WO2023158416A1 - Устройство преобразования энергии волн в механическую и электрическую энергию - Google Patents

Устройство преобразования энергии волн в механическую и электрическую энергию Download PDF

Info

Publication number
WO2023158416A1
WO2023158416A1 PCT/UA2022/000010 UA2022000010W WO2023158416A1 WO 2023158416 A1 WO2023158416 A1 WO 2023158416A1 UA 2022000010 W UA2022000010 W UA 2022000010W WO 2023158416 A1 WO2023158416 A1 WO 2023158416A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
float
sprockets
wave
drive shafts
gear
Prior art date
Application number
PCT/UA2022/000010
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Валерий Илларионович ПАЛАБУГИН
Павел Валериевич ПАЛАБУГИН
Original Assignee
Валерий Илларионович ПАЛАБУГИН
Павел Валериевич ПАЛАБУГИН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Илларионович ПАЛАБУГИН, Павел Валериевич ПАЛАБУГИН filed Critical Валерий Илларионович ПАЛАБУГИН
Priority to PCT/UA2022/000010 priority Critical patent/WO2023158416A1/ru
Publication of WO2023158416A1 publication Critical patent/WO2023158416A1/ru

Links

Classifications

    • 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
    • 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"
    • F03B13/18—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" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • 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
    • F03B13/26—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 tide energy
    • 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

Definitions

  • the invention Device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy, relates to the field of renewable energy sources, in particular to devices for converting energy
  • buoyancy, perceiving wave energy are located in the guide shafts, which are openwork, transmit energy to the executive
  • gear racks which are installed in box-shaped shafts with the possibility of moving in them
  • ratchet gears which are installed on the main shaft, while the rods are parallel to the guide shafts, engage the toothed racks in engagement with the ratchet gears when the buoyancy moves to the top and disengage them from
  • the disadvantage is the method of converting the oscillatory movement into the rotational movement of the main shaft, using racks and ratchet gears.
  • the conversion mechanism is complex, probably not adapted for long-term operation, and this will affect the operation.
  • one driven shaft is made in the form of a left driven shaft
  • the other driven shaft is made in the form of a right driven shaft
  • the driven shafts are installed parallel to each other
  • the driven elements placed on the driven shafts are made in the form of stars
  • on each driven shaft right - a pair of sprockets is installed: the main driven sprocket at one end of the shaft and an additional driven sprocket at the other end of the shaft
  • the transmission shaft is installed parallel to the left driven shaft and the right driven shaft
  • the overrunning clutches located on it are equipped with sprockets: the main transmission sprocket and an additional transmitting asterisk;
  • the driving link is made in the form of an open flexible chain connection, which covers both main driven sprockets installed at one end of the driven shafts, and an additional transmission sprocket is covered by a chain connection.
  • the disadvantages of this solution include a small angle of wrapping of freewheel sprockets, flexible chain links, which can lead to loss of engagement of flexible chain links with freewheel sprockets, especially during sudden changes in direction of movement.
  • the closest to the claimed technical solution is a wave power plant patent for pm ru 86252 yl, published on 08/27/2009, which contains a two-section frame, the vertical posts of which are fastened by the upper and lower bases, which are guides of a float placed in the lower section of the frame, capable of reciprocating - progressive movement.
  • An energy converter is located in the upper section of the frame, containing at least two or more pairs of symmetrically located long-stroke, vertical linear electric generators with generating cores on disk permanent magnets, the axes of which are made of non-magnetic materials, capable of reciprocating movement inside the annular induction coils in opposite directions.
  • the float is filled with ballast inside, which ensures the equality of forces in the presence of a reciprocating movement of the float along the vertical, the weight of which, together with the weight of the float body and the transmission rod, is equal to the weight of the water displaced by half the volume of the float.
  • the disadvantage is the complicated way of converting the reciprocating motion of the float into the rotational motion of the drums, which provide the reciprocating motion of the generating cores, by means of cables.
  • the problem to be solved by the present invention is to find the optimal way to convert the energy of the oscillatory motion of waves into unidirectional rotation of the shaft, with a minimum number of intermediate transformations, independent of the magnitude of the amplitude of the oscillations, devoid of the disadvantages inherent in the known, from the prior art, devices and ways of converting oscillatory motion into unidirectional rotational. Disclosure of the invention.
  • the invention, Device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy includes:
  • Method 2 two functional units independent of each other, with the ability to convert wave energy into mechanical energy, by three methods proposed in the present invention for directly converting reciprocating motion into unidirectional rotation of drive shafts, hereinafter (Method), by installing mechanisms corresponding to the Method ;
  • a float with the possibility of reciprocating movement in a vertical plane, in the form of a hollow shell made of durable, corrosion-resistant materials, streamlined, with a structurally specified angle of attack to the velocity vector of the circular motion of water particles in a wave, divided into two equal halves horizontally , with ballast in the lower half of the float, with a total weight of all components of the float equal to the weight of water displaced by the volume of the lower half of the float, while the float has consoles protruding beyond the ends of the float, designed to install mechanisms corresponding to the Method, such as gear ratchet ZKhS sectors of multidirectional action, attachment points to flexible connections, sprockets of free rotation on the axles;
  • the first Method is applied, which is carried out by alternating automatic interaction of ratchet CLs (toothed overrunning clutches of multidirectional action) with the ascending and descending branches of the flexible links, at the moment of changing the direction of the float movement to the opposite, so at the beginning of the movement of the float, under the action of buoyancy and lifting force to the top, from the wave bottom to its top, the first ratchet SLs on the float consoles engage with the ascending branches of the flexible connections, the float moves the ascending branches of the C N, to the top, on the outgoing wave, at the moment the float begins to move in bottom, under the action of the gravity of the ballast, the first ratchet APs
  • CLs toothed overrunning clutches of multidirectional action
  • the device is additionally equipped with:
  • - solar panels are installed on a lean-to, at an angle of thirty degrees to the horizon, oriented to the south, the roof of the machine room;
  • Solar power generation allows, during the absence of wind and waves, to maintain the supply of external consumers with electricity.
  • Fig. 1 Device front view
  • Fig.2 side view of the device; fig. 3 way direct reciprocating conversion float in unidirectional rotation of the shaft, the first option;
  • Fig. 4 method of direct conversion of the reciprocating movement of the float into unidirectional rotation of the shaft, the second option
  • Fig. 5 method of directly converting the reciprocating motion of the float into unidirectional rotation of the shaft, the third option
  • Fig. 6 top view of the mechanisms in the engine room.
  • Fig. 7 method of direct conversion of the reciprocating motion of the float into unidirectional rotation of the shaft, the fourth option;
  • Embodiments of the invention First option.
  • the device includes:
  • - machine room 1 installed on platform 2, made of sandwich panels, serves to protect against the effects of the external environment, drive mechanisms for electric power generators, battery charge controller, inverter, automatic control system, distribution and switching devices, automation elements;
  • -platform 2 a reinforced concrete slab, installed on a pile-screw foundation 3, in a reservoir at a mark above the predicted wave height, with the long side facing the prevailing direction of the wind rose vector, drawing figure 1, figure 2;
  • - float 6 made of durable, corrosion-resistant materials, streamlined, with a structurally specified angle of attack to the velocity vector of the circular motion of water particles in the wave, with the possibility of reciprocating motion in a vertical plane in unison with the waves, is divided into two equal halves along horizontal, with ballast in the lower half of the float, the total weight of all components of the float, equal to the weight of the water displaced by the volume the lower halves of the float, at the same time, on the consoles protruding beyond the ends of the float, in the first embodiment of the present invention, on the consoles of the float, there are toothed ratchet sectors of the ZXS, multidirectional action 7.1.1, 7.1.2, 7.2.1, 7.2.2, for the interaction of the float with the branches of the flexible connections 8.1.1, 8.1.2, 8.2.1, 8.2.2, drawing Fig.1, Fig.2, Fig. 3, which corresponds to the structure for the first Method, all the elements of the device listed in the description refer to two functional units independent of each other
  • the float 6, under the action of gravity of the ballast is half-immersed in the water, the drawing of Fig. 1, figure 2, figure 3, at the time of the passage of the wave front, the float 6, with ballast, under the action of the buoyancy force (buoyancy force) and the lifting force arising from the flow around the profile of the float with a stream of water particles moving in circular orbits in the wave , moves upwards, the first ratchet gear sectors 7.1.2, 7.2.1, on the consoles of the float 6, at the moment of the beginning of the upward movement, automatically engage with the ascending branches of the TsT118.1.2, 8.2.1, moves them upwards, reaching the top of the wave, on the outgoing wave, at the moment when the float 6, under the action of the gravity of the ballast, begins to move down, the first ratchet AP 7.1.2,
  • high power generator 18 generated by generators, solar panels and wind generator electricity, through the charge controller, accumulates in batteries, the inverter converts the accumulated into batteries, energy to standard values, ATS provides regulation and transmission of electricity, through switching devices and automation equipment, via a cable laid along the bottom of a reservoir or overhead power lines, to an external consumer of electricity.
  • the device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy is characterized in that for the implementation of the second Method, the device includes:
  • float 6 with ballast, under the action of buoyancy force, (buoyancy force) and lifting force arising from the flow around the float profile by a stream of water particles moving in circular orbits in a wave, starts moving upwards, float 6, moves the opposite branches of the PTC, 27, 28 upwards, the translational movement of the CTP along closed trajectory, rotates the sprockets 24.1, 24.2, gear overrunning clutches, 26.1, 26.2, while the first clutch 26.2, the drawing of Fig.
  • buoyancy force buoyancy force
  • lifting force arising from the flow around the float profile by a stream of water particles moving in circular orbits in a wave
  • the device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy is characterized in that for the implementation of the third Method, the following is installed in the device:
  • the float 6, drawing figure 1, figure 2, figure 5, is half-immersed in the water, when the wave front passes, the float 6 moves upward, under the action of buoyancy and lifting force, pulls fixed on the consoles sprockets of free rotation 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 to the top, when the float moves per unit length, due to the pulley scheme, TsTP 32, 33, are extended by two units of length, rotate sprockets 35.1, 35.2, 30.3, 30.4 30.1, 30.2, and overrunning clutches 34.1, 34.2, while the toothed freewheel 34.2 rotates the drive shaft 12.2 clockwise, the toothed freewheel 34.1 rotates counterclockwise at idle, on the outgoing wave, the float moves to the bottom under the action of gravity of the ballast, pulls the sprockets attached to the consoles free rotation 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 to the bottom, movement of the float per unit length, due to the pulley
  • the third Method provides a twofold increase in the speed of rotation of the drive shafts in relation to the speed of rotation of the drive shafts in the first and second versions, at the same speed of the float.
  • a multiple increase in the speed of rotation of the drive shafts is achieved by a corresponding, additional increase in the number of sprockets and overrunning clutches.
  • the fourth method provides a threefold increase in the speed of rotation of the drive shafts, in relation to the speed of rotation of the drive shafts, in the first and second versions, at the same speed of the float.
  • the disadvantage is that the design of the device is much more complicated due to additional mechanical components.
  • the device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy contains:
  • - float 6 streamlined, with a structurally specified angle of attack to the velocity vector of water particles in the wave, made of corrugated plastic pipes with plugged ends, fastened with bandages into a raft, from two rows of pipes, four pipes in a row, with ballast in the lower row of pipes with a weight equal to the weight of the water displaced by the lower half of the float.
  • cast-iron ratchet APs 7.1.1, 7.1.2, 7.2.1, 7.2.2, are installed for the interaction of the float with the branches of the CTP, 8.1.1, 8.1.2, 8.2.1, 8.2.2, drawing Fig. .1, fig.2, fig.
  • TsTP type (M; MS) 3
  • GOST 588-81 flexible connections, TsTP type, (M; MS) 3, is selected according to the catalog, GOST 588-81, (at wave heights below one meter, preference is given to TsTP, toothed drive belts and their corresponding toothed pulleys).
  • Cast iron drive sprockets 11.1,11.2, for central heating, are mounted on the necks of drive shafts 12.1, 12.2.
  • Cast iron sprockets 9.1, 9.2, free rotation on axes, are installed on gravity tension devices 10.1, 10.2, at a mark below the design level of the wave bottom.
  • TsTP, 8.1, 8.2 cover cast iron sprockets on drive shafts and sprockets on tensioners.
  • Tension gravitational devices 10.1, 10.2 provide the calculated tension force of the chains, are connected by cables 19.1, 19.2, through blocks 20.1, 20.2, at anchors 22.1, 22.2, with manual winches 21.1, 21.2, installed on the platform 2, to prevent oscillations of the tensioners 10.1, 10.2.
  • Anchors 22.1, 22.2, with blocks 20.1, 20.2, are installed at the bottom of the reservoir.
  • the power of the device that converts the energy of sea and ocean waves into electricity depends on the height and period of the waves, on the volume of the float with the appropriate ballast and the amplitude of the float oscillations in the vertical plane, in unison with the oncoming waves.
  • the float, in the oncoming wave, under the action of buoyancy and lifting force, moves from the bottom of the wave to the top, to its top, on the outgoing wave, the float moves down, under the action of gravity of the ballast, from the top of the wave to the bottom.
  • the total energy of the wave, per unit area of the wave surface, is equal to the sum of the kinetic and potential energies.
  • H - wave height, (m); a - wave amplitude in meters, a H / 2; g is the acceleration of gravity, (9.8m / sec L 2);
  • T is the period of the waves, (sec).
  • the work Av, performed by the buoyancy force FB, when a float of volume V rises, from the bottom of the wave to its top, is equal to the product of the force FB times the height of the wave H.
  • the buoyancy force FB acting on the float is
  • the developed power N, for one period, is equal to the sum of the works Av and An, divided by the duration of the period T.
  • the device is additionally equipped with:
  • Solar power generation allows, during the absence of wind and waves, to maintain the supply of external consumers with electricity.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Oceanography (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

Устройство преобразования энергии волн в механическую и электрическую энергию среди прочего включает: машинный зал на платформе, установленной на свайно -винтовом фундаменте в водоеме, на отметке выше прогнозируемой высоты волн, длинной стороной обращенной к преобладающему направлению вектора розы ветров; два независимых друг от друга функциональных узла с возможностью осуществлять преобразование энергии волн в механическую энергию, где указанные узлы выполнены с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поплавка в однонаправленное вращение приводных валов; поплавок, который выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальной плоскости и выполнен в виде пустотелой оболочки из прочных, стойких к коррозии материалов, обтекаемой формы с конструктивно заданным углом атаки к вектору скорости кругового движения частиц воды в волне, причем поплавок разделен на две равные половины по горизонтали с балластом в нижней половине поплавка и общим весом всех составляющих поплавка, равным весу воды, вытесняемой объемом нижней половины поплавка, при этом поплавок имеет консоли, выступающие за торцы поплавка.

Description

Название изобретения.
УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВОЛН В МЕХАНИЧЕСКУЮ И ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ
5
Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение, Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, относится к области возобновляемых источников энергии, в частности к устройствам, для преобразования энергии
10 морских волн в механическую и электрическую энергии. Может быть использовано в качестве автономного, экологически чистого, источника электроэнергии, не нанося ущерба природе, флоре и фауне водоемов, устройство дополнено ветряным генератором и солнечными панелями.
15 Предшествующий уровень техники.
Из предшествующего уровня техники известен патент РФ № 2221933, опубликованный 20. 01. 2004), В устройстве, реализующим способ, плавучести, воспринимающие энергию волн, располагаются в направляющих шахтах, которые выполняются ажурными, передают энергию на исполнительный
20 механизм с помощью зубчатых реек, которые устанавливают в коробчатых шахтах с возможностью перемещения в них, и храповых шестерен, которые устанавливают на главный вал, при этом штоки располагают параллельно направляющим шахтам, вводят зубчатые рейки в зацепление с храповыми шестернями при движении плавучести в верх и выводят их из зацепления при
25 движении плавучести в низ.
Недостатком является способ преобразования колебательного движения, во вращательное движение главного вала, с помощью зубчатых реек и храповых шестерен. Механизм преобразования сложен, для длительной работы, вероятно, не приспособлен, и это скажется при эксплуатации. Известен, Механизм преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное, патент РФ 2629584 с2 опубликованный 20.04.2014). в котором один ведомый вал выполнен в виде левого ведомого вала, другой ведомый вал выполнен в виде правого ведомого вала, ведомые валы установлены между собой параллельно, а ведомые элементы, размещенные на ведомых валах выполнены в виде звездочек, причем на каждом ведомом валу- левом и правом- установлена пара звездочек: основная ведомая звездочка на одном конце вала и дополнительная ведомая звездочка на другом конце вала, передающий вал установлен параллельно левому ведомому валу и правому ведомому валу, а обгонные муфты, размещенные на нем, снабжены звездочками: основной передающей звездочкой и дополнительной передающей звездочкой; ведущее звено выполнено в виде разомкнутой гибкой цепной связи, которая охватывает обе основные ведомые звездочки, установленные на одних концах ведомых валов, и дополнительная передающая звездочка охвачены цепной связью.
К недостаткам данного решения можно отнести малый угол обхвата звездочек обгонных муфт, гибкими цепными связями, что может привести к потере зацепления гибких цепных связей с звездочками обгонных муфт, особенно при резких изменениях направления движения.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является - волновая энергетическая установка патент на пм ру 86252 yl, опубликованный 27.08.2009, которая содержит двухсекционный каркас, вертикальные стойки которого скреплены верхним и нижним основаниями, являющимися направляющими размещенного в нижней секции каркаса поплавка, способного к возвратно - поступательному перемещению. 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 индукционных 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 весомом корпуса поплавка и передаточного штока равен весу воды, вытесненной половиной объема поплавка.
Недостатком является сложный способ преобразования возвратно - поступательного движения поплавка во вращательное движение барабанов, обеспечивающих возвратно - поступательное движение генерирующих сердечников, посредством тросов.
Приведенные выше технические решения, направленные на преобразование колебательного движения элемента во вращательное движение вала, имеют ряд существенных недостатков: - размеры подвижных элементов, штоков, зубчатых реек, роторов и статоров линейных генераторов, накладывают определенные ограничения на их применение в соответствии с высотой волн, что существенно скажется на надежности и работоспособности устройств в процессе эксплуатации.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в нахождении оптимального способа преобразования энергии колебательного движения волн, в однонаправленное вращение вала, с минимальным количеством промежуточных преобразований, не зависящим от величины амплитуды колебаний, лишенным недостатков, присущих известным, из уровня техники, устройствам и способам преобразования колебательного движения в однонаправленное вращательное. Раскрытие изобретения.
1 Заявленный технический результат достигается тем, что изобретение, Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, включает:
- машинный зал на платформе, установленной на свайно-винтовом фундаменте в водоеме, на отметке, выше прогнозируемой высоты волн, длинной стороной обращенной к преобладающему направлению вектора розы ветров;
- два независимых друг от друга функциональных узла, с возможностью осуществлять преобразование энергии волн в механическую энергию, тремя, предлагаемыми в настоящем изобретении, способами прямого преобразования возвратно- поступательного движения в однонаправленное вращение приводных валов, далее (Способ), путем установки механизмов, соответствующих Способу;
- поплавок, с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальной плоскости, в виде пустотелой оболочки из прочных, стойких к коррозии материалов, обтекаемой формы, с конструктивно заданным углом атаки к вектору скорости кругового движения частиц воды в волне, разделен на две равные половины по горизонтали, с балластом в нижней половине поплавка, общим весом всех составляющих поплавка, равным весу воды, вытесняемой объемом нижней половины поплавка, при этом поплавок имеет консоли, выступающие за торцы поплавка, предназначены для установки на них механизмов, соответствующих Способу, таких как, зубчатые храповые сектора ЗХС разнонаправленного действия, узлы крепления к гибким связям, звездочки свободного вращения на осях;
- приводные валы установлены в машинном зале на подшипниковых опорах, при этом, шейки приводных валов выходят наружу, сквозь стенки противоположных сторон машинного зала;
-звездочки или (зубчатые обгонные муфты разнонаправленного действия), насажены на шейки приводных валов;
- звездочки свободного вращения на осях, установлены на натяжных гравитационных устройствах, на отметке, ниже прогнозируемого уровня подошвы волны;
- гибкие связи, цепи тяговые пластинчатые ЦТП, охватывают звездочки на натяжных гравитационных устройствах, звездочки или (зубчатые обгонные муфты разнонаправленного действия) на шейках приводных валов;
- натяжные гравитационные устройства, обеспечивают расчетное натяжение гибких связей, соединены тросами, через блоки на якорях, с ручными лебедками на платформе;
- якоря с блоками, установлены на дне водоема, при этом, в отличие от аналогичного назначения, устройств и способов преобразования колебательного движения во вращательное, в настоящем изобретении, предлагаются три различных способа прямого преобразования возвратно-поступательного движения в однонаправленное вращение приводных валов, так в первом варианте выполнения устройства, применен первый Способ, который осуществляют путем попеременного автоматического взаимодействия храповых ЗС, (зубчатых обгонных муфт разнонаправленного действия) с восходящей и нисходящей ветвями гибких связей, в момент изменения направления движения поплавка на противоположное, так в начале движения поплавка, под действием выталкивающей и подъемной силы в верх, от подошвы волны к ее вершине, первые храповые ЗС на консолях поплавка, входят в зацепление с восходящими ветвями гибких связей, поплавок движет восходящие ветви Ц Н, в верх, на уходящей волне, в момент начала движения поплавка в низ, под действием силы тяжести балласта, первые храповые ЗС выходят из зацепления, вторые храповые ЗС, входят в зацепление с нисходящими ветвями ЦТП, поплавок движет их в низ до подошвы волны, поступательное движение Ц‘111 по замкнутой траектории, приводит в однонаправленное вращение звездочки на натяжных устройствах и звездочки на приводных валах, не зависимо от высоты волн, крутящий момент, от приводных валов передается, посредством обгонных муфт и муфт сцепления, на первичный вал мультипликатора, к концам его вторичного вала, через электромагнитные обгонные муфты сцепления, подсоединены генераторы электроэнергии малой и большой мощности, система автоматического регулирования САР, отслеживает напряжение на генераторе малой мощности и при его повышении выше номинального САР, включением электромагнитной обгонной муфты сцепления, подключает генератор большой мощности, вырабатываемая генераторами, электроэнергия, через контролер заряда накапливается и хранится в аккумуляторах, инвертор преобразует накопленную аккумуляторами электроэнергию до стандартных величин, САР обеспечивает регулирование и передачу электроэнергии, через коммутирующие устройства и средства автоматики, по кабелю, проложенному по дну водоема или воздушной ЛЭП, вешнему потребителю электроэнергии.
Применение в устройстве двух, независимых друг от друга, механизмов прямого преобразования колебательного движения поплавка в механическую энергию однонаправленного вращения приводных валов, обеспечивает более полное и эффективное извлечение энергии из колебательного движения волн, не зависимо от их высоты и направления прихода.
Для обеспечения стабильного электроснабжения потребителей, в устройстве дополнительно установлены:
- солнечные панели, установлены на односкатной, под углом тридцать градусов к горизонту, ориентированной на юг, крыше машинного зала;
- ветряной генератор на мачте, установлен на платформе.
Солнечная генерация электроэнергии позволяет, в период отсутствия ветра и волн, поддерживать снабжение внешних потребителей электроэнергией.
Важно, в частном случае, когда предусматривается работа устройства с высотой волны меньше метра, ЦТ11 и звездочки, предпочтительно заменить зубчатыми приводными ремнями и соответствующим им, зубчатыми шкивами, во всех вариантах осуществления настоящего изобретения.
Сущность настоящего изобретения, Устройство и способ преобразования энергии волн в механическую и электрическую энергию, поясняется чертежами: Фиг. 1 вид устройства спереди;
Фиг.2 вид устройства с боку; фиг. 3 способ прямого преобразования возвратно-поступательного движения поплавка в однонаправленное вращение вала, первый вариант;
Фиг. 4 способ прямого преобразования возвратно-поступательного движения поплавка в однонаправленное вращение вала, второй вариант;
Фиг. 5 способ прямого преобразования возвратно-поступательного движения поплавка в однонаправленное вращение вала, третий вариант;
Фиг. 6 вид с верху на механизмы в машинном зале.
Фиг. 7 способ прямого преобразования возвратно-поступательного движения поплавка в однонаправленное вращение вала, четвертый вариант;
Варианты осуществления изобретения. Первый вариант.
2. Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, по пункту 1, для осуществления первого Способа, устройство включает:
- машинный зал 1, установлен на платформе 2, выполнен из сэндвич панелей, служит для защиты от воздействия внешней среды, механизмов привода генераторов электроэнергии, контролера заряда аккумуляторов, инвертора, САР, распределительных и коммутирующих устройств, элементов автоматики; -платформу 2, железобетонная плита, установлена на свайно-винтовом фундаменте 3, в водоеме на отметке, выше прогнозируемой высоты волн, длинной стороной обращенной в сторону преобладающего направления вектора розы ветров, чертеж фиг.1, фиг.2;
- солнечные панели 4, установлены на односкатной, под углом тридцать градусов к горизонту, ориентированной на юг, крыше машинного зала;
- ветряной генератор 5, на мачте, установленной на платформе 2;
- поплавок 6, выполнен из прочных, стойких к коррозии материалов, обтекаемой формы, с конструктивно заданным углом атаки к вектору скорости кругового движения частиц воды в волне, с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальной плоскости в унисон волн, разделен на две равные половины по горизонтали, с балластом в нижней половине поплавка, общим весом всех составляющих поплавка, равным весу воды, вытесняемой объемом нижнеи половины поплавка, при этом, на консолях, выступающих за торцы поплавка, в первом варианте осуществления настоящего изобретения, на консолях поплавка, установлены зубчатые храповые сектора ЗХС, разнонаправленного действия 7.1,1, 7.1.2, 7.2.1, 7.2.2, для взаимодействия поплавка с ветвями гибких связей 8.1.1, 8.1.2, 8.2.1, 8.2.2, чертеж фиг.1,фиг.2, фиг. 3, что соответствует структуре для первого Способа, все перечисляемые в описании элементы устройства, относится к двум, независимым друг от друга функциональным узлам, воплощающими соответствующий Способ;
- звездочки 9.1, 9.2, свободного вращения на осях, установлены на натяжных гравитационных устройствах 10.1, 10.2, на отметке, ниже расчетного уровня подошвы волны;
- звездочки, (зубчатые обгонные муфты), 11.1, 11.2, насажены на шейки приводных валов, 12.1, 12.2, при этом, приводные валы, соединены посредством обгонных муфт 13.1, 13. и муфт сцепления 14.1, 14.2, с первичным валом мультипликатора 15, чертеж фиг. 1, к концам его вторичного вала, через электромагнитные обгонные муфты сцепления 16.1, 16.2, подсоединены генераторы электроэнергии, малой 17, и большой мощности 18, с маховиками 23.1, 23.2, чертеж фиг. 6, вид по А-А;
- гибкие связи 8.1, 8.2, ЦТП, охватывают звездочки (зубчатые обгонные муфты) на приводных валах и звездочки на натяжных устройствах;
- натяжные гравитационные устройства 10.1, 10.2, обеспечивают расчетное усилие натяжения цепей, соединены тросами 19.1, 19.2, через блоки 20.1, 20.2, на якорях 22.1, 22.2, с ручными лебедками 21.1, 21.2, установлены на платформе 2 для предотвращения колебаний натяжных устройств 10.1, 10.2;
- якоря 22.1, 22.2, с блоками 20.1, 20.2, установлены на дне водоема;
- маховики 23.1, 23.2 навалах генераторов 17, 18, для стабилизации угловой скорости вращения валов генераторов электроэнергии;
- контролер заряда, аккумуляторы, инвертор, система автоматического регулирования САР, коммутирующие устройства, средства автоматики, кабели, установлены в машинном зале, чертеж фиг. 6. 3. Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, по пункту 2, в первом варианте осуществления изобретения, работает следующим образом:
- на уровне спокойной воды, поплавок 6, под действием силы тяжести балласта погружен на половину в воду, чертеж фиг. 1, фиг.2, фиг.З, в момент прохождения фронта волны, поплавок 6, с балластом, под действием выталкивающей силы, (силы плавучести) и подъемной силы, возникающей при обтекании профиля поплавка потоком частиц воды, движущихся по круговым орбитам в волне, движется в верх, первые храповые зубчатые сектора 7.1.2, 7.2.1, на консолях поплавка 6, в момент начала движения в верх, автоматически входят в зацепление с восходящими ветвями ЦТ118.1.2, 8.2.1, движет их в верх, достигнув вершины волны, на уходящей волне, в момент когда поплавок 6, под действием силы тяжести балласта, начинает движение в низ, первые храповые ЗС 7.1.2,
7.2.1, выходят из зацепления с восходящими ветвями ЦТП 8.1.2, 8.2, вторые храповые ЗС 7.1.1, 7.2.2, на консолях поплавка, входят в зацепление с нисходящими ветвями 8.1.1, 8.2.2, движет их в низ, до подошвы волны, поступательное движение ЦТ11, по замкнутой траектории, приводят в однонаправленное, вращение звездочки 9.1, 9.2, на натяжных гравитационных устройствах 10.1, 10.2, и звездочки 11.1, 11.2, на приводных валах 12.1, 12.2, приводные валы, через обгонные муфты 13.1, 13.2, и муфты сцепления 14.1, 14.2, соединены с первичным валом мультипликатора 15, к концам его вторичного вала, посредством обгонных электромагнитных муфт сцепления 16.1, 16.2, подсоединены генераторы электроэнергии 17, 18, с маховиками 23.1, 23.2, маховики обеспечивают стабилизацию угловой скорости вращения валов генераторов электроэнергии, при малой высоте волн, работает генератор малой мощности 17, в оптимальном режиме, система автоматического регулирования САР, отслеживает величину напряжения и при превышении напряжения на генераторе малой мощности 17, выше номинального, в связи с увеличением высоты волн, подключает, через электромагнитную обгонную муфту сцепления
16.1, генератор большой мощности 18, вырабатываемая генераторами, солнечными панелями и ветряным генератором электроэнергия, через контролер заряда, накапливается в аккумуляторах, инвертор преобразует накопленную в аккумуляторах энергию до стандартных значений, САР обеспечивает регулирование и передачу электроэнергии, через коммутирующие устройства и средства автоматики по кабелю, проложенному по дну водоема или воздушной ЛЭП, вешнему потребителю электроэнергии.
Второй вариант.
4. Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, по пункту 2, отличается тем, что для осуществления второго Способа, устройство включает:
- зубчатые обгонные муфты 26.1, 26.2, разнонаправленного действия, установлены на шейке приводного вала 12.2;
- на консолях поплавка, вместо ХЗС, установлены два узла крепления
29.1, 29.2, для подсоединения к противоположным ветвям ЦТ11 27, 28, чертеж фиг. 4, правая сторона устройства;
- гибкие связи ЦТП, 27, 28, охватывают по парно, звездочки свободного вращения на оси, 24.1, 24.2, на натяжном гравитационном устройстве 10.2 и зубчатые обгонные муфты разнонаправленного действия 26.1, 26.2, на приводном валу 12.2;
- поплавок 6, узлами крепления 29.1, 29.2, на консолях, на уровне спокойной воды подсоединен к противоположным ветвям гибких связей ЦТП 27, 28, чертеж фиг. 4;
- натяжное устройство, 10.2, обеспечивают расчетное усилие натяжения ЦТП.
5. Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, по пункту 2, во втором варианте осуществления изобретения, второй Способ, работает следующим образом:
- на уровне спокойной воды, поплавок 6, под действием силы тяжести балласта погружен на половину в воду, чертеж фиг. 1, фиг.2, фиг.З, подсоединен узлами крепления 29.1, 29.2, к противоположным ветвям гибких связей 27, 28, чертеж фиг. 4;
- при прохождении фронта волны, поплавок 6, с балластом, под действием выталкивающей силы, (силы плавучести) и подъемной силы, возникающей при обтекании профиля поплавка потоком частиц воды, движущихся по круговым орбитам в волне, начинает движение в верх, поплавок 6, движет противоположные ветви ПТЦ, 27, 28 в верх, поступательное движение ЦТП по замкнутой траектории, вращает звездочки 24.1, 24.2, зубчатые обгонные муфты, 26.1, 26.2, при этом, первая муфта 26.2, чертеж фиг. 4, вращает приводной вал 12.2 по часовой стрелке, муфта 26.1, вращается против часовой стрелки в холостую, достигнув вершины, на уходящей волне, под действием силы тяжести балласта, поплавок 6, движется в низ к подошве волны и движет ветви ЦТП 27, 28, в низ, поступательное движение ЦТП, вращает звездочки, и зубчатые обгонные муфты, здесь зубчатая обгонная муфта 26.1, вращает приводной вал 12.2 по часовой стрелке, зубчатая обгонная муфта 26.2, вращается против часовой стрелки в холостую, чертеж фиг. 4, в результате чего, возвратно-поступательное движение поплавка, независимо от величины амплитуды колебаний, преобразуется в однонаправленное вращение приводного вала 12.2.
Во втором варианте осуществления изобретения, раскрыт более сложный, но более надежный способ прямого преобразования колебательного движения волн любой высоты в механическую энергию однонаправленного вращения вала, за счет отсутствия подвижных элементов, постоянно находящихся в воде, что существенно повышает его надежность, эффективность и долговечность устройства при эксплуатации, недостаток - наличие дополнительных механических элементов.
Третий вариант.
6. Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, по пункту 2, отличается тем, что для осуществления третьего Способа, в устройстве установлены:
- на консолях поплавка, звездочки свободного вращения на осях, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4; - на платформе, узлы для крепления концов ЦТП, З2.н, ЗЗ.к;
- на натяжном устройстве 10.2, узлы для крепления концов ЦТП З2.к, ЗЗ.н и звездочки свободного вращения на осях 35.1, 35.2, чертеж фиг. 5, правая сторона устройства;
- на приводном валу 12.2, зубчатые обгонные муфты 34.1, 34.2, разнонаправленного действия;
- гибкие связи, охватывает звездочки и зубчатые обгонные муфты по схеме фиг 5, начало первой Ц'Ш 32, закреплено узлом крепления 32н, на платформе 2, далее огибает звездочку на консоли 30.1, зубчатую обгонную муфту 34.1 на приводном валу 12.2, звездочку 35.1, на натяжном устройстве, звездочку 30.3, на консоли, конец цепи закреплен узлом крепления З2.к, на натяжном устройстве, вторая ЦТП 33, охватывает звездочки и зубчатые обгонные муфты по схеме, начало ЦТП 33, закреплено узлом крепления ЗЗ.н, на натяжном устройстве, далее охватывает звездочку 30.4, на консоли, звездочку 35.2, на натяжном устройстве, обгонную муфту 34.2, на приводном валу 12.2, конец закреплен узлом крепления ЗЗ.к, на платформе 2, чертеж фиг. 5.
7. Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию по пункту 2, в третьем варианте осуществления изобретения, третий Способ в устройстве работает следующим образом:
- на уровне спокойной воды поплавок 6, чертеж фиг.1, фиг.2, фиг.5, погружен на половину в воду, при прохождении фронта волны, поплавок 6, движется в верх, под действием выталкивающей и подъемной силы, тянет закрепленные на консолях звездочки свободного вращения 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 в верх, при перемещении поплавка на единицу длины, за счет полиспастной схемы, ЦТП 32, 33, вытягиваются на две единицы длины, вращают звездочки 35.1, 35.2, 30.3, 30.4 30.1, 30.2, и обгонные муфты 34.1, 34.2, при этом, зубчатая обгонная муфта 34.2 вращает приводной вал 12.2 по часовой стрелке, зубчатая обгонная муфта 34.1 вращается против часовой в холостую, на уходящей волне, поплавок под действием силы тяжести балласта движется в низ, тянет закрепленные на консолях звездочки свободного вращения 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 в низ, перемещение поплавка на единицу длины, за счет полиспастной схемы, ЦТП 32, 33, вытягиваются на две единицы длины, вращают звездочки 35.1, 35.2, 30.3, 30.4, 30.1, 30.2, и зубчатая обгонные муфты 34.1, 34.2, здесь, зубчатая обгонная муфта 34.1 вращает приводной вал 12.2 по часовой стрелке, зубчатая обгонная муфта 34.2 вращается в холостую, против часовой стрелки, чертеж фиг. 5, в результате чего, поступательное движение поплавка 6, независимо от величины амплитуды колебаний поплавка, преобразуется в однонаправленное вращение приводных валов 12.1, 12.2 с увеличением скорости вращения в два раза, по отношению к скорости вращения приводных валов в первом и втором вариантах, при одинаковой скорости движения поплавка.
В третьем варианте осуществления изобретения, третий Способ, обеспечивает двукратное увеличение скорости вращения приводных валов по отношению к скорости вращении приводных валов в первом и втором вариантах, при одинаковой скорости движения поплавка.
Кратное увеличение скорости вращения приводных валов, достигается путем соответствующего, дополнительного увеличения количества звездочек и обгонных муфт. Так в устройстве, выполненном по схеме, чертеж фиг. 7, четвертый способ, обеспечивает трех кратное увеличение скорости вращения приводных валов, по отношению к скорости вращении приводных валов, в первом и втором вариантах, при одинаковой скорости движения поплавка. Недостаток - конструкция устройства значительно усложняется за счет дополнительных механических узлов.
Промышленная применимость изобретения.
8. Частный случай осуществления изобретения.
Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию по пункту 1, содержит:
- поплавок 6, обтекаемой формы, с конструктивно заданным углом атаки к вектору скорости движения частиц воды в волне, выполнен из гофрированных пластиковых труб с заглушенными торцами, скреплены бандажами в плот, из двух рядов труб по четыре трубы в ряду, с балластом в нижнем ряду труб весом, равным весу воды, вытесняемой нижней половиной поплавка. На консолях поплавка, установлены чугунные храповые ЗС, 7.1,1, 7.1.2, 7.2.1, 7.2.2, для взаимодействия поплавка с ветвями ЦТП, 8.1.1, 8.1.2, 8.2.1, 8.2.2, чертеж фиг.1,фиг.2, фиг. 3; Гибкие связи, ЦТП типа, (М; МС) 3, выбирается по каталогу, гост 588-81, (при высоте волн ниже одного метра, предпочтение ЦТП, зубчатые приводные ремни и соответствующие им зубчатые шкивы).
Чугунные приводные звездочки 11.1,11.2, для ЦТП, установлены на шейках приводных валов 12.1, 12,2.
Чугунные звездочки 9.1, 9.2, свободного вращения на осях, установлены на натяжных гравитационных устройствах 10.1, 10.2, на отметке, ниже расчетного уровня подошвы волны.
ЦТП, 8.1, 8.2, охватывают чугунные звездочки на приводных валах и звездочки на натяжных устройствах.
Натяжные гравитационные устройства 10.1, 10.2, обеспечивают расчетное усилие натяжения цепей, соединены тросами 19.1, 19.2, через блоки 20.1, 20.2, на якорях 22.1, 22.2, с ручными лебедками 21.1, 21.2, установлены на платформе 2, для предотвращения колебаний натяжных устройств 10.1, 10.2.
Якоря 22.1, 22.2, с блоками 20.1, 20.2, установлены на дне водоема. Чугунные маховики 23.1, 23.2 на валах генераторов 17, 18, для стабилизации угловой скорости вращения валов генераторов электроэнергии.
Контролер заряда, аккумуляторы, инвертор, система автоматического регулирования САР, коммутирующие устройства, средства автоматики, кабели, установлены в машинном зале, чертеж фиг. 6,
Прочностные и габаритные характеристики всех деталей и механизмов, должны быть рассчитаны на максимально возможные статические и динамические нагрузки, с учетом характеристик среды, в которой находится устройство. Пример, расчета мощности устройства, для частного случая осуществления изобретения по пункту 8.
Мощность устройства преобразующего энергию морских и океанских волн в электроэнергию, зависит от высоты и периода следования волн, от объема поплавка с соответствующим балластом и амплитуды колебаний поплавка в вертикальной плоскости, в унисон набегающих волн. Поплавок, в набегающей волне, под действием выталкивающей и подъемной силы, движется от подошвы волны в верх, до ее вершины, на уходящей волне, поплавок движется в низ, под действием силы тяжести балласта, от вершины волны до подошвы.
Полная энергия волны, на единицу площади поверхности волны, равна сумме кинетической и потенциальной энергий.
Ек + Еп - p*S*g* аЛ2*/ 2 + m*g*H / Т где: р - плотность морской воды, (1,02кг* 10Л3 *9,8 м/ секл2);
S- площадь поперечного сечения, (1мл2);
Н- высота волны, (м); а- амплитуда волны в метрах, а = Н / 2; g- ускорение силы тяжести, (9,8м / секЛ2);
Т- период следования волн, (сек).
Работа Ав, совершаемая выталкивающей силой FB, при подъеме поплавка объемом V, от подошвы волны до ее вершины, равна произведению силы FB, на высоту волны Н.
Ав = FB * Н FB = V* g* р
Работа, совершаемая силой тяжести балласта поплавка G, при движении в низ.
AH = G * H
Полная работа сил за период прохождения волны.
А = Ав + Ан
Мощность, полученная от прохождения волны.
N = A* 9,8*10A3 / T ВТ (1) Исходные данные:
Поплавок, плот из гофрированных пластиковых труб, диаметр трубы, 0,6 м, длина 6 м, количество труб верхнего ряда поплавка, 4, нижнего ряда, 4.
Объем одной трубы, VT = 3,14*(0,6Л2 / 4)*6 =1,6956 мл3,
Объем поплавка Vn = VT*4 = 1,6956*4 = 6,7824 мл3.
Выталкивающая сила FB, действующая на поплавок,
FB = Vn = 6,7824 *1,02 *1000 = 6918 кг
Сила тяжести балласта нижнем ряду труб, G = F6 = 6918
Высота волны, Н м = 1м.
Т - период следования волн, сек. Т = 5 сек.
Ав = FB * Н = 6918 *1=6918 кгс*м
Ан = F6*H = 6918*1= 6918 кгс*м
Развиваемая мощность N, за один период, равна сумме работ Ав и Ан, деленной на длительность периода Т.
N = (Ав + Ан)*9,8 / Т Вт
N = (6,918 +6,918)*9,8 / 5 = 13836*9,8 / 5 = 27118,5 Вт =27,12 кВт
Количество периодов в час, п = 3600 / 5 = 720 периодов.
Количество производимой энергии за один час, за одни сутки.
Q4 = N* п = 27,12*720 = 19526,4 кВт*час.
Qc = 19526,4*24 = 468633,6 кВт*час.
Для устойчивого электроснабжения потребителей, в устройстве дополнительно установлены:
- солнечные панели, на односкатной, под углом тридцать градусов к горизонту, ориентированной на юг, крыше машинного зала;
- ветряной генератор на мачте, установленной на платформе.
Солнечная генерация электроэнергии позволяет, в период отсутствия ветра и волн, поддерживать снабжение внешних потребителей электроэнергией.

Claims

Формула.
1 Заявленный технический результат достигается тем, что изобретение, Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, включает:
- машинный зал на платформе, установленной на свайно-винтовом фундаменте в водоеме, на отметке, выше прогнозируемой высоты волн, длинной стороной обращенной к преобладающему направлению вектора розы ветров;
- два независимых друг от друга функциональных узла, с возможностью осуществлять преобразование энергии волн в механическую энергию, тремя предлагаемыми в настоящем изобретении, способами прямого преобразования возвратно- поступательного движения в однонаправленное вращение приводных валов, далее (Способ), путем установки в устройстве соответствующих этому Способу механизмов;
- поплавок, с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальной плоскости, в виде пустотелой оболочки из прочных, стойких к коррозии материалов, обтекаемой формы, с конструктивно заданным углом атаки к вектору скорости кругового движения частиц воды в волне, разделен на две равные половины по горизонтали, с балластом в нижней половине поплавка, общим весом всех составляющих поплавка, равным весу воды, вытесняемой объемом нижней половины поплавка, при этом поплавок имеет консоли, выступающие за торцы поплавка, предназначены для установки на них механизмов, соответствующих Способу, таких как, зубчатые храповые сектора ЗХС разнонаправленного действия, узлы крепления к гибким связям, звездочки свободного вращения на осях;
- приводные валы установлены в машинном зале на подшипниковых опорах, при этом, шейки приводных валов выходят наружу, сквозь стенки противоположных сторон машинного зала;
- звездочки или (зубчатые обгонные муфты разнонаправленного действия), насажены на шейки приводных валов;
- звездочки свободного вращения на осях, установлены на натяжных гравитационных устройствах, на отметке, ниже прогнозируемого уровня подошвы волны; - гибкие связи, цепи тяговые пластинчатые Ц'Ш, охватывают звездочки на натяжных гравитационных устройствах, звездочки или (зубчатые обгонные муфты разнонаправленного действия) на шейках приводных валов;
- натяжные гравитационные устройства, обеспечивают расчетное натяжение гибких связей, соединены тросами, через блоки на якорях, с ручными лебедками на платформе;
- якоря с блоками, установлены на дне водоема, при этом, в отличие от аналогичного назначения, устройств и способов преобразования колебательного движения во вращательное, в настоящем изобретении, предлагаются различные способы прямого преобразования возвратно-поступательного движения поплавка в однонаправленное вращение приводных валов, так в первом варианте выполнения устройства, применен первый Способ, который осуществляют путем попеременного автоматического взаимодействия храповых ЗС, (зубчатых обгонных муфт разнонаправленного действия) с восходящей и нисходящей ветвями гибких связей, в момент изменения направления движения поплавка на противоположное, так в начале движения поплавка, под действием выталкивающей и подъемной силы в верх, от подошвы волны к ее вершине, первые храповые ЗС на консолях поплавка, входят в зацепление с восходящими ветвями гибких связей, поплавок движет восходящие ветви Ц'Ш, в верх, на уходящей волне, в момент начала движения поплавка в низ, под действием силы тяжести балласта, первые храповые ЗС выходят из зацепления, вторые храповые ЗС, входят в зацепление с нисходящими ветвями ЦТП, поплавок движет их в низ до подошвы волны, поступательное движение Ц'Ш по замкнутой траектории, приводит в однонаправленное вращение звездочки на натяжных устройствах и звездочки на приводных валах, не зависимо от высоты волн, крутящий момент, от приводных валов передается, посредством обгонных муфт и муфт сцепления, на первичный вал мультипликатора, к концам его вторичного вала, через электромагнитные обгонные муфты сцепления, подсоединены генераторы электроэнергии малой и большой мощности, система автоматического регулирования САР, отслеживает напряжение на генераторе малой мощности и при его повышении выше номинального САР, включением электромагнитной обгонной муфты сцепления, подключает генератор большой мощности, вырабатываемая генераторами, электроэнергия, через контролер заряда накапливается и хранится в аккумуляторах, инвертор преобразует накопленную аккумуляторами электроэнергию до стандартных величин, САР обеспечивает регулирование и передачу электроэнергии, через коммутирующие устройства и средства автоматики, по кабелю, проложенному по дну водоема или воздушной ЛЭП, вешнему потребителю электроэнергии.
Применение в устройстве двух, независимых друг от друга, механизмов прямого преобразования колебательного движения поплавка в механическую энергию однонаправленного вращения приводных валов, обеспечивает более полное и эффективное извлечение энергии из колебательного движения волн, не зависимо от их высоты и направления прихода.
2. Второй вариант, Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию по пункту 1, отличается тем, что для осуществления второго Способа, в устройстве установлены:
- узлы крепления на консолях поплавка, для подсоединения к противоположным ветвям ЦТП, вместо храповых зубчатых секторов;
- зубчатые обгонные муфты разнонаправленного действия, на шейках приводных валов;
- звездочки свободного вращения на осях, на натяжных гравитационных устройствах;
- гибкие связи, ЦТП охватывают по парно, звездочки на натяжных гравитационных устройствах и зубчатые обгонные муфты разнонаправленного действия, на приводных валах;
- узлы крепления на консолях поплавка, на уровне спокойной воды, подсоединены к противоположными ветвями ЦТП. В этом варианте изобретения, второй Способ осуществляют следующим образом:
- поплавок с балластом, в момент прохождения фронта волны, под действием выталкивающей силы, (силы плавучести) и подъемной силы, начинает движение в верх, движет противоположные ветви ЦШ в верх, поступательное движение
19 ЦТП по замкнутой траектории, вращает звездочки на натяжном устройстве и зубчатые обгонные муфты на приводном валу, при этом, первая муфта, вращает приводной вал по часовой стрелке, вторая муфта вращается в холостую, против часовой стрелки, на уходящей волне, поплавок, под действием силы тяжести балласта, движется в низ к подошве волны, движет противоположные ветви ПТЦ в низ, поступательное движение ЦТП по замкнутой траектории, вращает звездочки, и зубчатые обгонные муфты на приводном валу, здесь вторая обгонная муфта, вращает приводной вал по часовой стрелке, первая муфта вращается в холостую, против часовой стрелки, в результате, чего возвратно- поступательное движение поплавка, независимо от величины амплитуды колебаний, преобразуется в однонаправленное вращение приводных валов и подсоединенные к ним , посредством обгонных муфт и муфт сцепления, первичный вал мультипликатора, к концам его вторичного вала, через электромагнитные муфты сцепления подсоединены генераторы электроэнергии.
3. Третий вариант, Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, по пункту 1, отличается тем, что для реализации третьего Способа, в устройстве установлены:
- на платформе, два узла крепления концов ЦТП;
- на приводных валах, две зубчатые обгонные муфты разнонаправленного действия;
- на консолях поплавка, две пары звездочек свободного вращения на осях;
- на натяжных гравитационных устройствах, две звездочки свободного вращения на осях и два узла крепления концов гибких связей;
- гибкие связи ЦТП, охватывает звездочки и зубчатые обгонные муфты по схеме, начало первой ЦТП, закреплено узлом крепления на платформе, далее огибает звездочку на консоли, обгонную муфту на приводном валу, звездочку на натяжном устройстве, звездочку на консоли, конец цепи закреплен узлом крепления, на натяжном устройстве, вторая ЦТП охватывает звездочки и зубчатые обгонные муфты по схеме, конец цепи закреплен узлом крепления на натяжном устройстве, далее охватывает звездочку на консоли, звездочку на
20 натяжном устройстве, обгонную муфту на приводном валу, второй конец цепи закреплен узлом крепления на платформе.
В этом варианте изобретения, третий Способ осуществляют следующим образом:
- поплавок на уровне спокойной воды, погружен на половину в воду, при прохождении фронта волны, поплавок движется в верх, под действием выталкивающей и подъемной силы, тянет закрепленные на консолях звездочки свободного вращения на оси в верх, при перемещении поплавка на единицу длины, за счет полиспастной схемы, гибкие связи вытягиваются на две единицы длины, вращают звездочки и обгонные муфты, при этом, первая зубчатая обгонная муфта, вращает приводной вал по часовой стрелке, вторая зубчатая обгонная муфта вращается в холостую, против часовой стрелки, на уходящей волне, поплавок, под действием силы тяжести балласта движется в низ, тянет закрепленные на консолях звездочки свободного вращения на оси в низ, перемещение поплавка на единицу длины, за счет полиспастной схемы, цепи вытягиваются на две единицы длины, вращают звездочки и обгонные муфты, здесь первая зубчатая обгонная муфта вращается в холостую, против часовой стрелки, вторая зубчатая обгонная муфта, вращает приводной вал по часовой стрелке, в результате чего, возвратно- поступательное движение поплавка, преобразуется в однонаправленное вращение приводного вала, независимо от величины амплитуды колебаний, с увеличением скорости вращения приводных валов в два раза, по отношению к скорости вращения приводных валов в первом и втором вариантах, при одинаковой скорости движения поплавка.
Все раскрытые и описанные в настоящем изобретении технические решения в полной мере отвечают всем заявленным требованиям поставленной задачи, :
- генерировать экологически чистую электроэнергию;
- не наносить ущерба природе, флоре и фауне водоемов;
- работать автономно;
- сравнительно низкие капиталовложения на реализацию изобретения, короткий срок окупаемости;
21
PCT/UA2022/000010 2022-02-16 2022-02-16 Устройство преобразования энергии волн в механическую и электрическую энергию WO2023158416A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/UA2022/000010 WO2023158416A1 (ru) 2022-02-16 2022-02-16 Устройство преобразования энергии волн в механическую и электрическую энергию

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/UA2022/000010 WO2023158416A1 (ru) 2022-02-16 2022-02-16 Устройство преобразования энергии волн в механическую и электрическую энергию

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023158416A1 true WO2023158416A1 (ru) 2023-08-24

Family

ID=87578903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2022/000010 WO2023158416A1 (ru) 2022-02-16 2022-02-16 Устройство преобразования энергии волн в механическую и электрическую энергию

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023158416A1 (ru)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5424582A (en) * 1984-05-24 1995-06-13 Elektra Power Industries, Inc. Cushioned dual-action constant speed wave power generator
ES2193821A1 (es) * 2001-01-09 2003-11-01 Jove Felipe Prats Aparato para producir energia electrica a traves del oleaje del mar.
RU86252U1 (ru) * 2009-04-03 2009-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Волновая энергетическая установка
US20100032950A1 (en) * 2007-03-16 2010-02-11 Craft Services As Device for wave-powered generator
CN102410134A (zh) * 2011-10-31 2012-04-11 集美大学 多振荡浮子式波浪能液压发电装置
US20160032887A1 (en) * 2008-02-25 2016-02-04 Roland Wayne Patton Method and apparatus for converting energy in a moving fluid mass to rotational energy drving a transmission
WO2017025012A1 (zh) * 2015-08-08 2017-02-16 曲言明 绳控液压缸波浪发电机
KR101812028B1 (ko) * 2015-11-06 2017-12-26 정민시 파력발전장치를 구비한 해양경계등
US20180372060A1 (en) * 2015-11-16 2018-12-27 Min Shy JUNG Autonoumous power generating device using gravity and buoyancy, autonomous power generating device using structure, and marine boundary light using same

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5424582A (en) * 1984-05-24 1995-06-13 Elektra Power Industries, Inc. Cushioned dual-action constant speed wave power generator
ES2193821A1 (es) * 2001-01-09 2003-11-01 Jove Felipe Prats Aparato para producir energia electrica a traves del oleaje del mar.
US20100032950A1 (en) * 2007-03-16 2010-02-11 Craft Services As Device for wave-powered generator
US20160032887A1 (en) * 2008-02-25 2016-02-04 Roland Wayne Patton Method and apparatus for converting energy in a moving fluid mass to rotational energy drving a transmission
RU86252U1 (ru) * 2009-04-03 2009-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Волновая энергетическая установка
CN102410134A (zh) * 2011-10-31 2012-04-11 集美大学 多振荡浮子式波浪能液压发电装置
WO2017025012A1 (zh) * 2015-08-08 2017-02-16 曲言明 绳控液压缸波浪发电机
KR101812028B1 (ko) * 2015-11-06 2017-12-26 정민시 파력발전장치를 구비한 해양경계등
US20180372060A1 (en) * 2015-11-16 2018-12-27 Min Shy JUNG Autonoumous power generating device using gravity and buoyancy, autonomous power generating device using structure, and marine boundary light using same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101679433B1 (ko) 파력 발전 장치
US7315092B2 (en) Wave powered electric generating device
JP5858241B2 (ja) 波動から電気エネルギーを生成するための装置
US5889336A (en) Power generating installation
US20130200626A1 (en) Wave Energy Converter and Transmission
JP2017133399A (ja) 発電システム及び発電システム用位置エネルギー蓄積装置
US8810056B2 (en) Ocean wave energy converter utilizing dual rotors
WO2023158416A1 (ru) Устройство преобразования энергии волн в механическую и электрическую энергию
CN2858991Y (zh) 大功率免维护潮汐及波浪发电设备
CN112761855A (zh) 一种利用海水潮汐能量发电结构和方法
WO2012131705A2 (en) A device for generating electrical energy using ocean waves
US20240117793A1 (en) A Mass Displacement Energy Storage And Electricity Generator
JP2002221142A (ja) 可動物体型波力エネルギー変換装置
CN111512041A (zh) 生产清洁电能的可移动重力***与方法
EP3839244A1 (en) Mechanical engine for generating energy by means of water movement
WO2016026473A1 (en) Accumulative gravity power plant
CN220581173U (zh) 一种利用海洋中海浪进行发电的装置
CN213981029U (zh) 一种海浪发电装置
ITMO20060156A1 (it) Impianto elettromeccanico idoneo a trasformare l'energia del moto ondoso in energia elettrica, installabile sia a ridosso delle coste che in mare aperto o sui laghi, non presidiato.
WO2023105250A1 (en) Wave energy plant with an accelerating pulley-block
UA149370U (uk) Хвильова електрична генеруюча установка (хегу)
AU2009215956B2 (en) Wave power plant and transmission
KR20190103075A (ko) 히빙(heaving) 점 흡수장치 유형의 파도 에너지 변환기에 사용되는 개선된 로프 동력 인출 장치
KR20010082785A (ko) 파도를 이용한 에너지 변환장치
GB2241990A (en) Power generation from tides

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22927514

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1