RU181009U1 - DEVICE FOR ELECTRIC POWER GENERATION FROM ENERGY OF FLUID - Google Patents
DEVICE FOR ELECTRIC POWER GENERATION FROM ENERGY OF FLUID Download PDFInfo
- Publication number
- RU181009U1 RU181009U1 RU2017129441U RU2017129441U RU181009U1 RU 181009 U1 RU181009 U1 RU 181009U1 RU 2017129441 U RU2017129441 U RU 2017129441U RU 2017129441 U RU2017129441 U RU 2017129441U RU 181009 U1 RU181009 U1 RU 181009U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- buoyancy
- generator
- flow rate
- fluid
- energy
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 12
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012887 quadratic function Methods 0.000 description 1
- 230000010356 wave oscillation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
- F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
- F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
- F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
- F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
- F03B13/1805—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem
- F03B13/181—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation
- F03B13/1815—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation with an up-and-down movement
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B15/00—Controlling
- F03B15/02—Controlling by varying liquid flow
- F03B15/04—Controlling by varying liquid flow of turbines
- F03B15/06—Regulating, i.e. acting automatically
- F03B15/14—Regulating, i.e. acting automatically by or of water level
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к устройствам для преобразования кинетической энергии потока текучей среды (волны) в электроэнергию. Технический результат заключается в повышении объема энергии, отбираемой у волны при ее генерации в электроэнергию. Устройство, кроме плавучести и соединенной с ней при помощи трансмиссии электрогенератора, содержит логическое устройство, сравнивающее и усилительное устройство, регулятор тока генератора, контроллер нагрузки, датчик положения плавучести, датчики скорости потока жидкости и датчик скорости потока жидкости относительно плавучести. Для получения указанного выше результата система регулирования устройства регулирует скорость плавучести или ток генератора, а, следовательно, силу сопротивления плавучести жидкостному потоку таким образом, чтобы отбираемая мощность в каждый момент времени была максимальна.Частным случаем применения предлагаемой полезной модели может быть устройства для генерации электроэнергии, использующей кинетическую энергию воды или ветра, где в качестве элемента, воспринимающего энергию текучей среды служат, соответственно, турбина или лопасти ветровика. При этом, кроме датчика скорости текучей среды (воды или ветра), используется датчик угловой скорости генератора, вал которого через трансмиссию жестко связан с валом турбины или ветровика.The utility model relates to devices for converting the kinetic energy of a fluid stream (wave) into electricity. The technical result consists in increasing the amount of energy taken from the wave when it is generated into electricity. The device, in addition to buoyancy and an electric generator connected to it by means of a transmission, contains a logic device comparing and amplifying device, generator current regulator, load controller, buoyancy position sensor, fluid flow rate sensors and fluid flow rate sensor relative to buoyancy. To obtain the above result, the device control system adjusts the buoyancy rate or the generator current, and, consequently, the buoyancy resistance to the liquid flow so that the power taken at each moment of time is maximum. A device for generating electricity can be a frequent case of the proposed utility model, using the kinetic energy of water or wind, where, respectively, a turbine or a blade serve as an element that receives the energy of a fluid vetroviki minute. Moreover, in addition to the fluid velocity sensor (water or wind), an angular velocity sensor of the generator is used, the shaft of which is rigidly connected through the transmission to the shaft of the turbine or visor.
Description
Полезная модель относится к устройствам для преобразования кинетической энергии потока текучей среды в электроэнергию.The utility model relates to devices for converting the kinetic energy of a fluid stream into electricity.
Известно изобретение «Система для преобразования энергии водяных волн в электроэнергию и механизм для изменения колебательного вращения на однонаправленное вращение (варианты)» (Автор Драгич Миле (RS), патент RU 2500917, публикация патента: 10.12.2013). Изобретение относится к использованию энергии волн и ее преобразованию в электрическую энергию. Это изобретение решает проблему преобразования периодического, переменного и прямолинейного движения входного вала, приводимого в движение воспринимающим элементом (плавучестью), в одностороннее вращение выходного вала для достижения более высокой степени использования энергии волн. Однако, к.п.д. преобразования энергии волны в электроэнергию невысок, так как отсутствует механизм оптимизации отбора максимальной мощности в каждый текущий момент времени.The invention is known “A system for converting water wave energy into electricity and a mechanism for changing vibrational rotation to unidirectional rotation (options)” (Author Dragic Mile (RS), patent RU 2500917, patent publication: 12/10/2013). The invention relates to the use of wave energy and its conversion into electrical energy. This invention solves the problem of converting the periodic, variable, and rectilinear motion of the input shaft driven by the sensing element (buoyancy) into one-way rotation of the output shaft to achieve a higher degree of utilization of wave energy. However, the efficiency the conversion of wave energy into electricity is low, since there is no mechanism for optimizing the selection of maximum power at each current point in time.
Известна также полезная модель «Устройство для использования энергии морских волн». (Патент на полезную модель №: 69168, дата публикации декабрь 10, 2007). Устройство относится к гидроэнергетике, а именно к преобразованию энергии движения волн, возникающих на поверхности океанов, морей и крупных водоемов в электрическую энергию. Воспринимающие энергию элементы (плавучести) расположены в ажурных направляющих шахтах и передают эту энергию на исполнительные механизмы с помощью вертикальных штоков, закрепленных на плавучих средствах. К штокам дополнительно прикрепляют ферромагнитные стержни с возможностью возвратно-поступательного перемещения вместе со штоками. Стержни размещают в соленоидах. При движении ферромагнитных штоков в соленоидах генерируется ток. Однако в этом устройстве также отсутствует механизм оптимального (максимального) отбора мощности.Also known is a useful model "Device for using the energy of sea waves." (Utility Model Patent No. 69168, publication date December 10, 2007). The device relates to hydropower, in particular to the conversion of the energy of the movement of waves that occur on the surface of the oceans, seas and large bodies of water into electrical energy. Energy-absorbing elements (buoyancy) are located in openwork guide shafts and transmit this energy to actuators using vertical rods mounted on floating equipment. Ferromagnetic rods are additionally attached to the rods with the possibility of reciprocating movement together with the rods. The rods are placed in the solenoids. When the ferromagnetic rods move in the solenoids, a current is generated. However, this device also lacks an optimal (maximum) power take-off mechanism.
В качестве прототипа выбран «Способ использования энергии морских волн и устройство для его осуществления» (патент РФ 2221933, публикация патента: 20.01.2004).As a prototype, “The method of using the energy of sea waves and a device for its implementation” was selected (RF patent 2221933, patent publication: 01/20/2004).
В этом изобретении в качестве воспринимающих элементов энергии волн используют плавучести, а для передачи этой энергии на электрогенератор применяют трансмиссию, включающую зубчато-реечную передачу, валы, шестерни и редуктор. Зубчатые рейки вводятся в зацепление с храповыми шестернями при движении вверх и выводятся из зацепления при движении плавучести вниз. Таким образом, при движении плавучести вверх вращение через шестерни передается на маховик и, затем, через редуктор, на главный вал и жестко соединенный с ним вал генератора. При этом маховик вращается в одну сторону. Аналогичным образом с главным валом могут быть соединены дополнительные плавучести, которые передают на него энергию от других волн.In this invention, buoyancy is used as the perceiving element of wave energy, and a transmission including a rack-and-pinion transmission, shafts, gears and gearbox is used to transfer this energy to the electric generator. Toothed racks are engaged with ratchet gears when moving upward and are disengaged when moving buoyancy downwards. Thus, when the buoyancy moves upward, the rotation through the gears is transmitted to the flywheel and, then, through the gearbox, to the main shaft and the generator shaft rigidly connected to it. In this case, the flywheel rotates in one direction. Similarly, additional buoyancy can be connected to the main shaft, which transfer energy from other waves to it.
Однако, мгновенная мощность, отбираемая от энергии волн, как и у всех аналогов, зависит, в том числе, от нагружающего (тормозного) момента генератора, который пропорционален его току и, через трансмиссию передается на плавучесть в виде силы сопротивления (тормозной силы) «Fc», направленной против движения волны. Механизма оптимального регулирования тормозного момента в прототипе нет, а, значит, нет возможности оптимизировать отбор энергии от волны. То есть, в прототипе, как и в указанных аналогах, нет возможности максимального отбора мощности в текущий момет времени, а, следовательно, отбора максимпльной энергии волны за период.However, the instantaneous power taken from the wave energy, like all analogues, depends, inter alia, on the loading (braking) moment of the generator, which is proportional to its current and transmitted through the transmission to buoyancy in the form of a resistance force (braking force) " Fc ”, directed against the movement of the wave. The prototype does not have an optimal braking torque control mechanism, which means that it is not possible to optimize energy extraction from the wave. That is, in the prototype, as well as in the indicated analogues, there is no possibility of the maximum power take-off at the current moment of time, and, therefore, the selection of the maximum wave energy for the period.
Целью предлагаемой полезной модели является отбор максимальной мощности в каждый момент времени при изменяющейся скорости потока волны в зоне нахождения плавучести, а, следовательно, отбирание максимальной энергии волны за период.The purpose of the proposed utility model is to select the maximum power at each moment of time with a changing wave flow velocity in the buoyancy zone, and, therefore, to select the maximum wave energy for the period.
Эта цель достигается тем, что в устройство для генерации электроэнергии из энергии текучей среды, содержащее плавучесть, неподвижную штангу, зубчато-реечную передачу, связанную трансмиссией с генератором, дополнительно включены датчики скорости потока жидкости, датчик относительной скорости потока жидкости, датчик положения плавучести, а также логическое устройство, блок переключения, сравнивающее и усилительное устройство, регулятор тока генератора и контроллер нагрузки, при этом на вертикальной неподвижной штанге укреплены неподвижная часть датчика положения и датчики скорости потока жидкости, а на плавучести установлены подвижная часть датчика положения и датчик относительной скорости потока жидкости, причем подвижная и неподвижная части датчика положения и датчик относительной скорости потока жидкости, укрепленный на плавучести, электрически соединены с логическим устройством, а датчики скорости потока жидкости на неподвижной штанге через блок переключения также соединены с логическим устройством, которое, в свою очередь, соединено с регулятором тока и с входами сравнивающего и усилительного устройства, при этом блок переключения соединен также с входами сравнивающего и усилительного устройства, выход которого соединен с входом регулятора тока, который электрически соединен с генератором и контроллером нагрузки, электрически связанным с электросетью, аккумулятором и конденсатором.This goal is achieved by the fact that the device for generating electricity from the energy of the fluid, containing buoyancy, a fixed rod, a rack-and-pinion gear associated with the transmission with the generator, additionally includes sensors for the velocity of the liquid flow, a sensor for the relative velocity of the liquid flow, a position sensor for buoyancy, and also a logic device, a switching unit, a comparing and amplifying device, a generator current regulator and a load controller, while the the main part of the position sensor and the fluid flow rate sensors, and on buoyancy, the mobile part of the position sensor and the relative fluid flow rate sensor are installed, the movable and stationary parts of the position sensor and the relative fluid flow rate sensor, mounted on buoyancy, are electrically connected to the logic device, and fluid flow rate sensors on a fixed rod through a switching unit are also connected to a logic device, which, in turn, is connected to a current regulator and to odes comparing and amplifying device, wherein the switching unit is also connected to the inputs of the comparator and the amplification device whose output is connected to the input of the current controller which is electrically connected to the generator and the load controller, electrically connected to the mains, battery and capacitor.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.
На фиг. 1 приведено семейство кривых зависимости силы сопротивления «Fc» воспринимающего элемента (плавучести) или пропорциональной ей тока генератора «I» от скорости плавучести «V» при различных скоростях потока «Vп»;In FIG. 1 shows a family of curves of the resistance force “Fc” of the receiving element (buoyancy) or the generator current “I” proportional to it versus the buoyancy rate “V” at various flow rates “Vп”;
на фиг. 2 изображены кривые зависимости мощности «Р», а также силы сопротивления потоку плавучести «Fc» от скорости плавучести «V»;in FIG. 2 shows the curves of the power “P”, as well as the resistance to the flow of buoyancy “Fc” from the speed of buoyancy “V”;
на фиг. 3 представлена схема устройства предлагаемой полезной модели;in FIG. 3 shows a diagram of the device of the proposed utility model;
на фиг. 4 представлена схема системы управления устройством.in FIG. 4 is a diagram of a device control system.
В общем виде, сила сопротивления плавучести вертикальному движению волны «Fc» определяется током генератора и пропорциональна этому току. Зависимость силы сопротивления «Fc» (тормозной силы) плавучести жидкостному потоку от скорости плавучести «V» при постоянной скорости жидкостного потока «Vп» носит характер близкий к степенной функции. На фиг. 1 показаны кривые зависимости силы сопротивления «Fc» (или пропорциональной ей тока генератора «I») воспринимающего элемента (плавучести) от скорости плавучести «V» при различных скоростях потока «Vп». Каждая из четырех кривых (1, 2, 3, 4) характеризует эту зависимость для четырех различных скоростей потока «Vп». Эта зависимость с некоторой степенью точности аппроксимируется квадратичной функцией:In general, the buoyancy resistance to the vertical motion of the wave “Fc” is determined by the current of the generator and is proportional to this current. The dependence of the drag force “Fc” (braking force) of buoyancy of the liquid flow on the buoyancy rate “V” at a constant velocity of the fluid flow “Vп” is close to a power function. In FIG. Figure 1 shows the curves of the resistance force “Fc” (or the generator current “I” proportional to it) of the receiving element (buoyancy) versus the buoyancy rate “V” at various flow velocities “Vп”. Each of the four curves (1, 2, 3, 4) characterizes this dependence for four different flow rates “Vп”. This dependence is approximated with a degree of accuracy by a quadratic function:
где Fc - сила сопротивления плавучести жидкостному потоку волны;where Fc is the buoyancy resistance to the wave fluid flow;
V - скорость плавучести;V is the buoyancy rate;
Vo - скорость потока жидкости относительно плавучести (относительная скорость потока);Vo is the fluid flow rate relative to buoyancy (relative flow rate);
Vп - скорость потока жидкости;Vп - fluid flow rate;
k - коэффициент.k is the coefficient.
В случае отсутствия тока генератора, а, значит, отсутствия тормозной силы «Fc» (Fc=0) плавучести, последняя, (пренебрегая ее инерционностью), движется со скоростью потока «Vп». При максимальной тормозной силе «Fc» имеем нулевую скорость движения плавучести «V». Вектор силы торможения и вектор скорости потока направлены в противоположные стороны, при этом во втором и первом квадранте график соответствует движению волны в одну из сторон, а в четвертом и третьем квадранте - в противоположную сторону. Мгновенная мощность, отбираемая у волны при торможении плавучести:In the absence of generator current, and, therefore, the absence of the braking force “Fc” (Fc = 0) of buoyancy, the latter, (neglecting its inertia), moves with a flow velocity of “Vп”. At the maximum braking force “Fc”, we have zero buoyancy velocity “V”. The braking force vector and the flow velocity vector are directed in opposite directions, while in the second and first quadrant the graph corresponds to the wave moving in one direction, and in the fourth and third quadrant in the opposite direction. Instantaneous power taken from the wave during braking of buoyancy:
Зависимость мощности «Р» от скорости плавучести «V» выражается кубическим трехчленом. Кривая зависимости мощности «Р», а также зависимость силы сопротивления потоку плавучести «Fc» от скорости плавучести «V» показаны на фиг. 2. Для определения экстремумов этой функции (мощности«Р») находится производная этой функции и приравнивается нулю. Максимум этой функции, т.е. максимум мощности, отбираемой от потока, получим при скорости плавучести равной одной трети от скорости потока Vn (V=1/3 Vп) При этом сила сопротивления плавучести Fc=4/9 Fmax.The dependence of the power "P" on the buoyancy rate "V" is expressed by the cubic trinomial. The power “P” dependence curve, as well as the dependence of the buoyancy resistance force “Fc” on the buoyancy rate “V” are shown in FIG. 2. To determine the extrema of this function (power "P"), the derivative of this function is found and is equal to zero. The maximum of this function, i.e. the maximum power taken from the flow will be obtained at a buoyancy rate equal to one third of the flow velocity Vn (V = 1/3 Vп). The strength of the buoyancy resistance is Fc = 4/9 Fmax.
Описание полезной модели в статике.Description of utility model in statics.
Нейтральная или положительная плавучесть 1 расположена на неподвижной (например, закрепленной на дне) вертикальной штанге 2 и имеет возможность свободно по ней передвигаться. На штанге 2 с помощью жестко присоединенной к ней рамы 3 укреплены неподвижная часть датчика положения 4, состоящая, в свою очередь, из четырех зон (1, 2, 3, 4). Середина неподвижной части датчика положения 4 располагается на уровне поверхности воды при отсутствии волн. На этой же раме 3 жестко укреплены четыре датчика скорости потока жидкости 5, 6, 7 и 8. На плавучести 1 жестко укреплена подвижная часть датчика положения 9, контактирующая с одной из зон (1, 2, 3, 4) неподвижной части датчика положения 4. На плавучести 1 жестко укреплены также датчик относительной скорости потока жидкости 10 и стойка 11, в которой расположен вал 12 зубчатой шестерни 13. Зубчатая шестерня 13 находится в зацеплении с зубчатой рейкой 14. жестко укрепленной на неподвижной вертикальной штанге 2. Также зубчатая шестерня 13 через трансмиссию 15 соединена с валом 16 генератора 17.Neutral or
Система регулирования 18 тока генератора 17 включает в себя логическое устройства 19, блок переключения 20, все датчики скорости и положения 5, 6, 7, 8, 10, 4 и 9, а также сравнивающее и усилительное устройство 21, состоящее, например, из операционного усилителя 22, блока входных сопротивлений 23, состоящего из семи входных сопротивлений (1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7) и сопротивления обратной связи 24. Регулятор тока 25, все датчики скорости потока 5, 6, 7, 8 и 10, а также подвижная часть 9 и все четыре зоны (1, 2, 3, 4) неподвижной части 4 датчика положения электрически связаны с логическим устройством 19. Входные сопротивления (1, 6 и 7) блока входных сопротивлений 23 напрямую, а входные сопротивления (2, 3, 4, 5) через блок переключения 20 электрически связаны с логическим устройством 19. Регулятор тока 25 электрически связан также с генератором 17 и выходом сравнивающего и усилительного устройства 21, а также с контроллером нагрузки 26. Контроллер нагрузки 26 электрически соединен с аккумулятором 27, конденсатором 28 и электросетью 29.The
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Плавучесть 1 под действием силы от жидкостного вертикального потока волны перемещается вертикально, приводя при этом во вращение шестерню 13 и, через трансмиссию 15, вал генератора 16. Логическое устройство 19 запитывает разными напряжениями зоны (1, 2, 3, 4) неподвижной части датчика положения 4 и получает сигнал с подвижной части датчика положения 9, которая контактирует с той зоной (1, 2, 3 или 4) неподвижной части датчика положения 4, в которой находится плавучесть 1 в текущий момент времени. Каждый из датчиков скорости потока жидкости 5, 6, 7, 8 укреплен на раме 3 штанги 2, соответственно, в одной из зон (1, 2, 3 или 4) неподвижной части датчика положения 4. Так, например, датчик скорости 5 находится в первой зоне неподвижной части датчика положения 4, датчик 6 - во второй зоне, датчик 7 - в третьей зоне, датчик 8 - в четвертой зоне неподвижной части датчика положения 4. В зависимости от сигнала с подвижной части датчика положения 9 (т.е. от той зоны, где находится плавучесть в данный момент времени), логическое устройство 19 подключает при помощи реле (1, 2, 3 или 4) блока переключения 20, соответствующий этой зоне датчик скорости потока жидкости 5, 6, 7 или 8 к одному из входных сопротивлений (2, 3, 4 или 5) блока сопротивлений 23 операционного усилителя 22. Таким образом, в каждый текущий момент времени подключается тот датчик скорости потока, который расположен в зоне нахождения плавучести 1. Получая сигналы с датчика относительной скорости жидкости 10 и соответствующего датчика скорости потока жидкости (5, 6, 7 или 8) логическое устройство 19 вычисляет значение скорости V=Vп-Vo плавучести 1. Сигнал, пропорциональный скорости «V» плавучести 1, логическое устройство 19 подает на сопротивление (6), которое соединено с инверсным входом операционного усилителя 22. При этом для выполнения условия отбора максимальной мощности, скорость плавучести, как показано выше, должна быть равной 1/3 от скорости потока жидкости. Поэтому коэффициент усиления операционного усилителя 22 по входным сопротивлениям (2, 3,4, 5) в три раза меньше, чем по сопротивлению (6), а именно: R24/R2=R24/R3=R24/R4=R24/R5=3×R24/R6.The
Когда величина скорости плавучести «V» будет равняться 1/3 от скорости потока «Vп» на выходе операционного усилителя 22 будет нуль. При этом, как это следует из формулы (2) и кривой отбираемой мощности «Р» на фиг. 2, происходит максимальный отбор мощности жидкостного потока. Когда величина скорости «V» плавучести 1 не равна 1/3 скорости потока «Vп» жидкости в зоне нахождения плавучести 1, на выходе операционного усилителя 22 появляется сигнал рассогласования. Этот сигнал подается на регулятор тока 25, который, отрабатывая его, изменяет ток генератора, а, значит, силу сопротивления «Fc» жидкостному потоку, что, в свою очередь, приводит к изменению скорости «V» плавучести 1.When the magnitude of the buoyancy rate "V" will be equal to 1/3 of the flow velocity "Vп" at the output of the
Это происходит до тех пор, пока скорость плавучести 1 не станет равной 1/3 скорости потока «Vп» жидкости в зоне нахождения плавучести 1 и сигнал рассогласования на выходе операционного усилителя 22 снова не станет равным нулю. При этом, как было показано выше, происходит максимальный отбор мощности «Р».This happens until the
Этот же результат (максимальный отбор мощности «Р») можно получить также при отработке системой регулирования 18 силы сопротивления «Fc» плавучести 1 равной 4/9 «Fc шах». Получая значение скорости потока «Vп» с датчика скорости потока жидкости 5,6, 7 или 8 в зоне нахождения плавучести в данный момент времени, логическое устройство, используя формулу (1), вычисляет значение силы сопротивления «Fc» плавучести 1, равную 4/9 «Fc» max, при которой мощность, отбираемая от волны будет максимальной (фиг. 2).The same result (maximum power take-off “P”) can also be obtained when the
Максимальную силу сопротивления «Fc шах» имеем при нулевой скорости (V=0) плавучести 1 (Fc max=k Vп2).We have the maximum resistance force “Fc max” at zero velocity (V = 0) of buoyancy 1 (Fc max = k Vп 2 ).
Сигнал о величине тока генератора, а, значит, величине тормозного момента генератора 17, а, следовательно, силе сопротивления «Fc» плавучести 1 потоку жидкости, логическое устройство 19 получает из регулятора тока 25. Логическое устройство 19 подает на сопротивление (2) блока сопротивлений 23 сигнал пропорциональный силе сопротивления «Fc» плавучести 1, а на сопротивление (3) блока сопротивлений 23 с логического устройства 19 подается сигнал пропорциональный Fc=-4/9 Fc max. Все другие сигналы на сопротивления блока сопротивлений 23 отключаются логическим устройством 19.The signal about the magnitude of the generator current, and, therefore, the magnitude of the braking moment of the
Если действующая в данный момент времени сила сопротивления «Fc» плавучести 1 потоку жидкости не равна 4/9 Fc max, на выходе операционного усилителя 22 появляется сигнал рассогласования, который отрабатывается системой регулирования 18 до тех пор, пока действующая сила сопротивления «Fc» плавучести 1 потоку жидкости не сравняется с заданной силой сопротивления (Fc=4/9 Fшax) и сигнал на выходе операционного усилителя 22 не станет равным нулю. При этом, как указывалось выше, происходит максимальный отбор мощности от энергии волны.If the current resistance force “Fc” of
В случае положительной плавучести 1 на нее действует сила от жидкостного потока и выталкивающая сила, равная весу воды, вытесняемой плавучестью.In the case of
В этом случае, при уравновешении сил, действующих на плавучесть, суммарная сила сопротивления плавучести «Fcc» равна сумме сил, а именно силе сопротивления жидкостному потоку и выталкивающей силе.In this case, when balancing the forces acting on buoyancy, the total buoyancy resistance force “Fcc” is equal to the sum of the forces, namely, the resistance to liquid flow and the buoyancy force.
где Fсс - суммарная сила сопротивления плавучести;where Fss is the total strength of buoyancy resistance;
Fc - сила сопротивления жидкостному потоку;Fc is the resistance to liquid flow;
Fв - выталкивающая сила, равная весу воды, вытесняемой плавучестью.Fв - buoyancy force equal to the weight of water displaced by buoyancy.
Отбираемая мощность в случае положительной плавучести равнаThe power taken off in the case of positive buoyancy is
В случае положительной плавучести 1 при ее движении постоянно меняются положение плавучести, выталкивающая сила, скорость плавучести и скорость потока жидкости. Учет всех этих параметров при выработке алгоритма регулирования скорости плавучести 1 или суммарной силы сопротивления «Fcc» (пропорциональной току генератора 17) для отбора максимальной мощности, аналитически представляет сложную задачу. В предлагаемом устройстве выработка этого алгоритма может быть реализована опытным путем по результатам периодически проводимого тестирования. С помощью логического устройства 19 тестирование происходит в каждой из зон (1, 2, 3, 4) следующим образом.In the case of
Все сигналы, идущие на входные сопротивления блока сопротивлений 23 отключаются.All signals going to the input resistances of the
При малой длине каждой из зон (1, 2, 3, 4) возможно принять допущение о постоянной скорости потока «Vп» в пределах каждой из этих зон.With a small length of each of the zones (1, 2, 3, 4), it is possible to accept the assumption of a constant flow rate “Vп” within each of these zones.
Обозначим для зоны (1) эту скорость как «Vп1». При этом, в соответствии с формулой (1), в зоне (1) скорость плавучести VI=Vпl-Vol, где VI - скорость плавучести в зоне (1);For zone (1) we denote this speed as “Vп1". Moreover, in accordance with formula (1), in zone (1), the buoyancy rate is VI = Vpl-Vol, where VI is the buoyancy rate in zone (1);
Vпl - скорость потока жидкости в зоне (1);Vpl is the fluid flow rate in zone (1);
Vol - скорость потока жидкости относительно плавучести 1 в зоне (1).Vol is the fluid flow rate relative to
Используя это соотношение, логическое устройство 19 вычисляет значения скорости потока относительно плавучести Vol =Vпl-VI для нескольких следующих тестовых скоростей плавучести 1: VI=4/5 Vnl, VI=3/5 Vnl, VI=2/5 Vnl, и VI=1/5 Vnl.Using this relation, the
Например, для скорости плавучести 1 равной 4/5 Vnl, относительная скорость потока жидкости Vol=1/5 Vnl. После вычисления «Vol» для указанных тестовых значений скорости VI плавучести 1, логическое устройство 19 последовательно подает вычисленные значения относительной скорости «Vol» на сопротивление (2) блока входных сопротивлений 23, а сигнал с датчика относительной скорости потока жидкости 10 (сигнал обратной связи) подает на сопротивление (6) блока входных сопротивлений 23. Система регулирования 18 последовательно отработает заданную относительную скорость потока жидкости «Vol» для каждой из скоростей VI плавучести 1: VI=4/5 Vnl, VI=3/5 Vnl, VI=2/5 Vnl, и VI=1/5 Vnl. При этом логическое устройство 19, получая информацию о токе генератора с регулятора тока 25, запоминает значение силы сопротивления «Fc» (пропорциональное току генератора 17) плавучести 1 для каждой из указанных скоростей плавучести 1. Имея значения силы сопротивления «Fcc» плавучести 1 жидкостному потоку для тестовых скоростей «VI» плавучести 1, логическое устройство 19 производит вычисление мощности «Р» для каждой тестовой скорости плавучести VI по формуле (4), а затем выбирает и запоминает относительную скорость «Vol» плавучести 1, при которой значение мощности «Р» максимально в зоне (1). Таким же образом проводится тестирование для всех остальных зон (2, 3, 4). В итоге получаем для каждой зоны значение относительной скорости «Vol» плавучести 1, при которой происходит максимальный отбор мощности от энергии волны.For example, for
При работе предлагаемой полезной модели логическое устройство 19, используя результаты тестирования, подает сигнал относительной скорости «Vo» плавучести 1, соответствующий максимальной мощности «Р» в той зоне, в которой находится в данный текущий момент плавучесть 1, на сопротивление (2) блока сопротивлений 23. Сигнал с датчика относительной скорости 10 логическое устройство 19 подает на сопротивление (6) блока сопротивлений 23. При этом система регулирования 18 отрабатывает сигнал относительной скорости «Vo» при которой происходит максимальный отбор мощности в данной зоне.When the proposed utility model is operating, the
Таким образом, в каждый момент времени происходит максимально возможный отбор мощности от энергии волны.Thus, at every moment of time, the maximum possible selection of power from the wave energy occurs.
Предлагаемое устройство позволяет корректировать положение центра колебаний плавучести 1 и его установки в нужной зоне. Для этого логическое устройство 19 подает на входное сопротивление (1) блока сопротивлений 23 сигнал задающий положение плавучести 1 (например, положение в центральной зоне неподвижной части датчика положения 4), а с подвижной части датчика положения 9 через логическое устройство 19 подается сигнал обратной связи по положению на сопротивление (7) блока сопротивлений 23. При этом система регулирования 18 становится системой регулирования по положению с корректирующей обратной связью по скорости и включает в себя логическое устройство 19, неподвижную часть датчика положени 4, подвижную часть датчика положения 9, операционный усилитель 22 с блоком входных сопротивлений 23, регулятор тока 25, датчик относительной скорости потока жидкости 10 и датчики скорости потока жидкости 5, 6, 7, и 8.The proposed device allows you to adjust the position of the center of oscillation of
Слабая обратная связь по положению может использоваться при тестировании, описанном выше.Weak position feedback can be used in the testing described above.
В этом случае, при тестировании, с логического устройства 19 подаются на сопротивление (1) несколько различных сигналов, задающих различные положения плавучести 1 (соответствующие ее положению в статике при отсутствии волн). При каждом из этих сигналов, задающих положение плавучести 1, проводится тестирование, описанное выше. После этого логическое устройство 19 выбирает и запоминает то значение задающего положение сигнала, при котором интегральное значение отбираемой мощности за период колебания волны максимально. При работе предлагаемой полезной модели логическое устройство 19, используя результаты тестирования, подает это значение на сопротивления (1) блока сопротивления 23, на сопротивление (7) - сигнал обратной связи с подвижной части датчика положения 9, а также, как было описано выше, на сопротивление (2) то значение относительной скорости потока для каждой зоны, при которой происходит максимальный отбор энергии волны, а на сопротивление (6) - сигнал с датчика относительной скорости 10.In this case, during testing, several different signals are applied to the resistance (1) from the
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет производить максимальный отбор энергии волны как в случае нейтральной плавучести, так и в случае положительной плавучести.Thus, the proposed utility model allows the maximum selection of wave energy both in the case of neutral buoyancy and in the case of positive buoyancy.
Частным случаем применения предлагаемой полезной модели может быть устройства для генерации электроэнергии, использующей кинетическую энергию воды или ветра, где в качестве элемента, воспринимающего энергию текучей среды служат, соответственно, турбина или лопасти ветровика. При этом, кроме датчика скорости текучей среды (воды или ветра), используется датчик угловой скорости генератора, вал которого через трансмиссию жестко связан с валом турбины или ветровика.A special case of the application of the proposed utility model may be a device for generating electricity using the kinetic energy of water or wind, where, respectively, a turbine or visor blades serve as an element that receives fluid energy. Moreover, in addition to the fluid velocity sensor (water or wind), an angular velocity sensor of the generator is used, the shaft of which is rigidly connected through the transmission to the shaft of the turbine or visor.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017129441U RU181009U1 (en) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | DEVICE FOR ELECTRIC POWER GENERATION FROM ENERGY OF FLUID |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017129441U RU181009U1 (en) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | DEVICE FOR ELECTRIC POWER GENERATION FROM ENERGY OF FLUID |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU181009U1 true RU181009U1 (en) | 2018-07-03 |
Family
ID=62813649
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017129441U RU181009U1 (en) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | DEVICE FOR ELECTRIC POWER GENERATION FROM ENERGY OF FLUID |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU181009U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU218441U1 (en) * | 2023-03-14 | 2023-05-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Wave power plant |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2049928C1 (en) * | 1991-10-08 | 1995-12-10 | Ильин Альберт Константинович | Wave energy plant |
RU2221933C2 (en) * | 2002-02-14 | 2004-01-20 | Кирчанов Алексей Григорьевич | Method of and device for using energy of sea waves |
US7420287B2 (en) * | 2006-03-28 | 2008-09-02 | Aleksandr Smushkovich | Intermittent force powered electromagnetic converters especially for sea waves |
EA017949B1 (en) * | 2007-08-13 | 2013-04-30 | Миле Драгич | System and method for conversion of wave energy into electrical energy |
EP2504567B1 (en) * | 2009-11-23 | 2015-09-23 | Ocean Power Technologies, Inc. | Wave energy converter and power take off system |
-
2017
- 2017-08-18 RU RU2017129441U patent/RU181009U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2049928C1 (en) * | 1991-10-08 | 1995-12-10 | Ильин Альберт Константинович | Wave energy plant |
RU2221933C2 (en) * | 2002-02-14 | 2004-01-20 | Кирчанов Алексей Григорьевич | Method of and device for using energy of sea waves |
US7420287B2 (en) * | 2006-03-28 | 2008-09-02 | Aleksandr Smushkovich | Intermittent force powered electromagnetic converters especially for sea waves |
EA017949B1 (en) * | 2007-08-13 | 2013-04-30 | Миле Драгич | System and method for conversion of wave energy into electrical energy |
EP2504567B1 (en) * | 2009-11-23 | 2015-09-23 | Ocean Power Technologies, Inc. | Wave energy converter and power take off system |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU218441U1 (en) * | 2023-03-14 | 2023-05-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Wave power plant |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Anderlini et al. | Control of a point absorber using reinforcement learning | |
Fusco et al. | A simple and effective real-time controller for wave energy converters | |
Ding et al. | Sea-state based maximum power point tracking damping control of a fully submerged oscillating buoy | |
Bracco et al. | Experimental validation of the ISWEC wave to PTO model | |
KR830001545B1 (en) | Energy devices powered by the movement of water under the waves | |
Ahn et al. | An innovative design of wave energy converter | |
AU2006349157B2 (en) | Installation and method for harnessing wave energy using gyroscope | |
Weller et al. | Experimental measurements of irregular wave interaction factors in closely spaced arrays | |
US20140202146A1 (en) | Method for operating a wave energy converter | |
CA2933239A1 (en) | Water current power generation systems | |
CN102183355A (en) | Nonlinearly controlled high-precision wave generation system and method | |
LeBlanc et al. | Overview and design of pitchvawt: Vertical axis wind turbine with active variable pitch for experimental and numerical comparison | |
RU181009U1 (en) | DEVICE FOR ELECTRIC POWER GENERATION FROM ENERGY OF FLUID | |
Song et al. | Intermittent wave energy generation system with hydraulic energy storage and pressure control for stable power output | |
de O. Falca˜ o et al. | By-pass air-valve control of an OWC wave power plant | |
Forbush et al. | Multi-mode evaluation of power-maximizing cross-flow turbine controllers | |
Qian et al. | Maximum power point tracking for triboelectric nanogenerator based wave energy converters | |
CN109885982A (en) | Wave-activated power generation method based on power prediction and maximum capture width ratio tracking | |
CN110456637A (en) | A kind of adaptive fuzzy Multi-target machine electric control method reducing fan vibration | |
JP7440636B2 (en) | wind turbine control | |
Amin et al. | Suboptimal control of a rack and pinion based wave energy converter power take-off system | |
EP2776708B1 (en) | Control of water current turbines | |
Elwood et al. | Estimating the energy production capacity of a taut-moored dual-body wave energy conversion system using numerical modeling and physical testing | |
Elwood et al. | Experimental force characterization and numerical modeling of a taut-moored dual-body wave energy conversion system | |
CN211648358U (en) | Lifting type wave energy power generation device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180819 |