RU2489301C1 - Navigation buoy (versions) - Google Patents

Navigation buoy (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2489301C1
RU2489301C1 RU2012113505/11A RU2012113505A RU2489301C1 RU 2489301 C1 RU2489301 C1 RU 2489301C1 RU 2012113505/11 A RU2012113505/11 A RU 2012113505/11A RU 2012113505 A RU2012113505 A RU 2012113505A RU 2489301 C1 RU2489301 C1 RU 2489301C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rod
buoy
cylindrical container
stator
linear electric
Prior art date
Application number
RU2012113505/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Николаевич Беседин
Алексей Александрович Рябов
Алексей Петрович Сеньков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Микротурбинные технологии" (ООО "НТЦ "МТТ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Микротурбинные технологии" (ООО "НТЦ "МТТ") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Микротурбинные технологии" (ООО "НТЦ "МТТ")
Priority to RU2012113505/11A priority Critical patent/RU2489301C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2489301C1 publication Critical patent/RU2489301C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Landscapes

  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

FIELD: transport.SUBSTANCE: invention relates to floating navigation equipment, particularly, to buoy intended for buoyage and marking definite waterway risks. Navigation buoy comprises streamlined sealed housing divided by waterproof baffles into compartments, light-optical hardware built around LEDs arranged at buoy head section, and stabilisation ballast. Cylindrical container is arranged inside said housing to accommodate the rod displacing in guides secured to said container along its axis and provided with stabilisation ballast secured to rod end. Thrust flange is rigidly attached to said rod to rest upon spring arranged between on of rod guides and thrust flange. Rotor with permanent magnets of linear electric generator is fitted on rod at the center. Linear generator stator is secured at cylindrical container inner surface. Stator winding is connected to input of charging device. Charging device output is connected to storage battery supplying light-optical hardware. In compliance with the second version, stabilisation ballast is attached to cylindrical container. One end of the rod is secured to buoy sealed housing. Thrust flange is rigidly secured at the rod. Spring is fitted atop the rod between upper guide and thrust flange.EFFECT: simplified design, higher power supply.2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к плавучим средствам навигационного оборудования - к бую, предназначенному для ограждения фарватеров и отдельных навигационных опасностей на судоходных акваториях.The invention relates to floating equipment for navigation equipment - to a buoy designed to enclose fairways and individual navigational hazards in navigable waters.

Аналогом является, например, инерционно-поршневая волновая энергетическая установка (патент РФ №2388933, опубликованный 10.05.2010). Установка содержит буй, автономный электрический источник и зарядное энергетическое устройство с механизмом подключения его к источнику, инерционный поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вверх и вниз за счет вертикальных движений буя под воздействием колебаний водной поверхности, и пружинные амортизаторы.An analogue is, for example, an inertial-piston wave power plant (RF patent No. 2388933, published on 05/10/2010). The installation contains a buoy, an autonomous electrical source and a charging power device with a mechanism for connecting it to the source, an inertial piston made with the possibility of reciprocating movement up and down due to vertical movements of the buoy under the influence of water surface vibrations, and spring shock absorbers.

Наиболее близок к предлагаемому навигационному бую морской буй ледовый (патент РФ №2399546, опубликованный 20.09.2010). Морской буй содержит обтекаемый герметичный корпус, разделенный водонепроницаемыми переборками на отсеки, светооптическую аппаратуру на светодиодах, расположенную в головной части корпуса буя, стабилизирующий балласт, закрепленный на хвостовике буя, автономную инерционную энергетическую установку, размещенную в хвостовом отсеке корпуса буя. Автономная инерционная энергетическая установка имеет герметическую емкость цилиндрической формы, в которой расположен инерционный поршень, жестко прикрепленный пружинными амортизаторами к верхней и нижней частям емкости.The closest to the proposed navigation buoy is an ice sea buoy (RF patent No. 2399546, published on September 20, 2010). The sea buoy contains a streamlined sealed enclosure, separated by waterproof bulkheads into compartments, light-optical equipment on LEDs located in the head of the buoy body, stabilizing ballast mounted on the shank of the buoy, an autonomous inertial power plant located in the tail compartment of the buoy body. The autonomous inertial power plant has a cylindrical hermetic container in which an inertial piston is located, which is rigidly attached by spring shock absorbers to the upper and lower parts of the tank.

В прототипе при воздействии на буй волны возникают вынужденные колебания инерционного поршня в герметичной емкости, сжимающие находящийся в емкости воздух, который подается по трубопроводам на турбину Уэллса и вращает ее. Рабочее колесо турбины вращает ротор генератора постоянного тока, с обмотки якоря которого снимается электроэнергия, обеспечивающая питание светооптической аппаратуры буя.In the prototype, when exposed to a wave buoy, forced oscillations of the inertial piston arise in a sealed container, compressing the air in the tank, which is supplied through pipelines to the Wells turbine and rotates it. The impeller of the turbine rotates the rotor of the DC generator, from the winding of the anchor of which electricity is removed, providing power to the optical equipment of the buoy.

Основными недостатками прототипа является малая выходная мощность, которую может обеспечить инерционная энергетическая установка, а также сложность установки и высокая стоимость ее изготовления.The main disadvantages of the prototype is the low power output that the inertial power plant can provide, as well as the complexity of the installation and the high cost of its manufacture.

Методика расчета мощности инерционной энергетической установки приведена, например, в патенте РФ №2037642 опубликованном 19.06.1995.The methodology for calculating the power of an inertial power plant is given, for example, in RF patent No. 2037642 published on June 19, 1995.

Принимаем реализуемые практически на навигационном буе параметры инерционной энергетической установки: масса маятника m=50 кг; амплитуда колебаний A=0,1 м; период колебаний, равный периоду следования волн, T=3 с. Частота колебаний ω=2·π/T=2,1 1/с. Механическая энергия, которой обладает маятник при заданных параметрах колебаний и максимальной скорости движения, равнаWe take the parameters of the inertial power plant, which are realized practically on a navigation buoy: pendulum mass m = 50 kg; vibration amplitude A = 0.1 m; the oscillation period equal to the period of the waves, T = 3 s. The oscillation frequency is ω = 2 · π / T = 2.1 1 / s. The mechanical energy possessed by the pendulum at given vibration parameters and maximum speed is

E = m A 2 ω 2 2 = 1,05 Дж

Figure 00000001
E = m A 2 ω 2 2 = 1.05 J
Figure 00000001

За период колебаний такую энергию маятник накапливает дважды, когда проходит положение равновесия, отсюда механическая мощность, которую можно преобразовать в электрическую будет равнаDuring the period of oscillations, the pendulum accumulates such energy twice when the equilibrium position passes, hence the mechanical power that can be converted into electrical will be

P = 2 E T = 0,7 В т

Figure 00000002
P = 2 E T = 0.7 AT t
Figure 00000002

При этом следует учесть, что энергия в прототипе преобразуется трижды:It should be noted that the energy in the prototype is converted three times:

сначала механическая энергия маятника преобразуется в энергию сжатого воздуха, затем энергия сжатого воздуха преобразуется в механическую энергию вращающейся турбины и ротора генератора постоянного тока и, наконец, генератор преобразует механическую энергию вращающегося ротора в электрическую. При каждом преобразовании будут потери энергии, в результате чего электрическая мощность будет меньше исходной механической, как минимум в 2-3 раза. Очевидно, что электрическая мощность P=0,3-0,2 Вт недостаточна для работы светооптической аппаратуры буя.first, the mechanical energy of the pendulum is converted into the energy of compressed air, then the energy of the compressed air is converted into the mechanical energy of a rotating turbine and the rotor of the DC generator, and finally, the generator converts the mechanical energy of the rotating rotor into electrical energy. With each conversion there will be energy losses, as a result of which the electric power will be less than the initial mechanical power, at least 2-3 times. Obviously, the electric power P = 0.3-0.2 W is insufficient for the operation of the light-optical equipment of the buoy.

Кроме малой выходной мощности энергетической установки буя в прототипе следует отметить ее сложность, связанную с тройным преобразованием энергии, и следовательно, высокую стоимость ее изготовления.In addition to the low output power of the power plant of the buoy in the prototype, it should be noted its complexity associated with the triple conversion of energy, and therefore the high cost of its manufacture.

Предлагаемое изобретение (два варианта) позволит создать навигационный буй с энергетической установкой большей мощности, более простой и дешевой, чем у прототипа.The present invention (two options) will allow you to create a navigation buoy with a power plant of greater power, simpler and cheaper than that of the prototype.

Это достигается тем, что в навигационном буе, содержащем 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 (первый вариант).This is achieved by the fact that in a navigation buoy containing a streamlined sealed enclosure, separated by waterproof bulkheads into compartments, light-emitting diode equipment on LEDs located in the head part of the buoy body, and a stabilizing ballast, a cylindrical container is installed in the internal cavity of the streamlined sealed enclosure. The rod moves along the axis of the container in the guides; a stabilizing ballast is fixed at the end of the rod. A thrust pad is fixedly fixed to 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 tank. The stator winding of the generator is connected to the battery charger, from which the light-optical equipment is powered (the first option).

По второму варианту - во внутренней полости обтекаемого герметичного корпуса установлена цилиндрическая емкость, к которой неподвижно прикреплен стабилизирующий балласт, по оси цилиндрической емкости в направляющих размещен шток, прикрепленный одним концом к герметичному корпусу буя, на штоке неподвижно закреплена упорная площадка,. В верхней части штока между верхней направляющей и упорной площадкой установлена пружина, а в средней части на штоке установлен ротор с постоянными магнитами линейного электрического генератора, статор линейного электрического генератора, также как и в первом варианте, закреплен на внутренней поверхности цилиндрической емкости, обмотка статора генератора соединена со входом зарядного устройства, а выход зарядного устройства соединен с аккумулятором, от которого питается светооптическая аппаратура.According to the second option, a cylindrical container is installed in the inner cavity of the streamlined sealed housing, to which the stabilizing ballast is fixedly attached, a rod attached at one end to the airtight housing of the buoy is placed along the axis of the cylindrical container, a thrust pad is fixedly fixed on the rod. A spring is installed in the upper part of the rod between the upper guide and the thrust pad, and in the middle part of the rod there is a rotor with permanent magnets of the linear electric generator, the stator of the linear electric generator, as in the first version, is fixed on the inner surface of the cylindrical container, the stator winding of the generator connected to the input of the charger, and the output of the charger is connected to the battery from which the light-optical equipment is powered.

Предлагаемая конструкция буя позволяет во много раз увеличить выходную мощность энергетической установки буя, упростить конструкцию буя и сделать его дешевле.The proposed design of the buoy allows many times to increase the output power of the power plant of the buoy, to simplify the design of the buoy and make it cheaper.

Увеличение выходной мощности энергетической установки буя достигается за счет того, что в предлагаемом навигационном буе в электрическую энергию преобразуется не механическая энергия, накопленная инерционным маятником, как это происходит в прототипе. В предлагаемом навигационном буе при подъеме навигационного буя на гребень волны в электрическую энергию преобразуется механическая энергия движения герметичного корпуса под действием силы Архимеда вместе со статором электрического генератора относительно стабилизирующего балласта и присоединенного к балласту ротора линейного электрического генератора. При спуске навигационного буя с гребня волны в электрическую энергию преобразуется механическая энергия движения стабилизирующего балласта и присоединенного к балласту ротора относительно герметичного корпуса и статора генератора под действием силы тяжести балласта и ротора. Как будет показано ниже, механическая энергия, которую можно преобразовать в электрическую при тех же параметрах колебаний, в предлагаемом навигационном буе значительно больше, чем в прототипе.The increase in the output power of the power plant of the buoy is achieved due to the fact that in the proposed navigation buoy, non-mechanical energy accumulated by the inertial pendulum is converted into electrical energy, as occurs in the prototype. In the proposed navigation buoy, when the navigation buoy is raised to the wave crest, the mechanical energy of the movement of the sealed enclosure is converted into electrical energy under the action of the Archimedes force together with the stator of the electric generator relative to the stabilizing ballast and the linear electric generator connected to the rotor ballast. When the navigation buoy is lowered from the wave crest, the mechanical energy of the motion of the stabilizing ballast and the rotor attached to the ballast relative to the sealed housing and stator of the generator under the influence of the gravity of the ballast and rotor is converted into electrical energy. As will be shown below, the mechanical energy that can be converted into electrical energy with the same vibration parameters in the proposed navigation buoy is much greater than in the prototype.

Кроме того в предлагаемом навигационном буе в электрическую энергию преобразуется непосредственно механическая энергия, в то время как в прототипе механическая энергия маятника сначала преобразуется в энергию сжатого воздуха, затем энергия сжатого воздуха преобразуется снова в механическую энергию вращающейся турбины и, наконец, генератор постоянного тока преобразует механическую энергию турбины в электрическую. Для каждого преобразования энергии в прототипе предусмотрено соответствующее устройство, в результате конструкция буя выполненного по прототипу будет сложной и дорогой. В предлагаемом навигационном буе никаких дополнительных устройств для промежуточных преобразований энергии нет, его конструкция проще и дешевле, чем у прототипа.In addition, in the proposed navigation buoy, mechanical energy is directly converted into electrical energy, while in the prototype the mechanical energy of the pendulum is first converted into compressed air energy, then the compressed air energy is converted again into the mechanical energy of a rotating turbine, and finally, the direct current generator converts mechanical energy turbine energy into electrical. For each energy conversion in the prototype, an appropriate device is provided, as a result, the design of the buoy made according to the prototype will be complex and expensive. In the proposed navigation buoy there are no additional devices for intermediate energy conversions, its design is simpler and cheaper than that of the prototype.

На фиг.1 показано осевое сечение навигационного буя - первый вариант. На фиг.2 - схема линейного электрического генератора, на фиг.3 второй вариант конструкции навигационного буя.Figure 1 shows the axial section of the navigation buoy - the first option. In Fig.2 is a diagram of a linear electric generator, in Fig.3 is a second design variant of the navigation buoy.

Изображенный на фиг.1 навигационный буй имеет герметичный корпус 1, разделенный водонепроницаемыми переборками 2 на отсеки, светооптическую аппаратуру 3 на светодиодах, 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 конце штока 8 установлен стабилизирующий балласт 4 буя. На штоке 8 неподвижно закреплена упорная площадка 9, которая опирается на пружину 10, расположенную между направляющий 7 штока 8 и упорной площадкой 9, а в средней части штока 8 установлен ротор 11 с постоянными магнитами линейного электрического генератора. Статор 12 линейного электрического генератора неподвижно закреплен на внутренней поверхности цилиндрической емкости 5. В верхнем отсеке 13 навигационного буя размещены зарядное устройство 14 и аккумулятор 15. Обмотка статора 12 генератора соединена со входом зарядного устройства 14, а выход зарядного устройства 14 соединен с аккумулятором 15, от которого питается светооптическая аппаратура 3 навигационного буя. Навигационный буй имеет рым 16, к которому закрепляется якорная цепь 17, удерживающая буй на заданном месте.The navigational buoy shown in Fig. 1 has a sealed housing 1 divided by watertight bulkheads 2 into compartments, light-optical equipment 3 on LEDs located in the head of the buoy body, and stabilizing ballast 4. A cylindrical container 5 made of ferromagnetic material, the axis of which in the guides 6 and 7, mounted in a cylindrical tank 5, is a rod 8 made of non-magnetic material. At the end of the rod 8 is installed stabilizing ballast 4 buoy. A thrust pad 9 is fixedly mounted 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 rotor 11 with permanent magnets of a linear electric generator is installed in the middle part of the rod 8. The stator 12 of the linear electric generator is fixedly mounted on the inner surface of the cylindrical container 5. In the upper compartment 13 of the navigation buoy there is a charger 14 and a battery 15. The winding of the stator 12 of the generator is connected to the input of the charger 14, and the output of the charger 14 is connected to the battery 15, from which is powered by light-optical equipment 3 navigation buoy. The navigation buoy has an eye 16, to which the anchor chain 17 is fixed, holding the buoy in place.

На фиг.2 показана схема линейного электрического генератора. Ротор 11 (фиг.1) генератора, установленный на штоке 8, состоит из полюсов 18 дисковой формы и дисковых постоянных магнитов 19, расположенных между полюсами 18. Постоянные магниты 19 намагничены в осевом направлении и при установке на шток 8 магниты 19 размещаются так, чтобы их полярность чередовалась. Тогда полярность полюсов 18 также будет чередоваться, как показано на фиг.2. Между полюсами 18 установлены разделительные кольца 20 ротора 11 из немагнитного материала, которые защищают постоянные магниты 19 от механических повреждений. Статор 12 (фиг.1) линейного электрического генератора, установленный на внутренней поверхности цилиндрической емкости 5, состоит из зубцов 21 дисковой формы между которыми размещается однофазная обмотка 22. Разделительное кольцо 23 статора 12, обеспечивает заданное расстояние между зубцами 21 и должно быть выполнено из ферромагнитного материала. Число полюсов 18 и постоянных магнитов 19 ротора, а также число зубцов 21 статора и число секций обмотки 22 статора может быть увеличено в зависимости от параметров энергетической установки буя.Figure 2 shows a diagram of a linear electric generator. The rotor 11 (Fig. 1) of the generator mounted on the rod 8 consists of disk-shaped poles 18 and disk permanent magnets 19 located between the poles 18. The permanent magnets 19 are axially magnetized and when installed on the rod 8, the magnets 19 are placed so that their polarity alternated. Then the polarity of the poles 18 will also alternate, as shown in Fig.2. Between the poles 18, dividing rings 20 of the rotor 11 are made of non-magnetic material, which protect the permanent magnets 19 from mechanical damage. The stator 12 (Fig. 1) of a linear electric generator mounted on the inner surface of the cylindrical container 5 consists of teeth 21 of a disk shape between which a single-phase winding 22 is placed. The spacer ring 23 of the stator 12 provides a predetermined distance between the teeth 21 and must be made of ferromagnetic material. The number of poles 18 and permanent magnets 19 of the rotor, as well as the number of teeth of the stator 21 and the number of sections of the stator winding 22 can be increased depending on the parameters of the power plant of the buoy.

Навигационный буй работает следующим образом. В исходном состоянии при отсутствии волны вес стабилизирующего балласта 4 и жесткость пружины 10 должны быть выбраны так, чтобы ротор 11 и статор 12 располагались симметрично друг относительно друга, как показано на фиг.2. При подходе волны герметичный корпус 1 буя с цилиндрической емкостью 5 и статором 12 поднимается на гребень волны и смещается относительно штока 8 со стабилизирующим балластом 4 и ротором 11, при этом пружина 10 сжимается, создает давление на упорную площадку 9 и заставляет шток 8 с балластом 4 и ротором 11 двигаться вслед за герметичным корпусом 1, но с некоторым отставанием. При спуске с гребня волны герметичный корпус 1 с цилиндрической емкостью 5 и статором 12 и шток 8 с балластом 4 и ротором 11 двигаются навстречу друг другу. По инерции и под действием силы пружины 10 шток 8 проходит нейтральное положение, и теперь направление смещения штока 8 с балластом 4 и ротором 11 относительно корпуса 1 с цилиндрической емкостью 5 и статором 12 изменяется на противоположное. При подходе следующего гребня волны все повторяется. Таким образом, волны создают колебательное движение герметичного корпуса 1 относительно стабилизирующего балласта 4 и штока 8, а значит и ротора 11 относительно статора 12 линейного электрического генератора.Navigation buoy works as follows. In the initial state, in the absence of a wave, the weight of the stabilizing ballast 4 and the stiffness of the spring 10 should be chosen so that the rotor 11 and the stator 12 are symmetrically relative to each other, as shown in Fig.2. When the wave approaches, the sealed buoy body 1 with a cylindrical tank 5 and stator 12 rises to the wave crest and moves relative to the rod 8 with stabilizing ballast 4 and rotor 11, while the spring 10 is compressed, creates pressure on the thrust pad 9 and forces the rod 8 with ballast 4 and rotor 11 to move after the sealed housing 1, but with some lag. When descending from the crest of the wave, the sealed housing 1 with a cylindrical tank 5 and stator 12 and the rod 8 with ballast 4 and rotor 11 move towards each other. By inertia and under the action of the force of the spring 10, the rod 8 passes the neutral position, and now the direction of displacement of the rod 8 with the ballast 4 and the rotor 11 relative to the housing 1 with a cylindrical tank 5 and the stator 12 is reversed. As the next crest of the wave approaches, everything repeats. Thus, the waves create an oscillatory movement of the sealed housing 1 relative to the stabilizing ballast 4 and the rod 8, and hence the rotor 11 relative to the stator 12 of the linear electric generator.

При смещении ротора 11 относительно статора 12 линейного электрического генератора потокосцепление обмотки 22 статора 12 генератора изменяется по величине и по знаку, в результате чего в обмотке индуцируется переменная электродвижущая сила. Так как ротор 11 и статор 12 располагаются симметрично, как показано на фиг.2, в исходном состоянии, то есть при отсутствии волнения воды и колебаний штока 8, то при колебаниях скорость смещения ротора 11 относительно статора 12 в показанном на фиг.2 положении будет максимальной, а значит, будет максимальной и электродвижущая сила, и напряжение на выходе обмотки 22 статора 12. Переменное напряжение с выхода обмотки 22 подается в отсек 13 на вход зарядного устройства 14, и с выхода зарядного устройства 14 уже выпрямленное напряжение поступает на вход аккумулятора 15, что обеспечивает подзарядку аккумулятора 15 дважды за период колебаний штока 8.When the rotor 11 is displaced relative to the stator 12 of the linear electric generator, the flux linkage of the winding 22 of the stator 12 of the generator changes in magnitude and sign, as a result of which a variable electromotive force is induced in the winding. Since the rotor 11 and the stator 12 are located symmetrically, as shown in FIG. 2, in the initial state, that is, in the absence of waves of water and oscillations of the rod 8, when vibrating, the displacement rate of the rotor 11 relative to the stator 12 in the position shown in FIG. maximum, and therefore, there will be maximum electromotive force and voltage at the output of the winding 22 of the stator 12. Alternating voltage from the output of the winding 22 is supplied to the compartment 13 to the input of the charger 14, and from the output of the charger 14 the rectified voltage is supplied to the input acc stimulants 15 that charges the battery 15 provides twice the period of oscillations rod 8.

Оценим механическую мощность колебаний, которую может преобразовать в электрическую линейный электрический генератор. При подъеме на гребень волны смещение герметичного корпуса 1 относительно штока 8 происходит под действием силы Fп, максимальное значение Fпmax равноLet us evaluate the mechanical oscillation power that can be converted into an electric linear electric generator. When climbing a wave crest, the displacement of the sealed housing 1 relative to the rod 8 occurs under the action of a force Fп, the maximum value of Fпmax is

Fпmax=Fa-Fк-Fб-Fц,Fпmax = Fa-Фк-Фб-Фц,

где Fa=γв·V·g-Fk - сила Архимеда, действующая на герметичный корпус 1;where Fa = γв · V · g-Fk is the Archimedes force acting on the sealed housing 1;

Fk - вес герметичного корпуса 1 буя с цилиндрической емкостью 5, со статором 12, со светооптической аппаратурой 3, аккумулятором и зарядным устройством, размещенными в верхнем отсеке 13 буя;Fk is the weight of the sealed housing 1 of the buoy with a cylindrical capacity of 5, with a stator 12, with light-optical equipment 3, a battery and a charger located in the upper compartment 13 of the buoy;

Fб - вес штока 8 с балластом 4 и ротором 11;Fb - the weight of the rod 8 with ballast 4 and rotor 11;

Fц - вес провисающей части якорной цепи 17;FC - the weight of the sagging part of the anchor chain 17;

γв - плотность воды;γw is the density of water;

V - объем герметичного корпуса 1;V is the volume of the sealed enclosure 1;

g - ускорение свободного падания.g is the acceleration of gravity.

Отсюда механическая энергия движения штока 8 относительно корпуса 1 при подъеме навигационного буя на гребень волны равнаHence, the mechanical energy of the movement of the rod 8 relative to the housing 1 when lifting the navigation buoy on the crest of the wave is

WМП=FП·Vm.W MP = F P · Vm.

При спуске с гребня волны смещение штока 8 относительно герметичного корпуса 1 происходит под действием силы Fб.When descending from the crest of the wave, the displacement of the rod 8 relative to the sealed housing 1 occurs under the action of the force Fb.

Механическая энергия штока 8 относительно корпуса 1 при спуске навигационного буя с гребня волны равнаThe mechanical energy of the rod 8 relative to the housing 1 when lowering the navigation buoy from the crest of the wave is

WMC=Fб·Vm.W MC = Fb · Vm.

Поскольку период колебаний буя принят T=3 с, можно найти среднюю механическую мощность, которую имеет шток 8 при колебаниях относительно корпуса 1Since the buoy oscillation period is taken to be T = 3 s, it is possible to find the average mechanical power that the rod 8 has when oscillating with respect to body 1

Рм=(Wмп+Wмc)/T.Pm = (Wmp + Wmc) / T.

Определим Рм для речного буя РБ-4-02 при той же массе стабилизирующего балласта m=50 кг и тех же параметрах колебаний, как и у рассмотренного выше прототипа: амплитуда колебаний А=0,1 м, период колебаний T=3 с. Максимальная скорость смещения ротора 11 относительно статора 12 будет равна Vm=A·ω=0,21 м/с. Параметры навигационного речного буя РБ-4-02: сила Fa=6560 H (670 кг); Fк=1960 H (200 кг); Fб=490 H (m=50 кг); Fц до 980 H (до 100 кг). По этим параметрам получимWe define Rm for the river buoy RB-4-02 with the same mass of stabilizing ballast m = 50 kg and the same vibration parameters as the prototype considered above: vibration amplitude A = 0.1 m, vibration period T = 3 s. The maximum displacement velocity of the rotor 11 relative to the stator 12 will be equal to Vm = A · ω = 0.21 m / s. Parameters of the navigation river buoy RB-4-02: force Fa = 6560 H (670 kg); Fc = 1960 H (200 kg); Fb = 490 H (m = 50 kg); FC up to 980 H (up to 100 kg). According to these parameters, we obtain

Fпmax=Fa-Fк-Fб-Fц=3130 H;Fпmax = Fa-Фк-Фб-Фц = 3130 H;

Wмпmax=Fпmax·Vm=657 Дж;Wmpmax = Fпmax · Vm = 657 J;

Wмс=Fб·Vm=103 Дж;Wms = Fb · Vm = 103 J;

Рмmах=(Wмп+Wмc)/T=253 Вт.Pmmax = (Wmp + Wmc) / T = 253 W.

Если принять, что линейный электрический генератор при подъеме на гребень волны использует только часть механической мощности Wмпmах, равную Wмc, то получим Рм=69 Вт.If we assume that a linear electric generator, when climbing a wave crest, uses only part of the mechanical power Wmpmax equal to Wmc, then we get Рm = 69 W.

Как видно, механическая мощность энергетической установки буя многократно увеличена по сравнению с прототипом. После преобразования механической мощности в электрическую линейным электрическим генератором электрической мощности будет достаточно для подзарядки аккумулятора 15, питающего светооптическую аппаратуру 3.As you can see, the mechanical power of the power plant buoy is many times increased in comparison with the prototype. After the conversion of mechanical power into electrical power by a linear electric generator, electrical power will be enough to recharge the battery 15, which feeds the optical equipment 3.

Предлагаемая конструкция навигационного буя намного проще, чем у прототипа, так как исключается насос, сжимающий воздух, и турбина, вращение которой создается сжатым воздухом. Следовательно, изготовление предлагаемого навигационного буя будет стоить дешевле, чем изготовление прототипа.The proposed design of the navigation buoy is much simpler than that of the prototype, since it excludes a pump that compresses the air, and a turbine, the rotation of which is created by compressed air. Therefore, the manufacture of the proposed navigation buoy will cost less than the manufacture of the prototype.

В изображенном на фиг.2 навигационном буе в зазор между направляющей 7 и штоком 8 может попадать вода, которая может нарушить работу линейного электрического генератора. Этот недостаток устранен в другом варианте навигационного буя (фиг.3) в котором стабилизирующий балласт 4 неподвижно закреплен в цилиндрической полости 5, а конец штока 8 прикреплен к герметичному корпусу 1 буя. В этом варианте шток 8 и ротор 11 линейного электрического генератора вместе с герметичным корпусом 1 совершает колебательное движение относительно цилиндрической полости 5 с прикрепленным к ней стабилизирующим балластом 4 и статором 12. В навигационном буе на фиг.3 ввод штока 8 в цилиндрическую полость 5 выполнен через направляющую 6, расположенную в верхней части буя. В такой конструкции зазор между направляющей 6 и штоком 8 проще защитить от попадания воды в цилиндрическую полость 5, в которой расположены ротор 11 и статор 12 линейного электрического генератора. По энергетическим характеристикам варианты навигационного буя, изображенные на фиг.1 и фиг.3 эквивалентны.In the navigation buoy shown in FIG. 2, water may enter the gap between the guide 7 and the rod 8, which may interfere with the operation of the linear electric generator. This disadvantage is eliminated in another embodiment of the navigation buoy (Fig.3) in which the stabilizing ballast 4 is fixedly mounted in the cylindrical cavity 5, and the end of the rod 8 is attached to the sealed housing 1 of the buoy. In this embodiment, the rod 8 and the rotor 11 of the linear electric generator together with the sealed housing 1 oscillates relative to the cylindrical cavity 5 with the stabilizing ballast 4 and stator 12 attached to it. In the navigation buoy of FIG. 3, the rod 8 is introduced into the cylindrical cavity 5 through guide 6 located at the top of the buoy. In this design, the gap between the guide 6 and the rod 8 is easier to protect from water entering the cylindrical cavity 5, in which the rotor 11 and the stator 12 of the linear electric generator are located. According to the energy characteristics, the options for the navigation buoy shown in Fig. 1 and Fig. 3 are equivalent.

Claims (2)

1. Навигационный буй, содержащий обтекаемый герметичный корпус, разделенный водонепроницаемыми переборками на отсеки, светооптическую аппаратуру на светодиодах, расположенную в головной части корпуса буя, и стабилизирующий балласт, отличающийся тем, что во внутренней полости корпуса установлена цилиндрическая емкость, по оси которой в направляющих, прикрепленных к цилиндрической емкости, перемещается шток, на конце штока установлен стабилизирующий балласт, на штоке неподвижно закреплена упорная площадка, которая опирается на пружину, расположенную между одной их 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 со входом зарядного устройства, а выход зарядного устройства соединен с аккумулятором, от которого питается светооптическая аппаратура.1. A navigation buoy containing a streamlined sealed enclosure separated by waterproof bulkheads into compartments, light-emitting diode optical equipment located in the head of the buoy’s housing, and a stabilizing ballast, characterized in that a cylindrical container is installed in the internal cavity of the housing, the axis of which in the guides, attached to the cylindrical container, the rod moves, a stabilizing ballast is installed at the end of the rod, a thrust pad that is supported by a spring is fixedly fixed on the rod located between one of the rod guides and the thrust pad, and in the middle part of the rod there is a rotor with permanent magnets of a linear electric generator, the stator of the linear electric generator is mounted on the inner surface of the cylindrical container, the stator winding of the generator is connected to the input of the charger, and the output of the charger connected to the battery from which the optical equipment is powered. 2. Навигационный буй, содержащий обтекаемый герметичный корпус, разделенный водонепроницаемыми переборками на отсеки, светооптическую аппаратуру на светодиодах, расположенную в головной части корпуса буя, и стабилизирующий балласт, отличающийся тем, что во внутренней полости корпуса установлена цилиндрическая емкость, к которой неподвижно прикреплен стабилизирующий балласт, по оси цилиндрической емкости в направляющих размещен шток, прикрепленный одним концом к герметичному корпусу буя, на штоке неподвижно закреплена упорная площадка, в верхней части штока между верхней направляющей и упорной площадкой установлена пружина, 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 со входом зарядного устройства, а выход зарядного устройства соединен с аккумулятором, от которого питается светооптическая аппаратура. 2. A navigation buoy containing a streamlined sealed enclosure divided by waterproof bulkheads into compartments, light-emitting diode optical equipment located in the head part of the buoy enclosure, and a stabilizing ballast, characterized in that a cylindrical container is installed in the inner cavity of the housing, to which the stabilizing ballast is fixedly attached , along the axis of the cylindrical container in the rails there is a rod attached at one end to the sealed housing of the buoy, a thrust pad is fixedly fixed on the rod ka, a spring is installed in the upper part of the rod between the upper guide 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 stator winding of the generator is connected to the input of the charger, and the output of the charger is connected to the battery, from which the optical equipment is powered.
RU2012113505/11A 2012-04-06 2012-04-06 Navigation buoy (versions) RU2489301C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012113505/11A RU2489301C1 (en) 2012-04-06 2012-04-06 Navigation buoy (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012113505/11A RU2489301C1 (en) 2012-04-06 2012-04-06 Navigation buoy (versions)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2489301C1 true RU2489301C1 (en) 2013-08-10

Family

ID=49159442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012113505/11A RU2489301C1 (en) 2012-04-06 2012-04-06 Navigation buoy (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2489301C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2617607C1 (en) * 2016-05-05 2017-04-25 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Navigation buoy with integrated power plant
RU2677958C1 (en) * 2018-02-19 2019-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" Navigation buoy
CN113464353A (en) * 2021-08-23 2021-10-01 徐桂荣 New energy type tidal power generator
CN114017245A (en) * 2021-11-03 2022-02-08 南方科技大学 Floating point-absorbing wave energy power generation device and power generation method thereof
WO2022211871A1 (en) * 2021-04-02 2022-10-06 Suddaby Loubert S Kinetic energy capture, storage, and conversion device
RU216958U1 (en) * 2022-12-27 2023-03-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Navigation buoy with autonomous power plant

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1271490A (en) * 1969-12-06 1972-04-19 Dornier System Gmbh Improved electric power generator for a floatable body
RU2007130120A (en) * 2007-08-06 2009-02-20 Владимир Ильич Плотников (RU) FLOATING WAVE POWER PLANT
RU88744U1 (en) * 2009-02-09 2009-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" WAVE POWER INSTALLATION
RU2399546C2 (en) * 2008-06-09 2010-09-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Научно-Исследовательский Навигационно-Гидрографический Институт Министерства Обороны Российской Федерации" Sea ice buoy
CN201797431U (en) * 2010-08-31 2011-04-13 东南大学 Linear generator suitable for low-speed waves
KR20110132742A (en) * 2010-06-03 2011-12-09 한기봉 Wave power generator
RU113234U1 (en) * 2011-05-16 2012-02-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" BUOY FLASHY

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1271490A (en) * 1969-12-06 1972-04-19 Dornier System Gmbh Improved electric power generator for a floatable body
RU2007130120A (en) * 2007-08-06 2009-02-20 Владимир Ильич Плотников (RU) FLOATING WAVE POWER PLANT
RU2399546C2 (en) * 2008-06-09 2010-09-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Научно-Исследовательский Навигационно-Гидрографический Институт Министерства Обороны Российской Федерации" Sea ice buoy
RU88744U1 (en) * 2009-02-09 2009-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" WAVE POWER INSTALLATION
KR20110132742A (en) * 2010-06-03 2011-12-09 한기봉 Wave power generator
CN201797431U (en) * 2010-08-31 2011-04-13 东南大学 Linear generator suitable for low-speed waves
RU113234U1 (en) * 2011-05-16 2012-02-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" BUOY FLASHY

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2617607C1 (en) * 2016-05-05 2017-04-25 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Navigation buoy with integrated power plant
RU2677958C1 (en) * 2018-02-19 2019-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" Navigation buoy
WO2022211871A1 (en) * 2021-04-02 2022-10-06 Suddaby Loubert S Kinetic energy capture, storage, and conversion device
CN113464353A (en) * 2021-08-23 2021-10-01 徐桂荣 New energy type tidal power generator
CN114017245A (en) * 2021-11-03 2022-02-08 南方科技大学 Floating point-absorbing wave energy power generation device and power generation method thereof
RU216958U1 (en) * 2022-12-27 2023-03-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Navigation buoy with autonomous power plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2489301C1 (en) Navigation buoy (versions)
Zhang et al. Electromagnetic energy harvester with flexible coils and magnetic spring for 1–10 Hz resonance
US7352073B2 (en) Ocean wave energy converter having an improved generator and ballast control
EP1691072A1 (en) Wave power generator
US20140028027A1 (en) Novel Electrical Generators For Use In Unmoored Buoys And the Like Platforms With Low-Frequency and Time-Varying Oscillatory Motions
US9231461B2 (en) Electromagnetic energy conversion through coil and magnet arrays
JP5811719B2 (en) Vibration generator
JP5495117B2 (en) Wave power generator, wave power generation method
WO2007112241A2 (en) Intermittent force powered electromagnetic converters especially for sea waves
CN103343726B (en) A kind of float body rope wheel wave-activated generator
Chye et al. Electromagnetic micro power generator—A comprehensive survey
CN103538701A (en) Passive sonar buoy with generating set
CN103075293A (en) Cylindrical floating body type wave power generation device
KR20120030999A (en) Energy conversion device
RU2513070C1 (en) Float wave electric power plant
CN103437944B (en) Level vertically fully utilizes float body rope wheel power generation system
CN108777554B (en) A kind of oscillatory type magnetoelectricity energy accumulator
Fondevilla et al. Electromagnetic harvester device for scavenging ambient mechanical energy with slow, variable, and randomness nature
RU196586U1 (en) Float wave power station
CN105071701A (en) Magnetic levitation linear generator
CN103527393A (en) Direct-driven type double-vibration wave power generation device
KR101376308B1 (en) Wave activated power generation unit
RU2658713C1 (en) Installation for battery energy replenishment of small marine autonomous equipment and buoys
CN205714565U (en) Non-linear directly drive float type wave energy power generation
CN108847737A (en) A kind of Wave energy acquisition device for sonar buoy power supply

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190407