RU2002977C1 - Преобразователь энергии морских волн в электрическую энергию - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени - плавучее средство выполнено составным в виде внутреннего, среднего и наружного сферических элементов, установленных друг в друге с общим центром и с возможностью поворота относительно друг друга с помощью четырех диаметрально противоположных цилиндрических выступов, попарно и взаимно перпендикул рно выполненных на внутреннем и среднем элементах в центральной горизонтальной плоскости, и пазов во внешнем и среднем элементах дл  размещени  данных выступов. Электрогенератор и зубчатые коробки передачи размещены во внутреннем элемента Две зубчатые рейки прикреплены к корпусу наружного сферического элемента в диаметрально противоположных каналах, две другие - к внутренней поверхности корпуса среднего элемента в области выступов, последн   - к верхней части мачты с противоположной стороны от рейки. Входные валы коробок передач кинематически св заны с рейками, выходные - с ротором электрогенератора с обеспечением его одностороннего вращени  муфтами. Мачта прикреплена к опоре цилиндричс- кими Шарнирами, расположенными горизонтально и перпендикул рно друг другу, и аккумул торами энергии, усшоепеннйми с наклоном и равномерно по окружности. 1 зл ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к морской энергетике и может быть использовано в качестве автоматически действующей электростанции как в автономном использовании , так и включением в энергетическую систему.

Известно устройство дл  использовани  энергии волн, имеющее общие признаки; поплавок - как положительна  плавучесть, вертикальна  опора с рейкой и генератор, который в этом устройстве три, а также принцип отбора энергии вертикального перемещени  поплавка. Но такое устройство без генераторов способно вырабатывать только редко пульсирующий ток, возникающий при движении поплавка только вниз или вверх, так как обратный ход поплавка будет холостым. Кроме того, не используетс  динамическа  сила набегающей волны и наклонные движени  поплавка . В устройстве с генераторами уменьшаетс  возможность получени  даже пульсирующего тока, так как при повороте поплавка относительно оси ротор генератора выходит из зацеплени  с опорой, чем отключает себе передачу вращающего момента , а поворот в противоположную сторону невозможен, так как не позвол ет зубчатое зацепление и, кроме того, затрудн ет передачу вращающего момента на ротор генератора. При повороте поплавка относительно оси шестерн  ротора генератора перемещаетс  по дуге окружности и, следовательно, выходит из зацеплени  с рейкой опоры, Поворот поплавка относительно горизонтальных осей, если даже исключи гь зубчатое зацепление ротора генератора с рейкой опоры, может вызвать поворот ротора относительно статора или Наоборот у генераторов на некоторый угол, после чего будет холостой поворот в обратном направлении и т.д. с некоторыми паузами 0 движени х но не вращение. Как известно, на малом угле поворота ротора относительно статора электроток не получить и реверсивных генераторов пока нет. Таки образом, устройство не работоспособно .

Цель изобретени  - получение электрического тока от природной энергии морских волн дл  широкого использовани  его в хоз йственной де тельности человека.

В предлагаемом преобразователе имеетс  техническое решение по преобразованию работы всех возможных движений плавучего средства от действи  волн: вертикальных-а своих направлени х, наклонных (крен щих) - в любом направлении, и смещений относительно центра опоры от динамического воздействи  волн - е любом

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

направлении; и при любом направлении ветра и волн, даже тогда, когда они не совпадают , а также при переменном направлении и силы ветра, т.е. когда длина волны мен етс , а следовательно, мен етс  и преобладающий вид движени  от волн при посто нных размерах плавучего средства - от вертикального к наклонному или наоборот. Эффективность автоматически действующего преобразовател  энергии морских волн можно определить по приближенному расчету одной наиболее значимой составл ющей формулы мощности Н установки

Н Нв -1- Нк + Ну;

Но 0,01 P.- v -г, кВт,

где Н8 - мощность, получаема  от вертикального движени  плавучего средства;

Hk - мощность, получаема  от крен щих движений;

Ну - мощность, получаема  от ударного действи  волн;

Р - сила, действующа  на механизм передачи , равна  приближенно водоизмещению плавучего средства;

v - скорость вертикального движени  плавучего средства;

г - КПД передачи;

0,01 - переводной коэффициент в киловатты .

Пример. Дл  средних значений Р и v (Р 100т, v 1 м/с).

Но 0,01 Р v -Jj

0,01-100-103-1.0-г; 1000- кВт.

Указанна  цель достигаетс  тем, что волны привод т плавучее средство в движение одновременно: вертикальное - относительно мачты с двум  продольными зубчатыми рейками, проход щее через центральную трубу плавучего средства, где осуществл етс  двусторонний контакт между зубчатыми рейками мачты и шестерн ми входных валов центральной коробки передач , преобразующий механизм которой обеспечивает передачу работы движени  плавсредства в обоих направлени х к электрогенератору , при этом составна  мачта в нижней части соединена с неподвижной опорой; наклонное - наружного элемента плавучего средства, имеющего вид усеченной сверху и снизу сферической полой коль- цевой емкости, относительно

охватываемого им внутреннего элемента - замкнутой сферы, между которыми имеетс  св зующее среднее звено - также усеченна  сверху и снизу сферическа  карданна  оболочка, с одним общим центром дл  всех трех сферических элементов, имеющих между собой попарно одну степень свободы относительного движени , в результате которого по двум взаимно перпендикул рным вертикальным плоскост м в диаметрально противоположных точках осуществл етс  передача работы от движущихс  в противоположных направлени х зубчатых реек, имеющих форму дуги окружности и укрепленных на боковых поверхност х вертикальных каналов наружного элемента - две рейки, и две другие - на корпусе среднего сферического элемента, к шестерн м на входных валах соответствующих коробок передач, размещенных во внутреннем сферическом элементе, и через механизм преобразовани  этих коробок к электрогенератору; горизонтальное смещение всего устройства под действием динамической силы набегающей волны с наклоном мачты и перемещением плавучего средства относительно наклон ющейс  мачты, имеющей в нижней части - в опорной трубе цилиндрические взаимно перпендикул рные и горизонтально расположенные два шарнира, а также телескопические пружинные или пневматические четыре аккуму- л тора энергии дл  возвращени  устройства в центральное положение, при этом происходит и наклонное, т.е. крен щее движение внутренней сферы относительно наружного и среднего сферических элементов , и все. движени  элементов плавучего средства в любом направлении передаютс  на ротор генератора через описанные выше механизмы. Таким образом при горизонтальном смещении всегда имеет место вертикальное и наклонное движени  элементов плавсредства.

От ведущих шестерен работа всех видов движени  устройства передаетс  через механизм преобразовани , включающий в себ  п ть идентичных коробок передач, к ротору генератора. Кажда  из коробок состоит из муфты свободного хода, осуществл ющей пр мую передачу вращающего момента, и из двух зубчатых колес с промежуточными шестерн ми и двум  муфтами свободного хода, осуществл ющими воспри тие и передачу противоположного вращени  ведущей шестерни и сохранение одностороннего вращени  на выходном валу .

Таким образом, предлагаемое устройство отличаетс  как конструктивно, так и возможностью получени  электрического тока, причем большой мощности, как преобразующее работу всех возможных движений элементов плавучего средства от волн: вер- 5 тикального в обоих направлени х, наклонного на всей окружности, а также смещение и возврат от удара волны, т.е. горизонтального , и в любом направлении; а движущей силой  вл етс  масса всего плавучего сред- 0 ства, а не подвешенный груз или крыло устройства у известных, при этом осуществл етс  непосредственна  св зь - зубчата  передача между объектом движени  и ротором электрогенератора. 5 На фиг.1 изображен общий вид преобразовател  энергии волн в разрезе половины конструкции; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;

Наружный сферический элемент 1 пла0 вучего средства представл ет собой две усеченную сферы, расположенные одна в другой и скрепленные герметично плоским вверху и выпуклым внизу кольцами. Верхнее кольцо  вл етс  палубой. Наружный

5 элемент 1 имеет на внутренней сферической поверхности с диаметрально противоположных сторон два коробчатой формы канала 2 в вертикальной плоскости. Внутри наружного элемента 1 помещаетс  внутрен0 ний элемент - сфера 3 с вертикальной центральной трубой 4, внутри которой находитс  мачта 5 с двум  диаметрально расположенными продольными зубчатыми рейками 6. Мачта 5 входит в опорную трубу

5 7,  вл ющуюс  продолжением мачты с четырьм  шарнирно закрепленными по концам телескопическими пружинными или пневматическими- аккумул торами 8 энергии дл  возвращени  мачты и всего устрой0 ства в центральное вертикальное положение и двум  шарнирами 9 взаимно перпендикул рных и горизонтально расположенных цилиндрических пальцев и заканчивающуюс  неподвижной опорой 10. На

5 внутренней поверхности мачты 5 креп тс  подвижно угловые рычаги 11 со стопорными пальцами дл  креплени  и разъединени  мачты 5 с опорной трубой 7 при поМЪщи штанги 12. Нижний конец мачгы 5 имеет

0 двусторонний симметричный вырез дл  того , чтобы при сочленении зан ть строго определенное положение относительно опорной трубы 7, котора  имеет два направл ющих пальца 13. Между наружным сфери5 ческим элементом 1 и внутренней сферой 3 имеетс  средний сферический элемент 14 - карданна  подвеска. Сфера 3 имеет с диаметрально противоположных сторон в горизонтальной плоскости два шипа выступы 15, помещенные в подшипниках, пазах среднего сферического элемента 14. Последний также имеет по перпендикул рному диаметру аналогичные два шипа-выступа 16, помещенные в подшипниках, пазах наружного сферического элемента 1. В каналах 2 с боковых сторон укреплены зубчатые рейки„17, имеющие форму дуг, окружности. Аналогичные зубчатые рейки 18 укреплены на внутренней поверхности среднего сферического элемента 14. Внутри сферы 3 размещены электрогенератор 19 и п ть коробок 20 передач .

Преобразователь энергии морских волн работает следующим образом.

Под воздействием волны наружный сферический элемент 1 получает крен относительно сферы 3, вертикальное перемещение вместе со сферой 3 относительно мачты 5 и смещение всего плавучего средства относительно центра опоры 10 с наклоном мачты 5.

При крене наружного сферического элемента 1 ведуща  шестерн  21, наход ща с  в зацеплении с зубчатой рейкой 17, приводитс  во вращательное движение и через коробку передач 20, а в ней через муфту свободного хода пр мой передачи 22 вращает ротор генератора 19. При возврате элемента 1 шестерн  21 вращаетс  в противоположном направлении и включаетс  муфта 23 свободного хода, вследствие чего вращаютс  шестерни 24 - 26, и через муфту 27 свободного хода передаетс  вращательное движение ротору генератора 19, который всегда вращаетс  в одном направлении. При этом с противоположной стороны элемента 1 действует сво  аналогична  коробка передач и через промежуточный вал 28 передаетс  вращение ротору генератора 19. При крене элемента 1 в перпендикул рной плоскости привод тс  во вращение ведуща  шестерн  29 и така  же ведуща  шестерн  с противоположной стоФормула изобретени 

Claims (2)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ МОРСКИХ ВОЛН В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ, содержащий плавучее средство с центральным отверстием, вертикальную мачту с опорой в нижней части и электрогенератор, кинематически св занный с зубчатой рейкой, укрепленной на верхней части мачты, расположенной в центральном отверстии, отличающийс  тем, что, с целью получени  электроэнергии дл  хоз йственной де тельности человека как от автономного источника, так и включением устройства в энергетическую систему, плавучее средство выполнено сороны , и через соответствующие коробки передач и коническую зубчатую передачу 30 передаетс  вращение оп ть тому же ротору генератора 19, причем крен может быть и

такой , когда задействованы одновременно обе пары. .т.е. четыре коробки передач. П та  коробка передач, размещенна  на центральной трубе 4, включаетс  в работу при вертикальном движении плавучего средства

на волне, т.е. сферических элементов 1, 3 и 14 относительно мачты 5 с зубчатыми рейками б, в зацеплении с которыми наход тс  две ведущие шестерни п той коробки передач .

При смещении плавучего средства относительно центра опоры 10 под воздействием ударной сллы волны мачта 5 наклон етс . При этом сфера 3 также наклон етс  относительно элементов 1 и 14, т.е.

происход т те же действи , что и при крене, а также перемещение сферических элементов 1,3 и 14 относительно мачты 5, т.е. те же действи , что и при вертикальном движении плавучего средства относительно мачты 5.

Возврат системы происходит под действием сжатой пружины или воздуха аккумул торов 8. Таким образом, любое движение любого элемента плавсредства относительно друг друга и мачты вызывает передачу

вращающего момента на вал ротора генератора .

При сн тии плавучего средства с рабочей точки дл  ремонта нажимаетс  вниз рычаг 31, другой конец которого поднимает

штангу t2, а соединенные с ней угловые рычаги 11 поворачиваютс  и выход т стопорные пальцы из отверстий опорной трубы 7. После этого приподнимаетс  мачта 5 до выхода ее из трубы 7, фиксируетс  в таком

положении, отсоедин етс  электрокабель и плавучее средство отбуксировываетс . (56) Авторское свидетельство СССР N° 1548499,кл. F 03 В 13/12, 1988.

ставным в виде внутреннего, среднего и

наружного сферических элементов, установленных друг в друге с общим центром и с возможностью поворота относительно

ДРУ ДРУга с помощью четырех диаметрально противоположных цилиндрических выступов, попарно и взаимно перпендикул рно выполненных на внутреннем и среднем элементах в центральной

горизонтальной плоскости, и лазов во внешнем и среднем элементах дл  размещени  данных выступов, а все устройство снабжено п тью зубчатыми коробками передач с муфтами свободного хода, четырьм  телескопическими пружинными или

пневматическими аккумул торами знер- гии, двум  цилиндрическими шарнирами и п тью дополнительными зубчатыми рейками , при этом электрогенератор и коробки передач размещены во внутреннем эле- менте, две дополнительные зубчатые рейки прикреплены к корпусу наружного сфеоического элемента в диаметрально противоположных каналах, две другие - к внутренней поверхности корпуса среднего элемента в области его выступов, а последн   - к верхней части мачты с противоположной стороны от упом нутой зубчатой рейки, входные валы коробок передач кинематически св заны с рейками, выходные - с ротором электрогенератора с обеспечением его одностороннего вращени  с помощью муфт, а мачта прикреплена к опоре при помощи цилиндрических шарниров, расположенных горизонтально и перпендикул рно друг к другу, и упом нутых аккумул торов энергии, установленных с наклоном и равномерно по окружности.

2. Преобразователь по п.1, отличающийс  тем, что внешний и средний сферические элемента выполнены усеченными сверху и снизу, причем средний - в виде оболочйи,

31

$Ј&

г/к

15

А-А

Фм.2

28