EA039882B1 - Underwater vehicle power supply system - Google Patents

Underwater vehicle power supply system Download PDF

Info

Publication number
EA039882B1
EA039882B1 EA202191110A EA202191110A EA039882B1 EA 039882 B1 EA039882 B1 EA 039882B1 EA 202191110 A EA202191110 A EA 202191110A EA 202191110 A EA202191110 A EA 202191110A EA 039882 B1 EA039882 B1 EA 039882B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
underwater vehicle
capsule
cable
electric generator
drum
Prior art date
Application number
EA202191110A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA202191110A1 (en
Inventor
Александр Александрович МАРТЫНОВ
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения"
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения"
Publication of EA202191110A1 publication Critical patent/EA202191110A1/en
Publication of EA039882B1 publication Critical patent/EA039882B1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12Adaptations 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
    • F03B13/14Adaptations 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
    • F03B13/22Adaptations 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 flow of water resulting from wave movements to drive a motor or turbine
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63GOFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Abstract

The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in electrical power systems of underwater vehicles with high endurance and range. The technical result of the invention is increasing the range, endurance and security of an underwater vehicle. The technical result is achieved by that a power supply system of an underwater vehicle is supplemented by a capsule with positive buoyancy, in which an electric generator of the ring type with magnetoelectric excitation is placed, in the cavity of the rotor of which propeller blades are placed, a stator winding of the generator is connected to a rectifier. The rectifier is connected by an electromechanical cable to a charger, the output of which is connected to an accumulator battery. To increase the flow rate of water entering the propeller blades, a conical nozzle is installed at the capsule inlet. The electromechanical cable is wound on a drum placed in an unpressurized compartment of the underwater vehicle. When charging the battery, the electromechanical cable is unwound, the capsule with the electric generator is located in the upper layers of the sea stream, which have the highest speed, and after the battery is charged, the electromechanical cable is wound on the drum and the capsule is drawn into the unpressurized compartment of the underwater vehicle, where the drum with the electromechanical cable is installed.

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроэнергетических системах подводных аппаратов с большой автономностью и дальностью плавания.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in electric power systems of underwater vehicles with a large autonomy and cruising range.

Известна Система электроснабжения телеуправляемого подводного аппарата с судна-носителя (Патент РФ № 46611. МПК: H01Q; B60L; В63Н, опубл. 10.07.2005 г., Б.И. № 19), содержащая входной преобразователь, вход которого соединен с судовой электрической сетью, инверторное устройство, силовой трансформатор, кабель-трос. Электрическая энергия переменного тока с судна-носителя передается на подводный аппарат, с помощью кабель-троса, питающий конец которого соединен с первичными обмотками согласующего трансформатора, установленного на подводном аппарате. Вторичные обмотки согласующего трансформатора подключены к управляемым выпрямителям. Выход одного из управляемых выпрямителей подключен к клеммам питания аппаратуры подводного аппарата, а выход второго управляемого выпрямителя подключен к преобразователю постоянного тока, выход которого подключен к клеммам питания аппаратуры подводного аппарата.Known Power supply system for a remotely controlled underwater vehicle from a carrier vessel (RF Patent No. 46611. IPC: H01Q; B60L; V63N, publ. 10.07.2005, B.I. No. 19), containing an input converter, the input of which is connected to the network, inverter device, power transformer, cable-cable. AC electrical energy from the carrier ship is transmitted to the underwater vehicle using a cable-rope, the supply end of which is connected to the primary windings of a matching transformer installed on the underwater vehicle. The secondary windings of the matching transformer are connected to controlled rectifiers. The output of one of the controlled rectifiers is connected to the power supply terminals of the underwater vehicle equipment, and the output of the second controlled rectifier is connected to a DC converter, the output of which is connected to the power supply terminals of the underwater vehicle equipment.

В этой системе энергообеспечения подводного аппарата передача электрической энергии с суднаносителя на борт подводного аппарата осуществляется по электрическому кабелю, который постоянно связывает между собой судно-носитель и подводный аппарат и имеет следующие недостатки: ограничены глубина погружения, автономность и дальность плавания подводного аппарата, ограничена и величина электрической энергии, передаваемой на борт подводного аппарата по электрическому кабелю; отсутствует скрытность работы подводного аппарата.In this underwater vehicle power supply system, the transmission of electrical energy from the carrier ship to the underwater vehicle is carried out via an electric cable that constantly connects the carrier ship and the underwater vehicle and has the following disadvantages: the diving depth, autonomy and cruising range of the underwater vehicle are limited, and the value electrical energy transmitted to the board of the underwater vehicle through an electrical cable; there is no stealth operation of the underwater vehicle.

Известно Устройство для бесконтактной передачи электроэнергии на подводный объект (Патент РФ № 2502170. МПК: H02J3, опубл. 20.12.2013 г., Б.И. № 35), которое содержит однофазный автономный инвертор напряжения повышенной частоты, блок управления этим инвертором, входной конденсатор и первичная сторона трансформатора повышенной частоты, размещенные на судне-носителе. На подводном объекте размещены вторичная сторона трансформатора повышенной частоты, выпрямитель, сглаживающий реактор и выходной конденсатор. Трансформатор выполнен с разъемным сердечником магнитопровода.A device for contactless transmission of electricity to an underwater object is known (RF Patent No. 2502170. IPC: H02J3, publ. the capacitor and the primary side of the increased frequency transformer placed on the carrier vessel. The secondary side of the increased frequency transformer, rectifier, smoothing reactor and output capacitor are placed on the underwater object. The transformer is made with a split core of the magnetic core.

Передача электрической энергии на борт подводного аппарата осуществляется через немагнитный зазор ферромагнитного сердечника трансформатора, размещенного в разъемном стыковочном узле, при механическом контакте сопрягаемых частей стыковочного узла.The transmission of electrical energy to the board of the underwater vehicle is carried out through the non-magnetic gap of the ferromagnetic core of the transformer located in the detachable docking station, with mechanical contact of the mating parts of the docking station.

Известное устройство имеет следующие недостатки: снижение коэффициента полезного действия и надежности энергообеспечения подводных аппаратов из-за увеличения тока намагничивания трансформатора, увеличения потерь мощности, вызванных появлением на сопрягаемых поверхностях стыковочного узла посторонних объектов - ракушек, водорослей и т.п.; ограничение автономности и дальности плавания подводного аппарата из-за необходимости нахождения судна-носителя в районе работы подводного аппарата для периодического пополнения энергии подводного аппарата.The known device has the following disadvantages: a decrease in the efficiency and reliability of the power supply of underwater vehicles due to an increase in the magnetization current of the transformer, an increase in power losses caused by the appearance of foreign objects on the mating surfaces of the docking station - shells, algae, etc.; limiting the autonomy and cruising range of the underwater vehicle due to the need for the carrier vessel to be in the area of operation of the underwater vehicle for periodic replenishment of the energy of the underwater vehicle.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является Устройство для обслуживания и ремонта подводно-кабельных магистралей связи. (Патент РФ № 2389638. МПК: В63С; H02G; F03B, опубл. 05.20.2010 г.).Closest to the claimed invention is a Device for the maintenance and repair of underwater cable communication lines. (Patent RF No. 2389638. IPC: B63C; H02G; F03B, publ. 05.20.2010).

Устройство содержит плавающий волновой источник энергии, воздушную турбину, электрический генератор, кабель-трос, аккумуляторную батарею и два электродвигателя. Конструктивно плавающий волновой источник энергии состоит из трех шарнирно соединенных между собой понтонов, воспринимающих колебания морских волн и представляет собой заякореваемый преобразователь энергии морских волн, снабженный водяным якорем, состоящим из плоского круга с растяжками. На одном из понтонов размещены емкость для закачки воздуха, воздушная турбина и электрический генератор, вал которого механически соединен с валом воздушной турбины. Кабель-трос механически и электрически соединен с электрическим генератором и подводным аппаратом.The device contains a floating wave energy source, an air turbine, an electric generator, a cable-cable, a storage battery and two electric motors. Structurally, the floating wave energy source consists of three pontoons pivotally connected to each other, perceiving vibrations of sea waves and is an anchored sea wave energy converter equipped with a water anchor consisting of a flat circle with braces. On one of the pontoons there is a container for air injection, an air turbine and an electric generator, the shaft of which is mechanically connected to the shaft of the air turbine. The cable-rope is mechanically and electrically connected to the electric generator and the submersible.

Поднимаясь или падая, волна, соответственно, выталкивает или всасывает воздух внутрь емкости. Движение столба воздуха при этом приводит в движение воздушную турбину и электрический генератор. Электрический генератор вырабатывает электрическую энергию, которая по кабель-тросу передается аккумулятору и электродвигателю подводного аппарата. Кроме этого, вырабатываемая электрическая энергия передается гребному электродвигателю, установленному на одном из понтонов для перемещения корпуса плавающего волнового источника энергии вслед за подводным аппаратом.Rising or falling, the wave, respectively, pushes or sucks air into the container. The movement of the air column in this case sets in motion an air turbine and an electric generator. The electric generator generates electrical energy, which is transmitted through the cable-rope to the battery and the electric motor of the underwater vehicle. In addition, the generated electrical energy is transferred to a propulsion motor mounted on one of the pontoons to move the body of the floating wave energy source after the underwater vehicle.

Недостатками известного устройства, принятого за прототип, являются: ограничение скорости перемещения подводного аппарата; отсутствие скрытности работы подводного аппарата и возможности отсоединения от плавающего волнового источника энергии в случае необходимости из-за постоянной механической и электрической связи подводного аппарата с плавающим волновым источником энергии в течение всего времени работы подводного аппарата; низкая эффективность преобразования энергии волн в электрическую энергию, низкие показатели надежности и долговечности из-за наличия большого числа промежуточных преобразователей энергии волн в электрическую энергию и необходимости дополнительной выработки электрической энергии, передаваемой гребному электродвигателю для перемещения корпуса плавающего волнового источника энергии вслед за подводным аппаратом.The disadvantages of the known device, taken as a prototype, are: limiting the speed of movement of the underwater vehicle; lack of secrecy of the operation of the underwater vehicle and the possibility of disconnecting from the floating wave energy source, if necessary, due to the constant mechanical and electrical connection of the underwater vehicle with the floating wave energy source during the entire time of operation of the underwater vehicle; low efficiency of converting wave energy into electrical energy, low reliability and durability due to the presence of a large number of intermediate converters of wave energy into electrical energy and the need for additional generation of electrical energy transmitted to the propulsion motor to move the body of the floating wave energy source after the underwater vehicle.

Задачей изобретения является создание автономной системы энергообеспечения подводного аппарата, обеспечивающей его электрической энергией без ограничения скорости и дальности передвижения.The objective of the invention is to create an autonomous power supply system for an underwater vehicle, providing it with electrical energy without limiting the speed and range of movement.

- 1 039882- 1 039882

Техническим результатом является увеличение дальности, автономности и скрытности работы подводного аппарата.The technical result is to increase the range, autonomy and secrecy of the underwater vehicle.

Технический результат достигается тем, что в систему энергообеспечения подводного аппарата, содержащую электрический генератор, кабель-трос, аккумуляторную батарею, причем кабель-трос механически и электрически соединен с электрическим генератором и подводным аппаратом, дополнительно введены капсула, барабан, выпрямитель и зарядное устройство, при этом капсула выполнена с герметичными полостями и внутренней сквозной полостью, в которой установлен электрический генератор с обмоткой, размещенной на статоре, и постоянными магнитами, размещенными на наружной поверхности ротора, а к внутренней поверхности ротора и к ступице ротора закреплены лопасти винта, капсула снабжена насадкой конической формы, установленной на входе внутренней сквозной полости, обмотка статора электрического генератора подключена к выпрямителю, кабель-трос механически закреплен с одной стороны к капсуле, а с другой - к барабану, который размещен в негерметичном отсеке подводного аппарата и снабжен электромеханическим приводом, электрически кабель-трос с одной стороны подключен к выпрямителю, размещенному в капсуле, а с другой - подключен через герметичный ввод к входу зарядного устройства, выход которого подключен к аккумуляторной батареи, которая вместе с зарядным устройством размещена в герметичном отсеке подводного аппарата.The technical result is achieved by the fact that a capsule, a drum, a rectifier and a charger are additionally introduced into the power supply system of the underwater vehicle, which contains an electric generator, a cable-cable, a storage battery, and the cable-cable is mechanically and electrically connected to the electric generator and the underwater vehicle, with In this case, the capsule is made with sealed cavities and an internal through cavity in which an electric generator is installed with a winding placed on the stator and permanent magnets placed on the outer surface of the rotor, and propeller blades are fixed to the inner surface of the rotor and to the rotor hub, the capsule is equipped with a conical nozzle of the form installed at the entrance of the internal through cavity, the stator winding of the electric generator is connected to the rectifier, the cable-rope is mechanically fixed on one side to the capsule, and on the other - to the drum, which is located in the unpressurized compartment of the underwater vehicle and is equipped with an electromechanical driven, the cable-rope is electrically connected on one side to a rectifier placed in the capsule, and on the other side is connected through a sealed input to the input of the charger, the output of which is connected to the battery, which, together with the charger, is placed in the sealed compartment of the underwater vehicle.

Существенные отличия, позволяющие реализовать технический результат:Significant differences that allow to realize the technical result:

повышена эффективность преобразования энергии волн в электрическую энергию, благодаря размещению лопастей винта внутри корпуса электрического генератора и установки насадки конической формы на входе внутренней сквозной полости капсулы;the efficiency of converting wave energy into electrical energy is increased due to the placement of the propeller blades inside the body of the electric generator and the installation of a conical nozzle at the inlet of the internal through cavity of the capsule;

повышены автономность, дальность и скрытность работы подводного аппарата благодаря тому, что подводный аппарат снабжен собственным электрическим генератором, размещенным в капсуле, связанной с подводным аппаратом кабель-тросом, и выполненной с герметичными полостями, обеспечивающими ей положительную плавучесть.increased autonomy, range and secrecy of the operation of the underwater vehicle due to the fact that the underwater vehicle is equipped with its own electric generator, placed in a capsule connected to the underwater vehicle by a cable-cable, and made with sealed cavities, providing it with positive buoyancy.

После окончания заряда аккумуляторной батареи капсула с электрическим генератором убирается в негерметичный отсек подводного аппарата и не мешает движения подводного аппарата с требуемой скоростью.After the end of the battery charge, the capsule with the electric generator is removed into the unpressurized compartment of the underwater vehicle and does not interfere with the movement of the underwater vehicle at the required speed.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The essence of the invention is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 приведена схема электромеханической связи подводного аппарата и капсулы с электрическим генератором и введены следующие обозначения:in fig. 1 shows a diagram of the electromechanical connection of an underwater vehicle and a capsule with an electric generator and the following designations are introduced:

- подводный аппарат,- underwater vehicle

- капсула,- capsule,

- электрический генератор,- electric generator,

- барабан,- drum,

- кабель-трос,- cable-rope,

- выпрямитель,- rectifier,

- зарядное устройство,- Charger,

- насадка конической формы,- conical nozzle

- негерметичный отсек подводного аппарата,- leaky submersible compartment,

- электромеханический привод барабана,- electromechanical drum drive,

- аккумуляторная батарея,- accumulator battery,

- герметичный отсек подводного аппарата;- sealed compartment of the underwater vehicle;

на фиг. 2 приведена конструктивная схема капсулы с электрическим генератором и введены следующие обозначения:in fig. 2 shows a structural diagram of a capsule with an electric generator and the following designations are introduced:

- лопасти винта,- propeller blades,

- ступица ротора,- rotor hub,

- ротор электрического генератора (индуктор с постоянными магнитами),- electric generator rotor (permanent magnet inductor),

- статор электрического генератора с обмоткой,- the stator of the electric generator with a winding,

- герметичные полости;- sealed cavities;

на фиг. 3 приведена электрическая схема соединений системы энергообеспечения подводного аппарата и введены следующие обозначения:in fig. 3 shows the electrical connection diagram of the power supply system of the underwater vehicle and the following designations are introduced:

- подводный аппарат,- underwater vehicle

- капсула,- capsule,

- электрический генератор,- electric generator,

- кабель-трос,- cable-rope,

- выпрямитель,- rectifier,

- зарядное устройство,- Charger,

- аккумуляторная батарея.- accumulator battery.

Система энергообеспечения подводного аппарата содержит подводный аппарат 1, капсулу 2 с электрическим генератором 3, барабан 4 с кабель-тросом 5, выпрямитель 6, зарядное устройство 7, капсула 2 снабжена насадкой конической формы 8, обмотка статора электрического генератора 3 подключена к выпрямителю 6, кабель-трос 5 механически закреплен с одной стороны к капсуле 2, а с другой стороны - 2 039882 к барабану 4, который размещен в негерметичном отсеке 9 внутри подводного аппарата 1 и снабжен электромеханическим приводом 10, кабель-трос 5 электрически подключен с одной стороны к выпрямителю 6, размещенному в капсуле 2, а с другой стороны подключен через герметичный ввод к входу зарядного устройства 7, выход которого подключен к аккумуляторной батареи 11, которая вместе с зарядным устройством 7 размещена в герметичном отсеке 12 подводного аппарата 1. Лопасти винта 13 закреплены на ступице 14 и на внутренней поверхности ротора 15. Ротор 15 с постоянными магнитами установлен в расточке статора 16 с обмоткой. В капсуле 2 размещены герметичные полости 17 для обеспечения положительной плавучести капсулы 2 вместе с электрическим генератором 3.The submersible power supply system includes an underwater vehicle 1, a capsule 2 with an electric generator 3, a drum 4 with a cable-cable 5, a rectifier 6, a charger 7, a capsule 2 is equipped with a conical nozzle 8, the stator winding of the electric generator 3 is connected to the rectifier 6, the cable -cable 5 is mechanically fixed on one side to the capsule 2, and on the other side - 2 039882 to the drum 4, which is placed in a non-pressurized compartment 9 inside the underwater vehicle 1 and is equipped with an electromechanical drive 10, the cable-cable 5 is electrically connected on one side to the rectifier 6, placed in capsule 2, and on the other hand is connected through a sealed input to the input of the charger 7, the output of which is connected to the battery 11, which, together with the charger 7, is placed in the sealed compartment 12 of the underwater vehicle 1. The propeller blades 13 are fixed on the hub 14 and on the inner surface of the rotor 15. Rotor 15 with permanent magnets is installed in the bore of the stator and 16 with winding. Capsule 2 contains sealed cavities 17 to ensure positive buoyancy of capsule 2 together with electric generator 3.

Система энергообеспечения подводного аппарата работает следующим образом.The power supply system of the underwater vehicle operates as follows.

Перед зарядкой аккумуляторной батареи подводный аппарат 1 перемещается в область акватории океана с достаточной для эффективной зарядки аккумуляторной батареи скоростью морского течения. Это могут быть участки приливно-отливных течений, проливы, естественные сужения подводного рельефа, где скорость морского течения выше скорости течения на уровне водной поверхности. Подводный аппарат 1 ложится на морское дно, электромеханический привод 10 вращает барабан 4, кабель-трос 5 раскручивается, а капсула 2, благодаря наличию герметичных полостей 17, поднимается вверх и достигает слои морского потока, имеющие наибольшую скорость. Морской поток входит в насадку конической формы 8, убыстряется и попадает на лопасти винта 13 и приводит его во вращение. Вместе с лопастями винта 13 и ступицей 14 вращается и ротор (индуктор) 15. Магнитный поток ротора 15 пересекает проводники обмотки статора 16 и наводит в них электродвижущую силу (ЭДС). Напряжение с обмотки статора электрического генератора 3 поступает на вход выпрямителя 6, и далее по кабель-тросу 5 поступает в герметичный отсек 12 подводного аппарата 1 на вход зарядного устройств 7. Напряжение с выхода зарядного устройства 7 поступает на аккумуляторную батарею 11 и заряжает ее. По окончании заряда аккумуляторной батареи 11 включается электромеханический привод 10 барабана 4, кабель-трос 5 накручивается на барабан 4, капсула 2 втягивается в негерметичный отсек 9. Электромеханический привод 10 выключается. После этого подводный аппарат 1 готов к продолжению работы в штатном режиме.Before charging the battery, the underwater vehicle 1 moves into the area of the ocean with a speed of the sea current sufficient to effectively charge the battery. These can be areas of tidal currents, straits, natural narrowing of the underwater relief, where the speed of the sea current is higher than the speed of the current at the level of the water surface. The underwater vehicle 1 lies on the seabed, the electromechanical drive 10 rotates the drum 4, the cable-rope 5 unwinds, and the capsule 2, due to the presence of sealed cavities 17, rises up and reaches the layers of the sea flow with the highest speed. The sea flow enters the conical nozzle 8, accelerates and hits the propeller blades 13 and sets it into rotation. Together with the blades of the screw 13 and the hub 14, the rotor (inductor) 15 also rotates. The magnetic flux of the rotor 15 crosses the conductors of the stator winding 16 and induces an electromotive force (EMF) in them. The voltage from the stator winding of the electric generator 3 is supplied to the input of the rectifier 6, and then through the cable-cable 5 enters the sealed compartment 12 of the underwater vehicle 1 to the input of the charger 7. The voltage from the output of the charger 7 is supplied to the battery 11 and charges it. At the end of the charge of the battery 11, the electromechanical drive 10 of the drum 4 is turned on, the cable-cable 5 is wound onto the drum 4, the capsule 2 is drawn into the leaky compartment 9. The electromechanical drive 10 is turned off. After that, the underwater vehicle 1 is ready to continue operation in the normal mode.

Пример расчета основных параметров системы энергообеспечения подводного аппарата.An example of calculating the main parameters of the power supply system of an underwater vehicle.

Мощность Рг, генерируемая электрическим генератором, определяется с учетом эффективности работы генератора и винта [1]:The power Pg generated by the electric generator is determined taking into account the efficiency of the generator and propeller [1]:

Fr ηΓ* йв* Рт где Рп - мощность морского потока, поступающего на лопасти винта, Вт;F r - η Γ * yv * Pt where P p - power of the sea stream entering the propeller blades, W;

Пг - КПД генератора, значение пг=0,85-0,95;Pg - generator efficiency, pg value = 0.85-0.95;

Пв - КПД винта, значение пв=0,5-0,7.P in - the efficiency of the screw, the value of p in \u003d 0.5-0.7.

Мощность морского потока, поступающего на лопасти винта, рассчитывается по формуле, приведенной в [1]:The power of the sea flow entering the propeller blades is calculated by the formula given in [1]:

Λι=ρ·β·Ω·Η, Вт, где:Λι=ρ β Ω Η, W, where:

ρ - плотность воды равна 1000 кг/м3;ρ - the density of water is 1000 kg / m 3 ;

g - ускорение свободного падения равно 9,81 м/с2;g - free fall acceleration is equal to 9.81 m / s 2 ;

Q - расход воды, м3/с;Q - water consumption, m 3 / s;

Н - скоростной напор морского потока, м;H - velocity head of the sea stream, m;

Q=ST*«n;Q=S T * "n;

St - площадь сечения, через которое проходит морской поток на лопасти винта, м2;S t - cross-sectional area through which the sea flow passes on the propeller blades, m 2 ;

ип - скорость морского потока через лопасти винта, м/с.and n is the speed of the sea flow through the propeller blades, m/s.

Скоростной напор морского потока Н можно определить по формуле:The velocity head of the sea flow H can be determined by the formula:

Н= ?Л/2ё.H \u003d? L / 2 e .

С учетом значений параметров, приведенных выше, мощность морского потока можно определить по формуле:Taking into account the values of the parameters given above, the power of the sea flow can be determined by the formula:

Ρπ =θ,5·ρ· Sr· у, ВтΡ π = θ.5 ρ Sr y, W

Зададимся параметрами для расчета мощности электрического генератора:Let's set the parameters for calculating the power of an electric generator:

размер диаметра лопастей винта D=0,5 м;propeller blade diameter size D=0.5 m;

скорость морского потока ип=3,084 м/с=11,1 км/ч;sea flow speed and n = 3.084 m/s = 11.1 km/h;

плотность воды ρ=1000 кг/м3.water density ρ=1000 kg/m 3 .

Площадь St определяется с учетом известного значения диаметра лопастей винта D: St=k«D2/4=0,1963 м2.The area S t is determined taking into account the known value of the diameter of the propeller blades D: S t \u003d k«D 2 /4 \u003d 0.1963 m 2 .

Определим величину мощности морского потока, поступающего в полость винта без насадки конической формы:Let us determine the power of the sea flow entering the propeller cavity without a conical nozzle:

Ρπ=0,5·ρ· ST*«n=0,5<000· 0,1963·υ3=98,17· υ3Βτ.Ρ π \u003d 0.5 ρ S T * "n \u003d 0.5<000 0.1963 υ 3 \u003d 98.17 υ 3 Βτ.

Значение мощности Рп является по сути предельным значением мощности, которую можно получить от электрического генератора без учета потерь в электрическом генераторе и турбине при заданном значении скорости морского потока, размерах винта и отсутствии насадки конической форма на капсуле.The power value P p is in fact the limiting value of the power that can be obtained from an electric generator without taking into account losses in the electric generator and turbine at a given sea flow velocity, propeller size and the absence of a conical nozzle on the capsule.

- 3 039882- 3 039882

Мощность, генерируемая электрическим генератором Рг с учетом минимально возможных значений КПД генератора пг=0,9 и винта (турбины) пв=0,5, в этом случае составит:The power generated by the electric generator Р g , taking into account the minimum possible values of the efficiency of the generator pg \u003d 0.9 and the propeller (turbine) pv \u003d 0.5, in this case will be:

При значении скорости морского потока в полости винта ип=3,084 м/с электрический генератор способен генерировать мощность:With the value of the sea flow velocity in the screw cavity and n = 3.084 m/s, the electric generator is capable of generating power:

44,17·3,0843 =44,17·29,332=1295Вт=1,295кВт =1,3 кВт.44.17 3.084 3 \u003d 44.17 29.332 \u003d 1295W \u003d 1.295 kW \u003d 1.3 kW.

Из физики [2] известно, что при стационарном течении жидкости скорость движения ее частиц через разные поперечные сечения трубы обратно пропорциональны площадям этих сечений.It is known from physics [2] that in a stationary fluid flow, the velocity of its particles through different cross sections of the pipe is inversely proportional to the areas of these sections.

Значит при установке насадки конической формы и отношении диаметра входного отверстия насадки к диаметру выходного отверстия насадки равным, например, 2:1, отношение площадей сечений входного и выходного отверстий насадки составит 4:1, следовательно, скорость морского потока в полости винта при установки такой насадки увеличится в 4 раза по отношению к скорости морского потока вне капсулы. Таким образом, при установки насадки конической формы на капсуле электрический генератор способен генерировать мощность, равную 1,3 кВт, при скорости морского потока вне капсулы равном всего лишь 3,08/4=0,77 м/с=2,134 км/ч. Совершенно очевидно, что это существенно расширяет области акватории морского океана, пригодные для эффективной зарядки аккумуляторной батареи. За сутки такой электрический генератор с насадкой конической формы при скорости морского потока, равнойThis means that when a nozzle of a conical shape is installed and the ratio of the diameter of the inlet of the nozzle to the diameter of the outlet of the nozzle is equal, for example, to 2:1, the ratio of the cross-sectional areas of the inlet and outlet of the nozzle will be 4:1, therefore, the speed of the sea flow in the propeller cavity when such a nozzle is installed will increase 4 times in relation to the speed of the sea flow outside the capsule. Thus, when installing a conical nozzle on the capsule, the electric generator is able to generate a power equal to 1.3 kW, with a sea flow velocity outside the capsule equal to only 3.08/4=0.77 m/s=2.134 km/h. It is quite obvious that this significantly expands the areas of the marine ocean water area suitable for efficient battery charging. For a day, such an electric generator with a conical nozzle at a sea flow velocity equal to

2,134 км/ч, передаст для заряда аккумуляторной батареи 31,08 кВт-ч энергии.2.134 km / h, will transfer 31.08 kWh of energy to charge the battery.

Информация о скорости морских потоков приведена [3] и [4].Information about the speed of sea currents is given in [3] and [4].

В таблице приведены значения скорости некоторых морских потоков, указанных в [3] и [4]. ______ Значение скорости некоторых морских потоков________The table shows the velocities of some sea currents indicated in [3] and [4]. ______ The value of the speed of some sea currents _______

Ν п/п Ν n/n Наименование течения Current name Скорость, км/час Speed, km/h 1 one Гольфстрим Gulfstream 6 6 2 2 Течение Игольного мыса The course of Cape Agulhas до 7,5 up to 7.5 3 3 Флоридское Florida 6,5 6.5 4 four Японское (Куросио) Japanese (Kuroshio) до 6 until 6 5 5 Восточно-Австралийское East Australian до 5,7 up to 5.7

Значения скорости морских потоков, приведенные в таблице, достаточно убедительно говорят о возможности эффективного использования заявляемой системы энергообеспечения подводного аппарата практически в большинстве акваторий мирового океана.The values of the speed of sea currents, given in the table, quite convincingly indicate the possibility of effective use of the proposed system of power supply of the underwater vehicle in almost most of the world's oceans.

Определим основные размеры электрического генератора.Let's define the main dimensions of the electric generator.

Скорость вращения винта, а значит и скорость вращения ротора электрического генератора, можно определить по формуле, приведенной в [1]:The speed of rotation of the screw, and hence the speed of rotation of the rotor of the electric generator, can be determined by the formula given in [1]:

п= рц/Ь, об/с, где h - шаг винта.n \u003d rc / b, rev / s, where h is the pitch of the screw.

Принимаем отношение шага винта h к диаметру h/D=1,1, определим величину шага винта h=(h/D)-D=1,1 -0,5=0,55 м.We take the ratio of the screw pitch h to the diameter h/D=1.1, determine the value of the screw pitch h=(h/D)-D=1.1 -0.5=0.55 m.

Скорость вращения ротора электрического генератора составляет п= цп/й= 3,084/0,55=5,607об/с=336,42 об/минThe speed of rotation of the rotor of the electric generator is n \u003d c p / y \u003d 3.084 / 0.55 \u003d 5.607 rpm / s \u003d 336.42 rpm

Из теории электрических машин [5] известно, что основные размеры электрической машины связаны с электромагнитной мощностью машины соотношением:It is known from the theory of electrical machines [5] that the main dimensions of an electrical machine are related to the electromagnetic power of the machine by the relation:

D21= Рэм ·60/(η· к· А· Въ max), где D2l-объем, ограниченный активной поверхностью расточки статора электрического генератора;D 2 1= R em ·60/(η· k· A· B b max ), where D 2 l-volume limited by the active surface of the bore of the stator of the electric generator;

Рэм - электромагнитная мощность электрического генератора, ВА;R em - electromagnetic power of the electric generator, VA;

А - линейная нагрузка электрического генератора, А/м;A - linear load of the electric generator, A / m;

Bδ max - индукция в зазоре между магнитопроводами статора и ротора, Т;B δ max - induction in the gap between the magnetic circuits of the stator and rotor, T;

n - скорость вращения ротора, об/мин;n - rotor speed, rpm;

k - коэффициент;k - coefficient;

l - длина (толщина набора электротехнической стали) магнитопровода статора генератора, м.l - length (thickness of a set of electrical steel) of the magnetic circuit of the generator stator, m.

Для машин переменного тока [5]:For AC machines [5]:

к=д2 кобЛ/2.k=d 2 kB/2.

Поскольку коб машин переменного тока для первой гармоники в среднем близок к значению йоб-0,92, то k=6,43.Since kob of AC machines for the first harmonic is on average close to the value of yob-0.92, then k = 6.43.

Из приведенного ранее расчета следует, что электромагнитная мощность электрического генератора [5] должна быть не менее Рэмг/пг=1300/0,9=1444 ВА при скорости вращения ротора, равной n=336 об/мин.It follows from the above calculation that the electromagnetic power of the electric generator [5] should be at least Р em = Р g /pg = 1300/0.9 = 1444 VA at a rotor speed equal to n = 336 rpm.

С учетом рекомендаций, приведенных в [5], принимаем значения Вδ max=0,6 T, А=1,3Н04 А/м.Taking into account the recommendations given in [5], we accept the values B δ max =0.6 T, A=1.3H0 4 A/m.

D2I=1444·60/(336·6,43*0,6· 1,3*104)=51,41*10’4 м3.D 2 I \u003d 1444 60 / (336 6.43 * 0.6 1.3 * 10 4 ) \u003d 51.41 * 10' 4 m 3 .

- 4 039882- 4 039882

Поскольку величина диаметра уже прията ранее, D=0,5 м, то длина магнитопровода статора электрического генератора составит:Since the diameter value has already been accepted earlier, D = 0.5 m, the length of the magnetic circuit of the stator of the electric generator will be:

1=51,4140^/0,25=20540-4 м=2,05 см.1 \u003d 51.4140 ^ / 0.25 \u003d 20540 -4 m \u003d 2.05 cm.

Размеры генератора вполне приемлемы для использования его в составе капсулы, которая при штатном режиме работы подводного аппарата должна находиться в негерметичном отсеке подводного аппарата и занимать сравнительно небольшой объем этого отсека.The dimensions of the generator are quite acceptable for its use as part of a capsule, which, during the normal operation of the underwater vehicle, should be located in the unpressurized compartment of the underwater vehicle and occupy a relatively small volume of this compartment.

На основании вышеизложенного видно, что предлагаемая система энергообеспечения подводного аппарата позволяет обеспечить:Based on the foregoing, it can be seen that the proposed power supply system for the underwater vehicle makes it possible to provide:

увеличение дальности, автономности и скрытности работы подводного аппарата;increasing the range, autonomy and secrecy of the underwater vehicle;

увеличение эффективности преобразования энергии морского течения в электрическую энергию;increasing the efficiency of converting the energy of the sea current into electrical energy;

эффективную зарядку аккумуляторной батареи подводного аппарата во многих акваториях мирового океана.effective charging of the battery of the underwater vehicle in many areas of the world's oceans.

Использованная литература.References.

1. Кусков А.И. Разработка и исследование мобильной гидротурбинной установки для энергообеспечения и водоснабжения сельскохозяйственных объектов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Специальность 05.20.02. Москва. 2015 г.1. Kuskov A.I. Development and research of a mobile hydroturbine plant for power supply and water supply of agricultural facilities. Dissertation for the degree of candidate of technical sciences. Specialty 05.20.02. Moscow. 2015

2. Фарбер Ф.Е. Физика: учеб. пособие. Высшая школа, 1979. 320 с.2. Farber F.E. Physics: textbook. allowance. Higher school, 1979. 320 p.

3. Атлас океанов. Тихий океан. М.: Главное управление навигации и океанографии. Министерство обороны СССР, 1974. 288 с.3. Atlas of the oceans. Pacific Ocean. Moscow: Main Directorate of Navigation and Oceanography. Ministry of Defense of the USSR, 1974. 288 p.

4. Атлас океанов. Проливы мирового океана. М. ВМФ. 1993. 392 с.4. Atlas of the oceans. Straits of the oceans. M. Navy. 1993. 392 p.

5. Вольдек А.И. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. Изд 2-е, перераб. и доп. Л: Энергия, 1974. 840 с.5. Voldek A.I. Textbook for students of higher education. tech. educational establishments. 2nd edition, revised. and additional L: Energy, 1974. 840 p.

Claims (1)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Система энергообеспечения подводного аппарата, содержащая электрический генератор, кабельтрос, аккумуляторную батарею, причем кабель-трос механически и электрически соединен с электрическим генератором и подводным аппаратом, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введены капсула, барабан, выпрямитель и зарядное устройство, при этом капсула выполнена с герметичными полостями и внутренней сквозной полостью, в которой установлен электрический генератор с обмоткой, размещенной на статоре, и постоянными магнитами, размещенными на наружной поверхности ротора, а к внутренней поверхности ротора и к ступице ротора закреплены лопасти винта, капсула снабжена насадкой конической формы, установленной на входе внутренней сквозной полости, обмотка статора электрического генератора подключена к выпрямителю, кабель-трос механически закреплен с одной стороны к капсуле, а с другой - к барабану, который размещен в негерметичном отсеке подводного аппарата и снабжен электромеханическим приводом, электрически кабель-трос с одной стороны подключен к выпрямителю, размещенному в капсуле, а с другой - подключен через герметичный ввод к входу зарядного устройства, выход которого подключен к аккумуляторной батареи, которая вместе с зарядным устройством размещена в герметичном отсеке подводного аппарата.An underwater vehicle power supply system, comprising an electric generator, a cable cable, a storage battery, wherein the cable cable is mechanically and electrically connected to the electric generator and the underwater vehicle, characterized in that a capsule, a drum, a rectifier and a charger are additionally introduced into the system, while the capsule is made with sealed cavities and an internal through cavity in which an electric generator is installed with a winding placed on the stator and permanent magnets placed on the outer surface of the rotor, and propeller blades are fixed to the inner surface of the rotor and to the rotor hub, the capsule is equipped with a conical nozzle mounted at the inlet of the internal through cavity, the stator winding of the electric generator is connected to the rectifier, the cable-rope is mechanically fixed on one side to the capsule, and on the other - to the drum, which is located in the unpressurized compartment of the underwater vehicle and is equipped with an electromechanical drive, electric On the one hand, the cable-cable is connected to the rectifier located in the capsule, and on the other hand, it is connected through a sealed input to the input of the charger, the output of which is connected to the storage battery, which, together with the charger, is placed in the sealed compartment of the underwater vehicle.
EA202191110A 2020-12-28 2021-05-21 Underwater vehicle power supply system EA039882B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020144021A RU2750396C1 (en) 2020-12-28 2020-12-28 Underwater vehicle power supply system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA202191110A1 EA202191110A1 (en) 2022-03-21
EA039882B1 true EA039882B1 (en) 2022-03-23

Family

ID=76755797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA202191110A EA039882B1 (en) 2020-12-28 2021-05-21 Underwater vehicle power supply system

Country Status (2)

Country Link
EA (1) EA039882B1 (en)
RU (1) RU2750396C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2325549C1 (en) * 2006-09-14 2008-05-27 Иван Давыдович Востропятов Hydraulic unit
CN106150844A (en) * 2016-08-30 2016-11-23 苏跃进 A kind of water power calculation system and water energy conversion equipment thereof
EA032002B1 (en) * 2011-09-20 2019-03-29 Фредерик Д. Фергюсон Water turbine and electric energy generation method using the water turbine
RU2724197C1 (en) * 2019-12-25 2020-06-22 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Method for power supply of underwater vehicle and device for its implementation

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4571192A (en) * 1983-11-09 1986-02-18 Allied Corporation Self propelled spherical vehicle
RU2058644C1 (en) * 1994-01-12 1996-04-20 Дальневосточный государственный технический университет Surface-ship-to-submerged-apparatus power supply unit
WO1997049159A2 (en) * 1996-06-21 1997-12-24 Philips Electronics N.V. Power supply system for an apparatus with rechargeable batteries, and power supply unit and apparatus for such a power supply system
RU2389638C2 (en) * 2006-03-24 2010-05-20 Федеральное государственное учреждение "24 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны РФ" Device to maintain and repair submerged communication cable main lines
RU119905U1 (en) * 2012-04-27 2012-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) ELECTRICITY SUPPLY SYSTEM OF THE UNDERWATER TELEPHONE APPLIANCE FROM THE BOAT SHIP (OPTIONS)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2325549C1 (en) * 2006-09-14 2008-05-27 Иван Давыдович Востропятов Hydraulic unit
EA032002B1 (en) * 2011-09-20 2019-03-29 Фредерик Д. Фергюсон Water turbine and electric energy generation method using the water turbine
CN106150844A (en) * 2016-08-30 2016-11-23 苏跃进 A kind of water power calculation system and water energy conversion equipment thereof
RU2724197C1 (en) * 2019-12-25 2020-06-22 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Method for power supply of underwater vehicle and device for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
EA202191110A1 (en) 2022-03-21
RU2750396C1 (en) 2021-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7425772B2 (en) Electric power generating system using ring-shaped generators
US4110630A (en) Wave powered electric generator
US20060273594A1 (en) Ocean wave generation
US20030218338A1 (en) Apparatus and method for extracting maximum power from flowing water
CN102498288A (en) Water power generators
KR20140063847A (en) Systems and methods for improved water rotors
US20100295313A1 (en) Run-of-river hydroelectric power generation apparatus
US20170175699A1 (en) Systems and Methods for Transportation and Maintenance of a Water Current Power Generation System
MX2013005353A (en) Turbine system and method.
EA021599B1 (en) Power consolidation, distribution and transmission facility for a water current power generation system
US11371481B2 (en) Hydrokinetic energy device
Driscol et al. A scoping study to determine the location-specific wec threshold size for wave-powered auv recharging
AU2013204537B2 (en) Electricity generating appparatus
RU2750396C1 (en) Underwater vehicle power supply system
RU2724197C1 (en) Method for power supply of underwater vehicle and device for its implementation
KR102087997B1 (en) Floating type power generation device
RU2629474C1 (en) Submarine vessel propulsor
US8922045B2 (en) Electrical power generating system using a water wheel
WO2023097410A1 (en) Mobile underwater power generation system of ocean vessel
RU2775329C9 (en) Device for energy supply of an underwater energy storage facility
US20220325688A1 (en) Hydrokinetic energy device
CN116201673A (en) Ocean vessel movable type underwater power generation system
RU2775329C1 (en) Device for energy supply of an underwater energy storage facility
CN108757296A (en) A kind of round-the-clock non-maintaining ocean energy battery
CN220452089U (en) Mooring type power generation system based on vortex-enhanced current-induced vibration cluster