RO132269B1 - Instalaţie piezo pentru captarea energiei valurilor - Google Patents

Description

Invenția se aplică domeniului energiilor convenționale obținute din surse neconvenționale cum sunt valurile marine, oceanice lacustre și se referă la o instalație piezoelectrică pentru captarea potențialului energetic al valurilor obișnuite cât și al celor deferlate, sparte la țărm, faleză, dig, chei, ponton.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția este construirea unei instalații fiabile și cu cost redus care să capteze cât mai mult din energia disipată a valurilor, a forței lor ascensionale, a presiunii suprafeței apei cât și a izbiturii apei, o componentă a loviturii de berbec, și să o concentreze în energie convențională, de exemplu în curent electric, cât mai direct prin folosirea unor dispozitive piezoelectrice poziționate pe țărm și care sunt supuse la compresiune cu niște greutăți legate de niște pârghii articulate de care sunt atașate la celelalte capete niște flotoare performante configurației țărmului stâncos în general, care preiau efectele principale ale valurilor obișnuite cât și a celor deferlate la țărm.

Există un suumum de centrale pe valuri din care se descriu cele mai reprezentative.

Se cunoaște instalația de valorificare a energiei valurilor care constă dintr-un fel de cheson format din două compartimente complet deschise în partea de jos. În partea de sus a chesonului complet ermetizată, prevăzute cu fante de evacuare a aerului se află montată turbina generatorului de electricitate. Când valul urcă în această cutie deschisă el comprimă aerul, situat între apă și vârful dispozitivului. Aerul comprimat pune în mișcare turbina electrogenă a rotorului. Când valul coboară se aspiră din nou aer din exterior, care umple compartimentele acestei uriașe cutii acționând în continuare turbina și ciclul se repetă cu dezavantajul insensibilității la valuri mai mici de 20 cm datorită gigantismului construcției care necesită odgoane de ancorare printre cabluri electrice care se pot încurca unele cu altele în timpul hulei marine, incomodând și navigația costieră.

Se mai cunosc „rațele lui Stephen Salter care consta dintr-un cheson flotant de formă specială care oscilează în jurul unui ax rigid pe care se află înșirate mai multe chesoane. Întreaga instalație se află plasată paralel cu hula marină și fiecare val, când se ridică pune în mișcare oscilantă chesonul flotant care la rândul său antrenează o pompă hidraulică rotativă. În continuare pompa antrenează turbina electrogeneratoare cu dezavantajul complexității constructive care îi scade fiabilitatea, randament legat de masivitatea construcției, probleme de ancorare pe timp de maree, ocuparea apelor litorale.

Se cunoaște deasemeni „Plutele lui Cockerell care este o construcție compusă dintr-o serie de plăci articulate una în raport cu cealaltă. Plasată perpendicular pe val ea preia mișcarea provocată de hulă antrenând pompele hidraulice aflate în încheieturile dintre două plăci punând în mișcare turbine cu electrogenerator cu dezavantajul ancorării instabile, dacă se lasă cablurile de ancorare mai lungi ca să preia și valurile mareei, scade randamentul instalației, deoarece valurile în loc să ridice plutele le deplasează până la întinderea cablurilor, iar dacă sunt mai scurte, cablurile, plutele sunt acoperite de maree. Este inoportună situația cablurilor electrice în apă, necesită construcții speciale cum sunt cablurile submarine transoceanice.

De asemenea, în stadiul tehnicii, este cunoscută o centrală electrică (RU 2074328 C1) alcătuită dintr-un suport 1 cu un piezo-generator 2 fixat de el, suportul fiind plasat pe țărm, fiind așezat pe o platformă. Piezo-generatorul este acționat de o placă de presiune 7, situată deasupra acestuia, care este acționată la rândul ei de către o pârghie 5 prinsă cu o balama 4 de un stâlp 3 fixat de suportul 1. Celalalt capăt al pârghiei este legat de un flotor 6. La apropierea valului, flotorul 6 se ridică și forța este exercitată asupra brațului mai mare al pârghiei 5. Pârghia se rotește pe balamaua 4, iar placa de presiune 7 acționează asupra generatorului piezo-electric 2, la ale cărui borne de ieșire apar forțe electromotoare. După trecerea valului, flotorul 6 este coborât sub propria greutate și placa de presiune 7 este 1 ridicată, eliberând presiunea de la piezo-generatorul 2. Piezo-generatorul este alcătuit din N secțiuni separate prin distanțiere dielectrice, fiecare secțiune având o peliculă piezo 3 plasată între substraturile superioare și inferioare.

Se mai cunoaște un generator de energie (WO 9914489 A1) acționat de forța undelor 5 provocate de valurile mării. Valurile mării mișcă un plutitor vertical în sus și în jos. Această mișcare este transferată și convertită în energie de rotație de-a lungul unei axe orizontale. 7

Plutitorul, o sferă de plastic goală umplută cu balast, plutește pe jumătate imersat, mișcă grinda metalică verticală a cărei lungime care poate fi mărită sau micșorată pentru a face față 9 schimbărilor de maree. Grinda, atașată de capetele unei pârghii metalice biparalele, transferă mișcarea verticală la celălalt capăt, ferăstrăul cu mișcarea verticală (datorită 11 pârghiei biparalele) a două lanțuri, care rotesc două roți dințate, fiecare pe latura lor diametral opusă, astfel încât la fiecare mișcare un angrenaj produce acțiune atunci când 13 cealaltă roată dințată se mișcă liber. Roțile dințate rotesc arborele orizontal care este montat pe ele, iar arborele orizontal dă mișcare generatorului. Astfel, fiecare mișcare a plutitorului, 15 fie în sus sau în jos, mică sau mare, rotește arborele. Acest dispozitiv, de la plutitor la generator, formează o unitate. Multe unități în paralel acționează pe același arbore, care 17 activează generatorul. Flotatoarele sunt restricționate în interiorul cuștilor metalice sau în interiorul adâncituri construite în piloni. 19

Se mai cunoaște o instalație de captare a energie a valurilor (GB 2091815 A1), care constă într-o linie de generatoare dispusă aproximativ paralel cu țărmul, amplasată pe apă, 21 în special pe mare, care are niște părți mobile acționate de valuri și care provoacă o mișcare relativă între ele. În fiecare generator, echipamentul de conversie a energiei undelor, 23 transmise la o paletă cu jaluzele, având niște grinzi înclinate pe verticală, constă într-o pereche de dispozitive piezo-electrice utilizate ca niște traductoare pentru a converti energia 25 undelor în energie electrică. Energia electrică derivată din dispozitivele piezo-electrice poate fi transmisă prin cablu către țărm. 27

Mai există instalații pe principiul „pistonului lichid și au la bază vehicularea aerului comprimat de nivelul variabil al apei într-o cameră de presiune printr-un sistem de conducte 29 și supape către o turbină de aer cuplată la un generator electric cu dezavantajul randamentului scăzut datorită multiplelor elemente intermediare, piston, camere, conducte, 31 supape, turbine etc. până la obținerea curentului electric.

Se cunoaște sistemul de captare a energiei valurilor cu plutitor și tambur cu cablu de 33 tracțiune înfășurat ancorat de fundul apei, de asemeni cu o pompă care transformă presiunea aerului în energie electrică rotind un generator cu dezavantajele: nu opune rezistență 35 pe direcția valurilor, răsucindu-se în loc atenuează forța valurilor, randament scăzut, risc de răsturnare la hula marină, pericol de încurcare a cablurilor de ancorare cu cele electrice. 37

Alt sistem constă dintr-o geamandură oscilantă care funcționează pe principiul Masuda - Ryokuseisha brevet Anglia și S.U.A. ce are la bază variația unui volum de aer 39 delimitat de instalație și suprafața apei.

Datorită oscilațiilor provocate de valuri, aerul pulsează prin turbina care antrenează 41 generatorul. Pentru un sens de deplasare a instalației, aerul trece direct prin turbină iar pentru sensul contrar acesta este condus prin clapete și supape, cu dezavantajul cablurilor 43 electrice care se pot rupe după un număr mare de flexări.

Instalația piezo de captare a energiei valurilor, conform invenției, înlatură dezavan- 45 tajele menționate prin aceea că pentru obținerea energiei electrice în mod cât mai direct, folosește niște flotoare care se aseamănă cu configurația țărmului de care se izbesc valurile 47 utilizând efectele principale ale valurilor, forța ascensională, presiunea suprafeței apei și izbitura apei, ca o componentă a loviturii de berbec când apa lovește un corp solid, impulsuri ce se transmit prin niște pârghii articulate pe niște reazeme autoreglabile vertical la niște greutăți de masă m care supun la compresiune niște dispozitive cu dielectrici cristalini legați în paralel declanșând fenomenul piezoelectric a căror tensiuni de la borne se aplică unor amplificatoare cu impedanță mare apoi unor acumulatori de curent electric.

Se redă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură cu fig. 1...4, care reprezintă:

- fig. 1, vedere de ansamblu a unei unități de instalație cu secțiuni parțiale;

- fig. 2, secțiune verticală și laterală a mecanismului de reglare: tambur, ambreiaj, roata de clichet, etc.;

- fig. 3, vedere verticală și de sus a camei spațiale tip furcă;

- fig. 4, vedere parțială laterală a instalației.

O unitate de instalație piezo pentru captarea energiei valurilor este constituită din flotorul 1, preformat aproximativ după configurația convexă a țărmului stâncos și nu numai, fixat prin șuruburile 2 și talpa 3 de bara 4 articulată cilindric prin bolțul 5 și poziționată prin platbanda 6 cu găuri lungi cu șuruburile 7 cu umăr de brațul forței, considerând-o de gradul I, pârghia 8 despicată în dreptul lanțului 9 și articulată cilindric prin furca 10 de reazemul 11 al barei rectangulare 11' de care este asamblat, prin șurubul 12 și piulița 13, lanțul 9 transportor cu eclise și role tip Galle care ridică și coboară pentru reglare mecanică prin roțile 14 libere și bolțul 15, susținute de stâlpii 16 fixați prin șuruburile 17 și tălpile 18 de sol și roata conducătoare 19 corp comun cu tamburul 20 ce prezintă alăturat și canale a pentru cablul 21 de tracțiune legat prin cârligul 22 de blocul de masă m₁ pe roțile de rulare 23 pe planul înclinat b pe care este așezat pe covorul 24 izolator electric.

Dispozitivul piezoelectric 25 este compus din mai multe straturi de plăci 26 de dielectrici cristalini, legate electric în paralel, un tambur 20 de vinci, asamblat prin pana 27 longitudinală, fixat cu șurubul cu guler 28 de arborele 29 cu fusul 30 în rulmentul radial-axial 31 cu bile, poziționat prin ajustaj cu strângere mică în carcasa 32 cu picior, fixat pe suportul 33. Tamburul 20 este asamblat prin șuruburile 34 și bucșele 35 distanțiere, circumscrise de inelul 36 de etanșare pe roata de clichet 37 cu rolele 38 și de inelul exterior 39 al cuplajului de mers în gol 40 cu lagăr propriu prin rolele 38, poziționate cu inelele de siguranță 41 pe inelul inferior 42 al cuplajului de mers în gol 40 asamblat prin rulmentul radial 43 de arborele tubular 44, inel inferior 42 de care este fixat discul de fricțiune 45, care împreună cu celălalt disc 46 de frecare de pe flanșa 47 apasă pe pârghiile cu cot 48, articulate prin bolțurile 49, formând cuplajul intermitent cu comandă mecanică, a cărui acționare se face prin deplasarea inelului balador 50 cu umeri între care intră furca camă 51 spațială. Inelul balador 50 este poziționat înspre capacul 52, cu manșetele de pâslă 53, cu arcul elicoidal 54 rezemat de umărul arborelui tubular 44, fixat prin șuruburile 55 de suportul batiu 33, bara rectangulară 11' suport al reazemului 11 de care este fixată prin șuruburile 56 talpa 57 și consola 58 prin articulație cilindrică urechea 59 a furcii camă 51 spațială pentru comanda mecanică a ambreiajului.

Mai jos, pe bara rectangulară 11', se află perechea de roți de ghidare 60 pe brida comună 61 de care este sudată tija 62 cu discul 63 despărțitor al arcurilor 64 elicoidale de compresiune, reglate tensional cu piulița 65 ce se filetează în alezajul carcasei 66, prinsă prin șuruburile 67 curbate și piulițele 68 în peretele stâncos dinainte amenajat, iar la capătul inferior al aceluiași reazem 11 tip bară se află tamponul dublu 69 de cauciuc pentru limitarea ascensiunii, implicit a pârghiei 8 pe care înspre brațul rezistent se află articulată cilindric, prin bolțul 70, tija 71 cu clichetul 72 poziționat de arcul lamelă 73. Tija 71 este ghidată în ridicare și coborâre de perechea de role 74 legate de cadru batiu 75.

Tot pe pârghia 8, la capăt se află legătura elastică pentru evitarea nedeterminării 1 formată din arcul foi 76, asamblat prin brida 77 și șuruburile 78, iar la capătul celalalt, extrem, se află para de compresiune 79 de masa m₂ fixată prin șurubul 80 de arcul foi 76. Altă 3 greutate 81 de masa m₃ se află pe brațul forței pârghiei 8 pentru contrabalansare, fiind culisabilă și indexată prin ciocul 82, legat de lamela arc 83 prin șuruburile 84. 5

După amenajarea țărmului pentru o unitate sau mai multe instalații înșirate de-a lungul țărmului se asamblează instalațiile, se fac reglajele inițiale. 7

Se stabilește poziției reazemului 11 pentru înălțimile medii ale valurilor, a flotorului 1 pentru ca forța ascensională, presiunea și izbitura apei să aibă efect substanțial. 9

Se deplasează greutatea 81 de masa m₃ de pe brațul forței pârghiei 8 până la stabilirea unui echilibru semiinstabil față de para de compresiune 79 de masa m₂ prin con- 11 trabalansare, pentru ca flotorul 1 să stea mereu pe apă în poziție asemănătoare țărmului stâncos, cu partea dorsală în apă și cu partea anterioară puțin ridicată deasupra apei ca să 13 prindă și vârfurile valurilor. Impulsul se transmite prin pârghia 8 brațului rezistent, de care este legată para 79 de masa m₂, care supune la compresiune placa 26 superioară a 15 dispozitivului piezoelectric 25 legat în paralel sau mixt cu celelalte dispozitive piezoelectrice 25', declanșându-se efectul electric la un amplificator cu impedanță sau fără, iar acestea la 17 niște acumulatori.

La apariția hulei marine uraganice sau a mareei, amplitudinea valurilor crescând 19 foarte mult, brațul rezistent al pârghiei 8 coboară mai mult încovoind arcul foi 76 implicit coboară și tija 71 cu clichetul 72, ghidată între rolele 74, acționând roata cu clichet 37, soli- 21 dară cu tamburul 20, pe care este prelucrată dantura pentru lanțul 9 Galle, antrenându-l în sus cu tot cu reazemul 11 din capătul superior al barei rectangulare 11' de care este fixat 23 lanțul 9.

De asemenea, când valul coboară arcul foi 76 își revine, se ridică și tija 71 cu 25 clichetul 72 însă roata de clichet 37 nu se rotește înapoi, datorită cuplajului unisens sau de mers în gol cu role 40, ci acționează blocând-o. Reazemul 11 al pârghiei 8 urcă mai mult 27 până când valurile obișnuite și cele deferlate, sparte nu mai izbesc partea convexă a flotorului 1 cu aceeași forță. Concomitent cu ridicarea barei rectangulare 11' a reazemului 11, 29 intră în acțiune și furca camă 51 a cărei „nas, o prelungire, era deja între umerii inelului balador 50 de acționare a ambreiajului. 31

Totodată clichetul 72 acționând roata de clichet 37 rotește același tambur 20 de care este legat și înfășurat de două^trei ori cablul de tracțiune 21 ancorat prin cârligul 22 de blocul 33 n₁ de masa m₁ de pe planul înclinat b iar prin rotițe de rulare 23 urcă rampa b poziționând dispozitivul piezoelectric 25 sub para de compresiune 79 pentru aplicarea forței de apăsare 35 un timp t.

După momentul anterior, furca camă 51 acționează, conform programului dat de 37 configurația ei spațială, prin învingerea arcului elicoidal 54 eliberând pârghiile cu cot 48 debreind ambreiajul, fenomen care se produce la încetarea hulei uraganice sau retragerea 39 mareei, situație în care punctul articulației 10' de pe reazemul 11 coboară, blocul n1 de m1 se retrage pe planul înclinat b readucând dispozitivul piezoelectric 25 în dreptul perei 79 de 41 masa m₂ de compresiune.

Depășirile de amplitudine remanente ale valurilor și a izbiturii apei, care este o 43 componentă a loviturii de berbec, sunt compensate de arcul foi 76 de pe brațul rezistent al pârghiei 8 care se înconvoaie în jos. Para 79 își păstrează aproximativ poziția de compre- 45 siune, evitând de asemeni nedeterminarea, comparativ cu un arbore dintr-o clasă medie de precizie care nu se rotește și echilibrează optim între trei puncte de sprijin, după care ciclul 47 se repetă reglându-se automat pentru valorile inițiale, pentru care a fost reglat sistemul.

Instalațiile sunt amplasate de-a lungul țărmului precum claviatura unui pian.

Instalația piezo pentru captarea energiei valurilor prezintă următoarele avantaje:

- produce curent electric, în modul cel mai direct, fără elemente intermediare: pompe, turbine, pistoane, cilindri cu aer comprimat sau cu lichid etc.;

- nu ocupă apele litorale sau de navigație;

- se poate amplasa pe orice margine de apă cu valuri: țărm stâncos, faleză, plajă, chei, dig, ponton;

- capacitate de conversie mare;

- randament substanțial;

- folosește și momentele deferlării (spargerii) naturale sau forțate ale valurilor la țărm;

- poate acționa la mici variații de nivel (25 cm) și presiune a suprafeței apei;

- poate funcționa și în timpul mareei, urcând odată cu apa;

- în dreptul lor, instalațiilor, pe țărm, se pot instala prize pentru încărcarea acumulatorilor mașinilor și automobilelor electrice;

- nu necesită cabluri de ancorare pe sub apă și cabluri electrice submersibile;

- fiabilitate bună;

- mentenanță ușoară, fiind pe uscat;

- nu poluează;

- se autoreglează pentru protecție împotriva hulei uraganice, funcționând în continuare;

- construcție ușoară, cost redus.

Claims (2)

1. Revendicări1

   1. Instalație piezo-electrică pentru captarea energiei valurilor, care folosește niște3 flotoare (1), care utilizând efectele principale ale valurilor, transmit niște impulsuri la niște pârghii (8) articulate de un reazem (11) autoreglabil vertical, la capătul cărora se află niște5 piese (79) tip pară care supun la compresiune plăcile de dielectrici cristalini, legate în paralel, ai unui dispozitiv piezoelectric (25), caracterizată printr-un mecanism alcătuit dintr-o roată 7 de clichet (37) cu rol și de inel exterior (39) al unui cuplaj de mers în gol cu role (40) cu lagăr propriu, cuplaj ce acționează contra sensului roții de clichet (37), solidară cu un tambur (20) 9 de cablu de tracțiune (21) și cu dantura (19) pentru lanț (9) Galle; un disc mobil al unui ambreiaj intermitent cu comandă mecanică, normal cuplat, ce constituie și inelul inferior (42) 11 al unui cuplaj de sens unic ce la mersul în gol permite desfășurarea cablului de tracțiune (21), înfășurat pe tamburul (20), și totodată retragerea pe un plan înclinat (b) a unui bloc de 13 masă (m^ pe care se află dispozitivul piezoelectric (25) care este adus în dreptul piesei (79) tip pară de compresiune, prin cablul de tracțiune (21) care este acționat de tamburul (20), 15 în timpul aceleași rotiri a roții de clichet (37), printr-un clichet (72) articulat pe o tijă (71) articulată la rândul ei pe pârghia (8) principală care oscilează; și prin lanțul (9) fixat de 17 reazemul (11) al articulației principale (10) aflat pe o bară cu secțiune rectangulară (11') care este ridicată și coborâtă în funcție de amplitudinea valurilor sau de înălțimea apei mareei. 19
2. 2. Instalație piezo-electrică pentru captarea energiei valurilor, conform revendicării 1, caracterizată printr-o piesă în formă de furcă (51), asamblată printr-o consolă înclinată 21 (58) de o bară cu secțiune rectangulară (11'), suport al reazemului (11), al cărei „nas este o prelungire a unui braț al furcii (51) și care se află permanent între umerii unui inel balador 23 (50) care cuplează sau debreiază un cuplaj intermitent cu comandă mecanică tip ambreiaj, care conține discul de fricțiune (45) și discul de frecare (46). 25