RU139434U1

RU139434U1 - WAVE ELECTRIC GENERATOR

Info

Publication number: RU139434U1
Application number: RU2013128703/06U
Authority: RU
Inventors: Алексей Викторович Елисеев
Original assignee: Алексей Викторович Елисеев; Батаков Антон Викторович
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2014-04-20

Abstract

1. Волновая электрогенерирующая установка, содержащая вертикально расположенный цилиндрический корпус с размещенными в нем механическим преобразователем энергии морских волн, включающим пружину с грузилом, винтовую пару, муфты, переходник, паразитную шестерню, генератор, отличающаяся тем, что она содержит мультипликатор, передающий вращение генератору от винтовой пары через муфты и переходник, при этом муфты выполнены шестеренчатыми обгонными.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что цилиндрический корпус содержит два блока, разделенные перегородкой: разгонный, включающий винтовую пару, пружину и грузило, и генерирующий, включающий шестеренчатые обгонные муфты, переходник, паразитную шестерню, мультипликатор и генератор.1. Wave power generating installation containing a vertically located cylindrical body with a mechanical converter of sea waves placed in it, including a spring with a sinker, a helical pair, couplings, an adapter, a parasitic gear, a generator, characterized in that it contains a multiplier that transmits rotation to the generator from screw pair through couplings and an adapter, while the couplings are made by gear overrunning. 2. The installation according to claim 1, characterized in that the cylindrical body contains two blocks, separated by a partition: an accelerating one, including a helical pair, a spring and a sinker, and a generating one, which includes gear overrunning clutches, an adapter, a parasitic gear, a multiplier and a generator.

Description

Полезная модель относится к гидроэнергетике, в частности к электрогенераторным установкам (ВЭГУ), использующих энергию волн.The utility model relates to hydropower, in particular to power generating units (WEGU) using wave energy.

Волновая электрогенераторная установка предназначена для генерирования электрической энергии, извлекаемой из колеблющихся морских волн путем преобразования энергии волны в кинетическую, которая в свою очередь обеспечивает выработку электрической энергии. Предлагаемая установка экологически безопасна..The wave generator set is designed to generate electrical energy extracted from oscillating sea waves by converting wave energy into kinetic, which in turn provides the generation of electrical energy. The proposed installation is environmentally friendly ..

Известна поплавковая волновая электростанция (патент RU №2037624 МПК⁶ F03B 13/16, публ. 19.06.1995 г.), содержащая корпус, механический преобразователь, генератор.Known float wave power plant (patent RU No. 2037624 IPC ⁶ F03B 13/16, publ. 06/19/1995), containing a housing, mechanical converter, generator.

Недостатком данной поплавковой волновой электростанции является прерывистое преобразование энергии волн в электрическую в верхней и нижней точках нахождения поплавка, то есть когда цилиндрический корпус находится в этих точках, т.е. задерживается там на некоторое время, не происходит передачи колебательного движения, и, следовательно, в эти моменты время не происходит выработка электроэнергии.The disadvantage of this float wave power plant is the intermittent conversion of wave energy into electrical energy at the upper and lower points of the float, that is, when the cylindrical body is at these points, i.e. it is delayed there for a while, there is no transmission of oscillatory motion, and, therefore, at these moments time does not generate electricity.

Кроме того, высокая стоимость воплощения технического решения в промышленное производство, что связано с проектированием линейного генератора и использования несерийных компонентов в конструкции.In addition, the high cost of translating a technical solution into industrial production, which is associated with the design of a linear generator and the use of non-serial components in the design.

Еще одним недостатком такого решения является сложность конструкции, т.к. она перегружена различными приборами и агрегатами, например динамическими инерционными накопителями энергии, приводом двухстороннего действия.Another disadvantage of this solution is the complexity of the design, because it is overloaded with various devices and assemblies, for example, dynamic inertial energy storage devices, a double-acting drive.

Наиболее близким техническим решением. выбранным в качестве прототипа, является поплавковая волновая электростанция (RU 2016227, МПК F03B 13/20, опубл. 15.07.1993), содержащая вертикально расположенный цилиндрический корпус, механический преобразователь, включающий инерционный маятник с пружинной подвеской, установленный с возможностью вертикального возвратно-поступательного движения и кинематически связанный с электрогенератором, при этом корпус выполнен в виде герметичной капсулы цилиндрической формы, верхняя и нижняя часть которой ограничены полусферами, причем на внутренней поверхности цилиндрической части выполнены направляющие для движения маятника, кинематическая связь с электрогенератором выполнена в виде шариковинтовой передачи с редуктором, при этом в нижней части капсулы установлен динамический инерционный накопитель энергии с электромеханическим приводом двустороннего действия, соединенным с шариковинтовой передачей, редуктором-коммутатором и вспомогательным редуктором, выходной вал которого соединен с электрогенератором.The closest technical solution. selected as a prototype, is a float wave power plant (RU 2016227, IPC F03B 13/20, publ. 07/15/1993), containing a vertically arranged cylindrical body, a mechanical transducer, including an inertial pendulum with a spring suspension, mounted with the possibility of vertical reciprocating motion and kinematically connected with the electric generator, while the housing is made in the form of a sealed cylindrical capsule, the upper and lower parts of which are bounded by hemispheres, moreover, on the inner surface In particular, the guides for the movement of the pendulum are made, the kinematic connection with the electric generator is made in the form of a ball screw with a reducer, while in the lower part of the capsule there is a dynamic inertial energy storage device with a double-acting electromechanical drive connected to the ball screw, a commutator gearbox and an auxiliary gearbox, whose output shaft is connected to an electric generator.

При этом она снабжена:Moreover, it is equipped with:

- установленным в капсуле параметрическим осциллятором, соединенным с маятником посредством тяги и кривошипно-шатунного механизма;- a parametric oscillator installed in the capsule, connected to the pendulum by means of traction and a crank mechanism;

- инерционным динамическим накопителем энергии;- inertial dynamic energy storage;

- размещенными на верхней части капсулы дефлектором с флюгаркой и внутри капсулы тягой дефлектора с механизмом перемещения, причем последний соединен посредством рычага с редуктором;- placed on the upper part of the capsule by a deflector with a fly-gun and inside the capsule by a draft of the deflector with a movement mechanism, the latter being connected via a lever to the gearbox;

- закрепленными на наружной поверхности нижней части капсулы двумя жесткими вертикальными взаимно перпендикулярными плоскими панелями.- fixed on the outer surface of the lower part of the capsule with two rigid vertical mutually perpendicular flat panels.

Недостатками указанного технического решения являются следующие:The disadvantages of this technical solution are the following:

Низкий коэффициент полезного действия (кпд), обусловленный сложностью конструкции, т.к. она перегружена различными приборами и агрегатами, например, инерционным динамическим накопителем, параметрическим осциллятором, кривошипно-шатунным механизмом, дефлектором с флюгаркой и тягой его, стабилизатором вертикальной и азимутальной устойчивости и, как следствие, значительная часть кинетической энергии, полученной от волны, затрачивается на приведение в действие этих составляющих и малая часть передается генератору, следовательно снижается выработка электрической энергии. Кроме того, сложностью конструкции обусловлены высокая стоимость и большие затраты на обслуживание.Low coefficient of performance (efficiency), due to the complexity of the design, because it is overloaded with various devices and assemblies, for example, an inertial dynamic storage device, a parametric oscillator, a crank mechanism, a deflector with a fly lamp and its traction, a stabilizer of vertical and azimuthal stability, and, as a result, a significant part of the kinetic energy received from the wave is expended in bringing the action of these components and a small part is transferred to the generator, therefore, the generation of electrical energy is reduced. In addition, the complexity of the design is due to the high cost and high maintenance costs.

Техническая задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в разработке такой поплавковой электрогенераторной установки, которая позволит больший процент энергии волн использовать для превращения в электрическую энергию, а также снизить стоимость изготовления установки за счет упрощения конструкции и, как следствие, снижение затрат на воплощение технического решения в конкретное устройство.The technical problem to which the proposed utility model is directed is to develop such a float-generating unit that will allow a larger percentage of wave energy to be used to turn into electrical energy, as well as reduce the cost of manufacturing the unit by simplifying the design and, as a result, reducing costs the embodiment of a technical solution in a specific device.

Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении коэффициента полезного действия, а также упрощении конструкции и снижении затрат на ее изготовление.The technical result of the proposed solution is to increase the efficiency, as well as simplifying the design and reducing the cost of its manufacture.

Для достижения заданного технического результата волновая электрогенерирующая установка, содержащая вертикально расположенный цилиндрический корпус, с размещенными в нем механическим преобразователем энергии морских волн, включающим пружину с грузилом, винтовую пару, муфты, переходник, паразитную шестерню, генератор, согласно полезной модели, она содержит мультипликатор, передающий вращение генератору от винтовой пары через муфты и переходник, при этом муфты выполнены шестеренчатыми обгонными.To achieve the desired technical result, a wave power generating installation containing a vertically arranged cylindrical body, with a mechanical sea-wave energy transducer placed therein, including a spring with a sinker, a screw pair, couplings, an adapter, a spurious gear, a generator, according to a utility model, it contains a multiplier, transmitting rotation to the generator from a screw pair through couplings and an adapter, while the couplings are made by gear overtaking.

Кроме того, цилиндрический корпус содержит два блока, разделенные перегородкой: разгонный, включающий винтовую пару, пружину и грузило, и генерирующий, включающий шестеренчатые обгонные муфты, переходник, паразитную шестерню, мультипликатор и генератор.In addition, the cylindrical housing contains two blocks separated by a partition: an accelerating one, including a screw pair, a spring and a sinker, and a generating one, including gear overrunning clutches, an adapter, a spurious gear, a multiplier and a generator.

Предлагаемая волновая электрогенераторная установка (ВЭГУ) поясняется рисунками:The proposed wave generator set (VEGU) is illustrated by the drawings:

на фиг.1 изображен общий вид установки;figure 1 shows a General view of the installation;

на фиг.2 - принципиальная схема установки;figure 2 - schematic diagram of the installation;

на фиг.3 - принципиальная схема по использованию электроэнергии.figure 3 is a schematic diagram of the use of electricity.

ВЭГУ содержит корпус (фиг.1), выполненный в виде цилиндра, герметически заглушенного с концов заглушками. Корпус в воде имеет вертикальное расположение, при этом верхняя часть корпуса находится над волной. Корпус внутри разделен на два блока: разгонный и генерирующий, при этом блоки разделены перегородкой 10 с отверстием посредине, которая обеспечивает центровку винтовой паре 1 в разгонном блоке.VEGU contains a housing (figure 1), made in the form of a cylinder, hermetically sealed at the ends with plugs. The body in the water has a vertical arrangement, while the upper part of the body is above the wave. The housing inside is divided into two blocks: overclocking and generating, while the blocks are separated by a partition 10 with a hole in the middle, which provides alignment of the screw pair 1 in the overclocking unit.

В разгонном блоке расположена винтовая пара 1 с пружиной 2 и грузилом 3.In the booster block there is a screw pair 1 with a spring 2 and a sinker 3.

Генерирующий блок содержит шестеренчатую обгонную муфту 4, соединенную через переходник 5 с шестеренчатой обгонной муфтой 6, которая связана с мультипликатором 9, имеющим выход на генератор 11, шестеренчатую обгонную муфту 8 и паразитную шестерню 7.The generating unit comprises a gear overrunning clutch 4 connected through an adapter 5 to a gear overrunning clutch 6, which is connected to a multiplier 9 having an output to the generator 11, a gear overrunning clutch 8 and a spurious gear 7.

Работает предлагаемая установка следующим образом.The proposed installation works as follows.

Весь разгонный блок выполнен по принципу маятника и повторяет частоту колебаний волны. Внутри блока расположена вертикальная винтовая пара 1, закрепленная упорными подшипниками (на рис. не показаны), что обеспечивает ее вращение вокруг своей оси. На винте винтовой пары 1 выполнены «ручьи» (на рисунке не показаны), по которым сверху вниз и обратно передвигаются подшипники, находящиеся внутри грузила 3. Пружина 2 обеспечивает эффект маятника.The entire booster block is made according to the principle of a pendulum and repeats the frequency of oscillations of the wave. Inside the block there is a vertical screw pair 1, fixed by thrust bearings (not shown in the figure), which ensures its rotation around its axis. “Screws” are made on the screw of screw pair 1 (not shown in the figure) along which the bearings inside the sinker 3 move up and down. Spring 2 provides the effect of a pendulum.

При опускании грузила 3 в нижнее положение винт винтовой пары 1 приводится во вращение по направлению часовой стрелки, соответственно при подъеме грузила 3 винт вращается в обратную сторону. Винтовая пара 1 соединена с шестеренчатой обгонной муфтой 4, которая передает вращение на переходник 5, который в свою очередь передает вращение в том же направлении на шестеренчатую обгонную муфту 6 и далее на мультипликатор 9. При движении грузила 3 винтовой пары 1 в верхнее исходное положение винтовая пара 1 изменяет свое вращение на противоположное, т.е. начинает вращаться в обратную сторону. При этом переходник 5 работает вхолостую. Вращение передается через шестеренчатую обгонную муфту 4 на шестеренчатую обгонную муфту 8 и паразитную шестерню 7, которая в свою очередь передает вращение на шестеренчатую обгонную муфту 6 также в направлении вращения часовой стрелки.When lowering the sinker 3 to the lower position, the screw of the screw pair 1 is rotated clockwise, respectively, when lifting the sinker 3, the screw rotates in the opposite direction. The screw pair 1 is connected to the gear overrunning clutch 4, which transfers the rotation to the adapter 5, which in turn transfers the rotation in the same direction to the gear overrunning clutch 6 and further to the multiplier 9. When the sinker 3 of the screw pair 1 is moved to the upper initial position, the screw pair 1 changes its rotation to the opposite, i.e. begins to rotate in the opposite direction. In this case, the adapter 5 is idling. Rotation is transmitted through gear overrunning clutch 4 to gear overrunning clutch 8 and spurious gear 7, which in turn transmits rotation to gear overrunning clutch 6 also in the clockwise direction of rotation.

Таким образом, возвратно-поступательные движения преобразуются во вращательные. Такой цикл происходит постоянно во время образования волны. Морская волна не постоянна, но используемый ресурс возобновляемый, что делает энергию максимально дешевой.Thus, the reciprocating motion is converted into rotational. Such a cycle occurs continuously during wave formation. The sea wave is not constant, but the resource used is renewable, which makes energy as cheap as possible.

Комплекс шестеренчатых обгонных муфт и паразитной шестерни позволяет обеспечить вращение шестеренчатой обгонной муфты 6 в одну сторону независимо, как вращается винт. Более того позволяет обеспечить постоянное вращение разгонного блока независимо от того, где расположено в данный момент грузило. Вращение от шестеренчатой обгонной муфты 6 передается непосредственно на мультипликатор 9, который обеспечивает повышение числа оборотов в минуту и передает это вращение генератору, вырабатывающему электрическую энергию, что также позволяет повысить выработку электроэнергии за единицу времени, и, следовательно, повысить кпд установки.The complex of gear overrunning clutches and spurious gear allows one-way rotation of the gear overrunning clutch 6 in one direction independently of how the screw rotates. Moreover, it allows for constant rotation of the booster block, regardless of where the sinker is currently located. The rotation from the gear overrunning clutch 6 is transmitted directly to the multiplier 9, which provides an increase in the number of revolutions per minute and transfers this rotation to the generator that generates electric energy, which also allows to increase the generation of electricity per unit time, and, therefore, increase the efficiency of the installation.

При данной компоновки ВЭГУ при высоте порядка 2 м и периоде набегающей волны Т=6-10 с обеспечивается вращение ротора генератора со скоростью порядка 800 об/мин., что является достаточным для производства электроэнергии.With this arrangement of the VEGU at a height of about 2 m and a period of incident wave T = 6-10 s, the rotation of the generator rotor with a speed of about 800 rpm is ensured, which is sufficient for the production of electricity.

В сравнении с прототипом, предлагаемая установка имеет более высокий кпд, так, например, в установке по прототипу при диаметре поплавка 300 мм выработка электроэнергии составляет 0.2 кВт/ч, в предлагаемой установке при диаметре 3250 мм - 3.00 кВт/ч. Указанный результат достигается прежде всего за счет сокращения количества составляющих кинематическую схему, которыми она загромождена в прототипе, а также путем беспрерывного преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, независимо от места нахождения грузила.Compared with the prototype, the proposed installation has a higher efficiency, so, for example, in the installation of the prototype with a diameter of a float of 300 mm, the power generation is 0.2 kW / h, in the proposed installation with a diameter of 3250 mm - 3.00 kW / h. The specified result is achieved primarily by reducing the number of components of the kinematic scheme, which it is cluttered in the prototype, as well as by continuously converting the reciprocating motion into rotational, regardless of the location of the sinker.

Чем больше составляющих содержит кинематическая схема, тем меньше кинетической энергии, полученной от волны, передается генератору, тем меньше электрической энергии он вырабатывает. Например, за период волны, равный 5-ти секундам установка по прототипу вырабатывает электроэнергии ориентировочно 0.5 кВт/ч, а предлагаемая установка при таких же условиях вырабатывает около 1.5 кВт/ч.The more components the kinematic circuit contains, the less kinetic energy received from the wave is transmitted to the generator, the less electric energy it generates. For example, for a wave period of 5 seconds, the prototype installation generates electricity of approximately 0.5 kW / h, and the proposed installation under the same conditions produces about 1.5 kW / h.

Кроме того, при одинаковых размерах корпуса поплавка, в предлагаемую установку можно разместить более мощный генератор, нежели в установку по прототипу, т.к. последняя содержит много ненужных компонентов.In addition, with the same dimensions of the float body, a more powerful generator can be placed in the proposed installation than in the prototype installation, because the latter contains many unnecessary components.

Положительной составляющей предлагаемого решения является то, что от мультипликатора до потребителя используются одни и те же комплектующие и агрегаты, используемые в ветряных электростанциях (фиг.3), что значительно упрощает конструкцию, снижая тем самым затраты на ее изготовление.A positive component of the proposed solution is that from the multiplier to the consumer the same components and assemblies used in wind power plants are used (Fig. 3), which greatly simplifies the design, thereby reducing the cost of its manufacture.

Предлагаемая схема включает генератор 11, контроллер 12, переключатель 13, предохранитель 14, аккумуляторы 15, инвертор 16, резервное включение 17, счетчик 18. Переменный ток, вырабатываемый генератором 11, проходя через контроллеры 12, выпрямляется и заряжает аккумуляторы 15. И в то же время, инвертор 16 преобразует постоянный ток в ток промышленной частоты, который обеспечивает потребителей. При отсутствии выработки электроэнергии генератором, потребитель может быть переключен на стандартную электросеть.The proposed circuit includes a generator 11, a controller 12, a switch 13, a fuse 14, batteries 15, an inverter 16, a backup 17, a counter 18. The alternating current generated by the generator 11, passing through the controllers 12, is rectified and charges the batteries 15. And at the same time time, the inverter 16 converts direct current into industrial frequency current, which provides consumers. In the absence of electricity generation by the generator, the consumer can be switched to a standard power grid.

Данная принципиальная схема показывает, что можно получить волновую электрогенерирующую установку «совместимую» с модельным рядом ветряных электростанций любой производительностью. Соответственно это позволяет выпускать ВЭГУ от 0.2 кВт до многомодульных электростанций сходных в проектировании с ветряными станциями, но более дешевых, поскольку не требуется вложений денежных средств, в строительство и монтаж.This schematic diagram shows that it is possible to obtain a wave-generating power plant “compatible” with a model range of wind power plants of any capacity. Accordingly, this allows the production of VEGU from 0.2 kW to multi-module power plants similar in design to wind stations, but cheaper, since no investment is required in construction and installation.

Маломощные ВЭГУ могут использоваться для снабжения электроэнергией как частный дом, расположенный на побережье вдали от коммуникаций, также небольшие поселения.Low-power VEGU can be used to supply electricity as a private house located on the coast away from communications, as well as small settlements.

ВЭГУ могут найти себе применение на судах, буях или давать электроэнергию маякам.VEGU can be used on ships, buoys or give electricity to lighthouses.

Мощные ВЭГУ могут создать, целую волновую электростанцию способную давать электроэнергию в общую сеть, при этом не нанося ущерба экологии данного региона.Powerful VEGUs can create a whole wave power plant capable of supplying electricity to a common network, without harming the ecology of this region.

Предлагаемая полезная модель соответствует критерию «новизна», т.к. из уровня техники не выявлены технические решения с предлагаемой совокупностью признаков, и критерию «промышленная применимость», т.к. авторами изготовлен и прошел опытную проверку опытный образец с положительным результатом.The proposed utility model meets the criterion of "novelty," because the prior art did not identify technical solutions with the proposed set of features, and the criterion of "industrial applicability", because the authors made and passed a pilot test a prototype with a positive result.

Claims

1. A wave power generating installation comprising a vertically arranged cylindrical body with a mechanical sea-wave energy transducer placed therein, including a spring with a sinker, a helical pair, couplings, an adapter, a parasitic gear, a generator, characterized in that it contains a multiplier transmitting rotation to the generator from a screw pair through the couplings and the adapter, while the couplings are made of gear overtaking.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the cylindrical body contains two blocks separated by a partition: an accelerating one, comprising a screw pair, a spring and a sinker, and a generating one, including gear overrunning clutches, an adapter, a parasite gear, a multiplier and a generator.