Поплавковый волновой генератор



Поплавковый волновой генератор
Поплавковый волновой генератор
Поплавковый волновой генератор
Поплавковый волновой генератор

 


Владельцы патента RU 2570788:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") (RU)

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к производству электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую. Поплавковый волновой генератор предназначен для преобразования энергии волн в электроэнергию. Волновой генератор содержит каркас 1, шток 3, имеющий цилиндрическую и винтовую части, поплавок 4 эллипсоидной формы, направляющую 14, закрепленный к каркасу корпус 5 с расположенным внутри ротором 6, преобразующим возвратно-поступательное движение штока 3 во вращательное движение ротора 6 и фланца 7, на котором закреплены магниты 8, вращающиеся вместе с ротором 6, фиксатор 15, стопорящий положение поворотного диска 16, посредством которого осуществляется поворот поплавка вокруг вертикальной оси. Поплавок 4 жестко зафиксирован на штоке 3. Направляющая 14 исключает самопроизвольный поворот штока 3 вокруг вертикальной оси. Изобретение направлено на обеспечение эффективной генерации электроэнергии благодаря возможности поворота поплавка относительно его вертикальной оси и, как следствие, изменение длины проекции большой оси эллипса от нуля до максимума, равного половине длины волны в сечении, перпендикулярном направлению движения волны. 4 ил.

 

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

Известна волновая энергетическая установка (патент на ПМ RU 86252 U1, опубл. 27.08.2009), 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 кольцевых индуктивных катушек в противоположных направлениях, связанными с поплавком через передаточный шток с гребенчатой зубчатой передачей, преобразующей возможность возвратно-поступательного перемещения штока во вращение, симметрично расположенных на одной оси с зубчатой шестеренкой барабанов и перекинутых через них гибких тросов, на концах которых закреплены генерирующие сердечники линейных электрических генераторов.

Поплавок внутри заполнен балластом, который обеспечивает равенство сил при наличии возвратно-поступательного движения поплавка по вертикали, вес которого вместе с весом корпуса поплавка и передаточного штока равен весу воды, вытесненной половиной объема поплавка.

К недостаткам аналога относится сложность конструкции механизма, преобразующего возвратно-поступательное движение поплавковой камеры во вращательное движение барабанов, обеспечивающих возвратно-поступательное движение генерирующих сердечников посредством тросов в процессе преобразования механической энергии в электрическую.

Также известна волновая энергетическая установка (патент на изобретение RU 2054576 С1, опубл. 20.02.1996), содержащая закрепленную на дне бассейна стойку, с которой связана с возможностью возвратно-поступательного перемещения поплавковая камера. Корпус электрогенератора с сердечниками статора и ротора, обмоткой установлен на камере. Винт шариковинтового преобразователя соединен со стойкой. Гайка связана с сердечником ротора. Преобразователь снабжен дополнительной гайкой, связанной с сердечником статора, установленного с зазором в корпусе. Сердечники жестко сочленены обгонными муфтами с гайками с обеспечением вращения во встречных направлениях.

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

Известна волновая энергетическая установка (RU 2013112398 А, 27.09.2014, F03B 13/16), содержащая каркас с соосными центральными отверстиями, поплавок с закрепленным к нему штоком, корпус с установленным в нем ротором, магниты, фланец, вращающийся вместе с ротором, преобразующим возвратно-поступательное движение штока во вращательное движение ротора и фланца с установленными на нем роликами, постоянно контактирующими с нижней частью площадки, представляющей собой полый цилиндр с выполненными в нем фигурными элементами, образующими периодический профиль переменной кривизны. В верхней части площадки закреплены объединенные в прямоугольные секции плоские магниты, ориентированные параллельно друг другу, с возможностью вертикального возвратно-поступательного движения относительно рамки, вокруг которой выполнена обмотка.

Данная установка принята в качестве прототипа.

Отсутствие в принятом прототипе возможности регулировки положения поплавка относительно направления движения волны не обеспечивает достижения высоких удельных энергетических показателей, что снижает эффективность данной установки.

Наиболее эффективно рабочее тело работает на волнении, частота которого совпадает с собственной частотой колебаний плавучего элемента. В этом случае возникают резонансные явления, которые характеризуются ростом амплитуды колебаний плавучего элемента и других параметров его динамики. В свою очередь, частота собственных колебаний плавающего на поверхности воды объекта зависит от его формы и массы.

Задачей данного изобретения является обеспечение возможности поворота поплавка относительно его вертикальной оси и, как следствие, изменение длины проекции большой оси эллипса в сечении, перпендикулярном направлению движения волны до величины, равной половине длине волны, для более эффективной передачи энергии морских волн различной длины и частоты (периода) на силовой преобразователь (генератор).

Поставленная задача решается благодаря тому, что в поплавковом волновом генераторе, содержащим каркас с выполненными в нем соосными центральными отверстиями, поплавок с закрепленным к нему штоком, корпус с установленным в нем ротором, преобразующим возвратно-поступательное движение штока во вращательное, фланец с закрепленными на нем магнитами, вращающийся вместе с ротором, статор с закрепленной на нем обмоткой, предусмотрены следующие отличия: жестко закрепленный на штоке поплавок имеет эллипсоидную форму и кинематически связан с поворотным диском посредством направляющей, установленной в квадратном отверстии внутри штока и связано с поворотным диском, фиксируемым в требуемом положении фиксатором с вытяжной рукояткой для обеспечения возможности поворота штока с поплавком относительно вертикальной оси в зависимости от длины волны, стопорения в выбранном положении и исключения возможности самопроизвольного поворота.

Техническое решение позволяет повысить эффективность генерации электроэнергии за счет возможности поворота поплавка вокруг его вертикальной оси и изменения величины проекции большой оси эллипса от нуля до максимума, равного половине длины волны в сечении, перпендикулярном направлению движения волны. Этим достигается более эффективная передача энергии морских волн различной длины и частоты (периода) на силовой преобразователь (генератор) в результате возникновения резонансных явлений, характеризующихся ростом амплитуды колебаний плавучего элемента.

Техническая сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, на котором:

Фиг. 1 Общий вид поплавкового волнового генератора.

Фиг. 2 Вид поплавкового волнового генератора сверху.

Фиг. 3 Верхняя часть генератора в увеличенном виде.

Фиг. 4 Поперечное сечение винтовой части штока.

Поплавковый волновой генератор содержит каркас 1, на котором установлен статор 2, шток 3, поплавок 4, корпус 5, ротор 6 с закрепленными на фланце 7 магнитами 8, обмотку 9, кожух 10, упор 11, крышку 12, подшипники 13, направляющую 14, фиксатор 15, диск поворотный 16, соосные отверстия 17, втулки 18, квадратное отверстие 19, конус 20, отверстия 21.

Перечисленные выше конструктивные элементы выполнены следующим образом. В верхней и нижней частях каркаса 1 установлены втулки 18 с выполненными в них соосными центральными отверстиями 17, в которые устанавливается шток 3 с закрепленным на нем поплавком 4, имеющий цилиндрическую и винтовую с углом наклона витков не менее 45° части, способный к вертикальному перемещению. В винтовой части штока выполнено квадратное отверстие 19, в которое устанавливается направляющая 14, представляющая собой стержень квадратного сечения, исключающая возможность самопроизвольного поворота штока 3 вокруг вертикальной оси. К верхней части каркаса 1 крепится корпус 5 с установленным в нем ротором 6, опирающимся на подшипники 13, закрепленные крышкой 12. Внутренняя полость ротора 6 имеет винтовую поверхность, контактирующую с наружной винтовой поверхностью штока 3, представляя собой винтовую пару, преобразующую возвратно-поступательное движение штока 3 во вращательное движение ротора 6 вместе с установленным на нем фланцем 7, на котором закреплены магниты 8, вращающиеся вместе с ротором 6. В верхней части каркаса 1 смонтирован статор 2 с закрепленной на нем обмоткой 9. Поплавок 4, выполненный в виде эллипсоида, жестко закреплен на цилиндрической части штока 3.

Устройство работает следующим образом. При наличии волн поплавок 4 совершает вертикальные движения вдоль собственной оси. При этом закрепленный к поплавку вертикальный шток 3 совершает возвратно-поступательное перемещение относительно каркаса 1. Винтовая часть штока при вертикальном перемещении вверх с осевой силой, развиваемой поплавком 4, создает крутящий момент, передаваемый ротору 6, тем самым преобразуя поступательное движение штока 3 во вращательное движение закрепленного в корпусе 5 ротора 6, на котором крепится фланец 7 с расположенными на нем магнитами 8. При движении вниз шток 3 опускается под действием собственной силы тяжести и поплавка 4. В результате перемещения штока 3 вниз создается крутящий момент, передаваемый ротору 6, который вращается в противоположную сторону. При вращении ротора 6 вместе с установленными на ней магнитами 8 в обмотке 9 возникает электрический ток, который подается на объект преобразования, потребления или аккумулирования электрической энергии. Для исключения возможности самопроизвольного вращения штока предусмотрен фиксатор 15. Для исключения повреждений от атмосферных воздействий конструкция закрыта кожухом 10. Положение поплавка 4 и штока 3 относительно вертикальной оси регулируется при вытянутой вверх рукоятке фиксатора 15 вращением диска 16 и связанной с ним направляющей 14. После осуществления поворота диска 16 на требуемый угол конус 20 фиксатора 15 входит в одно из отверстий 21, выполненных в верхней части кожуха 10, обеспечивая стопорение диска и кинематически связанных с ним направляющей 14 и штока 3.

По сравнению с известными техническими решениями эффект заключается в следующем.

Возможность поворота поплавка относительно его вертикальной оси в зависимости от длины волны, следствием чего является изменение длины проекции большой оси эллипса от нуля до максимума, равного половине длины волны в сечении, перпендикулярном направлению движения волны. Это способствует более эффективной передаче энергии морских волн различной силы и частоты (периода) на силовой преобразователь (генератор) в результате возникновения резонансных явлений, характеризующихся ростом амплитуды колебаний плавучего элемента.

Использование в конструкции направляющей, исключающей самопроизвольное вращение (поворот) поплавка относительно вертикальной оси, закрепленной в верхней части кожуха, отличается тем, что направляющая жестко связана с поворотным диском, на котором закреплен фиксатор с вытяжной рукояткой.

В отличие от прототипа предлагаемое устройство имеет ряд преимуществ. Достигается эффективная генерация электроэнергии в результате изменения положения поплавка относительно его вертикальной оси в зависимости от длины волны. Предлагаемое устройство позволяет обеспечить электроэнергией объекты промышленного производства морского и прибрежного базирования.

Поплавковый волновой генератор, содержащий каркас с соосными центральными отверстиями, поплавок с закрепленным к нему штоком, корпус с установленным в нем ротором, магниты, фланец, вращающийся вместе с ротором, статор с закрепленной на нем обмоткой, отличающийся тем, что жестко закрепленный на штоке поплавок выполнен эллипсоидной формы и кинематически связан с поворотным диском посредством направляющей, установленной в квадратном отверстии внутри штока и связанной с поворотным диском, фиксируемым в требуемом положении фиксатором с вытяжной рукояткой для обеспечения возможности поворота штока с поплавком относительно вертикальной оси в зависимости от длины волны, стопорения в выбранном положении и исключения самопроизвольного поворота.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к производству электроэнергии путем преобразования энергии волн. Поплавковая волновая электростанция содержит обтекаемый герметичный поплавок 1, блок 4, закрепленный на поплавке 1, через который переброшен трос 5, к концу которого прикреплен вертикальный маятник 6, электрический генератор 12 и якорь 11, установленный на дне.

Группа изобретений относится к преобразованию энергии волн, в частности к устройству для извлечения энергии из движения волн. Аппарат (10) содержит плавучий исполнительный механизм (14) и насос (15), размещенный в толще воды, обычно на морском дне (13).

Изобретение относится к устройствам преобразования энергии волн в электрическую энергию. Устройство содержит плавучий буй 24, платформу 1 с резервуаром, штырь для крепления платформы 1 ко дну, верхнюю и нижнюю пластины, соединенные штангой с возможностью вертикального перемещения относительно платформы 1, первые и вторые поршни, закрепленные к верхней и нижней пластинам, соответственно, две группы жидкостных направляющих, закрепленных к платформе 1.

Группа изобретений относится к области энергетики и может быть использована для извлечения электроэнергии из энергии движения волн морей и океанов. Преобразователь энергии волн содержит расположенный на поверхности воды поплавок 2, шарнирно соединенные рамки 3, 4.

Изобретение относится к устройствам для выработки энергии, в частности электроэнергии с использованием движения волн в водных бассейнах. Устройство содержит по меньшей мере один функциональный блок, имеющий по меньшей мере главный или ведущий вал, на котором прочно закреплено ведущее колесо (13b), в зацепление с которым входит и вращение которому придает элемент (15b) линейного управления, по меньшей мере два ведомых вала (21b, 22b), которые приводятся в действие по меньшей мере главным или ведущим валом посредством однонаправленного приводного механизма, каждый из которых имеет возможность соединения по меньшей мере с электрогенератором, два ведомых зубчатых колеса (18b, 19b) на противоположных концах главного или ведущего вала, приводной механизм, соединяющий каждое колесо (18b, 19b) с главным или ведущим валом, за счет чего вращение вала под действием элемента (15b) соответствует вращению колеса (18b, 19b), и плоское зубчатое колесо, входящее в зацепление с колесом (18b, 19b).

Изобретение относится к электрическому устройству с обмоткой (12) и средством для индуцирования тока в обмотке. Мостовая схема (400) электрически соединяет обмотку (12) с нагрузкой (13).

Изобретение относится к области энергетики, в частности к средствам извлечения энергии из морских волн. Установка для преобразования энергии волн содержит раскачиваемую волнами створку 4, имеющую положительную плавучесть, горизонтальные шарниры 3, неподвижный фундамент 1, устройство отбора мощности, связанное с фундаментом 1.

Изобретение может быть использовано для производства электроэнергии путем преобразования энергии волн. Электростанция содержит обтекаемый герметичный поплавок 1 и вертикально расположенный внутри поплавка цилиндрический корпус 3 с размещенным в нем маятником 4.

Изобретение относится к использованию энергии волн и ее преобразованию в рабочее движение системы генерирования электрической энергии. Механизм постоянного вращения для изменения колебательного вращения на однонаправленное вращение выходного вала содержит шестерню 27, присоединенную к входному валу 321а, первую муфту 322с, присоединенную к входному валу 321а, шестерню 323f, присоединенную между шестерней 27 и муфтой 322с, шестерню 323j, присоединенную к промежуточному валу 325а, шестерню 323g и одностороннюю муфту 322d, присоединенные к промежуточному валу 325b, промежуточный вал 325с с шестерней 323l, связанный с односторонней муфтой 322d.

Изобретение относится к области использования энергии морских волн для производства электроэнергии. .

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к производству электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую. Электрогенератор гидроволновой предназначен для преобразования энергии волн в электроэнергию. Электрогенератор гидроволновой содержит каркас, шток 3, имеющий цилиндрическую и винтовую части, закрепленный к нему поплавок 4, фиксатор, препятствующий повороту штока 3 вокруг вертикальной оси, закрепленный к каркасу корпус 5 с расположенным внутри ротором 6, преобразующим возвратно-поступательное движение штока 3 во вращательное движение ротора 6 и фланца 7, на котором закреплены магниты 8, вращающиеся вместе с ротором 6. Поплавок 4 представляет собой эластичную гофрированную трубу 19, внутри которой находится пружина растяжения 20, имеет возможность посредством переключения трехпозиционного электромагнитного пневмораспределителя 14, подключенного к источнику сжатого воздуха, сообщаться с атмосферой через воздуховод 15 и изменять свою длину в пределах, равных половине длине волны. Изобретение направлено на обеспечение эффективной генерации электроэнергии в результате быстрого изменения длины поплавка до величины, равной половине длины волны. 2 ил.

Изобретение относится к отрасли морской энергетики и предназначено для извлечения электрической энергии из морских волн. Поплавковая волновая электростанция плавучего завода сжижения природного газа содержит вертикально расположенный цилиндрический корпус с размещенным в нем механическим преобразователем энергии морских волн, включающим винтовую пару, пружину, грузило, шестеренчатую обгонную муфту, переходник, паразитную шестерню, мультипликатор, электрогенератор. Дополнительно установлен модуль-понтон 2, который выполнен в форме цилиндрической водонепроницаемой оболочки. Внутри оболочки размещено, по меньшей мере, четыре механических преобразователя энергии морских волн, каждый из которых содержит зубчатую пару. Шариковая винтовая пара выполнена в форме винта, размещенного в вертикальной плоскости и взаимодействующего с гайкой, установленной в неподвижном основании. Грузило выполнено в форме шара и прикреплено к верхнему концу винта, на котором между грузилом и основанием коаксиально размещена пружина. На поверхности гайки коаксиально прикреплено ведущее колесо зубчатой пары. Изобретение направлено на повышение чувствительности механического преобразователя энергии морских волн при их малых амплитудах, на увеличение процента преобразования энергии морских волн в электрическую энергию. 5 ил.

Изобретение относится к снабжаемым энергией от волн нагнетательным устройствам. Нагнетательное устройство содержит погружаемый цилиндр 102, прикрепленный к дну водного пространства. Цилиндр 102 имеет отверстие 106. Подводный поплавок 114 воздействует на цилиндр 102. Поплавок 114 выполнен так, чтобы удерживать цилиндр 102 в вертикальной ориентации в воде. Поверхностный поплавок 126 выполнен так, что в рабочем состоянии он плавает на поверхности водного пространства, чтобы перемещаться вверх и вниз в водном пространстве в соответствии с движением волны и с приливно-отливным движением. Удлиненный элемент 118 отходит вниз от поплавка 126. Элемент 118 входит телескопически в отверстие 116, чтобы образовать нагнетательную камеру 148 внутри цилиндра 102. Объем камеры 148 изменяется при движении волны в нагнетательном цикле, чтобы всасывать флюид в камеру 148 при ходе вверх элемента 118 и откачивать флюид из камеры 148 при ходе вниз элемента 118. Длина камеры 148 изменяется с приливно-отливным движением. На участке, на котором элемент 118 втянут в отверстие 116, элемент 118 занимает большую часть площади поперечного сечения отверстия 116. Изобретение направлено на упрощение конструкции. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение предназначено для выработки электрической энергии от движения волн в морях и океанах. Волновая электростанция содержит платформу на понтонах с размещенными на ней электрическим генератором и штангой с шестерней. На платформе с помощью стоек размещено дугообразное зубчатое коромысло. Штанга закреплена на платформе посредством подвижного шарнира. Нижний конец штанги, находящийся в воде, оснащен грузом, а к верхнему концу штанги прикреплен статор генератора. Шестерня, к оси которой присоединен ротор генератора, поджата к поверхности дугообразного зубчатого коромысла, имеющего радиус дуги, равный радиусу поворота штанги на ее шарнире. Изобретение направлено на максимальную адаптацию волновой электростанции к интенсивности морского волнения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх