RU2672830C1 - Navigation buoy with complex energy installation - Google Patents
Navigation buoy with complex energy installation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2672830C1 RU2672830C1 RU2018105250A RU2018105250A RU2672830C1 RU 2672830 C1 RU2672830 C1 RU 2672830C1 RU 2018105250 A RU2018105250 A RU 2018105250A RU 2018105250 A RU2018105250 A RU 2018105250A RU 2672830 C1 RU2672830 C1 RU 2672830C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- buoy
- sensors
- seismic
- environmental
- battery
- Prior art date
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 14
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 8
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 5
- 239000003518 caustics Substances 0.000 claims description 4
- 238000007667 floating Methods 0.000 abstract description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 4
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 3
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 101710129449 Glucose-6-phosphate isomerase 1 Proteins 0.000 description 1
- 206010036086 Polymenorrhoea Diseases 0.000 description 1
- 206010038743 Restlessness Diseases 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 description 1
- 229930002868 chlorophyll a Natural products 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000003471 mutagenic agent Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 description 1
- CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N peryrene Natural products C1=CC(C2=CC=CC=3C2=C2C=CC=3)=C3C2=CC=CC3=C1 CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 description 1
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B22/00—Buoys
- B63B22/16—Buoys specially adapted for marking a navigational route
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
- F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
- F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
- F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к плавучим средствам навигационного оборудования, в частности к бую, предназначенному для ограждения фарватеров и отдельных навигационных опасностей на судоходных акваториях, а также для проведения сейсмических и экологических наблюдений.The invention relates to floating equipment for navigation equipment, in particular to a buoy designed to enclose fairways and individual navigational hazards in navigable areas, as well as for conducting seismic and environmental observations.
Известные морские буи с автономными энергетическими установками электропитания светооптической аппаратуры навигационных буев, в состав которых входят химические источники постоянного тока (электрохимические батареи) и механизм подключения этих батарей к светооптической аппаратуре буя (см. например: патенты US №3794907, 1974 [1], №3818312, 1974 [2], патенты GB №1357427, 1974 [3], №1368202, 1974 [4], патенты FR №2193284, 1974 [5], №2215743, 1974 [6], авторское свидетельство SU №586533, 1978 [7]).Known marine buoys with autonomous power supply units for the light-optical equipment of navigation buoys, which include chemical direct current sources (electrochemical batteries) and the mechanism for connecting these batteries to the light-optical equipment of the buoy (see, for example, US Pat. No. 3,794,907, 1974 [1], No. 3818312, 1974 [2], GB patents No. 1357427, 1974 [3], No. 1368202, 1974 [4], FR patents No. 2193284, 1974 [5], No. 2215743, 1974 [6], copyright certificate SU No. 586533, 1978 [7]).
Недостатком известных автономных энергетических установок [1-7] с химическими источниками тока (ХИТ) является то, что при питании электрическим током светооптической аппаратуры буя энергетический ресурс ХИТ с течением времени уменьшается. Это обуславливает снижение надежности и долговечности энергосистемы буя и необходимость периодической замены (не реже 2-3 раз в год) отработанных электрохимических батарей на новые. Работы по замене батарей трудоемки и дороги, так как для осуществления такой операции необходима доставка новых батарей обеспечивающим судном к месту установки буя, подъем буя на палубу судна, разборка контейнеров с отработанными батареями, замена элементов на новые, монтаж буя и постановка его в заданную точку на акватории, посредством якорного устройства, состоящего из якоря и якорной цепи.A disadvantage of the known autonomous power plants [1-7] with chemical current sources (CIT) is that when the buoy is supplied with electric current from the optical equipment, the CIT energy resource decreases over time. This leads to a decrease in the reliability and durability of the buoy's power system and the need for periodic replacement (at least 2-3 times a year) of spent electrochemical batteries with new ones. Work on replacing the batteries is time-consuming and expensive, since for such an operation it is necessary to deliver new batteries by the supplying vessel to the place of installation of the buoy, raise the buoy to the deck of the vessel, disassemble the containers with the used batteries, replace the elements with new ones, install the buoy and set it at a given point in the water, by means of an anchor device consisting of an anchor and an anchor chain.
Известны также системы, использующие для подзарядки ХИТ энергию солнечной радиации (см. например: патенты RU №2028558, 1992 [8], №2377472, 2008 [9], №2476783, 2013 [10]). Данные солнечные энергетические установки (солнечные батареи) изготовлены из фотоэлектрических преобразователей с концентрирующими линзами Френеля, которые значительно повышают КПД фотоэлектрических элементов (на лучших образцах до 35-37% по сравнению с традиционными 12-15%).Systems are also known that use the energy of solar radiation to recharge CHIT (see, for example, patents RU No. 2028558, 1992 [8], No. 2377472, 2008 [9], No. 2476783, 2013 [10]). These solar power plants (solar panels) are made of photovoltaic converters with Fresnel concentrating lenses, which significantly increase the efficiency of photovoltaic cells (on the best samples, up to 35-37% compared to traditional 12-15%).
Применительно к плавучим средствам навигационного оборудования (СНО) недостатком данных солнечных модулей с гелиоконцентраторами является то, что они расположены на рамных панелях значительного размера и имеют сложное электронно-кинематическое устройство слежения за видимым движением Солнца по высоте и горизонту. Установка подобных систем на буях, которые произвольно качаются и вращаются под воздействием волн, технически невозможна.With regard to floating equipment of navigation equipment (SSS), the disadvantage of these solar modules with solar concentrators is that they are located on frame panels of a significant size and have a complex electron-kinematic device for tracking the visible movement of the Sun in height and horizon. The installation of such systems on buoys that randomly swing and rotate under the influence of waves is technically impossible.
Прототипом, наиболее близким к предлагаемой конструкции навигационного буя с комплексной энергоустановкой в качестве солнечного модуля, может быть принята солнечная энергетическая установка, специально разработанная для зрительных СНО (патент RU №2382935, 2010 [11]). Данная установка с термоэлектрическим генератором предназначена для зрительных средств навигационного оборудования, содержит светооптическое устройство, автономный источник электропитания (аккумулятор) и подзарядное энергетическое устройство с механизмом подключения его к данному источнику, при этом она снабжена в качестве подзарядного устройства термоэлектрическим преобразователем (термоэлектрическим генератором), преобразующим тепловую энергию Солнца в электрическую и помещенным внутри гелиоконцетратора, функции которого выполняет оптическое устройство на основе линзы Френеля, жестко закрепленное в шейке каустики (фокусе) гелиоконцентратора. Изобретение должно обеспечить упрощение конструкции, повышение надежности, долговечности и процесса эксплуатации на объектах СНО.The prototype closest to the proposed design of a navigation buoy with an integrated power plant as a solar module can be a solar power plant specially designed for visual aids (patent RU No. 2382935, 2010 [11]). This installation with a thermoelectric generator is intended for the visual aids of navigation equipment, it contains a light-optical device, an autonomous power source (battery) and a rechargeable energy device with a mechanism for connecting it to this source, while it is equipped with a thermoelectric converter (thermoelectric generator), which converts thermal energy of the Sun into electrical energy and placed inside the helioconcentrator, whose functions you complements an optical device based on a Fresnel lens, rigidly fixed in the neck of the caustic (focus) of the helioconcentrator. The invention should provide a simplification of the design, increase reliability, durability and the process of operation at facilities of aids to navigation.
Данная установка компактна, освобождена от необходимости слежения за положением Солнца, имеет в своем составе электрохимический аккумулятор и подзарядное устройство, представляющее собой термоэлектрический генератор (ТЭГ), помещенный под концентрирующей солнечные лучи линзой. Выработанное ТЭГ электричество системой управления подается в накопитель энергии (аккумулятор), который обеспечивает электроэнергией светодиодный излучатель буя в темное время суток.This installation is compact, freed from the need to monitor the position of the Sun, includes an electrochemical battery and a charging device, which is a thermoelectric generator (TEG) placed under a lens concentrating the sun's rays. Electricity generated by the TEG is supplied to the energy storage system (battery) by the control system, which provides electricity to the buoy's LED emitter in the dark.
Недостатком прототипа [11] является крайне низкий КПД всех известных на сегодня термоэлектрических преобразователей (не более 7-8%), а главное - невозможность решения проблемы круглогодичного бесперебойного энергообеспечения светотехнической системы буя посредством данной солнечной энергетической установки без ее дублирования другим источником тока. Условия прихода суммарной солнечной радиации во всех морях России таковы, что делают данную установку гарантированно работоспособной только в период с апреля по сентябрь.The disadvantage of the prototype [11] is the extremely low efficiency of all currently known thermoelectric converters (no more than 7-8%), and most importantly, the impossibility of solving the problem of year-round uninterrupted power supply of the lighting system of the buoy through this solar power plant without duplicating it with another current source. The conditions for the arrival of total solar radiation in all the seas of Russia are such that they make this installation guaranteed to be operational only from April to September.
Известны также системы, использующие для подзарядки ХИТ энергию морских волн. Наибольшее распространение получили волновые энергетические установки, использующие вынужденные вертикальные колебания буя, вызванные воздействием морского волнения. Наиболее известны такие волновые установки, как «поплавок с гидротурбиной», использующий вращение рабочего колеса гидротурбин при вертикальных перемещениях в водной среде и «пневмобуй Масуды», использующий для вращения рабочего колеса воздушных турбин движение воздуха, которое возникает под воздействием осциллирующего водяного столба внутри полости буя при его вертикальных колебаниях (см. например: патенты RU №2577942 С1, 20.03.2016 [12], RU №2078249 С1, 27.04.1997 [13], RU №2399546 С2, 20.12.2009 [14], RU №2386051 C2, 10.04.2004 [15], CN №102606375 A. 25.07.2012 [16], CN №102678429 A, 19.09.2012 [17]).Systems are also known that use the energy of sea waves to recharge CHIT. The most widespread are wave power plants using forced vertical oscillations of the buoy caused by exposure to sea waves. Such wave installations as the “float with a hydraulic turbine”, which uses the rotation of the impeller of hydraulic turbines during vertical movements in the aquatic environment and the “Masuda pneumatic buoy”, uses the movement of air that occurs under the influence of an oscillating water column inside the cavity of the buoy, are best known with its vertical vibrations (see for example: patents RU No. 2577942 C1, 03.20.2016 [12], RU No. 2078249 C1, 04/27/1997 [13], RU No. 2399546 C2, 12.20.2009 [14], RU No. 2386051 C2 April 10, 2004 [15], CN No. 102606375 A., July 25, 2012 [16], CN No. 102678429 A, September 19, 2012 [17]).
Так, например, известное техническое решение [12] 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 с направляющими, по которым передвигается инерционное тело, имеющее упругую подвеску. Подвеска снабжена установленными в верхней части рамы двумя блоками. В нижней части рамы установлена система воздушного демпфирования, имеющая корпус, поршень и выходное отверстие с изменяемым диаметром. Один из блоков соединен с генератором. Аккумулятор соединен с генератором через трансформатор с изменяющимся коэффициентом трансформации и диодный выпрямитель. Вычислитель соединен с выходом генератора и аккумулятором. Шаговый двигатель соединен с вычислителем и устройством изменения диаметра отверстия системы воздушного демпфирования. Изобретение направлено на повышение КПД установки, повышение надежности и увеличение ресурса работы установки за счет снижения износа механических деталей и исключения перезаряда аккумулятора.For example, the well-known technical solution [12] relates to the field of renewable energy sources and can be used for wave measuring and navigation buoys. The installation for replenishing the energy of sea buoys contains a floating body, in which there is a support in the form of a frame with guides along which an inertial body with an elastic suspension moves. The suspension is equipped with two blocks mounted in the upper part of the frame. In the lower part of the frame, an air damping system is installed, having a body, a piston and an outlet with a variable diameter. One of the blocks is connected to the generator. The battery is connected to the generator through a transformer with a variable transformation ratio and a diode rectifier. The calculator is connected to the output of the generator and the battery. The stepper motor is connected to the calculator and the device for changing the diameter of the holes of the air damping system. The invention is aimed at increasing the efficiency of the installation, increasing reliability and increasing the service life of the installation by reducing the wear of mechanical parts and eliminating battery overcharging.
Недостатком данных вариантов является низкая чувствительность даже самых современных, как воздушных, так и гидротурбин, способных гарантированно вырабатывать электрический ток только при скоростях воздушного или водного потока более 1 м/с. Это условие не всегда выполняется буем, совершающим хаотичные вертикальные колебания на волнении различного характера. Также неизбежны потери энергии при преобразовании механической энергии вращения ротора турбин в электрическую.The disadvantage of these options is the low sensitivity of even the most modern, both air and hydraulic turbines, capable of guaranteed to generate electric current only at air or water flow rates of more than 1 m / s. This condition is not always fulfilled by a buoy making random vertical oscillations on waves of various kinds. Energy losses are also inevitable when converting the mechanical energy of rotation of the turbine rotor into electrical energy.
Кроме того, известны специально разработанные для плавучих СНО волновые энергетические установки, использующие в качестве рабочего элемента инерционное тело (патенты RU №2388933, 2010 [18], №2467911 2012 [19]).In addition, wave power plants specially developed for floating navigational aids are used that use an inertial body as a working element (patents RU No. 2388933, 2010 [18], No. 2467911 2012 [19]).
Недостатком волновых энергетических установок с инерционным рабочим телом [12, 13, 18, 19] является их перегруженность кинематическими элементами, сложность конструкции, а главное - возможность эффективной работы только в условиях резонансных колебаний буя. Например, самый распространенный на сегодня морской буй типа БМБЛ имеет резонансные колебания при высоте волны 59 см. Во всех остальных случаях волнения отбор мощности значительно ниже номинального.The disadvantage of wave power plants with an inertial working fluid [12, 13, 18, 19] is their overload with kinematic elements, the complexity of the design, and most importantly, the ability to work effectively only in conditions of resonant oscillations of the buoy. For example, the most common marine buoy of the BMBL type today has resonant vibrations at a wave height of 59 cm. In all other cases of waves, the power take-off is much lower than the nominal one.
Известен также навигационный буй (патент RU №2489301, 10.08.2013 [20]), который содержит обтекаемый герметичный корпус, разделенный водонепроницаемыми переборками на отсеки, светооптическую аппаратуру на светодиодах, расположенную в головной части корпуса буя, и стабилизирующий балласт. Во внутренней полости корпуса установлена цилиндрическая емкость, по оси которой в направляющих, прикрепленных к цилиндрической емкости, перемещается шток, на конце штока установлен стабилизирующий балласт, на штоке неподвижно закреплена упорная площадка, которая опирается на пружину, расположенную между одной из направляющих штока и упорной площадкой. В средней части на штоке установлен ротор с постоянными магнитами линейного электрического генератора, статор линейного электрического генератора закреплен на внутренней поверхности цилиндрической емкости, обмотка статора генератора соединена со входом зарядного устройства, а выход зарядного устройства соединен с аккумулятором, от которого питается светооптическая аппаратура. По второму варианту к цилиндрической емкости неподвижно прикреплен стабилизирующий балласт, шток прикреплен одним концом к герметичному корпусу буя, на штоке неподвижно закреплена упорная площадка, в верхней части штока между верхней направляющей и упорной площадкой установлена пружина. Технический результат заключается в увеличении мощности энергетической установки буя, упрощении его конструкции.Also known is a navigation buoy (patent RU No. 2489301, 08/10/2013 [20]), which contains a streamlined sealed enclosure separated by watertight bulkheads into compartments, LED optical equipment located in the head of the buoy enclosure, and a stabilizing ballast. A cylindrical container is installed in the inner cavity of the housing, the axis of which in the guides attached to the cylindrical container, the rod moves, a stabilizing ballast is installed at the end of the rod, a stop pad is fixedly fixed on the rod, which rests on a spring located between one of the rod guides and the stop pad . In the middle part of the rod, a rotor with permanent magnets of a linear electric generator is installed, the stator of the linear electric generator is fixed on the inner surface of the cylindrical container, the winding of the stator of the generator is connected to the input of the charger, and the output of the charger is connected to the battery from which the optical equipment is powered. According to the second variant, a stabilizing ballast is fixedly attached to the cylindrical container, the rod is attached at one end to the sealed housing of the buoy, the thrust pad is fixedly fixed on the rod, a spring is installed in the upper part of the rod between the upper guide and the thrust pad. The technical result consists in increasing the power of the power plant buoy, simplifying its design.
В данной установке в электрическую энергию преобразуется не механическая энергия, накопленная инерционным телом (маятником), а механическая энергия вертикального движения корпуса буя совместно со статором линейного электрического генератора относительно стабилизирующего балласта (груза-противовеса) при подъеме буя на гребень волны под действием силы Архимеда. При спуске буя с гребня волны в электрическую энергию преобразуется механическая энергия вертикального движения стабилизирующего балласта (с присоединенным к нему штоком-ротором) относительно корпуса буя и статора линейного электрического генератора под действием силы тяжести стабилизирующего балласта.In this installation, it is not the mechanical energy accumulated by the inertial body (pendulum) that is converted into electrical energy, but the mechanical energy of the vertical movement of the buoy body together with the stator of the linear electric generator relative to the stabilizing ballast (counterweight load) when the buoy is raised to the wave crest under the action of Archimedes force. When the buoy is lowered from the wave crest, the mechanical energy of the vertical movement of the stabilizing ballast (with the rotor rod attached to it) relative to the buoy body and stator of the linear electric generator under the influence of the stabilizing ballast gravity is converted into electrical energy.
Недостатком прототипа является чрезмерный вес стабилизирующего балласта (предлагается использовать груз-противовес в 50 кг, что крайне затруднит техническое обслуживание волновой установки буя непосредственно в море), наличие в конструкции пружины, жесткость которой с течением времени изменяется. Самым «слабым местом» данной конструкции является сальник, который должен обеспечивать герметичность рабочего отсека установки при размещении груза-противовеса вне герметичного корпуса буя. Следует учесть, что осадка буя типа БМБЛ достигает 5 м (давление воды 0,5 атм.). Плотный сальник, необходимый на таком заглублении, не позволит осуществить свободное перемещение штока-ротора, а с течением времени сальник начнет подтекать. Кроме того, как и в случае с солнечной установкой, остаются нерешенными проблемы круглогодичного бесперебойного энергообеспечения светотехнической системы буя посредством только данной волновой энергетической установки без ее дублирования другим источником тока, поскольку в летнее время года часты периоды затяжных штилей и волнение на море отсутствует.The disadvantage of the prototype is the excessive weight of the stabilizing ballast (it is proposed to use a counterweight of 50 kg, which will extremely complicate the maintenance of the wave installation of the buoy directly at sea), the presence of a spring in the structure, the rigidity of which changes over time. The most “weak point” of this design is the stuffing box, which should ensure the tightness of the working compartment of the installation when placing the counterweight outside the airtight housing of the buoy. It should be noted that the draft of the BMBL type buoy reaches 5 m (water pressure 0.5 atm.). The tight gland needed at such a deepening will not allow free movement of the rotor rod, and over time, the gland will begin to leak. In addition, as in the case of the solar installation, the problems of the year-round uninterrupted power supply of the buoy lighting system through only this wave power installation remain unresolved, without duplication by another current source, because in summer there are frequent periods of prolonged calm and there is no sea disturbance.
Аналогами известного навигационного буя [20] являются аналогичные устройства (патенты GB №1271490 А, 19.04.1972 [21], KR №20110132742 А, 09.12.2011 [22], JP №6280733 А, 04.10.1994 [23], RU №2007130120 А, 20.02.2009 [24], RU №88744 U1, 20.11.2009 [25], CN №201797431 U, 13.04.2011 [26], RU №2399546 С2, 20.09.2010 [27], RU №113234 U1, 10.02.2012 [28]), обладающие теми же самыми недостатками, что и известный навигационный буй.The analogs of the well-known navigation buoy [20] are similar devices (patents GB No. 1271490 A, 04.19.1972 [21], KR No. 20110132742 A, 12/09/2011 [22], JP No. 6280733 A, 04/10/1994 [23], RU No. 2007130120 A, 02/20/2009 [24], RU No. 88744 U1, 11/20/2009 [25], CN No. 2017747431 U, 04/13/2011 [26], RU No. 2399546 C2, 09/20/2010 [27], RU No. 113234 U1 02.10.2012 [28]), which have the same drawbacks as the well-known navigation buoy.
Задачей также известного технического решения является создание автономной комплексной энергетической установки для плавучих средств навигационного оборудования (СНО), способной обеспечить круглогодичное бесперебойное энергообеспечение светотехнических систем морских и океанских буев широкого назначения за счет использования возобновляемых источников энергии (патент RU №2610029 С1, 07.02.2017 [29]). При этом технический результат заключается в увеличении мощности энергетической установки буя, упрощении его конструкции, а поставленная задача решается за счет того, что в навигационном буе с комплексной энергоустановкой, содержащим обтекаемый герметичный корпус, разделенный водонепроницаемыми переборками на отсеки, светооптическую аппаратуру на светодиодах, расположенную в головной части корпуса буя, содержащий солнечную энергетическую установку, состоящую из светооптического устройства, автономный источник электропитания (аккумулятор) с подзарядным энергетическим устройством с механизмом подключения его к данному источнику, преобразующим тепловую энергию Солнца в электрическую и помещенным внутри гелиоконцетратора, функции которого выполняет оптическое устройство на основе линзы Френеля, исключающего необходимость использования системы слежения за видимым движением Солнца и позволяющего преломлять и фокусировать направленное солнечное излучение независимо от положения Солнца по горизонту и высоте и жестко закрепленного в шейке каустики (фокусе) гелиоконцентратора, волновую энергетическую установку, установленную во внутренней полости корпуса буя, содержащую во внутренней полости корпуса цилиндрическую емкость, по оси которой в направляющих, прикрепленных к цилиндрической емкости, перемещается шток, на конце штока установлен стабилизирующий балласт, а в средней части на штоке установлен ротор с постоянными магнитами линейного электрического генератора, статор линейного электрического генератора закреплен на внутренней поверхности цилиндрической емкости, обмотка статора генератора соединена с входом зарядного устройства, а выход зарядного устройства соединен с аккумулятором, от которого питается светооптическая аппаратура - введена еще одна солнечная энергетическая установка, выполненная в виде сферы и установленная по периметру светодиодного излучателя и соединенная с аккумулятором, стабилизирующий балласт выполнен полым в виде поплавка.The objective of the well-known technical solution is the creation of an autonomous integrated power plant for floating aids to navigation equipment (SSS), capable of providing year-round uninterrupted power supply to lighting systems of marine and ocean buoys for general use through the use of renewable energy sources (patent RU No. 2610029 C1, 02/07/2017 [ 29]). In this case, the technical result consists in increasing the power of the power unit of the buoy, simplifying its design, and the task is solved due to the fact that in the navigation buoy with a complex power plant containing a streamlined sealed enclosure, separated by waterproof bulkheads into compartments, light-optical equipment with LEDs located in the head part of the body of the buoy, containing a solar power plant, consisting of a light-optical device, an autonomous power source (acc a mutator) with a rechargeable energy device with a mechanism for connecting it to a given source, converting the thermal energy of the Sun into electrical energy and placed inside a helioconceptor, the functions of which are performed by an optical device based on a Fresnel lens, eliminating the need to use a tracking system for the visible movement of the Sun and allowing refraction and focusing directed solar radiation irrespective of the position of the Sun in the horizon and height and the helio rigidly fixed in the caustic neck (focus) a concentrator, a wave power plant installed in the inner cavity of the buoy body, containing a cylindrical container in the inner cavity of the body, the rod moving along the axis of the guides attached to the cylindrical tank, a stabilizing ballast is installed at the end of the rod, and a rotor is installed in the middle part of the rod with permanent magnets of a linear electric generator, the stator of the linear electric generator is fixed to the inner surface of the cylindrical capacity, the stator winding of the generator the torus is connected to the input of the charger, and the output of the charger is connected to the battery from which the optical equipment is powered - another solar power installation is introduced, made in the form of a sphere and installed around the perimeter of the LED emitter and connected to the battery, the stabilizing ballast is hollow in the form of a float .
Такое устройство навигационного буя позволяет реализовать комплексную энергетической установку для плавучих средств навигационного обеспечения, которая основана на совместном использовании энергий Солнца и морских волн, находящихся в природной противофазе (максимум солнца летом, максимум волнения зимой). Предлагаемая установка максимально упрощена по своей конструкции и освобождена от излишней кинематики. В состав комплексной энергетической установки включены два модуля - солнечный и волновой.Such a navigational buoy device makes it possible to implement a comprehensive power plant for navigational aids, which is based on the joint use of the energies of the Sun and sea waves in natural antiphase (maximum sun in summer, maximum excitement in winter). The proposed installation is maximally simplified in its design and freed from excessive kinematics. The complex power plant includes two modules - solar and wave.
Ввиду того, что известное устройство [29] имеет широкое применение в качестве средств навигационного обеспечения судоходства и обладает положительными качествами при использовании его, в том числе и в ледовых условиях, то использование такого буя возможно в качестве носителя и аппаратуры для сейсмических и экологических исследований.Due to the fact that the known device [29] is widely used as a means of navigation support for navigation and has positive qualities when using it, including in ice conditions, the use of such a buoy is possible as a carrier and equipment for seismic and environmental studies.
Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей известного устройства [29].The objective of the proposed technical solution is to expand the functionality of the known device [29].
Поставленная задача решается за счет того, что в навигационный буй с комплексной энергоустановкой, содержащий обтекаемый герметичный корпус, удерживаемый посредством якоря и разделенный водонепроницаемыми переборками на отсеки, светооптическую аппаратуру на светодиодах, расположенную в головной части корпуса буя, содержащий солнечную энергетическую установку, состоящую из светооптического устройства, автономный источник электропитания (аккумулятор) и подзарядное энергетическое устройство с механизмом подключения его к данному источнику, преобразующим тепловую энергию Солнца в электрическую и помещенным внутри гелиоконцетратора, функции которого выполняет оптическое устройство на основе линзы Френеля, исключающего необходимость использования системы слежения за видимым движением Солнца и позволяющего преломлять и фокусировать направленное солнечное излучение независимо от положения Солнца по горизонту и высоте и жестко закрепленного в шейке каустики (фокусе) гелиоконцентратора, волновую энергетическую установку, установленную во внутренней полости корпуса буя, содержащую во внутренней полости корпуса цилиндрическую емкость, по оси которой в направляющих, прикрепленных к цилиндрической емкости, перемещается шток, на конце штока установлен стабилизирующий балласт, а в средней части на штоке установлен ротор с постоянными магнитами линейного электрического генератора, статор линейного электрического генератора закреплен на внутренней поверхности цилиндрической емкости, обмотка статора генератора соединена с входом зарядного устройства, а выход зарядного устройства соединен с аккумулятором, от которого питается светооптическая аппаратура и содержащий еще одну солнечную энергетическую установку, выполненную в виде сферы и установленную по периметру светодиодного излучателя и соединенную с аккумулятором, а стабилизирующий балласт выполнен полым в виде поплавка, дополнительно введены регулируемый съемный балласт, закрепленный в нижней части корпуса буя и выполненный из арматурного железа, образующего колоколообразную ферму, на элементах которой закреплены датчики измерения сейсмических и экологических параметров, телескопическое устройство, установленное в верхней части буя, на котором размещены антенна системы ГЛОНАСС, метеорологические датчики, внутри корпуса буя установлен информационно-управляющий модуль, соединенный с антенной системы ГЛОНАСС, энергетическими установками буя и датчиками измерения сейсмических, экологических и метеорологических параметров, информационно-управляющий модуль посредством кабеля, сочлененного с якорной цепью соединен с донной сейсмоакустической станцией.The problem is solved due to the fact that in a navigation buoy with an integrated power plant, containing a streamlined sealed enclosure, held by an anchor and separated by waterproof bulkheads into compartments, light-optical equipment based on LEDs, located in the head of the body of the buoy, containing a solar power plant consisting of a light-optical devices, an autonomous power source (battery) and a rechargeable energy device with a mechanism for connecting it to a given IP a transducer that converts the thermal energy of the Sun into electrical energy and placed inside the helioconceptor, the functions of which are performed by an optical device based on a Fresnel lens, eliminating the need to use a tracking system for the visible movement of the Sun and allowing to refract and focus directed solar radiation regardless of the position of the Sun horizontally and vertically fixed in the caustic neck (focus) of the helioconcentrator, a wave power plant installed in the internal cavity of the building a buoy containing a cylindrical container in the inner cavity of the housing, the rod moving along the axis of the guides attached to the cylindrical container, a stabilizing ballast is installed at the end of the rod, and a rotor with permanent magnets of a linear electric generator and a linear electric stator are installed on the rod in the middle part the generator is fixed on the inner surface of the cylindrical container, the stator winding of the generator is connected to the input of the charger, and the output of the charger is connected to the battery an emitter, from which light-optic equipment is powered and containing another solar power plant, made in the form of a sphere and mounted around the perimeter of the LED emitter and connected to the battery, and the stabilizing ballast is hollow in the form of a float, an adjustable removable ballast mounted in the lower part of the housing is additionally introduced buoy and made of reinforcing iron, forming a bell-shaped truss, on the elements of which sensors for measuring seismic and environmental parameters are fixed s, a telescopic device installed in the upper part of the buoy, on which the antenna of the GLONASS system, meteorological sensors are placed, an information control module is installed inside the body of the buoy connected to the antenna of the GLONASS system, power units of the buoy and sensors for measuring seismic, environmental and meteorological parameters, information - the control module is connected via a cable articulated with the anchor chain to the bottom seismic acoustic station.
Как и в прототипе [29] солнечный модуль располагается на топе навигационного буя и собран на сферическом основании миниатюрных фотоэлектрических элементов (диаметром не более 50 мм), каждый из которых снабжен своей концентрирующей линзой Френеля. При такой компоновке отпадает необходимость слежения за Солнцем по высоте и горизонту, поскольку в любой момент времени, независимо от положения Солнца и произвольно качающегося буя, часть фотоэлектрических элементов все равно сориентирована на Солнце и вырабатывает электроэнергию. Выработанное солнечным модулем электричество системой управления подается в накопитель энергии (аккумуляторный блок), который обеспечивает электроэнергией светодиодный излучатель буя в темное время суток.As in the prototype [29], the solar module is located on the top of the navigation buoy and assembled on the spherical base of miniature photovoltaic cells (with a diameter of not more than 50 mm), each of which is equipped with its own Fresnel concentrating lens. With this arrangement, there is no need to monitor the Sun in height and horizon, because at any moment of time, regardless of the position of the Sun and the randomly swaying buoy, some of the photovoltaic cells are still oriented to the Sun and generate electricity. The electricity generated by the solar module by the control system is supplied to the energy storage device (battery pack), which provides electricity to the LED emitter of the buoy in the dark.
Еще одна солнечная энергетическая установка, выполнена в виде сферы и установлена по периметру светодиодного излучателя и соединенная с аккумулятором, при отсутствии солнечных лучей позволяет вырабатывать электроэнергию при преобразовании светового потока от светодиодного излучателя. Данная солнечная батарея может быть также на сферическом основании миниатюрных фотоэлектрических элементов (диаметром не более 50 мм), каждый из которых снабжен своей концентрирующей линзой Френеля.Another solar power installation, made in the form of a sphere and installed around the perimeter of the LED emitter and connected to the battery, in the absence of sunlight, allows you to generate electricity when converting light flux from the LED emitter. This solar battery can also be on a spherical base of miniature photovoltaic cells (with a diameter of not more than 50 mm), each of which is equipped with its own concentrating Fresnel lens.
Волновой модуль располагается в двух смежных внутренних отсеках буя. В нижний (хвостовой) отсек встроена выгородка (полость) в виде г-образной трубы, не нарушающей плавучести и остойчивости буя, и имеющей свободный доступ морской воде снизу и атмосферному воздуху сверху, выше максимально возможной ватерлинии буя. Внутри трубы находится не массивный груз-противовес, а поплавок, жестко скрепленный с вертикальным штоком из немагнитного материала. Верхняя часть штока через направляющую втулку выведена в сухой смежный отсек буя и снабжена постоянными магнитами, выполняющими функцию ротора линейного электрического генератора (соленоида). Статор линейного электрогенератора жестко скреплен с корпусом буя или межотсечной переборкой и вырабатывает электрический ток при любых вертикальных перемещениях штока-ротора и поплавка, вызванных осциллирующим водяным столбом внутри г-образной трубы, в которую помещен поплавок, при наличии волнения на море. Выработанное волновым модулем электричество системой управления подается в накопитель энергии (аккумуляторный блок), который обеспечивает электроэнергией светодиодный излучатель буя в темное время суток.The wave module is located in two adjacent internal compartments of the buoy. In the lower (tail) compartment, a fence (cavity) is built in the form of an L-shaped pipe that does not violate the buoyancy and stability of the buoy, and has free access to sea water from below and atmospheric air from above, above the maximum possible waterline of the buoy. Inside the pipe is not a massive counterweight, but a float rigidly fastened to a vertical rod of non-magnetic material. The upper part of the rod through the guide sleeve is brought into a dry adjacent compartment of the buoy and is equipped with permanent magnets that act as the rotor of a linear electric generator (solenoid). The stator of the linear electric generator is rigidly bonded to the buoy body or the inter-compartment bulkhead and generates an electric current during any vertical movements of the rotor rod and the float caused by an oscillating water column inside the l-shaped pipe into which the float is placed in the presence of sea waves. The electricity generated by the wave module is supplied by the control system to the energy storage device (battery pack), which provides electricity to the LED emitter of the buoy in the dark.
В отличие от прототипа [29] в устройств дополнительно введены регулируемый съемный балласт, закрепленный в нижней части корпуса буя и выполненный из арматурного железа, образующего колоколообразную ферму. На элементах регулируемого съемного балласта закреплены датчики измерения сейсмических и экологических параметров. В верхней части буя установлено телескопическое устройство, на котором размещены антенна системы ГЛОНАСС, метеорологические датчики. Внутри корпуса буя установлен информационно-управляющий модуль, соединенный с антенной системы ГЛОНАСС, энергетическими установками буя и датчиками измерения сейсмических, экологических и метеорологических параметров. Информационно-управляющий модуль посредством кабеля, сочлененного с якорной цепью, соединен с донной сейсмоакустической станцией.In contrast to the prototype [29], the devices additionally introduced an adjustable removable ballast fixed in the lower part of the buoy body and made of reinforcing iron, forming a bell-shaped truss. Sensors for measuring seismic and environmental parameters are fixed on the elements of an adjustable removable ballast. A telescopic device is installed in the upper part of the buoy, on which the antenna of the GLONASS system, meteorological sensors are placed. An information control module is installed inside the buoy’s hull, connected to the GLONASS antenna system, buoy’s power plants, and sensors for measuring seismic, environmental, and meteorological parameters. The information and control module is connected to the bottom seismic acoustic station via a cable articulated with the anchor chain.
На фигуре схематично изображены вид и принципиальная блок-схема комплексной солнечно-волновой энергетической установки плавучего средства навигационного оборудования с расположением внутри его корпуса предлагаемых технических средств и их структурные соединения:The figure schematically shows a view and a schematic block diagram of an integrated solar-wave power installation of a floating means of navigation equipment with the proposed technical means and their structural connections located inside its body:
1 - набор миниатюрных фотоэлектрических элементов, снабженных линзами Френеля, и собранных на сферическом основании (солнечный модуль);1 - a set of miniature photovoltaic cells equipped with Fresnel lenses, and assembled on a spherical base (solar module);
2 - светодиодный излучатель (источник света буя);2 - LED emitter (buoy light source);
3 - система управления и аккумуляторный блок комплексной солнечно-волновой энергетической установки с подзарядным энергетическим устройством и с механизмом подключения его к данному источнику;3 - control system and battery pack of an integrated solar-wave power plant with a rechargeable power device and with a mechanism for connecting it to a given source;
4 - внутренняя труба-полость волнового модуля, расположенная в нижнем (хвостовом) отсеке буя;4 - inner tube-cavity of the wave module, located in the lower (tail) compartment of the buoy;
5 - поплавок;5 - a float;
6 - шток-ротор линейного электрического генератора;6 - rod-rotor of a linear electric generator;
7 - направляющая втулка;7 - guide sleeve;
8 - статор линейного электрического генератора (соленоид), расположенный в сухом отсеке буя, и жестко скрепленный с корпусом буя или межотсечной переборкой;8 - a stator of a linear electric generator (solenoid) located in the dry compartment of the buoy, and rigidly fastened to the body of the buoy or intersection bulkhead;
9 - датчик наружной освещенности (фотодатчик);9 - ambient light sensor (photosensor);
10 - введенная солнечная батарея,10 - introduced solar battery,
11 - регулируемый съемный балласт,11 - adjustable removable ballast,
12 - датчики измерения сейсмических и экологических параметров,12 - sensors for measuring seismic and environmental parameters,
13 - телескопическое устройство, на котором размещены антенна системы ГЛОНАСС, метеорологические датчики,13 - telescopic device on which the antenna of the GLONASS system, meteorological sensors,
14 - информационно-управляющий модуль, соединенный с антенной системы ГЛОНАСС, энергетическими установками буя и датчиками измерения сейсмических, экологических и метеорологических параметров и донной сейсмоакустической станцией,14 - information and control module connected to the antenna of the GLONASS system, power units of the buoy and sensors for measuring seismic, environmental and meteorological parameters and the bottom seismic acoustic station,
15 - якорная цепь,15 - anchor chain,
16 - якорь,16 - anchor
17 - донная сейсмоакустическая станция,17 - bottom seismic acoustic station,
18 - кабель,18 - cable
19 - морское дно.19 - the seabed.
Съемный балласт, закреплен в нижней части корпуса буя и выполнен из арматурного железа, образующего колоколообразную ферму. На элементах регулируемого съемного балласта закреплены датчики измерения сейсмических и экологических параметров. В верхней части буя установлено телескопическое устройство, на котором размещены антенна системы ГЛОНАСС, метеорологические датчики. Внутри корпуса буя установлен информационно-управляющий модуль, соединенный с антенной системы ГЛОНАСС, энергетическими установками буя и датчиками измерения сейсмических, экологических и метеорологических параметров. Информационно-управляющий модуль посредством кабеля, сочлененного с якорной цепью соединен с донной сейсмоакустической станциейRemovable ballast, fixed in the lower part of the buoy body and made of reinforcing iron, forming a bell-shaped truss. Sensors for measuring seismic and environmental parameters are fixed on the elements of an adjustable removable ballast. A telescopic device is installed in the upper part of the buoy, on which the antenna of the GLONASS system, meteorological sensors are placed. An information control module is installed inside the buoy’s hull, connected to the GLONASS antenna system, buoy’s power plants, and sensors for measuring seismic, environmental, and meteorological parameters. The information-control module is connected to the bottom seismic acoustic station via a cable articulated with the anchor chain
Экологические датчики обеспечивают получение в реальном масштабе времени достоверных измерений требуемых экологических параметров среды: загрязнение морских акватории нефтепродуктами, радиационного фона морских акваторий, наличие водах продуктов химического производства.Environmental sensors provide real-time reliable measurements of the required environmental parameters: pollution of marine waters with oil products, radiation background of marine waters, the presence of chemical products in the waters.
Комплект экологических датчиков, предназначенных для выполнения экологических измерений параметров водной среды в режиме in situ, устанавливаемый на буе имеет в своем составе следующие средства измерения:The set of environmental sensors designed to perform environmental measurements of the parameters of the aquatic environment in situ, installed on the buoy, includes the following measuring instruments:
- преобразователь ГХФП, предназначенный для измерения удельной электрической проводимости, температуры, концентрации ионов водорода, окислительно-восстановительного потенциала, содержания растворенного кислорода;- GHFP converter designed to measure electrical conductivity, temperature, concentration of hydrogen ions, redox potential, dissolved oxygen content;
- прибор ФНП-02, предназначенный для регистрации соответствующими каналами флюоресценции уранина в качестве трассера, хлорофилла-А (в эквиваленте родамина Б) и РОВ, в том числе нефтепродукты (в эквиваленте перилена) в трех спектральных диапазонах, а также мутности в водной среде;- the FNP-02 device, designed to register the corresponding fluorescence channels of uranium as a tracer, chlorophyll-A (equivalent to rhodamine B) and DOM, including petroleum products (equivalent to perylene) in three spectral ranges, as well as turbidity in the aquatic environment;
- преобразователь гамма-излучения ПГИ-1, предназначенный для регистрации гамма-излучения в энергетическом диапазоне от 0,1 до 3,0 МэВ.- PGI-1 gamma radiation converter, designed to register gamma radiation in the energy range from 0.1 to 3.0 MeV.
Информационно-управляющий модуль обеспечивает управление работой всех элементов и узлов, размещенных на буе, включая синхронизацию временных параметров (ГЛОНАСС) и связь с береговым центром дистанционного управления и контроля.The information-control module provides control over the operation of all elements and nodes located on the buoy, including the synchronization of time parameters (GLONASS) and communication with the coastal remote control and control center.
Метеорологические датчики включают датчики скорости ветра, температуры и влажности для измерения профилей в приводном слое атмосферы и расчета потоков импульса, тепла и влаги.Meteorological sensors include wind speed, temperature and humidity sensors for measuring profiles in the drive layer of the atmosphere and calculating momentum, heat and moisture fluxes.
Сейсмические датчики, размещенные на регулируемом балласте представляют собой волоконно-оптические гидрофоны.Seismic sensors placed on an adjustable ballast are fiber optic hydrophones.
При установке буя посредством якоря с якорной цепью может быть также осуществлена постановка на дно донной сейсмоакустической станции, предназначенной для измерения морского шума, регистрации местных и удаленных землетрясений и акустосейсмической томографии.When a buoy is installed by means of an anchor with an anchor chain, the bottom of a seismic acoustic station designed for measuring sea noise, recording local and remote earthquakes, and acoustoseismic tomography can also be set up.
При этом донная сейсмоакустическая станция может содержать (вариант 1) велосиметр типа СМ-5, молекулярный электрохимический сейсмоприемник, молекулярный электрохимический датчик крутильных движений и пьезоэлектрический акселерометр, что обеспечит непрерывный сейсмический мониторинг морского дна в широком частотном и динамическом диапазонах, а также блок пространственной ориентации.In this case, the bottom seismic-acoustic station may contain (option 1) a CM-5 type bicycle meter, a molecular electrochemical seismic receiver, a molecular electrochemical torsion motion sensor and a piezoelectric accelerometer, which will provide continuous seismic monitoring of the seabed in a wide frequency and dynamic ranges, as well as a spatial orientation unit.
Сейсмические датчики измеряют три компоненты сейсмических датчиков: две горизонтальные и одну вертикальную, и предназначены для преобразования скорости колебания грунта в электрический сигнал в соответствующем динамическом и частотном диапазоне. Сейсмический приемник представляет собой приемник типа СМ - 5 (велосиметр) с частотным диапазоном регистрируемых сейсмических сигналов, 0.03-40 Гц.Seismic sensors measure three components of seismic sensors: two horizontal and one vertical, and are designed to convert the speed of soil vibrations into an electrical signal in the corresponding dynamic and frequency range. A seismic receiver is a receiver of type SM - 5 (cycle meter) with a frequency range of recorded seismic signals, 0.03-40 Hz.
Трехкомпонентный сейсмоакустический датчик предназначен для преобразования третьей производной колебания грунта в электрический сигнал в соответствующем динамическом и частотном диапазонах. Основные технические характеристики датчика:A three-component seismic-acoustic sensor is designed to convert the third derivative of soil vibrations into an electrical signal in the corresponding dynamic and frequency ranges. Key sensor specifications:
количество сейсмоакустических каналов 3, частотный диапазон 20-1000 Гц, динамический диапазон в полосе 1/3 октавы и центральной частотой 30 Гц не менее 60 дБ, амплитуда выходного сигнала не более ±10 В, амплитуда контрольного сигнала при токе нагрузки 4 мА не более ±5 В.the number of seismic-
Блок пространственной ориентации предназначен для определения точного положения в пространстве всех сейсмических датчиков.The spatial orientation block is designed to determine the exact position in space of all seismic sensors.
В качестве датчика используется модуль электрического компаса ТСМ-2 фирмы "Precision Navigation", представляющий собой трехосный феррозондовый магнитометр и блок электроники, выполненные на одной плате.As a sensor, the TCM-2 electric compass module of Precision Navigation company is used, which is a three-axis flux-gate magnetometer and an electronic unit made on one board.
Во втором варианте в прочном корпусе каждой донной сейсмоакустической станции в карданном подвесе могут быть размещены трехкомпонентные низкочастотные молекулярно-кинетические сейсмоприемники типа СМЕ-4111 и высокочастотные типа MTSS-2003, а также блок ориентации по азимуту и наклону кардана. В прочном корпусе также находятся две платы цифровых регистраторов низкочастотного (с максимальной частотой дискретизации 250 Гц) и высокочастотного (с максимальной частотой дискретизации 2 кГц) трактов соответственно, в составе аналоговых усилителей, аналого-цифровых дельта - сигма преобразователей и микроконтроллеров, интерфейсные платы для передачи данных на береговой диспетчерский пункт и приема команд управления. Микроконтроллеры по принятым командам осуществляют управление усилением аналоговых усилителей, частотой преобразования аналого-цифровых преобразователей и частотой среза антиалайзинговых фильтров микроконтроллеров. Антиалайзинговые фильтры имеют линейную фазовую характеристику и частотную характеристику, переключаемую синхронно с частотой дискретизации.In the second version, three-component low-frequency molecular-kinetic geophones-type CME-4111 and high-frequency MTSS-2003 type seismic receivers and also an azimuth and inclination orientation unit can be placed in the robust housing of each seismic-acoustic station in a gimbal. The robust case also contains two boards for digital recorders of low-frequency (with a maximum sampling frequency of 250 Hz) and high-frequency (with a maximum sampling frequency of 2 kHz) channels, respectively, as part of analog amplifiers, analog-to-digital delta - sigma converters and microcontrollers, interface cards for transmission data at the coastal control center and receiving control commands. According to the accepted commands, the microcontrollers control the amplification of analog amplifiers, the conversion frequency of analog-to-digital converters and the cutoff frequency of the anti-aliasing filters of the microcontrollers. Anti-aliasing filters have a linear phase response and a frequency response that is switched synchronously with the sampling frequency.
Работа комплексной солнечно-волновой энергетической установки навигационного буя осуществляется как и в прототипе [29].The integrated solar-wave power plant navigation buoy is carried out as in the prototype [29].
В светлое время суток, независимо от положения Солнца и ориентации буя, определенная часть миниатюрных фотоэлектрических элементов солнечного модуля 1 вырабатывает электрический ток, который системой управления направляется для накопления в аккумуляторный блок 3. Режим работы аккумуляторного блока в этом случае циклический (днем - заряд АКБ, в темное время суток - разряд на светодиодный излучатель 2).In daylight, regardless of the position of the Sun and the orientation of the buoy, a certain part of the miniature photovoltaic cells of the
Параллельно, в любое время суток при наличии волнения на море, в работу включается волновой модуль. Вертикальные перемещения буя на волне вызывают колебания вверх-вниз водяного столба внутри полой трубы 4. В свою очередь, колебания водяного столба вызывают вертикальные перемещения поплавка 5 с жестко скрепленным с ним штоком-ротором 6. Верхняя часть штока-ротора через направляющую втулку 7 выведена в смежный сухой отсек буя, в котором расположен и жестко скреплен с корпусом буя или межотсечной переборкой статор линейного электрического генератора (соленоид) 8. Рабочая часть штока-ротора 6, совершающая возвратно-поступательные движения внутри статора-соленоида 8, снабжена постоянными магнитами, за счет движения которых на обмотках статора 8 возникает электрический ток. Выработанное волновым модулем электричество системой управления направляется для накопления в аккумуляторный блок 3. Режим работы аккумуляторного блока в этом случае буферный, так как в темное время суток электричество, выработанное волновым модулем, подзаряжает АКБ, расходующий электроэнергию на светодиодный излучатель 2.In parallel, at any time of the day in the presence of unrest at sea, the wave module is included in the work. Vertical movements of the buoy in the wave cause up and down fluctuations of the water column inside the
Команду на включение в работу светодиодного излучателя 2 подает датчик наружной освещенности (фотодатчик) 9 при достижении уровня освещенности горизонтальной поверхности в 350 млк (общее требование к навигационным огням).The command to turn on the
Солнечная батарея 10 предназначена для использования ее в качестве дополнительного средства выработки электрического тока, путем преобразования солнечного света, а при его отсутствии, путем преобразования светового потока от светодиодного излучателя 2 в электрический ток.The
Установка должна обеспечить экологическую чистоту, надежность, долговечность, упрощение процесса эксплуатации плавучих объектов СНО и предохранить составные элементы комплексной энергетической установки от внешних повреждений и проявлений вандализма.The installation should ensure environmental cleanliness, reliability, durability, simplification of the operation of floating navigational aids and protect the components of an integrated power plant from external damage and manifestations of vandalism.
Выработка дополнительной энергии позволяет расширить функциональные возможности буя за счет введения в его состав дополнительных измерительных средств, что существенно сократит затраты на проведение гидрометеорологических, сейсмических и экологических наблюдений.The generation of additional energy allows you to expand the functionality of the buoy due to the introduction of additional measuring tools, which will significantly reduce the cost of hydrometeorological, seismic and environmental observations.
При этом, с учетом того, что навигационные буи устанавливаются на обширных водных акваториях, то может быть реализована широкомасштабная наблюдательная сеть.Moreover, taking into account the fact that navigation buoys are installed in vast water areas, a large-scale observational network can be implemented.
При этом в исследуемом сейсмоактивном регионе пункты измерения (подходы к портам, рекомендованные судовые пути и т.п.) контролируемого параметра будут разнесены относительно друг друга, что обеспечит получение в режиме реального времени от измерителей (навигационных буев) данных о результатах измерения, по меньшей мере, одного контролируемого параметра. При этом измерения контролируемого параметра могут выполняться непрерывно и одновременно на всех пунктах измерения наблюдательной сети с постоянным и одинаковым для всех станций шагом дискретизации по времени.At the same time, in the seismically active region under study, the measurement points (approaches to ports, recommended shipping lanes, etc.) of the monitored parameter will be spaced relative to each other, which will ensure that real-time data from the measuring instruments (navigation buoys) is received at least at least one controlled parameter. At the same time, measurements of the controlled parameter can be performed continuously and simultaneously at all measurement points of the observational network with a constant and identical sampling time step for all stations.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартные плавучие средства навигационного оборудования (буи), традиционные технологии по изготовлению фотоэлектрических элементов, линз Френеля к ним и линейных электрических генераторов, а также стандартное оборудование и приспособления для модернизации этих средств и имеющие промышленное применение средства измерения метеорологических, экологических и сейсмических параметров.The proposed technical solution is industrially applicable, since standard floating navigation aids (buoys), traditional technologies for the manufacture of photovoltaic cells, Fresnel lenses for them and linear electric generators, as well as standard equipment and devices for upgrading these tools and can be used for its implementation industrial applications of measuring meteorological, environmental and seismic parameters.
Источники информации.Information sources.
1. Патент US №3794907.1. US patent No. 3794907.
2. Патент US №3818312, 1974.2. US patent No. 3818312, 1974.
3. Патент GB №1357427, 1974.3. GB patent No. 1357427, 1974.
4. Патент GB №1368202, 1974.4. GB patent No. 1368202, 1974.
5. Патент FR №2193284, 1974.5. Patent FR No. 2193284, 1974.
6. Патент FR №2215743, 1974.6. Patent FR No. 2215743, 1974.
7. Авторское свидетельство SU №586533, 1978.7. Copyright certificate SU No. 586533, 1978.
8. Патент RU №2028558, 1992.8. Patent RU No. 2028558, 1992.
9. Патент RU №2377472, 2008.9. Patent RU No. 2377472, 2008.
10. Патент RU №2476783, 2013.10. Patent RU No. 2476783, 2013.
11. Патент RU №2382935, 2010.11. Patent RU No. 2382935, 2010.
12. Патент RU №2577942 С1, 20.03.2016.12. Patent RU No. 2577942 C1, 03.20.2016.
13. Патент RU №2078249 С1, 27.04.1997.13. Patent RU No. 2078249 C1, 04/27/1997.
14. Патент RU №2399546 С2, 20.12.2009.14. Patent RU No. 2399546 C2, 12.20.2009.
15. Патент RU №2386051 С2, 10.04.2004.15. Patent RU No. 2386051 C2, 04/10/2004.
16. Патент CN №102606375 А. 25.07.2012.16. CN patent No. 102606375 A. 25.07.2012.
17. Патент CN №102678429 А, 19.09.2012.17. Patent CN No. 102678429 A, 09/19/2012.
18. Патент RU №2388933, 2010.18. Patent RU No. 2388933, 2010.
19. Патент RU №2467911 2012.19. Patent RU No. 2467911 2012.
20. Патент RU №2489301, 10.08.2013.20. Patent RU No. 2489301, 08/10/2013.
21. Патент GB №1271490 А, 19.04.1972.21. GB patent No. 1271490 A, 04/19/1972.
22. Патент KR №20110132742 А, 09.12.2011.22. KR patent No. 20110132742 A, 12/9/2011.
23. Патент JP №6280733 А, 04.10.1994.23. JP patent No. 6280733 A, 04.10.1994.
24. Заявка RU №2007130120 А, 20.02.2009.24. Application RU No. 2007130120 A, 02.20.2009.
25. Патент RU №88744 U1, 20.11.2009.25. Patent RU No. 88744 U1, 11.20.2009.
26. Патент CN №201797431 U, 13.04.2011.26. CN patent No. 2017747431 U, 04/13/2011.
27. Патент RU №2399546 С2, 20.09.2010.27. Patent RU No. 2399546 C2, 09.20.2010.
28. Патент RU №113234 U1, 10.02.2012.28. Patent RU No. 113234 U1, 02/10/2012.
29. Патент RU №2617607 С1, 25.04.2017.29. Patent RU No. 2617607 C1, 04.25.2017.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018105250A RU2672830C1 (en) | 2018-02-12 | 2018-02-12 | Navigation buoy with complex energy installation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018105250A RU2672830C1 (en) | 2018-02-12 | 2018-02-12 | Navigation buoy with complex energy installation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2672830C1 true RU2672830C1 (en) | 2018-11-19 |
Family
ID=64328092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018105250A RU2672830C1 (en) | 2018-02-12 | 2018-02-12 | Navigation buoy with complex energy installation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2672830C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111071391A (en) * | 2020-02-04 | 2020-04-28 | 广东中创融合科技有限公司 | Multifunctional navigation mark |
| RU2728887C1 (en) * | 2019-09-19 | 2020-07-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН) | Buoy for long-term oceanographic stations |
| CN112208715A (en) * | 2020-10-26 | 2021-01-12 | 卿云 | Unmanned navigation mark ship system based on cloud control and navigation mark ship moving method thereof |
| CN114017245A (en) * | 2021-11-03 | 2022-02-08 | 南方科技大学 | Floating point-absorbing wave energy power generation device and power generation method thereof |
| CN115158550A (en) * | 2022-06-20 | 2022-10-11 | 北京星网船电科技有限公司 | Variable-depth active detection acoustic buoy and energy supply system and method thereof |
| RU215620U1 (en) * | 2022-01-18 | 2022-12-20 | Публичное акционерное общество "Пермская научно-производственная приборостроительная компания" | Light-optical device of navigational aids |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007237823A (en) * | 2006-03-07 | 2007-09-20 | Toshiba Battery Co Ltd | Marine buoy |
| RU2382935C1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-02-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Научно-Исследовательский Навигационно- Гидрографический Институт Министерства Обороны Российской Федерации" | Solar power plant with thermo-electric generator for navigation equipment devices |
| KR20100091860A (en) * | 2009-02-10 | 2010-08-19 | 이태홍 | Self generation light buoy in parallel with wave power and solar cell |
| RU113234U1 (en) * | 2011-05-16 | 2012-02-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | BUOY FLASHY |
| KR20160024701A (en) * | 2014-08-26 | 2016-03-07 | (주) 호창엠에프 | Wave power generator |
| RU2617607C1 (en) * | 2016-05-05 | 2017-04-25 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Navigation buoy with integrated power plant |
-
2018
- 2018-02-12 RU RU2018105250A patent/RU2672830C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007237823A (en) * | 2006-03-07 | 2007-09-20 | Toshiba Battery Co Ltd | Marine buoy |
| RU2382935C1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-02-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Научно-Исследовательский Навигационно- Гидрографический Институт Министерства Обороны Российской Федерации" | Solar power plant with thermo-electric generator for navigation equipment devices |
| KR20100091860A (en) * | 2009-02-10 | 2010-08-19 | 이태홍 | Self generation light buoy in parallel with wave power and solar cell |
| RU113234U1 (en) * | 2011-05-16 | 2012-02-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | BUOY FLASHY |
| KR20160024701A (en) * | 2014-08-26 | 2016-03-07 | (주) 호창엠에프 | Wave power generator |
| RU2617607C1 (en) * | 2016-05-05 | 2017-04-25 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Navigation buoy with integrated power plant |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2728887C1 (en) * | 2019-09-19 | 2020-07-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН) | Buoy for long-term oceanographic stations |
| CN111071391A (en) * | 2020-02-04 | 2020-04-28 | 广东中创融合科技有限公司 | Multifunctional navigation mark |
| CN112208715A (en) * | 2020-10-26 | 2021-01-12 | 卿云 | Unmanned navigation mark ship system based on cloud control and navigation mark ship moving method thereof |
| CN114017245A (en) * | 2021-11-03 | 2022-02-08 | 南方科技大学 | Floating point-absorbing wave energy power generation device and power generation method thereof |
| RU215620U1 (en) * | 2022-01-18 | 2022-12-20 | Публичное акционерное общество "Пермская научно-производственная приборостроительная компания" | Light-optical device of navigational aids |
| CN115158550A (en) * | 2022-06-20 | 2022-10-11 | 北京星网船电科技有限公司 | Variable-depth active detection acoustic buoy and energy supply system and method thereof |
| RU2812614C1 (en) * | 2022-12-01 | 2024-01-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет"(ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Method for measuring average water level in open reservoirs and device for its implementation |
| RU216958U1 (en) * | 2022-12-27 | 2023-03-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Navigation buoy with autonomous power plant |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2672830C1 (en) | Navigation buoy with complex energy installation | |
| RU2617607C1 (en) | Navigation buoy with integrated power plant | |
| CN108248764B (en) | Power generation and energy supply buoy utilizing ocean wave energy and solar energy and working method thereof | |
| US3988592A (en) | Electrical generating system | |
| KR101548676B1 (en) | Apparatus for converting ocean wave energy | |
| KR20100091860A (en) | Self generation light buoy in parallel with wave power and solar cell | |
| CN203655524U (en) | Small-scale power generating device utilizing wave energy | |
| CN105974480B (en) | A kind of pair of cabin ball combined type sea bottom electromagnetic instrument | |
| CN106160631B (en) | A kind of more housing nested type stormy waves light integrate self-powered data buoy | |
| CN103122832B (en) | Power supply unit for environmental water in-situ automatic monitoring instrument | |
| CN103612723A (en) | Full-independent marine environmental monitoring buoy for deep open seas | |
| CN108001626B (en) | Wave energy power generation and energy supply buoy and method based on piezoelectric effect | |
| CN107288808B (en) | Wave energy and solar energy complementary drifting buoy self-power device | |
| CN107856814B (en) | A kind of marine sounding buoy to be generated electricity using marine tidal-current energy | |
| CN214887453U (en) | Wave energy power generation buoy | |
| CN209441558U (en) | A kind of small-size multifunction marine environmental monitoring buoy platform | |
| CN112027006A (en) | Floating type renewable energy and offshore pasture integrated platform | |
| CN104763577A (en) | Novel carried type ocean kinetic energy conversion and power generation device | |
| CN106364629A (en) | Oceanographic buoy capable of generating electricity through tidal turbine | |
| CN102426389B (en) | Portable small ocean bottom seismograph | |
| Zhang et al. | An innovative multifunctional buoy design for monitoring continuous environmental dynamics at Tianjin Port | |
| CN101870348B (en) | GPS positioning life buoy powered by waves | |
| CN207860395U (en) | Buoy is energized using the power generation of ocean wave energy and solar energy | |
| US20220090970A1 (en) | Anti-surge floating body, seawater temperature measuring device and integrated measuring system | |
| CN112729257B (en) | Ocean comprehensive observation buoy and method capable of accurately measuring wave parameters |