RU2022158C1

RU2022158C1 - Wave power plant

Info

Publication number: RU2022158C1
Application number: SU914928831A
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Миронов
Original assignee: Николай Иванович Миронов
Priority date: 1991-03-27
Filing date: 1991-03-27
Publication date: 1994-10-30

Abstract

FIELD: hydraulic power engineering; devices for converting wave energy into electric energy. SUBSTANCE: plant has bearing frame, float, movable frame and shaft on which float is mounted for rotation and reciprocating motion. In area where float moves, shaft has laminated helical section whose upper and lower portions are of opposite twisting. Ratchet mechanisms are made in form of cylindrical housing secured to the float and provided with transverse partitions on which half-couplings of ratchet mechanisms are rigidly secured. Half- couplings are mounted on shaft for motion along it. Half-couplings have slit-like slots corrsponding to the screw profile. Each half-coupling is located for interaction only with one part of helical section of shaft. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии волн в электрическую. The invention relates to the field of hydropower and can be used to convert wave energy into electrical energy.

Известна волновая энергетическая установка, содержащая опорную раму, плавучие камеры, установленные с возможностью поступательного перемещения относительно корпуса, гайку и винтовой вал, образующие винтовую пару и закрепленные соответственно на опорной раме и плавучей камере, генератор, установленный на валу. Known wave power plant containing a support frame, floating chambers installed with the possibility of translational movement relative to the housing, a nut and a helical shaft, forming a helical pair and mounted respectively on the supporting frame and the floating chamber, a generator mounted on the shaft.

Недостатки этого решения - его конструктивная сложность и недостаточная мощность на валу генератора. The disadvantages of this solution are its structural complexity and insufficient power on the generator shaft.

Известна также волновая энергетическая установка, содержащая вал, кинематически связанный с электрогенератором, и поплавок, снабженный храповым механизмом и надетый на вал с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения относительно вала, участок которого в зоне перемещения поплавка выполнен в виде пластинчатого винта. Also known is a wave power plant containing a shaft kinematically connected to an electric generator and a float equipped with a ratchet mechanism and worn on the shaft with the possibility of rotation and reciprocating motion relative to the shaft, a portion of which in the float movement zone is made in the form of a plate screw.

Недостаток этого технического решения - недостаточная эффективность работы установки, связанная с тем, что работа инерциального элемента не обеспечивает существенного увеличения мощности на валу генератора, т.к. импульсы вращательного движения инерциальный элемент (поплавок) получает от волн, воздействующих на его наружные выступы, при этом сама величина инерционности поплавка не может быть значительной, поскольку увеличение размеров (диаметра) поплавка не может быть сколько-нибудь существенным из-за неизбежного при этом уменьшении угловой скорости вращения. The disadvantage of this technical solution is the insufficient efficiency of the installation, due to the fact that the inertial element does not provide a significant increase in power on the generator shaft, because the inertial element (float) receives impulses of rotational motion from the waves acting on its outer protrusions, while the inertia of the float itself cannot be significant, since an increase in the size (diameter) of the float cannot be any significant due to the inevitable decrease angular velocity of rotation.

Цель изобретения - повышение КПД и мощности установки за счет обеспечения возможности повышения мощности генератора. The purpose of the invention is to increase the efficiency and power of the installation by providing the possibility of increasing the power of the generator.

Для достижения поставленной цели в волновой энергетической установке, содержащей опору, неподвижно закрепленный в опоре вал, кинематически связанный с электрогенератором, и поплавок, снабженный двумя храповыми механизмами и надетый на вал с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения относительно вала, участок которого в зоне перемещения поплавка выполнен в виде пластинчатого винта, винтовой участок вала разделен на две части, закрутка которых выполнена в противоположные стороны, при этом храповые механизмы выполнены в виде двух храповых муфт, размещенных внутри поплавка с возможностью взаимодействия каждой только с одной из частей винтового участка вала, при этом поплавок с возможностью вращения установлен в охватывающей его подвижной раме, которая с возможностью возвратно-поступательного движения установлена на вертикальных направляющих, причем ротор генератора размещен на поплавке, а якорная обмотка размещена соосно ротору на подвижной раме. To achieve this goal in a wave power plant containing a support, a shaft fixed in the support, kinematically connected to an electric generator, and a float equipped with two ratchet mechanisms and worn on the shaft with the possibility of rotation and reciprocating motion relative to the shaft, a portion of which is in the displacement zone the float is made in the form of a plate screw, the screw section of the shaft is divided into two parts, the twist of which is made in opposite directions, while the ratchet mechanisms are made in the form of two ratchet couplings located inside the float with the possibility of each interacting only with one of the parts of the screw portion of the shaft, while the float is rotatably mounted in a movable frame enclosing it, which is mounted on vertical rails with the possibility of reciprocating movement, the rotor of the generator placed on the float, and the anchor winding is placed coaxially with the rotor on a movable frame.

На фиг. 1 схематически показан общий вид волновой энергетической установки (в процессе движения поплавка вверх); на фиг. 2 - общий вид храпового механизма. In FIG. 1 schematically shows a General view of the wave power plant (in the process of movement of the float up); in FIG. 2 - general view of the ratchet mechanism.

Волновая энергоустановка содержит опорную раму 1, поплавок 2, подвижную раму 3, вал 4, на который с возможностью вращения и возвратно-поступательного перемещения надет поплавок 2. Вал 4 в зоне перемещения поплавка имеет пластинчатый винтовой участок, верхняя часть 5 которого имеет закрутку в сторону, противоположную закрутке нижней части 6 (т.е. если, например, верхняя часть винтового участка имеет закрутку по часовой стрелке, то нижняя - против). The wave power plant comprises a support frame 1, a float 2, a movable frame 3, a shaft 4, on which a float 2 is rotatably and reciprocally mounted. The shaft 4 has a plate-shaped screw section in the float movement zone, the upper part 5 of which has a twist to the side opposite to the twist of the lower part 6 (i.e. if, for example, the upper part of the screw section has a clockwise twist, then the lower one is counterclockwise).

Храповые механизмы 7 размещены в цилиндрическом корпусе 8, скрепленном с поплавком 2 и снабженном поперечными перегородками 9 со сквозными центральными отверстиями 10. Храповые механизмы выполнены в виде двух муфт 11, которые конструктивно идентичны. При этом муфта 11 содержит две полумуфты, выполненные в виде цилиндрических корпусов с "донышками". Стенки корпусов снабжены зубьями 12, форма которых обеспечивает сцепление при моменте вращения, приложенном в одном направлении, и расцепление полумуфт при моменте вращения, действующем в противоположном направлении. The ratchet mechanisms 7 are placed in a cylindrical body 8, fastened to the float 2 and provided with transverse partitions 9 with through central holes 10. The ratchet mechanisms are made in the form of two couplings 11, which are structurally identical. In this case, the coupling 11 contains two coupling halves made in the form of cylindrical housings with "bottoms". The walls of the housings are provided with teeth 12, the shape of which provides adhesion at a torque applied in one direction, and disengagement of the coupling halves at a torque acting in the opposite direction.

Полумуфты 13, в "днище" которых выполнены круглые отверстия диаметром, соответствующим диаметру окружности, описывающей поперечное сечение вала 4, жестко закреплены на перегородках 9 и соосно с центральными отверстиями 10 этих перегородок. The coupling halves 13, in the "bottom" of which round holes are made with a diameter corresponding to the diameter of the circle describing the cross section of the shaft 4, are rigidly fixed to the partitions 9 and coaxially with the central holes 10 of these partitions.

Полумуфты 14, в "днище" которых выполнены щелевидные отверстия, соответствующие сечению профиля вала 4, установлены на частях 5 и 6 участка вала 4 рабочими кромками в сторону полумуфт 13 с возможностью продольного перемещения вдоль вала 4. The coupling halves 14, in the "bottom" of which are made slit-like holes corresponding to the cross section of the shaft profile 4, are mounted on parts 5 and 6 of the shaft section 4 with working edges toward the coupling halves 13 with the possibility of longitudinal movement along the shaft 4.

Кроме того, на чертежах показаны направляющие 15 опорной рамы 1, пропущенные в отверстия 16 подвижной рамы 3, верхний защитный кожух 17, нижний защитный кожух 18, поверхность 19 моря, ротор 20, якорь 21 электрогенератора, верхний упорный подшипник 22, нижний опорный подшипник 23. In addition, the drawings show the guides 15 of the support frame 1, passed into the holes 16 of the movable frame 3, the upper protective casing 17, the lower protective casing 18, the sea surface 19, the rotor 20, the armature 21 of the electric generator, the upper thrust bearing 22, the lower thrust bearing 23 .

Якорная обмотка линейного электрогенератора размещена в теле винтового участка вала, а его индукторный элемент размещен внутри поплавка. The anchor winding of the linear electric generator is located in the body of the screw section of the shaft, and its inductor element is placed inside the float.

Волновая энергетическая установка работает следующим образом. Wave power plant operates as follows.

Во время волнения поплавок 2 совершает возвратно-поступательное движение относительно пластинчатого винтового участка вала 4. При этом, когда поплавок 2 идет вверх, работает верхняя муфта 11, обе полумуфты 13 и 14 которой сцеплены, тем самым муфта 11 передает вращение поплавку 2, раскручивая его. Нижняя муфта 11 при этом не работает, поскольку полумуфта 14 уходит вниз по винтовой части 6 от своей верхней полумуфты 13 и свободно вращается на валу 4. During the disturbance, the float 2 makes a reciprocating motion relative to the plate screw portion of the shaft 4. In this case, when the float 2 goes up, the upper clutch 11 works, both half-couplings 13 and 14 of which are engaged, thereby the clutch 11 transmits the rotation of the float 2, untwisting it . The lower coupling 11 does not work, because the coupling half 14 goes down the screw part 6 from its upper coupling half 13 and rotates freely on the shaft 4.

Когда поплавок 2 идет вниз, продолжая вращаться в ту же сторону, как и при ходе вверх, верхняя муфта 11 расцепляется, поскольку часть 5 вала 4 при своем ходе вниз закручивает полумуфту 14 верхней муфты 11 в сторону, исключающую сцепление зубьев 12 полумуфт 13 и 14. При этом нижняя муфта 11 включается в работу: полумуфта 13 нижней муфты 11 опускается на ее полумуфту 14, зависающую на валу 4, и сцепляется с ней. Тем самым при ходе поплавка 2 вниз продолжается закрутка поплавка в ту же сторону, как и при ходе вверх. Таким образом, поплавок 2 работает как ротор, все время подкручиваемый в одну сторону. When the float 2 goes down, continuing to rotate in the same direction as during the up stroke, the upper clutch 11 is disengaged, since part 5 of the shaft 4 twists the coupling half 14 of the upper coupling 11 in its direction downward, eliminating the engagement of the teeth 12 of the coupling halves 13 and 14 Thus, the lower clutch 11 is included in the work: the coupling half 13 of the lower coupling 11 is lowered to its coupling half 14, hanging on the shaft 4, and engages with it. Thus, during the course of the float 2 downward, the float continues to twist in the same direction as during the upward movement. Thus, the float 2 works like a rotor, all the time being twisted in one direction.

Получаемый электрический ток при помощи кабеля подается потребителю. The resulting electric current is supplied to the consumer by cable.

Верхний защитный кожух 17 выполнен из эластичного материала и исключает возможность попадания воды внутрь поплавка 2 через центральное отверстие 10. The upper protective casing 17 is made of elastic material and eliminates the possibility of water entering the float 2 through the central hole 10.

Нижний защитный кожух 18 выполнен в виде жесткой юбки и исключает попадание воды внутрь поплавка 2 и в электрогенератор через зазор подшипника 22. The lower protective casing 18 is made in the form of a rigid skirt and eliminates the ingress of water into the float 2 and into the generator through the bearing clearance 22.

По сравнению с прототипом заявленное решение обеспечивает возможность повышения мощности генератора без снижения его угловой скорости вращения, поскольку увеличение размеров диаметра поплавка, которое позволяет повысить инерционность поплавка, не влечет за собой уменьшения угловой скорости вращения (в прототипе такое уменьшение было бы неизбежным из-за того, что угловая скорость вращения генератора задавалась линейной скоростью движения волны, воздействовавшей на профилированные выступы поверхности поплавка). Compared with the prototype, the claimed solution provides the opportunity to increase the generator power without reducing its angular rotation speed, since an increase in the diameter of the float, which allows to increase the inertia of the float, does not entail a decrease in the angular velocity of rotation (in the prototype, such a decrease would be inevitable because that the angular velocity of rotation of the generator was set by the linear velocity of the wave, acting on the profiled protrusions of the surface of the float).

Экономический эффект от использования заявленного решения будет образовываться за счет повышения единичной мощности установки и тем самым повышения ее производительности и снижения себестоимости энергии. The economic effect of using the claimed solution will be formed by increasing the unit capacity of the installation and thereby increasing its productivity and reducing the cost of energy.

Claims

WAVE ENERGY INSTALLATION, containing a support and mounted with the possibility of rotation and vertical reciprocating float placed inside the ratchet mechanism, having coaxial central holes, a vertical shaft passed through them with a plate-shaped screw section in contact with the ratchet mechanism, and kinematically connected with the generator shaft , characterized in that, in order to increase efficiency and power, the installation is equipped with vertical guides, a frame installed with possibly the movement along them and covering the float, the latter with the second ratchet mechanism, and the shaft with an additional screw section of the opposite direction of rotation, in contact with the second ratchet mechanism, the shaft is fixedly mounted in the support frame, the generator rotor is placed on the float, and the anchor winding is on the frame .