RU196586U1 - Float wave power station - Google Patents
Float wave power station Download PDFInfo
- Publication number
- RU196586U1 RU196586U1 RU2019139938U RU2019139938U RU196586U1 RU 196586 U1 RU196586 U1 RU 196586U1 RU 2019139938 U RU2019139938 U RU 2019139938U RU 2019139938 U RU2019139938 U RU 2019139938U RU 196586 U1 RU196586 U1 RU 196586U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- float
- generator
- stator
- wave power
- inductor
- Prior art date
Links
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
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
-
- 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)
- Power Engineering (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 области электротехники и может быть использована при выработке электрической энергии путем преобразования механической энергии волн в электрическую энергию, передаваемую в системы электропитания метеобуев, буев связи, маяков и т.п.Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия и уменьшение линейных размеров поплавковой волновой электростанции.Технический результат достигается тем, что в поплавковой волновой электростанции, содержащей три однофазных генератора, корпуса которых жестко соединены между собой и имеют цилиндрическую форму, внутри корпуса каждого однофазного генератора размещен статор с электрической обмоткой и индуктор с многополюсной магнитной системой, закрепленный на штоке, жестко соединенным с поплавком, единым для всех трех генераторов, между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью кольцевых сердечников магнитопровода статора и катушек электрической обмотки установлен витой из листов электротехнической стали сердечник статора, снаружи штока каждого генератора на участке между поплавком и корпусом генератора установлена гофрированная водонепроницаемая муфта. В корпусе каждого генератора размещены две пружины, закрепленные одним концом к индуктору, а другим концом к соответствующей крышке корпуса, благодаря чему подвижная часть поплавковой волновой электростанции, обладающая суммарной массой, равной m, совершает при нахождении поплавка во впадине волны (в воздухе) гармонические возвратно-поступательные движения с частотой собственных колебаний ωи амплитудой. Частота генерируемой в обмотках статора ЭДС не зависит от частоты следования морских волн, а определяется только суммарной жесткостью всех пружин генераторов и суммарной массой m подвижной части волновой электростанции.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used to generate electrical energy by converting the mechanical energy of the waves into electrical energy transmitted to the power supply systems of weather beacons, communication buoys, lighthouses, etc. The technical result is to increase the efficiency and reduce the linear dimensions of the float wave power plant. The technical result is achieved by the fact that in a float wave power plant containing three single-phase generators, the body of which They are rigidly interconnected and have a cylindrical shape, inside the case of each single-phase generator there is a stator with an electric winding and an inductor with a multi-pole magnetic system, mounted on a rod rigidly connected to a float, common to all three generators, between the inner surface of the housing and the outer surface of the annular stator magnetic cores and coils of the electric winding is installed by a stator core twisted from sheets of electrical steel, the stator core is outside the rod of each generator A corrugated, waterproof coupling is installed between the float and the generator housing. Two springs are placed in the housing of each generator, fixed at one end to the inductor and at the other end to the corresponding housing cover, so that the movable part of the float wave power plant, with a total mass of m, performs harmonic returns when the float is in the wave cavity (in air) - translational motion with natural frequency ω and amplitude. The frequency of the emf generated in the stator windings does not depend on the repetition rate of sea waves, but is determined only by the total stiffness of all generator springs and the total mass m of the moving part of the wave power station.
Description
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при выработке электрической энергии путем преобразования механической энергии волн в электрическую энергию, передаваемую в системы электропитания метеобуев, буев связи, маяков и т.п.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used to generate electrical energy by converting the mechanical energy of the waves into electrical energy transmitted to the power supply systems of weather beacons, communication buoys, lighthouses, etc.
Известна «Поплавковая волновая электростанция» (см. RU 2037642 C1, 19.06.1995, F03B13/16), содержащая вертикально расположенный герметичный цилиндрический корпус, размещенный в нем преобразователь энергии, выполненный в виде линейного электрогенератора, обмотки якоря которого расположены вдоль корпуса. Индуктор выполнен в виде инерционной массы с постоянными магнитами, установленными с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения посредством упругих элементов. Верхняя часть корпуса ограничена полусферой с радиусом, равным радиусу цилиндрической части, а нижняя сферой с радиусом, большим, чем последний. Обмотки якоря электрогенератора закреплены на внутренней стенке корпуса, а магниты индуктора объединены в кольцевые секции и размещены внутри обмоток якоря. В нижней сферической части корпуса установлен динамический инерционный накопитель энергии с электромеханическим приводом двустороннего действия, а частота собственных колебаний индуктора соизмерима с характерной частотой колебаний корпуса в воде.The well-known "Float wave power plant" (see RU 2037642 C1, 06/19/1995, F03B13 / 16), containing a vertically sealed cylindrical body, placed in it an energy converter, made in the form of a linear electric generator, the armature windings of which are located along the body. The inductor is made in the form of an inertial mass with permanent magnets mounted with the possibility of vertical reciprocating movement by means of elastic elements. The upper part of the body is bounded by a hemisphere with a radius equal to the radius of the cylindrical part, and the lower sphere with a radius larger than the last. The windings of the armature of the generator are fixed on the inner wall of the housing, and the magnets of the inductor are combined into ring sections and placed inside the windings of the armature. A dynamic inertial energy storage device with a double-acting electromechanical drive is installed in the lower spherical part of the housing, and the frequency of natural oscillations of the inductor is commensurate with the characteristic vibration frequency of the housing in water.
Недостатками устройства является низкая эффективность преобразования механической энергии волн в электрическую энергию, вызванная малой величиной амплитуды и частоты ЭДС, наводимой в обмотке генератора, поскольку частота собственных колебаний индуктора соизмерима с характерной частотой колебаний корпуса в воде. Кроме этого, устройство содержит достаточно сложную механическую систему, что снижает надежность, ремонтопригодность и долговечность поплавковой волновой электростанции.The disadvantages of the device are the low efficiency of converting the mechanical energy of the waves into electrical energy, caused by the small magnitude of the amplitude and frequency of the EMF induced in the winding of the generator, since the frequency of natural oscillations of the inductor is comparable with the characteristic frequency of oscillations of the casing in water. In addition, the device contains a rather complex mechanical system, which reduces the reliability, maintainability and durability of the float wave power plant.
Известна «Поплавковая волновая электростанция» (см. RU 2513070 C1, 20.04.2014, F03B 13/18), которая содержит обтекаемый герметичный поплавок и вертикально расположенный внутри поплавка цилиндрический корпус с размещенным в нем маятником. Маятник подвешен к концу троса, который переброшен через блок, установленный на вращающейся оси. Другой конец троса прикреплен к якорю, установленному на дне. К вращающейся оси блока присоединен ротор электрического генератора с постоянными магнитами. Статор генератора закреплен на корпусе. Обмотка статора генератора присоединена к входу зарядного устройства, а выход устройства присоединен к аккумулятору, который вместе с устройством находится в приборном отсеке в верхней части поплавка.The well-known "Float wave power plant" (see RU 2513070 C1, 04/20/2014, F03B 13/18), which contains a streamlined sealed float and a cylindrical housing vertically located inside the float with a pendulum. The pendulum is suspended from the end of the cable, which is thrown through a block mounted on a rotating axis. The other end of the cable is attached to the anchor mounted on the bottom. The rotor of the unit is attached to the rotor of an electric generator with permanent magnets. The generator stator is mounted on the housing. The stator winding of the generator is connected to the input of the charger, and the output of the device is connected to the battery, which together with the device is located in the instrument compartment at the top of the float.
Недостатками устройства является низкая эффективность преобразования механической энергии волн в электрическую энергию, вызванная малой величиной амплитуды и частоты ЭДС, наводимой в обмотке генератора, поскольку преобразование линейного перемещения поплавка во вращательное движение ротора электрического генератора осуществляется без редукции, необходимой для достижения требуемого уровня скорости вращения ротора генератора. Кроме этого, при появлении качки поплавка натяжение троса ослабляется и вследствие этого коэффициент сцепления троса с блоком снижается вплоть до нулевого значения, в результате трос проскальзывает и передача вращения на ротор генератора прекращается.The disadvantages of the device are the low efficiency of converting the mechanical energy of the waves into electrical energy, caused by the small magnitude of the amplitude and frequency of the EMF induced in the generator winding, since the linear movement of the float into the rotational movement of the rotor of the electric generator is converted without the reduction necessary to achieve the required level of rotation speed of the generator rotor . In addition, when the float rolls, the cable tension decreases and, as a result, the coefficient of adhesion of the cable to the block decreases to zero, as a result, the cable slips and transmission of rotation to the generator rotor stops.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является «Поплавковая волновая электростанция» (см.RU 194378 U1, 09.12.2019, F03B13/18).Closest to the claimed utility model is the "Float wave power plant" (see RU 194378 U1, 12/09/2019, F03B13 / 18).
Поплавковая волновая электростанция, принятая за прототип, выполнена из трех однофазных генераторов, корпуса которых выполнены из сплошного ферромагнитного материала, имеют цилиндрическую форму и жестко связаны друг с другом. Корпус каждого однофазного генератора имеет две крышки, верхнюю и нижнюю, имеет также статор с обмоткой, индуктор, размещенный на штоке, и две пружины, прикрепленные к верхней и нижней крышкам корпуса. Верхняя крышка имеет отверстие с направляющей втулкой для штока. Шток каждого генератора жестко соединен с поплавком, общим для трех генераторов, и имеет возможность совершать возвратно-поступательные движения с периодом равным периоду колебания волны Тв. Электрические обмотки, имеющие форму катушек и размещенные между кольцевыми сердечниками магнитопровода статора каждого генератора, расположены в пространстве строго параллельно друг другу, суммарная высота каждой катушки и кольцевого сердечника равна полюсному делению τ, индукторы трех однофазных генераторов выполнены в виде набора кольцевых магнитов с кольцевыми ферромагнитными вставками между ними, образуя три многополюсные магнитные системы с пространственным сдвигом между ними равным 2τ/3.The float wave power station, adopted as a prototype, is made of three single-phase generators, the housings of which are made of solid ferromagnetic material, have a cylindrical shape and are rigidly connected to each other. The housing of each single-phase generator has two covers, the upper and lower, also has a stator with a winding, an inductor placed on the rod, and two springs attached to the upper and lower covers of the housing. The top cover has an opening with a guide sleeve for the stem. The rod of each generator is rigidly connected to the float common to the three generators, and has the ability to make reciprocating movements with a period equal to the period of oscillation of the wave T in . The electric windings in the form of coils and placed between the ring cores of the stator magnetic circuit of each generator are located in space strictly parallel to each other, the total height of each coil and ring core is equal to the pole division τ, the inductors of three single-phase generators are made in the form of a set of ring magnets with ring ferromagnetic inserts between them, forming three multipolar magnetic systems with a spatial shift between them equal to 2τ / 3.
Недостатки известной полезной модели заключаются в том, что:The disadvantages of the known utility model are that:
- период следования морских волн Тв имеет длительность от 4 до 10 секунд, при этом частота возвратно-поступательного движения индуктора ƒд.и равна частоте следования волн ƒв, т.е. ƒд.и=ƒв, и составляет всего 0,1-0,25 Гц. Увеличение частоты ЭДС, генерируемой в обмотке генератора, до 5-10 Гц, достигнуто за счет электромагнитной редукции при увеличении длины активной зоны генератора и длины индуктора;- the period of sea waves T in has a duration of 4 to 10 seconds, while the frequency of the reciprocating motion of the inductor ƒ d.i is equal to the frequency of waves волн in , i.e. ƒ d.i = ƒ in , and is only 0.1-0.25 Hz. An increase in the frequency of the EMF generated in the generator winding to 5-10 Hz is achieved due to electromagnetic reduction with an increase in the length of the active zone of the generator and the length of the inductor;
- магнитопровод каждого генератора содержит участки из сплошного ферромагнитного материала - это корпус генератора и кольцевые сердечники, размещенные между катушками обмотки статора, что приводит к уменьшению коэффициента полезного действия поплавковой волновой электростанции из-за увеличения потерь мощности в магнитопроводе каждого генератора, поскольку удельные потери мощности в сплошном ферромагнитном магнитопроводе значительно выше, чем в магнитопроводе, выполненном из листовой электротехнической стали;- the magnetic circuit of each generator contains sections of solid ferromagnetic material - this is the generator housing and ring cores located between the coils of the stator winding, which leads to a decrease in the efficiency of the float wave power station due to an increase in power losses in the magnetic circuit of each generator, since the specific power losses in a solid ferromagnetic magnetic circuit is much higher than in a magnetic circuit made of sheet electrical steel;
- внутри корпуса каждого генератора находится вода, которая оказывает сопротивление движению индуктора, что также приводит к уменьшению коэффициента полезного действия из-за увеличения потерь мощности на преодоление сил сопротивления воды движению индуктора.- inside the case of each generator there is water that resists the movement of the inductor, which also leads to a decrease in the efficiency due to an increase in power losses to overcome the forces of water resistance to the movement of the inductor.
Задачей является создание поплавковой волновой электростанции с улучшенными энергетическими и масса-габаритными характеристиками.The task is to create a float wave power plant with improved energy and mass-dimensional characteristics.
Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия и уменьшение линейных размеров поплавковой волновой электростанции.The technical result is to increase the efficiency and reduce the linear dimensions of the float wave power plant.
Технический результат достигается тем, что поплавковая волновая электростанция, содержащая три однофазных генератора, корпуса которых жестко соединены между собой, выполнены из ферромагнитного материала и имеют цилиндрическую форму с двумя крышками, нижней и верхней, в центре верхней крышке выполнено отверстие и установлена направляющая втулка для штока, внутри корпуса каждого однофазного генератора размещен статор с электрической обмоткой и индуктор с многополюсной магнитной системой, полюсное деление которой равно τ, две пружины, прикреплены одним концом к нижней и верхней крышкам корпуса, соответственно, и жестко соединенные между собой поплавок и шток, на котором закреплен индуктор с возможностью возвратно-поступательного движения, электрические обмотки всех генераторов, имеющие форму катушек, размещены между кольцевыми сердечниками магнитопровода статора каждого генератора и расположены в пространстве строго параллельно друг другу, причем суммарная высота каждой катушки и кольцевого сердечника равна полюсному делению τ, индукторы трех однофазных генераторов выполнены в виде набора кольцевых магнитов с кольцевыми ферромагнитными вставками между ними, образуя три многополюсные магнитные системы с пространственным сдвигом между ними равным 2τ/3, между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью кольцевых сердечников магнитопровода статора и катушек электрической обмотки дополнительно установлен витой из листов электротехнической стали сердечник статора, а вокруг участка штока между поплавком и корпусом каждого генератора установлена водонепроницаемая гофрированная муфта, кольцевые сердечники магнитопровода статора также выполнены из листов электротехнической стали, нижняя и верхняя пружины каждого генератора свободными концами прикреплены к индуктору, суммарная высота катушек электрической обмотки каждого генератора вместе с кольцевыми сердечниками магнитопровода статора между ними равна двойной амплитуде гармонических колебаний подвижной части волновой поплавковой электростанции 2a m, а число этих катушек N рассчитывают по формуле N=2a m/τ, где 2a m - двойная амплитуда гармонических колебаний подвижной части поплавковой волновой электростанции, τ - длина полюсного деления.The technical result is achieved by the fact that the float wave power plant containing three single-phase generators, the housings of which are rigidly connected to each other, are made of ferromagnetic material and have a cylindrical shape with two covers, a lower and an upper one, a hole is made in the center of the upper cover and a guide sleeve for the rod is installed , inside the housing of each single-phase generator there is a stator with an electric winding and an inductor with a multi-pole magnetic system, the pole division of which is τ, two springs, are attached at one end to the lower and upper covers of the casing, respectively, and are rigidly interconnected by a float and a rod on which an inductor is mounted with the possibility of reciprocating motion, the electrical windings of all generators having the form of coils are placed between the ring cores of the stator magnetic circuit of each generator and are located in space strictly parallel to each other, with the total height of each coil and ring core equal to the pole division τ, the inductors of three single-phase generators The ditches are made in the form of a set of ring magnets with ring ferromagnetic inserts between them, forming three multipolar magnetic systems with a spatial shift between them equal to 2τ / 3, between the inner surface of the housing and the outer surface of the annular cores of the stator magnetic circuit and coils of the electric winding, it is additionally mounted twisted from sheets of electrical the stator core, and around the stem section between the float and the body of each generator a waterproof corrugated coupling is installed a, the ring cores of the stator magnetic circuit are also made of sheets of electrical steel, the lower and upper springs of each generator with free ends are attached to the inductor, the total height of the coils of the electric winding of each generator together with the ring cores of the stator magnetic circuit between them is equal to the double amplitude of harmonic oscillations of the moving part of the wave float power station 2 a m , and the number of these coils N is calculated by the formula N = 2 a m / τ , where 2 a m is the double amplitude of harmonic oscillations the lower part of the float wave power plant, τ is the length of the pole division.
Закрепление обеих пружин к индуктору и к крышкам корпуса позволяет подвижной части поплавковой волновой электростанции, обладающей суммарной массой равной m, совершать при нахождении поплавка во впадине волны (в воздухе) гармонические возвратно-поступательные движения с круговой частотой собственных колебаний ω0 и амплитудой a m. Причем круговая частота ω0 существенно выше круговой частоты волны ωв и не зависит от нее.The fastening of both springs to the inductor and to the covers of the housing allows the movable part of the float wave power plant, with a total mass equal to m, to perform harmonic reciprocating movements with a circular natural frequency ω 0 and amplitude a m when the float is in the wave cavity (in air). Moreover, the circular frequency ω 0 is significantly higher than the circular frequency of the wave ω in and does not depend on it.
Существенные отличия, позволяющие реализовать технический результат,:Significant differences that allow to realize the technical result:
- нижняя и верхняя пружины каждого генератора свободным концом прикреплены к индуктору, а другим концом - к соответствующей крышке корпуса;- the lower and upper springs of each generator with a free end attached to the inductor, and the other end to the corresponding housing cover;
- между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью кольцевых сердечников магнитопровода статора и катушек электрической обмотки установлен витой из листов электротехнической стали сердечник статора, кольцевые сердечники магнитопровода статора, установленные между катушками электрической обмотки, также выполнены из листов электротехнической стали;- between the inner surface of the housing and the outer surface of the annular cores of the stator magnetic circuit and the coils of the electric winding, a stator core twisted from sheets of electrical steel is installed, the ring stator magnetic cores installed between the coils of the electric winding are also made of sheets of electrical steel;
- вокруг участка штока между поплавком и корпусом каждого генератора установлена водонепроницаемая гофрированная муфта, предотвращающая попадание воды внутрь корпуса каждого генератора.- A waterproof corrugated sleeve is installed around the stem section between the float and the body of each generator, preventing water from entering the body of each generator.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид одного из трех генераторов поплавковой волновой электростанции в разрезе вдоль вертикальной оси устройства, на фиг. 2 представлен участок продольного разреза статора и индуктора одного генератора, на фиг. 3 представлен график изменения амплитуды гармонических колебаний подвижной части поплавковой волновой электростанции во времени, а=ƒ(ωt), при нахождении поплавка во впадине волны (в воздухе) и введены следующие обозначения:The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a sectional view of one of three generators of a float wave power plant along the vertical axis of the device, FIG. 2 shows a section of a longitudinal section of the stator and inductor of one generator, FIG. Figure 3 shows a graph of the change in the amplitude of harmonic oscillations of the moving part of the float wave power plant in time, a = ƒ (ωt), when the float is in the trough of the wave (in air) and the following notation is introduced:
1 - поплавок;1 - float;
2 - шток;2 - stock;
3 - водонепроницаемая гофрированная муфта;3 - waterproof corrugated coupling;
4 - направляющая втулка;4 - guide sleeve;
5 - корпус генератора;5 - generator housing;
6 - верхняя пружина;6 - upper spring;
7 - индуктор с магнитами кольцевой формы и кольцевыми ферромагнитными вставками;7 - an inductor with ring magnets and ring ferromagnetic inserts;
8 - статор;8 - stator;
9 - витой из листов электротехнической стали сердечник статора;9 - stator core twisted from sheets of electrical steel;
10 - нижняя пружина;10 - lower spring;
11 - обмотка статора;11 - stator winding;
12 - кольцевой сердечник магнитопровода статора;12 - the annular core of the stator magnetic circuit;
13 - кольцевой сердечник ферромагнитной вставка индуктора;13 - ring core ferromagnetic insert of the inductor;
14 - кольцевой магнит индуктора;14 - ring magnet of the inductor;
15 - амплитуда гармонических колебаний подвижной части поплавковой волновой электростанции во времени.15 - amplitude of harmonic oscillations of the moving part of the float wave power plant in time.
Устройство содержит три однофазных генератора, корпуса которых имеют цилиндрическую форму, жестко связаны друг с другом, образуют единую конструкцию и содержат один, общий для трех генераторов, поплавок 1.The device contains three single-phase generators, the shells of which have a cylindrical shape, are rigidly connected to each other, form a single structure and contain one, common to three generators, float 1.
Поплавок 1 жестко закреплен на штоке 2. Вокруг участка штока между поплавком и корпусом каждого генератора установлена водонепроницаемая гофрированная муфта 3. Направляющая втулка 4 для штока 2 установлена на верхней крышке корпуса 5. Внутри корпуса 5 установлена верхняя пружина 6, которая закреплена к верхней крышке корпуса 5 и к индуктору 7. Индуктор 7 размещен внутри статора 8. Между наружной поверхностью статора 8 и внутренней поверхностью корпуса 5 установлен витой из листов электротехнической стали сердечник статора 9. Нижняя пружина 10 закреплена к нижней крышке корпуса 5 и к индуктору 7. Катушки электрической обмотки 11 размещены между кольцевыми сердечниками магнитопровода статора 12, выполненными из листов электротехнической стали. Магнитопровод индуктора 7 выполнен из кольцевых сердечников ферромагнитных вставок индуктора 13 и кольцевых магнитов 14.The float 1 is rigidly fixed to the
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Перед началом движения поплавок 1 находится в воде. Подъемная сила поплавка Fпопл уравновешивается суммарной силой тяжести подвижной части поплавковой волновой электростанции G и суммарной силой растяжения нижних пружин и сжатия верхних пружин Fпр:Before starting movement, the float 1 is in the water. The lifting force of the float F flo is balanced by the total gravity of the moving part of the float wave power station G and the total tensile force of the lower springs and compression of the upper springs F pr :
Fпопл =G+Fпр=mg+Fпр,F popl = G + F pr = mg + F pr ,
где m - суммарная масса подвижной части поплавковой волновой электростанции;where m is the total mass of the moving part of the float wave power plant;
g - ускорение свободного падения;g is the acceleration of gravity;
m=mпоп+mинд,m = m pop + m ind
где mпоп - масса поплавка;where m pop is the mass of the float;
mинд - суммарная масса трех индукторов со штоками.m ind - the total mass of three inductors with rods.
Суммарная сила сжатия верхних пружин 6 и растяжения нижних пружин 10 Fпр равна:The total compression force of the
Fпр=кxo,F = KX pr o,
где к - суммарный коэффициент жесткости пружин;where k is the total coefficient of spring stiffness;
xo - изменение длины пружины (при растяжении или сжатии) перед началом колебательного движения подвижной части поплавковой волновой электростанции.x o - change in the length of the spring (during tension or compression) before the start of the oscillatory movement of the moving part of the float wave power plant.
В этом положении подвижная часть поплавковой волновой электростанции обладает потенциальной энергией Wп, равной:In this position, the movable part of the float wave power plant has a potential energy W p equal to:
Wп=Fпоплxо=mgxo+Fпрxо=mgxo+кхо^2.W p = F pop x o = mgx o + F pr x o = mgx o + kx o ^ 2.
При движении волны поплавок 1 выходит из волны, оказывается во впадине волны (в воздухе) и под воздействием суммарной силы (mg+Fпр) начинает совершать гармонические возвратно-поступательные движения с частотой собственных колебаний ω0 и амплитудой a m, преобразуя запасенную потенциальную энергию Wп в электрическую энергию. Движение поплавка 1 через направляющую втулку 4 в верхней крышке корпуса 5 передается штоком 2 индуктору 7. При возвратно - поступательном движении индуктора 7 внутри статора 8 магнитные силовые линии кольцевых магнитов 14 проходят по кольцевым сердечникам ферромагнитной вставки индуктора 13 и магнитопровода статора 12, по витому из листов электротехнической стали сердечнику статора 9, пересекают проводники обмотки статора 11 и наводят в них ЭДС. При движении индуктора 7 вниз верхняя пружина 6 растягивается, а нижняя пружина 10 сжимается. Водонепроницаемая гофрированная муфта 3 предотвращает попадание воды внутрь корпуса 5. Амплитуда гармонических колебаний подвижной части поплавковой волновой электростанции 15 со временем затухает ввиду расхода потенциальной энергии, запасенной подвижной частью поплавковой волновой электростанции Wп, на выработку электрической энергии и на покрытие электрических потерь в обмотке статора 11, магнитных потерь на участках магнитопровода генератора 9, 12 и 13, потерь от движения поплавка 1 в воздухе и трения в направляющей втулке 4.When the wave moves, float 1 leaves the wave, appears in the wave cavity (in air) and, under the influence of the total force (mg + F CR ), begins to make harmonic reciprocating movements with the natural frequency ω 0 and amplitude a m , transforming the stored potential energy W p in electrical energy. The movement of the float 1 through the guide sleeve 4 in the top cover of the
Подъемная сила поплавка 1 должна быть больше силы тяжести подвижной части поплавковой волновой электростанции в n раз, т.е Fпоп=nG=nmg. С учетом этого уравнение равновесия сил, приложенных к индуктору перед началом движения принимает вид:The lifting force of the float 1 should be n times greater than the gravity of the moving part of the float wave power plant, i.e., F pop = nG = nmg. With this in mind, the equation of equilibrium of the forces applied to the inductor before starting the movement takes the form:
nmg=mg+кхо.nmg = mg + kh about .
Начальная амплитуда колебаний подвижной части поплавковой волновой электростанции a m определяется по формуле:The initial amplitude of the oscillations of the moving part of the float wave power plant a m is determined by the formula:
a m=Fпоп/(mω0^2)=nmg/(mω0^2)=ng/(ω0^2), a m = F pop / (mω 0 ^ 2) = nmg / (mω 0 ^ 2) = ng / (ω 0 ^ 2),
где ω0=√(k/m) - круговая частота гармонических колебаний подвижной части поплавковой волновой электростанции.where ω 0 = √ (k / m) is the circular frequency of harmonic oscillations of the moving part of the float wave power plant.
Частота генерируемой в обмотках статоре ЭДС генераторов поплавковой волновой электростанции равна:The frequency generated in the windings of the stator EMF of the generators of the float wave power plant is equal to:
ƒ0=ω0/2π=[√(k/m)]/(2π).ƒ 0 = ω 0 / 2π = [√ (k / m)] / (2π).
В результате отбора энергии при работе электрических генераторов поплавковой волновой электростанции гармонические колебания подвижной части имеют затухающий характер с угловой частотой ω и убывающей амплитудой а, фиг. 3:As a result of energy extraction during operation of electric generators of a float wave power plant, harmonic oscillations of the moving part have a damped character with an angular frequency ω and a decreasing amplitude a , FIG. 3:
ω=ω0-β;ω = ω 0 -β;
а=a me^(-βt), a = a m e ^ (- βt),
где β=r/(2m) - круговая частота затухания колебаний;where β = r / (2m) is the circular vibrational damping frequency;
r - коэффициент результирующей силы сопротивления движению подвижной части поплавковой волновой электростанции, включая полезную составляющую, затрачиваемую на выработку электрической энергии и на покрытие потерь мощности в генераторах.r is the coefficient of the resulting resistance force to the movement of the moving part of the float wave power plant, including the useful component spent on generating electric energy and covering the power losses in the generators.
При выборе размера полюсного деления τ магнитной системы каждого генератора равным начальной амплитуде гармонических колебаний подвижной части поплавковой волновой электростанции, т.е. при τ=a m, на статоре размещают только две катушки обмотки статора (так, как это показано на фиг. 2), в витках которых наводится ЭДС, частота которой равна ƒ0, а индуктор выполняют с четырьмя магнитами. Благодаря этому линейные размеры генераторов и поплавковой волновой электростанции в целом оказываются минимально возможными.When choosing the size of the pole division τ of the magnetic system of each generator equal to the initial amplitude of harmonic oscillations of the moving part of the float wave power plant, i.e. at τ = a m , only two stator winding coils are placed on the stator (as shown in Fig. 2), in the turns of which an emf is induced whose frequency is ƒ 0 , and the inductor is made with four magnets. Due to this, the linear dimensions of the generators and the float wave power plant as a whole are minimally possible.
Благодаря установки витого из листов электротехнической стали сердечника статора между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью кольцевых сердечников магнитопровода статора и катушек электрической обмотки, а так же благодаря выполнению кольцевых сердечников магнитопровода статора из листов электротехнической стали, потери мощности в магнитопроводе каждого генератора существенно снижены, поскольку удельные потери мощности в листовой электротехнической стали значительно меньше удельных потерь мощности в сплошном ферромагнитном материале.Due to the installation of a stator core twisted from sheets of electrical steel between the inner surface of the housing and the outer surface of the annular cores of the stator magnetic core and coils of the electric winding, as well as due to the implementation of the ring cores of the stator magnetic core from sheets of electrical steel, the power losses in the magnetic circuit of each generator are significantly reduced, since the specific power losses in sheet electrical steel are significantly less than specific power losses in continuous erromagnitnom material.
Водонепроницаемая гофрированная муфта 3, установленная вокруг участка штока между поплавком 1 и корпусом каждого генератора 5, предотвращает попадание воды внутрь корпуса 5 и устраняет потери мощности на преодоление сил сопротивления воды в корпусе каждого генератора при возвратно - поступательном движении индукторов.A waterproof
На основании вышеизложенного очевидно, что введение новых отличительных признаков полезной модели позволило повысить коэффициент полезного действия поплавковой волновой электростанции за счет снижения потерь мощности, а также позволило уменьшить ее линейные размеры.Based on the foregoing, it is obvious that the introduction of new distinctive features of the utility model allowed to increase the efficiency of the float wave power plant by reducing power losses, and also allowed to reduce its linear dimensions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019139938U RU196586U1 (en) | 2019-12-05 | 2019-12-05 | Float wave power station |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019139938U RU196586U1 (en) | 2019-12-05 | 2019-12-05 | Float wave power station |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU196586U1 true RU196586U1 (en) | 2020-03-06 |
Family
ID=69768730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019139938U RU196586U1 (en) | 2019-12-05 | 2019-12-05 | Float wave power station |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU196586U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114624684A (en) * | 2022-03-15 | 2022-06-14 | 哈尔滨理工大学 | Underwater sound source positioning device and method based on path tracking |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4539485A (en) * | 1983-10-07 | 1985-09-03 | Neuenschwander Victor L | Wave activated generator |
| JPH06280733A (en) * | 1993-03-24 | 1994-10-04 | Taiyo Plant Kk | Electromagnetic induction type wave activated power generating set |
| RU69932U1 (en) * | 2007-07-30 | 2008-01-10 | Андрей Евгеньевич Наздратенко | FLOATING WAVE GENERATOR |
| RU2431057C1 (en) * | 2010-04-14 | 2011-10-10 | Закрытое акционерное общество Научно-производственный центр "Триботехника" | Conversion plant of wave energy to electric energy |
| RU2666258C1 (en) * | 2018-01-25 | 2018-09-06 | Александр Владимирович Гладышев | Wave power generation plant |
-
2019
- 2019-12-05 RU RU2019139938U patent/RU196586U1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4539485A (en) * | 1983-10-07 | 1985-09-03 | Neuenschwander Victor L | Wave activated generator |
| JPH06280733A (en) * | 1993-03-24 | 1994-10-04 | Taiyo Plant Kk | Electromagnetic induction type wave activated power generating set |
| RU69932U1 (en) * | 2007-07-30 | 2008-01-10 | Андрей Евгеньевич Наздратенко | FLOATING WAVE GENERATOR |
| RU2431057C1 (en) * | 2010-04-14 | 2011-10-10 | Закрытое акционерное общество Научно-производственный центр "Триботехника" | Conversion plant of wave energy to electric energy |
| RU2666258C1 (en) * | 2018-01-25 | 2018-09-06 | Александр Владимирович Гладышев | Wave power generation plant |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114624684A (en) * | 2022-03-15 | 2022-06-14 | 哈尔滨理工大学 | Underwater sound source positioning device and method based on path tracking |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3696251A (en) | Method of generating electricity and electrical generator | |
| US6791205B2 (en) | Reciprocating generator wave power buoy | |
| JP5811719B2 (en) | Vibration generator | |
| EP2356332B1 (en) | Wave energy converter | |
| EP1691072A1 (en) | Wave power generator | |
| US4191893A (en) | Natural turbulence electrical power generator | |
| US20100127500A1 (en) | Method and apparatus for energy harvesting from ocean waves | |
| WO2010124075A2 (en) | Energy conversion device | |
| RU196586U1 (en) | Float wave power station | |
| RU2402142C1 (en) | Generator | |
| CN102808719A (en) | Float transaction wave power generating device | |
| CN101949352A (en) | Impact type vibration generator | |
| AU2011266711B2 (en) | Micro switch and energy storage equipments for energize electrical loads | |
| CN110504813A (en) | A kind of vibrating electricity generator | |
| RU2489301C1 (en) | Navigation buoy (versions) | |
| RU2513070C1 (en) | Float wave electric power plant | |
| RU194378U1 (en) | Float wave power station | |
| CN108847737A (en) | A kind of Wave energy acquisition device for sonar buoy power supply | |
| KR101376308B1 (en) | Wave activated power generation unit | |
| RU202538U1 (en) | Float wave power plant | |
| JPS6228316B2 (en) | ||
| CN110061604A (en) | A kind of permanent magnetism globe body suspension power generator | |
| RU2644765C1 (en) | Linear electric generator with pusher-wheel | |
| RU199555U1 (en) | Float wave power plant | |
| RU2658713C1 (en) | Installation for battery energy replenishment of small marine autonomous equipment and buoys |