возможно их взаимодействие с корпусом 2 таким образом, что на них через корпус 2 передается давление забортной воды при изменении глубины погружения подводного судна. В этом случае корпус 2 выполняет роль средств механического нагружения преобразователей 1.

В предложенной системе могут быть предусмотрены средства перевода преобразователей 1 из рабочего положения в нерабочее, в котором они отведены от корпуса 2 и исключено их взаимодействие. Данные средства могут быть выполнены, например, в виде направляющих (на чертежах не показаны). При этом преобразователи 1 выполнены с возможностью перемещения, например, вручную, по этим направляющим.

Каждый из преобразователей 1 может содержать несколько пьезоэлементов 5 (фиг.4), расположенных на общем основании 6. Оптимальным количеством пьезоэлементов 5 с точки зрения ремонтопригодности является два - три пьезоэлемента. Кроме того, каждый преобразователь 1 может содержать пружинные амортизаторы 7, 8 и 9, взаимодействующие с пьезоэлементами 5 и с корпусом 2 судна, и передающие на пьезоэлементы 5 давление забортной воды через корпус 2 судна при изменении глубины его погружения. Каждый из амортизаторов 7, 8 и 9 может иметь на одном конце толкатель 10 для взаимодействия с корпусом 2, например, толкатель шарообразной формы, позволяющий оптимально снимать горизонтальную составляющую силы давления на корпус 2 судна. На другом конце каждого из амортизаторов 7, 8 и 9 может быть выполнена пластина 11, прилегающая к пьезоэлементу 5 и обеспечивающая передачу давления от корпуса 2 судна.

Амортизаторы 7, 8 и 9 предпочтительно имеют разную длину и жесткость. При этом амортизатор 9, имеющий наибольшую длину (фиг.4), имеет наименьшую жесткость, а амортизатор 7, имеющий наименьшую длину, имеет наибольшую жесткость. Длина амортизаторов 7, 8 и 9 определяет положение их толкателей относительно корпуса 2 судна. Так, например, толкатель амортизатора 9, расположен ближе всего к корпусу 2, а толкатель амортизатора 7, расположен дальше всего от корпуса 2. Такое выполнение преобразователей 1 предусматривает поэтапное включение пьезоэлементов 5 в работу по мере погружения судна и увеличения давления забортной воды.

Выбор соотношения длины амортизаторов и их жесткости может быть определен опытным путем. Давление на пьезоэлементы регулируют изменением глубины погружения подводного судна.

Благодаря такому выполнению преобразователей 1 исключается преждевременное разрушение пьезоэлементов 5.

Преобразователи 1 могут быть распределены по периметру палубы и размещены в местах допускающих их установку.

Электрические заряды, получаемые на электродах пьезоэлементов каждого из преобразователей 1 в дальнейшем подаются в накопители электроэнергии, которые могут быть выполнены независимыми или могут быть включены в состав общей корабельной энергетической системы. Могут быть также предусмотрены преобразователи электроэнергии, обеспечивающие управление накопленной энергией, например, в виде постоянного тока.

Предложенный способ генерирования электрической энергии реализуется следующим образом. Преобразователи 1 располагают на элементах конструкции судна, жестко не связанных с корпусом 2 судна и фиксируют их в рабочем положении, в котором возможно взаимодействие с корпусом 2 подводного судна. При изменении глубины погружения подводного судна на корпус 2 начинает действовать давление забортной воды, показанное стрелками на фиг.4, приводящее к деформации корпуса 2. При этом корпус 2 начинает оказывать давление на преобразователи 1, на электродах которых образуются электрические заряды, которые в дальнейшем передаются потребителю электроэнергии.

Преобразователи 1 могут располагать как на палубе 3 судна, так и на элементах конструкции, жестко связанных с палубой.

В случае необходимости отключить преобразователи 1, их переводят в нерабочее положение.

Использование предложенной системы позволяет получить дополнительный источник электроэнергии, для работы которого не требуется всплытия подводного судна в надводное положение.

Кроме того, предлагаемая система может быть использована по усмотрению персонала, задающего частоту необходимого изменения глубины погружения подводного судна.

Размеры и стоимость изготовления элементов системы позволяют производить замену вышедших из строя в повседневных условиях.

1. Система генерирования электрической энергии, содержащая основание, пьезоэлектрические преобразователи, установленные на основании, и средства механического нагружения пьезоэлектрических преобразователей, отличающаяся тем, что пьезоэлектрические преобразователи установлены на элементах конструкции подводного судна, жестко не связанных с его корпусом, и имеют рабочее положение, в котором возможно взаимодействие с корпусом подводного судна таким образом, что на пьезоэлектрические преобразователи через корпус подводного судна передается давление забортной воды при изменении глубины его погружения.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что пьезоэлектрические преобразователи установлены на палубе подводного судна.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что пьезоэлектрические преобразователи установлены на элементах конструкций, жестко связанных с палубой подводного судна.

4. Система по любому из пп.2 или 3, отличающаяся тем, что пьезоэлектрические преобразователи имеют нерабочее положение, в котором они отведены от корпуса подводного судна, а система дополнительно оснащена средствами перевода пьезоэлектрических преобразователей из рабочего положения в нерабочее положение.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый из пьезоэлектрических преобразователей содержит по меньшей мере два пьезоэлемента, расположенных на одном основании и размещенных в одном корпусе, каждый из которых снабжен пружинным амортизатором, выполненным с возможностью взаимодействия с корпусом судна, причем амортизаторы имеют разную жесткость и длину.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что средства перевода пьезоэлектрических преобразователей из рабочего положения в нерабочее положение выполнены в виде направляющих, а пьезоэлектрические преобразователи выполнены с возможностью перемещения по этим направляющим.

7. Способ генерирования электрической энергии, заключающийся в размещении пьезоэлектрических преобразователей на основании, их механическом нагружении и получении электрической энергии, отличающийся тем, что пьезоэлектрические преобразователи располагают на элементах конструкции подводного судна, жестко не связанных с его корпусом, фиксируют их в рабочем положении, в котором возможно взаимодействие пьезоэлектрических преобразователей с корпусом подводного судна, и передают на пьезоэлектрические преобразователи через корпус подводного судна давление забортной воды при изменении глубины его погружения.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что пьезоэлектрические преобразователи располагают на палубе подводного судна.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что пьезоэлектрические преобразователи располагают на элементах конструкции подводного судна, жестко связанных с палубой.

10. Способ по любому из пп.8 или 9, отличающийся тем, что переводят пьезоэлектрические преобразователи в нерабочее положение, отводя их от корпуса подводного судна, и фиксируют в этом положении.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, к преобразователям энергии, работающим на основе применения пьезокерамических материалов. Технический результат состоит в обеспечении непрерывной выработки электрической энергии.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для получения энергии нетрадиционным способом. .

Изобретение относится к электрическим генераторам, преобразующим энергию внешнего переменного магнитного (электромагнитного) поля в электрическую энергию, и может быть применен в производстве альтернативных энергетических установок длительного пользования.

Изобретение относится к электротехнике, к электромеханическим преобразователям энергии, именно - к преобразователям, работающим с применением пьезокерамических материалов.

Изобретение относится к электромеханическим преобразователям энергии, а именно к преобразователям, работающим на основе применения пьезокерамических и магнитострикционных материалов.

Изобретение относится к сильноточной импульсной технике и может быть использовано в системах однократного действия. .

Изобретение относится к электрическим машинам и предназначено для генератора питания скважинной аппаратуры прибора. .

Изобретение относится к приспособлениям поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) для получения электроэнергии, питающей электрооборудование автомобиля. .

Изобретение относится к электротехнике, к преобразователям энергии на основе материалов с пьезоэлектрическими свойствами. Технический результат состоит в упрощении конструкции за счет использования стандартных материалов, деталей и компонентов. Резонансный пьезоэлектрический генератор тока содержит помещенные в вакуумный объем статор с закрепленными на нем пьезоэлементами с металлическими пластинами и ротор с ответными металлическими пластинам, подбором соотношения между числом металлических пластин на статоре и роторе и частотой вращения последнего. При вращении ротора, приводящем к периодическому перекрытию пластин статора и ротора, пьезоэлементы статора совершают вынужденные колебания, вызываемые эффектом Казимира между металлическими пластинами статора и ротора, происходящие на резонансной частоте пьезоэлементов. 6 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к преобразователям энергии, работающим на основе применения пьезокерамических материалов, и может быть использовано в любой области техники в качестве источника электроэнергии. Технический результат состоит в повышении эффективности. Устройство содержит ротор, имеющий механическую связь со ступицей транспортного средства, подпружиненные ролики, имеющие возможность незначительного перемещения по направлению действующей на пьезоэлементы нагрузки. Ролики взаимодействуют с группами пьезоэлементов, расположенных в отверстиях, выполненных в изолированном статоре. Количество роликов равно количеству групп пьезоэлементов. Пьезоэлементы в группах изолированы друг от друга и расположены плоскостями перпендикулярно действующей нагрузке и электрически соединены параллельно. Механическая связь ролика с пьезоэлементами осуществляется посредством токонепроводящих поджимов, имеющих впадины, а ролики имеют ответные круговые выступы. Поджимы связаны между собой гибкими связями с впадинами, совпадающими с впадиной роликов. Количество пьезоэлементов в группе выбирается в зависимости от желаемой выходного напряжения группы. Для создания необходимого постоянного напряжения, например для подзарядки аккумулятора транспортного средства, используется высокочастотный преобразователь напряжения, содержащий входной конденсатор, на обкладки которого подается высокое напряжение и расположенная между обкладками плоскостная выходная индуктивность, с которой снимается низкое напряжение. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к электромеханическим преобразователям энергии, работающим на основе прямого пьезоэлектрического эффекта, и может быть использовано в качестве маломощного источника тока для питания маломощных электронных систем. Технический результат состоит в повышении мощности и эффективности преобразования. Пьезоэлектрический преобразователь кантилеверного типа механической энергии в электрическую содержит кантилевер, представляющий собой консольную балку из упругого материала, на которую наклеены пьезоэлектрические элементы с одной стороны (униморф) или с двух сторон (биморф). Один конец консольной балки закреплен в основании. На свободном конце укреплена дополнительная присоединенная масса. В основании дополнительно установлены четыре пьезоэлемента, два вверху и два внизу относительно балки, имеющие противоположные направления вектора поляризации. Плоскости их электродов прижаты с помощью элементов основания к проводящим слоям тонких металлизированных с одной стороны упругих прокладок. Дополнительные пьезоэлементы могут быть выполнены многослойными и соединены параллельно или последовательно. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к средствам мониторинга состояния пользователя за счет преобразования движения пользователя в электрическое напряжение. Раскрыты устройство (10) и способ преобразования движения пользователя в электрическое напряжение, устройство (90), система (100) и способ для мониторинга пользователя, датчик падения, содержащий устройство (90) для мониторинга пользователя, и способ обнаружения потенциального падения. Устройство (10) преобразования движения пользователя в электрическое напряжение содержит шейный шнур (20), пьезоэлектрический измерительный преобразователь (30) и печатную плату (40). Шейный шнур соединен с пьезоэлектрическим измерительным преобразователем и обеспечивает приложение тянущего усилия к пьезоэлектрическому измерительному преобразователю в первом направлении. Печатная плата электрически и механически соединена с пьезоэлектрическим измерительным преобразователем. Вес печатной платы является причиной приложения соответствующей силы тяжести к пьезоэлектрическому измерительному преобразователю во втором направлении, которое отличается от первого направления таким образом, что движение пользователя (5) с надетым шейным шнуром вызывает изменение формы пьезоэлектрического измерительного преобразователя, которое является причиной генерирования электрического напряжения. Такое электрическое напряжение может использоваться в качестве источника питания электрического компонента (41), установленного на ПП, или может использоваться как сигнал активации электрического компонента, такого как процессор (41) или акселерометр. Технический результат заключается в повышении достоверности мониторинга состояния пользователя при использовании пригодного для ношения устройства, преобразующего движение пользователя, который носит это устройство, в электрическое напряжение. 7 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к преобразованию энергии механического давления в электроэнергию, и может быть использовано для создания дополнительного источника питания для системы электроснабжения подводного судна. Технический результат состоит в повышении эффективности генерирования энергии и расширения области применения пьезоэлектрических преобразователей. Система генерирования электроэнергии содержит основание, пьезоэлектрические преобразователи, установленные на основании, и средства механического нагружения пьезоэлектрических преобразователей. Пьезоэлектрические преобразователи установлены на элементах конструкции подводного судна, жестко не связанных с его корпусом, и имеют рабочее положение, в котором возможно взаимодействие с корпусом подводного судна таким образом, что на пьезоэлектрические преобразователи через корпус подводного судна передается давление забортной воды при изменении глубины его погружения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх