RU216958U1

RU216958U1 - Navigation buoy with autonomous power plant

Info

Publication number: RU216958U1
Application number: RU2022134600U
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Война; Владимир Владимирович Юнин
Filing date: 2022-12-27
Publication date: 2023-03-13

Abstract

Полезная модель относится к плавучим средствам навигационного оборудования, предназначенным для ограждения фарватеров и отдельных навигационных опасностей на судоходных акваториях. Навигационный буй с автономной энергоустановкой имеет герметичный корпус, разделенный водонепроницаемыми переборками на отсеки, светооптическую аппаратуру, расположенную в головной части корпуса буя, и стабилизирующий балласт. Конструкция буя содержит линейный электрогенератор, оснащенный реечными передачами для увеличения амплитуды и скорости взаимного относительного перемещения генерирующего сердечника и статора. Задачей полезной модели является обеспечение надежной автономной работы навигационного буя, даже при небольшой волне. Техническим результатом использования предлагаемого навигационного буя является усовершенствование его конструкции, позволяющее повысить производительность линейного электрогенератора за счет увеличения амплитуды и скорости относительного движения его рабочих элементов.

The utility model relates to floating aids to navigation equipment designed to protect fairways and certain navigational hazards in navigable waters. A navigation buoy with an autonomous power plant has a sealed hull divided into compartments by watertight bulkheads, light-optical equipment located in the head part of the buoy hull, and a stabilizing ballast. The buoy design contains a linear electric generator equipped with rack and pinion gears to increase the amplitude and speed of the mutual relative movement of the generating core and the stator. The objective of the utility model is to ensure reliable autonomous operation of the navigation buoy, even with a small wave. The technical result of using the proposed navigation buoy is to improve its design, which makes it possible to increase the performance of a linear electric generator by increasing the amplitude and speed of the relative movement of its working elements.

Description

Полезная модель относится к плавучим средствам навигационного оборудования, предназначенным для ограждения фарватеров и отдельных навигационных опасностей на судоходных акваториях.The utility model relates to floating aids to navigation equipment designed to protect fairways and certain navigational hazards in navigable waters.

Известен навигационный буй (патент РФ № 2489301), содержащий обтекаемый герметичный корпус, разделенный водонепроницаемыми переборками на отсеки, светооптическую аппаратуру на светодиодах, расположенную в головной части корпуса буя, и стабилизирующий балласт, во внутренней полости обтекаемого герметичного корпуса установлена цилиндрическая емкость. По оси емкости в направляющих перемещается шток, на конце штока закреплен стабилизирующий балласт. На штоке неподвижно закреплена упорная площадка, которая опирается на пружину, расположенную между одной из направляющих штока и упорной площадкой, а в средней части на штоке установлен ротор с постоянными магнитами линейного электрического генератора. Статор линейного электрического генератора закреплен на внутренней поверхности цилиндрической емкости. Обмотка статора генератора соединена с зарядным устройством аккумулятора, от которого питается светооптическая аппаратура.A navigation buoy is known (RF patent No. 2489301), containing a streamlined sealed body, divided by waterproof bulkheads into compartments, light-optical equipment on LEDs located in the head part of the buoy body, and a stabilizing ballast, a cylindrical container is installed in the inner cavity of the streamlined sealed body. The rod moves along the axis of the tank in the guides, and a stabilizing ballast is fixed at the end of the rod. A thrust pad is fixedly fixed on the rod, which rests on a spring located between one of the rod guides and the thrust pad, and a rotor with permanent magnets of a linear electric generator is installed on the rod in the middle part. The stator of the linear electric generator is fixed on the inner surface of the cylindrical container. The generator stator winding is connected to the battery charger, from which the light-optical equipment is powered.

Недостатком данной конструкции навигационного буя является малая амплитуда и скорость перемещения ротора относительно статора, что не обеспечивает достаточную производительность линейного электрогенератора и устойчивую работу светооптической аппаратуры навигационного буя при небольшой волне.The disadvantage of this design of the navigation buoy is the small amplitude and speed of movement of the rotor relative to the stator, which does not provide sufficient performance of the linear electric generator and stable operation of the light-optical equipment of the navigation buoy at a small wave.

Задачей полезной модели является обеспечение надежной автономной работы навигационного буя, даже при небольшой волне.The objective of the utility model is to ensure reliable autonomous operation of the navigation buoy, even with a small wave.

Техническим результатом использования предлагаемого навигационного буя является усовершенствование его конструкции, позволяющее повысить производительность линейного электрогенератора за счет увеличения амплитуды и скорости относительного движения его рабочих элементов.The technical result of using the proposed navigation buoy is to improve its design, which makes it possible to increase the performance of a linear electric generator by increasing the amplitude and speed of the relative movement of its working elements.

Навигационный буй с автономной энергоустановкой (далее - навигационный буй) имеет герметичный корпус, разделенный водонепроницаемыми переборками на отсеки, светооптическую аппаратуру, расположенную в головной части корпуса буя, и стабилизирующий балласт. Во внутренней полости герметичного корпуса установлена цилиндрическая емкость, изготовленная из ферромагнитного материала, по оси которой в направляющих, закрепленных в цилиндрической емкости, расположен шток, выполненный из немагнитного материала. На нижнем конце штока установлен стабилизирующий балласт буя. На штоке неподвижно закреплена упорная площадка, которая опирается на пружину, расположенную между направляющей штока и упорной площадкой, а в верхней части штока установлен сердечник с постоянными магнитами линейного электрического генератора. В верхнем отсеке навигационного буя размещено зарядное устройство и аккумулятор. В нижней части герметичного корпуса жестко установлен рым, к которому прикреплена якорная цепь, удерживающая буй на заданном месте. На штоке между сердечником и упорной площадкой жестко закреплена двухсторонняя зубчатая рейка, находящаяся в зацеплении с двумя шестернями, установленными по обе стороны от штока на осях с возможностью вращения. Оси жестко закреплены внутри цилиндрической емкости. Шестерни одновременно находятся в зацеплении с двумя зубчатыми рейками, жестко закрепленными на боковых штангах. Боковые штанги установлены с возможностью вертикального перемещения в боковых направляющих, которые жестко закреплены внутри цилиндрической емкости. На верхних концах боковых штанг жестко закреплен статор, расположенный с зазором вокруг сердечника и образующий вместе с ним линейный электрогенератор. Обмотка статора соединена с входом зарядного устройства посредством боковых штанг, боковых направляющих, одновременно являющихся токосъемными элементами, и проводов. Выход зарядного устройства соединен с аккумулятором, обеспечивающим питание светооптической аппаратуры навигационного буя.A navigation buoy with an autonomous power plant (hereinafter referred to as a navigation buoy) has a sealed hull divided into compartments by watertight bulkheads, light-optical equipment located in the head part of the buoy hull, and a stabilizing ballast. In the inner cavity of the sealed housing there is a cylindrical container made of a ferromagnetic material, along the axis of which a rod made of a non-magnetic material is located in the guides fixed in the cylindrical container. A buoy stabilizing ballast is installed at the lower end of the rod. A thrust pad is fixedly fixed on the rod, which rests on a spring located between the rod guide and the thrust pad, and a core with permanent magnets of a linear electric generator is installed in the upper part of the rod. In the upper compartment of the navigation buoy there is a charger and a battery. In the lower part of the hermetic body, an eye is rigidly installed, to which an anchor chain is attached, holding the buoy in a given place. On the rod between the core and the thrust pad, a double-sided gear rack is rigidly fixed, which is engaged with two gears mounted on both sides of the rod on axes with the possibility of rotation. The axles are rigidly fixed inside the cylindrical container. The gears are simultaneously engaged with two toothed racks rigidly fixed on the side rods. The side rods are installed with the possibility of vertical movement in the side guides, which are rigidly fixed inside the cylindrical container. At the upper ends of the side rods, a stator is rigidly fixed, located with a gap around the core and forming a linear electric generator together with it. The stator winding is connected to the input of the charger by means of side rods, side guides, which are current-collecting elements at the same time, and wires. The output of the charger is connected to a battery that provides power to the light-optical equipment of the navigation buoy.

На фиг. 1 изображен навигационный буй в нейтральном положении (при отсутствии волны). На фиг. 2 изображен навигационный буй в крайнем верхнем положении (при набегании волны). На фиг. 3 изображен навигационный буй в крайнем нижнем положении (при сбегании волны). In FIG. 1 shows a navigation buoy in a neutral position (in the absence of a wave). In FIG. 2 shows a navigation buoy in its extreme upper position (when a wave is running). In FIG. 3 shows the navigation buoy in its lowest position (when the wave runs off).

Навигационный буй имеет герметичный корпус 1, разделенный водонепроницаемыми переборками 2 на отсеки, светооптическую аппаратуру 3, расположенную в головной части корпуса буя, и стабилизирующий балласт 4. Во внутренней полости герметичного корпуса 1 установлена цилиндрическая емкость 5, изготовленная из ферромагнитного материала, по оси которой в направляющих 6 и 7, закрепленных в цилиндрической емкости 5, расположен шток 8, выполненный из немагнитного материала. На нижнем конце штока 8 установлен стабилизирующий балласт 4 буя. На штоке 8 неподвижно закреплена упорная площадка 9, которая опирается на пружину 10, расположенную между направляющей 7 штока 8 и упорной площадкой 9, а в верхней части штока 8 установлен сердечник 11 с постоянными магнитами линейного электрического генератора. В верхнем отсеке 12 навигационного буя размещено зарядное устройство 13 и аккумулятор 14. В нижней части герметичного корпуса жестко установлен рым 15, к которому прикреплена якорная цепь 16, удерживающая буй на заданном месте. На штоке 8 между сердечником 11 и упорной площадкой 9 жестко закреплена двухсторонняя зубчатая рейка 17, находящаяся в зацеплении с двумя шестернями 18 и 19, установленными по обе стороны от штока 8 на осях 20 и 21 с возможностью вращения. Оси 20 и 21 жестко закреплены внутри цилиндрической емкости 5. Шестерни 18 и 19 одновременно находятся в зацеплении с двумя зубчатыми рейками 22 и 23, жестко закрепленными на боковых штангах 24 и 25. Боковые штанги 24 и 25 установлены с возможностью вертикального перемещения в боковых направляющих 26 и 27, которые жестко закреплены внутри цилиндрической емкости 5. На верхних концах боковых штанг 24 и 25 жестко закреплен статор 28, расположенный с зазором вокруг сердечника 11 и образующий вместе с ним линейный электрогенератор. Обмотка статора 28 соединена с входом зарядного устройства 13 посредством боковых штанг 24 и 25, боковых направляющих 26 и 27, одновременно являющихся токосъемными элементами, и проводов 29. Выход зарядного устройства 13 соединен с аккумулятором 14, от которого питается светооптическая аппаратура 3 навигационного буя.The navigation buoy has a sealed body 1, divided by watertight bulkheads 2 into compartments, light-optical equipment 3 located in the head part of the buoy body, and stabilizing ballast 4. A cylindrical container 5 is installed in the inner cavity of the sealed body 1, made of a ferromagnetic material, along the axis of which in guides 6 and 7, fixed in a cylindrical container 5, there is a rod 8 made of non-magnetic material. At the lower end of the rod 8, a stabilizing ballast 4 of the buoy is installed. A thrust pad 9 is fixedly fixed on the rod 8, which rests on a spring 10 located between the guide 7 of the rod 8 and the thrust pad 9, and a core 11 with permanent magnets of a linear electric generator is installed in the upper part of the rod 8. In the upper compartment 12 of the navigation buoy there is a charger 13 and a battery 14. An eye 15 is rigidly installed in the lower part of the sealed case, to which an anchor chain 16 is attached, holding the buoy in a given place. On the rod 8 between the core 11 and the thrust pad 9, a double-sided gear rack 17 is rigidly fixed, which is engaged with two gears 18 and 19 mounted on both sides of the rod 8 on the axes 20 and 21 with the possibility of rotation. Axes 20 and 21 are rigidly fixed inside the cylindrical container 5. Gears 18 and 19 are simultaneously engaged with two toothed racks 22 and 23 rigidly fixed on the side rods 24 and 25. The side rods 24 and 25 are installed with the possibility of vertical movement in the side guides 26 and 27, which are rigidly fixed inside the cylindrical container 5. At the upper ends of the side rods 24 and 25, a stator 28 is rigidly fixed, located with a gap around the core 11 and forming a linear electric generator with it. The stator winding 28 is connected to the input of the charger 13 by means of side rods 24 and 25, side guides 26 and 27, which are also current-collecting elements, and wires 29. The output of the charger 13 is connected to the battery 14, from which the light-optical equipment 3 of the navigation buoy is powered.

Навигационный буй работает следующим образом. В нейтральном положении при отсутствии волны (фиг. 1) вес стабилизирующего балласта 4 и жесткость пружины 10 выбраны так, что сердечник 11 и статор 28 располагаются симметрично друг относительно друга. Navigation buoy works as follows. In the neutral position in the absence of a wave (Fig. 1), the weight of the stabilizing ballast 4 and the stiffness of the spring 10 are chosen so that the core 11 and the stator 28 are located symmetrically relative to each other.

При набегании волны (фиг. 2) герметичный корпус 1 буя с цилиндрической емкостью 5 поднимается на гребень волны и смещается относительно штока 8 со стабилизирующим балластом 4 и сердечником 11. При этом пружина 10 сжимается, создает давление на упорную площадку 9 и заставляет шток 8 с балластом 4 и сердечником 11 двигаться вслед за герметичным корпусом 1, но с некоторым отставанием. Двухсторонняя зубчатая рейка 17 вместе со штоком 8 и сердечником 11 перемещается вниз, приводя во вращение шестерни 19 и 20 посредством зубчатых зацеплений. Вращающиеся шестерни 19 и 20 посредством зубчатых зацеплений с зубчатыми рейками 22, 23 перемещают их вверх вместе с боковыми штангами 24, 25 и статором 28 навстречу сердечнику 11 с удвоенной скоростью.When a wave runs (Fig. 2), the sealed body 1 of the buoy with a cylindrical container 5 rises to the crest of the wave and is displaced relative to the rod 8 with a stabilizing ballast 4 and core 11. In this case, the spring 10 is compressed, creates pressure on the thrust pad 9 and forces the rod 8 to ballast 4 and core 11 move after the hermetic body 1, but with some delay. The double-sided gear rack 17, together with the rod 8 and the core 11, moves down, driving the gears 19 and 20 through gears. Rotating gears 19 and 20 by means of gearing with toothed racks 22, 23 move them up together with the side rods 24, 25 and the stator 28 towards the core 11 at twice the speed.

При сбегании волны (фиг. 3) герметичный корпус 1 с цилиндрической емкостью 5 опускается вниз и смещается относительно штока 8 со стабилизирующим балластом 4 и сердечником 11. При этом пружина 10 разжимается и через упорную площадку 9 заставляет шток 8 с балластом 4 и сердечником 11 двигаться вслед за герметичным корпусом 1 с некоторым отставанием. Двухсторонняя зубчатая рейка 17 вместе со штоком 8 и сердечником 11 перемещается вверх, приводя во вращение шестерни 19 и 20 посредством зубчатых зацеплений. Вращающиеся шестерни 19 и 20 посредством зубчатых зацеплений с зубчатыми рейками 22, 23 перемещают их вниз вместе с боковыми штангами 24, 25 и статором 28 навстречу сердечнику 11 с удвоенной скоростью.When the wave runs off (Fig. 3), the sealed body 1 with a cylindrical container 5 goes down and shifts relative to the rod 8 with a stabilizing ballast 4 and core 11. In this case, the spring 10 is unclenched and through the thrust pad 9 causes the rod 8 with ballast 4 and core 11 to move after the sealed housing 1 with some delay. The double-sided gear rack 17, together with the rod 8 and the core 11, moves upward, driving the gears 19 and 20 through gears. Rotating gears 19 and 20 by means of gearing with toothed racks 22, 23 move them down together with the side rods 24, 25 and the stator 28 towards the core 11 at twice the speed.

При подходе следующего гребня волны процесс повторяется. When the next wave crest approaches, the process repeats.

Таким образом, волны создают колебательные движения герметичного корпуса 1 относительно стабилизирующего балласта 4, обеспечивая периодическое возвратно-поступательное движение штока 8 с сердечником 11 относительно статора 28 линейного электрогенератора. При движении сердечника 11 относительно статора 28 линейный электрогенератор вырабатывает переменное напряжение, которое передается с выхода обмотки статора 28 через боковые штанги 24, 25, боковые направляющие 26, 27 и провода 29 в отсек 12 на вход зарядного устройства 13. С выхода зарядного устройства 13 уже выпрямленное напряжение поступает на вход аккумулятора 14, что обеспечивает подзарядку аккумулятора 14 дважды за период колебаний штока 8.Thus, the waves create oscillatory movements of the sealed housing 1 relative to the stabilizing ballast 4, providing a periodic reciprocating motion of the rod 8 with the core 11 relative to the stator 28 of the linear electric generator. When the core 11 moves relative to the stator 28, the linear electric generator generates an alternating voltage, which is transmitted from the output of the stator winding 28 through the side rods 24, 25, side guides 26, 27 and wires 29 into compartment 12 to the input of the charger 13. From the output of the charger 13 is already the rectified voltage is supplied to the input of the battery 14, which ensures that the battery 14 is recharged twice during the oscillation period of the rod 8.

Таким образом, использование реечных передач, образованных шестернями 19, 20, вместе с двухсторонней рейкой 17 и зубчатыми рейками 22, 23 позволяет в два раза увеличить амплитуду и скорость относительных перемещений сердечника 11 и статора 28, обеспечивая высокую производительность линейного электрогенератора и устойчивую работу светооптической аппаратуры 3 навигационного буя, даже при небольшой волне.Thus, the use of rack and pinion gears formed by gears 19, 20, together with a double-sided rack 17 and gear racks 22, 23, makes it possible to double the amplitude and speed of the relative movements of the core 11 and stator 28, ensuring high performance of the linear electric generator and stable operation of light-optical equipment 3 navigation buoys, even with small waves.

Claims

A navigation buoy with an autonomous power plant, containing a sealed housing divided by watertight bulkheads into compartments, light-optical equipment located in the head part of the buoy housing, and stabilizing ballast, a cylindrical container made of ferromagnetic material is installed in the internal cavity of the sealed housing, along the axis of which in the guides, fixed in a cylindrical container, there is a rod made of non-magnetic material, a stabilizing buoy ballast is installed at the lower end of the rod, a thrust pad is fixedly fixed on the rod, which rests on a spring located between the rod guide and the thrust pad, and a core with permanent magnets of a linear electric generator, a charger and a battery are placed in the upper compartment of the navigation buoy, an eye is rigidly installed in the lower part of the sealed case, to which an anchor chain is attached to hold the buoy in a given place e, characterized in that a double-sided gear rack is rigidly fixed on the rod between the core and the thrust pad, which is engaged with two gears mounted on both sides of the rod on axes with the possibility of rotation, the axes are rigidly fixed inside the cylindrical container, the gears are simultaneously engaged with two toothed racks rigidly fixed on the side rods, the side rods are installed with the possibility of vertical movement in the side guides, which are rigidly fixed inside the cylindrical container, a stator is rigidly fixed at the upper ends of the side rods, located with a gap around the core and forming a linear electric generator with it , the stator winding is connected to the input of the charger by means of side rods, side guides, which are simultaneously current-collecting elements, and wires, the output of the charger is connected to a battery that provides power to the light-optical equipment of the navigation buoy.