Волновой генератор



Волновой генератор
Волновой генератор

 


Владельцы патента RU 2534335:

Общество с ограниченной ответственностью "Учебно-научный инновационный центр энергосбережения" (RU)

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.

 

Устройство относится к гидроэнергетике, в частности к производству электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую энергию.

Известна волновая энергетическая установка (патент на изобретение RU 2286476 С2, опубл. 20.02.2004 г.) [1], содержащая опорную раму с вертикальными направляющими, установленный с возможностью возвратно-вертикального перемещения поплавок с размещенными внутри храповыми механизмами, имеющими соосные центральные отверстия, пропущенный через них вертикальный вал неподвижно закрепленный в опорной раме, с пластинчатым винтовым участком, верхняя и нижняя часть которого имеют противоположную закрутку, контактируют с храповыми механизмами, размещенными в цилиндрическом корпусе, имеющем сквозные центральные отверстия, и электрогенератор. Поплавок установлен с возможностью перемещения вдоль вертикальных направляющих и снабжен размещенным внутри с возможностью вращения и совместного с ним перемещения инерциальным элементом, контактирующим посредством роликов с внутренней поверхностью корпуса поплавка, при этом цилиндрический корпус скреплен с инерциальным элементом. Кинематическая связь с генератором выполнена в виде раздвижного соединения инерционного элемента с барабаном, установленным с возможностью совместного с ним вращения, и зубчатой передачи.

Недостатком аналога является то, что угловая скорость вращения поплавка гасится водой, воздействующей на его поверхность.

Также известна волновая энергетическая установка (патент на ПМ RU 88774 U1, опубл. 20.11.2009 г.) [2], которая содержит двухсекционный каркас, вертикальные стойки которого, скреплены верхними и нижними основаниями, являющимися направляющими размещенного в нижней секции каркаса поплавка, способного к возвратно-поступательному перемещению, что обеспечивается посредством опорных роликов, находящихся на боковой поверхности поплавка. В верхней секции каркаса расположен преобразователь энергии, содержащий как минимум, две или более пар симметрично расположенных длинноходовых вертикальных линейных электрических генераторов с генерирующими сердечниками на дисковых постоянных магнитах, оси которых выполнены из немагнитных материалов, имеющих возможность возвратно-поступательного перемещения внутри связанных между собой общим фланцем кольцевых индуктивных катушек, закрепленным на торце передаточного штока, жестко связанного с поплавком.

К недостаткам второго аналога относится неравномерность процесса преобразования механической энергии волн в электрическую, а также низкое качество генерируемого напряжения вследствие нестабильности его величины и частоты.

Известна волновая энергетическая установка (патент на изобретение RU 2440510 С1, опубл. 20.01.2012 г.) [3], содержащая линейный электрогенератор тока, состоящий из статора и генерирующего сердечника, способного к вертикальному возвратно-поступательному движению внутри статора, полый поплавок, шток, кинематически связывающий сердечник с поплавком, вертикальные направляющие балки с двигающимися по ним опорными роликами, демпферами. Установка снабжена вертикальной стойкой и укрепленным на ней корпусом, выполненным в виде пустотелого корпуса из неметаллического материала с центральными отверстиями на своде и на днище, внутри которого размещены статор и генерирующий сердечник, при этом вертикальные направляющие балки жестко закреплены на своде и на днище корпуса, опорные ролики прикреплены к боковой поверхности генерирующего сердечника, а поплавок, имеющий днище, носовую часть, свод и вентиль, связан со штоком через шарнирное устройство, которое жестко присоединено к своду поплавка. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Существенным недостатком прототипа является то, что при низкой скорости вертикального движения волн энергия вертикального волнения воды не преобразуется в электрическую энергию, так как при медленном прохождении магнита внутри обмотки не возникает электрического тока, что не обеспечивает достаточный уровень удельных энергетических показателей. Кроме этого вода, проходящая через вертикальный канал, теряет начальную вертикальную скорость, амплитуда волны в вертикальном канале уменьшается, что отрицательно сказывается на производительности генерации электроэнергии. Наличие в конструкции роликов и открытых направляющих предполагает их повышенный износ, что требует необходимости технического обслуживания устройства и повышает стоимость получаемой электроэнергии.

Задачами предлагаемого устройства являются реализация эффективной генерации электроэнергии на волнах любой амплитуды независимо от скорости вертикального движения волн, увеличение производительности узла преобразования энергии и снижение стоимости получаемой электроэнергии.

Поставленные задачи решаются благодаря тому, что в поплавковом волновом генераторе, содержащем каркас с выполненными в нем соосными центральными отверстиями, поплавок с закрепленным к нему штоком, имеющим продольный паз с установленным в нем фиксатором, исключающим возможность поворота штока вокруг его вертикальной оси, горизонтальную площадку с размещенными на ней плоскими магнитами, кинематически связанную с поплавком с возможностью возвратно-поступательного перемещения, корпус, в котором располагается ротор с закрепленным на нем фланцем, преобразующий возвратно-поступательное движение штока во вращательное, рамку с выполненной вокруг нее обмоткой, стойки, закрепленные к каркасу и выполненные совместно с направляющими, предусмотрены следующие отличия: нижняя часть площадки, имеющая форму полого цилиндра с выполненными в нем фигурными элементами, образующими периодический профиль переменной кривизны, находится в постоянном контакте с обкатываемыми роликами, установленными на фланце, преобразуя вращательное движение ротора в возвратно-поступательное движение площадки с магнитами относительно обмотки независимо от скорости вертикального движения волн и их амплитуды.

Кроме того, предложенный поплавковый волновой генератор отличается тем, что шток содержит цилиндрическую и винтовую части с углом наклона витков не менее 45°, что способствует повышению кпд винтовой передачи при преобразовании поступательного движения во вращательное. Цилиндрическая часть штока может быть выполнена полой, например из трубы, и иметь кольцевое поперечное сечение в горизонтальной плоскости, что снижает массу конструкции. Фигурные элементы могут иметь синусоидальный профиль, что обеспечивает более надежный контакт роликов с обкатываемой поверхностью, способствуя эффективному преобразованию вращательного движения роликов в возвратно-поступательное перемещение площадки с магнитами относительно витков обмотки. Закрепленные на верхней части площадки магниты объединены в прямолинейные секции, расположенные параллельно друг другу, при этом достигается повышение единичной мощности генератора. Массы штока, площадки с магнитами и поплавка должны быть выбраны достаточными для преодоления сил трения и сопротивления, возникающих при возвратно-поступательном движении поплавка вдоль вертикальной оси и прохождении магнитов между витками обмотки. Кожух, установленный в верхней части каркаса, защищает генератор, включая все его вращающиеся части от атмосферных воздействий, продлевая тем самым срок их службы.

Техническое решение позволяет повысить эффективность генерации электроэнергии независимо от скорости вертикального движения волн и их амплитуды, увеличить производительность узла преобразования энергии и ресурс работы, повысить надежность в эксплуатации, снизить расходы на техническое обслуживание.

Техническая сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, на котором:

Фиг.1 Общий вид поплавкового волнового генератора. Фиг.2 Поперечный разрез поплавкового волнового генератора по А-А.

Поплавковый волновой генератор содержит каркас 1, шток 2, поплавок 3, площадку 4 с магнитами 5, рамку 6, кожух 7, обмотку 8, корпус 9, ротор 10, фланец 11, ролики 12, фиксатор 13, крышку 14, подшипники 15.

Перечисленные выше конструктивные элементы выполнены следующим образом. Верхняя часть каркаса содержит стойки 16, выполненные совместно с призматическими направляющими 17. На стойках 16 неподвижно закреплена рамка 6 с выполненной вокруг нее обмоткой 8. В каркасе 1 выполнены соосные центральные отверстия 18, в которые устанавливается шток 2, имеющий цилиндрическую и винтовую с углом наклона витков не менее 45° части, способный к вертикальному перемещению. В цилиндрической части штока выполнен продольный паз 19, в который устанавливается фиксатор 13, представляющий собой цилиндрический штифт, исключающий возможность поворота штока 2 вокруг вертикальной оси.

Площадка 4 представляет собой прямоугольную пластину с выполненными в ней пазами 20, в верхней части которой предусмотрена возможность для закрепления плоских магнитов 5, объединенных в прямолинейные секции. Нижняя часть площадки 4 имеет форму полого цилиндра, в стенке которого выполнены фигурные элементы, образующие периодический криволинейный профиль 21 переменной кривизны. К верхней части каркаса 1 крепится корпус 9 с установленным в нем ротором 10, опирающимся на подшипники 15, закрепленные крышкой 14. Внутренняя полость ротора 10 имеет внутреннюю винтовую поверхность, контактирующую с наружной винтовой поверхностью штока 2, представляя собой винтовую пару, преобразующую возвратно-поступательное движение штока 2 во вращательное движение ротора 10 вместе с установленным на нем фланцем 11, на котором закреплены ролики 12 с возможностью их свободного вращения.

Устройство работает следующим образом. При наличии волн поплавок 3 совершает вертикальные движения вдоль собственной оси. При этом закрепленный к поплавку вертикальный шток 2 совершает возвратно-поступательное перемещение относительно каркаса 1. Винтовая часть штока при вертикальном перемещении вверх с осевой силой, развиваемой поплавком 3, создает крутящий момент, передаваемый ротору 10, тем самым преобразуя поступательное движение штока 2 во вращательное движение закрепленного в корпусе 9 ротора 10, на котором крепится фланец 11 с расположенными на нем роликами 12. Ролики 12 находятся в постоянном контакте с периодическим криволинейным профилем 21 площадки 4, с установленными на ней в несколько рядов магнитами 5. При движении вниз шток 2 опускается под действием собственной силы тяжести и сил тяжести площадки 4 с магнитами 5 и поплавка 3. В результате перемещения штока 2 вниз создается крутящий момент, передаваемый ротору 10, который вращается в противоположную сторону. При этом масса поплавка 3 должна быть выбрана таким образом, чтобы обеспечивался постоянный контакт роликов 12 с обкатываемой поверхностью площадки 4. При вращении ротора 10 в результате обкатывания роликами 12 поверхности, имеющей периодический профиль переменной кривизны, площадка 4 вместе с установленными на ней магнитами 5 совершает возвратно-поступательные движения относительно обмотки 8, выполненной вокруг рамки 6, в результате чего в обмотке возникает электрический ток, который подается на объект преобразования, потребления или аккумулирования электрической энергии. Для исключения возможности вращения штока предусмотрен фиксатор 13. Для исключения повреждений от атмосферных воздействий конструкция закрыта кожухом 7.

По сравнению с известными техническими решениями эффект заключается в следующем. Частота возвратно-поступательных перемещений площадки 4 зависит от шага периодического криволинейного профиля 21, количества фигурных элементов, образующих указанный профиль, и угловой скорости вращения роликов 12, находящихся в постоянном контакте с обкатываемой поверхностью, и не зависит от величины осевого перемещения штока 2, что позволяют увеличить частоту вертикальных перемещений магнитов 5 независимо от величины амплитуды волны.

В отличие от прототипа, предлагаемое устройство имеет ряд преимуществ. Достигается эффективная генерация электроэнергии на волнах любой амплитуды независимо от скорости вертикального движения волн за счет увеличения частоты возвратно-поступательных перемещений магнитов по сравнению с вертикальным движением поплавка. Вследствие использования нескольких рядов магнитов достигается повышение эффективности их работы. Предлагаемое устройство позволяет обеспечить электроэнергией объекты промышленного производства морского и прибрежного базирования.

Поплавковый волновой генератор, содержащий каркас, имеющий соосные центральные отверстия, поплавок с закрепленным к нему штоком, имеющим продольный паз с находящимся в нем фиксатором, препятствующим возможности поворота штока вокруг вертикальной оси, горизонтальную площадку с размещенными плоскими магнитами, кинематически связанную с поплавком с возможностью возвратно-поступательного перемещения, корпус с установленным в нем ротором, фланец, вращающийся вместе с ротором, рамку с выполненной вокруг нее обмоткой, стойки, закрепленные к каркасу и выполненные совместно с призматическими направляющими, отличающийся тем, что нижняя часть площадки, имеющая форму полого цилиндра с фигурными элементами, образующими периодический профиль переменной кривизны, находится в постоянном контакте с роликами, установленными на фланце, шток состоит из цилиндрической и винтовой частей, магниты объединены в прямолинейные секции, расположенные параллельно друг другу.



 

Похожие патенты:

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

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).

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.

Изобретение относится к области электротехники. .

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

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

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

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

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.

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.

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.

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.

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.
Наверх