RU2507672C2 - Система генерирования электрической энергии и способ с использованием указанной системы - Google Patents
Система генерирования электрической энергии и способ с использованием указанной системы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2507672C2 RU2507672C2 RU2012118500/07A RU2012118500A RU2507672C2 RU 2507672 C2 RU2507672 C2 RU 2507672C2 RU 2012118500/07 A RU2012118500/07 A RU 2012118500/07A RU 2012118500 A RU2012118500 A RU 2012118500A RU 2507672 C2 RU2507672 C2 RU 2507672C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric transducers
- submarine
- hull
- piezoelectric
- transducers
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 14
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 14
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 14
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims description 12
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, к преобразованию энергии механического давления в электроэнергию, и может быть использовано для создания дополнительного источника питания для системы электроснабжения подводного судна. Технический результат состоит в повышении эффективности генерирования энергии и расширения области применения пьезоэлектрических преобразователей. Система генерирования электроэнергии содержит основание, пьезоэлектрические преобразователи, установленные на основании, и средства механического нагружения пьезоэлектрических преобразователей. Пьезоэлектрические преобразователи установлены на элементах конструкции подводного судна, жестко не связанных с его корпусом, и имеют рабочее положение, в котором возможно взаимодействие с корпусом подводного судна таким образом, что на пьезоэлектрические преобразователи через корпус подводного судна передается давление забортной воды при изменении глубины его погружения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к способу и устройству преобразования механической энергии давления в электроэнергию, и может быть использовано для создания дополнительного источника питания для системы электроснабжения подводного судна.
Во время продолжительного плавания в подводном положении подводное судно, например подводная лодка, постоянно испытывает внешнее давление забортной воды (фиг.1 и 2). Изменение глубины погружения вызывает деформацию корпуса и колебания общих линейных размеров. Демонстрацию данного явления можно наблюдать в фильме «Убрать перископ» («Down Periscope», 1996 г. США, 26-30 мин.).
В конструкции подводной лодки учтено указанное механическое воздействие, и крепление основных элементов внутренней архитектуры выполнено таким образом, чтобы исключить недопустимые напряжения.
Так, например, как показано на фиг.3, палубы лежат на поддерживающих кронштейнах и в силу отсутствия жесткой связи с корпусом подводной лодки палубы не испытывают давления со стороны корпуса. В результате происходит изменение взаимного положения палубы и корпуса. Эта особенность конструкции подводного судна может быть использована для создания источника электрической энергии на основе пьезоэлементов.
Использование пьезоэлектрических преобразователей для создания источников питания широко известно. Например, известны системы генерирования электроэнергии, в которых механическое нагружение пьезоэлектрических преобразователей осуществляется с использованием движущихся транспортных средств.
Известно устройство для генерирования энергии (патент США №7830071, публ. 09.11.2010), выбранное в качестве прототипа. Известное устройство содержит основание, пьезоэлектрические преобразователи, установленные на основании, и средства механического нагружения пьезоэлектрических преобразователей. При этом пьезоэлементы расположены под дорожным полотном, которое выполняет функцию средств механического нагружения, а выработка электрической энергии происходит при взаимодействии транспортных средств с дорожным полотном в местах расположения пьезоэлектрических преобразователей.
Однако, не известно устройство генерирования электроэнергии, содержащее пьезоэлектрические преобразователи, размещенные на элементах конструкции подводного судна, и подвергающиеся воздействию силы давления забортной воды при изменении глубины погружения подводного судна.
Также известен способ генерирования электроэнергии (патент США №7830071, публ. 09.11.2010), выбранный в качестве прототипа. Согласно известному способу размещают пьезоэлектрические преобразователи на основании, механически их нагружают и получают электроэнергию. При этом пьезоэлектрические преобразователи расположены под дорожным полотном, а электроэнергия генерируется при прохождении транспортом местоположения указанных пьезоэлектрических преобразователей.
Однако, не известен способ генерирования электроэнергии с помощью пьезоэлектрических преобразователей, установленных на элементах конструкции подводного судна и подвергающихся воздействию силы давления забортной воды при изменении глубины погружения подводного судна.
Задачей настоящего изобретения является создание системы и способа генерирования электроэнергии с использованием пьезоэлектрических преобразователей, устанавливаемых на элементах конструкции подводного судна и подвергающихся воздействию силы давления забортной воды при изменении глубины его погружения.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в повышении эффективности системы и способа генерирования энергии, а также в расширении области применения пьезоэлектрических преобразователей с обеспечением возможности их работы при размещении на элементах конструкциях подводного судна.
Указанный технический результат достигается благодаря созданию системы генерирования электрической энергии, содержащей основание, пьезоэлектрические преобразователи, установленные на основании, и средства механического нагружения пьезоэлектрических преобразователей, при этом пьезоэлектрические преобразователи установлены на элементах конструкции подводного судна, жестко не связанных с его корпусом, и имеют рабочее положение, в котором возможно взаимодействие с корпусом подводного судна таким образом, что на пьезоэлектрические преобразователи через корпус подводного судна передается давление забортной воды при изменении глубины его погружения.
Пьезоэлектрические преобразователи могут быть установлены на палубе суда или на элементах конструкций, жестко связанных с палубой.
Пьезоэлектрические преобразователи могут иметь нерабочее положение, в котором они отведены от корпуса подводного судна, а система дополнительно может быть оснащена средствами перевода пьезоэлектрических преобразователей из рабочего положения в нерабочее положение.
Каждый из пьезоэлектрических преобразователей может содержать по меньшей мере два пьезоэлемента, расположенных на одном основании и размещенных в одном корпусе, каждый из которых снабжен пружинным амортизатором, выполненным с возможностью взаимодействия с корпусом судна, причем амортизаторы имеют разную жесткость и длину.
Средства перевода пьезоэлектрических преобразователей из рабочего положения в нерабочее положение могут быть выполнены в виде направляющих, а пьезоэлектрические преобразователи могут быть выполнены с возможностью перемещения по этим направляющим.
Кроме того, технический результат достигается благодаря способу генерирования электрической энергии, заключающемуся в размещении пьезоэлектрических преобразователей на основании, их механическом нагружении и получении электрической энергии, в котором пьезоэлектрические преобразователи располагают на элементах конструкции подводного судна, жестко не связанных с его корпусом, фиксируют их в рабочем положении, в котором возможно взаимодействие пьезоэлектрических преобразователей с корпусом подводного судна, и передают на пьезоэлектрические преобразователи через корпус подводного судна давление забортной воды при изменении глубины его погружения.
Пьезоэлектрические преобразователи могут располагать на палубе подводного судна или на элементах конструкции подводного судна, жестко связанных с палубой.
Пьезоэлектрические преобразователи могут переводить в нерабочее положение, отведением их от корпуса подводного судна и фиксацией в этом положении.
Далее предложенное изобретение описано подробно со ссылками на чертежи, на которых:
на фиг.1 схематически изображена зависимость давления забортной воды на корпус подводного судна от глубины его погружения;
на фиг.2 изображена схема воздействия давления забортной воды на корпус подводного судна на разных глубинах;
на фиг.3 схематически изображено поперечное сечение подводного судна;
на фиг.4 схематически изображен пьезоэлектрический преобразователь и его размещение относительно элементов конструкции подводного судна.
Предложенная система генерирования электроэнергии содержит основание 3, пьезоэлектрические преобразователи 1 (фиг.4), установленные на основании 3 и средства механического нагружения преобразователей 1. В качестве основания используют элементы конструкции подводного судна, жестко не связанные с корпусом 2.
Таким элементом конструкции может быть палуба 3 подводного судна, которая лежит на кронштейнах 4 и жестко не связана с корпусом 2 (фиг.3 и 4). Кроме того, преобразователи 1 могут быть установлены на элементах конструкции судна, жестко связанных с палубой 3 (на чертежах не показано).
Преобразователи 1 имеют рабочее положение, в котором возможно их взаимодействие с корпусом 2 таким образом, что на них через корпус 2 передается давление забортной воды при изменении глубины погружения подводного судна. В этом случае корпус 2 выполняет роль средств механического нагружения преобразователей 1.
В предложенной системе могут быть предусмотрены средства перевода преобразователей 1 из рабочего положения в нерабочее, в котором они отведены от корпуса 2 и исключено их взаимодействие. Данные средства могут быть выполнены, например, в виде направляющих (на чертежах не показаны). При этом преобразователи 1 выполнены с возможностью перемещения, например, вручную, по этим направляющим.
Каждый из преобразователей 1 может содержать несколько пьезоэлементов 5 (фиг.4), расположенных на общем основании 6. Оптимальным количеством пьезоэлементов 5 с точки зрения ремонтопригодности является два - три пьезоэлемента. Кроме того, каждый преобразователь 1 может содержать пружинные амортизаторы 7, 8 и 9, взаимодействующие с пьезоэлементами 5 и с корпусом 2 судна, и передающие на пьезоэлементы 5 давление забортной воды через корпус 2 судна при изменении глубины его погружения. Каждый из амортизаторов 7, 8 и 9 может иметь на одном конце толкатель 10 для взаимодействия с корпусом 2, например, толкатель шарообразной формы, позволяющий оптимально снимать горизонтальную составляющую силы давления на корпус 2 судна. На другом конце каждого из амортизаторов 7, 8 и 9 может быть выполнена пластина 11, прилегающая к пьезоэлементу 5 и обеспечивающая передачу давления от корпуса 2 судна.
Амортизаторы 7, 8 и 9 предпочтительно имеют разную длину и жесткость. При этом амортизатор 9, имеющий наибольшую длину (фиг.4), имеет наименьшую жесткость, а амортизатор 7, имеющий наименьшую длину, имеет наибольшую жесткость. Длина амортизаторов 7, 8 и 9 определяет положение их толкателей относительно корпуса 2 судна. Так, например, толкатель амортизатора 9, расположен ближе всего к корпусу 2, а толкатель амортизатора 7, расположен дальше всего от корпуса 2. Такое выполнение преобразователей 1 предусматривает поэтапное включение пьезоэлементов 5 в работу по мере погружения судна и увеличения давления забортной воды.
Выбор соотношения длины амортизаторов и их жесткости может быть определен опытным путем. Давление на пьезоэлементы регулируют изменением глубины погружения подводного судна.
Благодаря такому выполнению преобразователей 1 исключается преждевременное разрушение пьезоэлементов 5.
Преобразователи 1 могут быть распределены по периметру палубы и размещены в местах допускающих их установку.
Электрические заряды, получаемые на электродах пьезоэлементов каждого из преобразователей 1 в дальнейшем подаются в накопители электроэнергии, которые могут быть выполнены независимыми или могут быть включены в состав общей корабельной энергетической системы. Могут быть также предусмотрены преобразователи электроэнергии, обеспечивающие управление накопленной энергией, например, в виде постоянного тока.
Предложенный способ генерирования электрической энергии реализуется следующим образом. Преобразователи 1 располагают на элементах конструкции судна, жестко не связанных с корпусом 2 судна и фиксируют их в рабочем положении, в котором возможно взаимодействие с корпусом 2 подводного судна. При изменении глубины погружения подводного судна на корпус 2 начинает действовать давление забортной воды, показанное стрелками на фиг.4, приводящее к деформации корпуса 2. При этом корпус 2 начинает оказывать давление на преобразователи 1, на электродах которых образуются электрические заряды, которые в дальнейшем передаются потребителю электроэнергии.
Преобразователи 1 могут располагать как на палубе 3 судна, так и на элементах конструкции, жестко связанных с палубой.
В случае необходимости отключить преобразователи 1, их переводят в нерабочее положение.
Использование предложенной системы позволяет получить дополнительный источник электроэнергии, для работы которого не требуется всплытия подводного судна в надводное положение.
Кроме того, предлагаемая система может быть использована по усмотрению персонала, задающего частоту необходимого изменения глубины погружения подводного судна.
Размеры и стоимость изготовления элементов системы позволяют производить замену вышедших из строя в повседневных условиях.
Claims (10)
1. Система генерирования электрической энергии, содержащая основание, пьезоэлектрические преобразователи, установленные на основании, и средства механического нагружения пьезоэлектрических преобразователей, отличающаяся тем, что пьезоэлектрические преобразователи установлены на элементах конструкции подводного судна, жестко не связанных с его корпусом, и имеют рабочее положение, в котором возможно взаимодействие с корпусом подводного судна таким образом, что на пьезоэлектрические преобразователи через корпус подводного судна передается давление забортной воды при изменении глубины его погружения.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что пьезоэлектрические преобразователи установлены на палубе подводного судна.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что пьезоэлектрические преобразователи установлены на элементах конструкций, жестко связанных с палубой подводного судна.
4. Система по любому из пп.2 или 3, отличающаяся тем, что пьезоэлектрические преобразователи имеют нерабочее положение, в котором они отведены от корпуса подводного судна, а система дополнительно оснащена средствами перевода пьезоэлектрических преобразователей из рабочего положения в нерабочее положение.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждый из пьезоэлектрических преобразователей содержит по меньшей мере два пьезоэлемента, расположенных на одном основании и размещенных в одном корпусе, каждый из которых снабжен пружинным амортизатором, выполненным с возможностью взаимодействия с корпусом судна, причем амортизаторы имеют разную жесткость и длину.
6. Система по п.5, отличающаяся тем, что средства перевода пьезоэлектрических преобразователей из рабочего положения в нерабочее положение выполнены в виде направляющих, а пьезоэлектрические преобразователи выполнены с возможностью перемещения по этим направляющим.
7. Способ генерирования электрической энергии, заключающийся в размещении пьезоэлектрических преобразователей на основании, их механическом нагружении и получении электрической энергии, отличающийся тем, что пьезоэлектрические преобразователи располагают на элементах конструкции подводного судна, жестко не связанных с его корпусом, фиксируют их в рабочем положении, в котором возможно взаимодействие пьезоэлектрических преобразователей с корпусом подводного судна, и передают на пьезоэлектрические преобразователи через корпус подводного судна давление забортной воды при изменении глубины его погружения.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что пьезоэлектрические преобразователи располагают на палубе подводного судна.
9. Способ по п.7, отличающийся тем, что пьезоэлектрические преобразователи располагают на элементах конструкции подводного судна, жестко связанных с палубой.
10. Способ по любому из пп.8 или 9, отличающийся тем, что переводят пьезоэлектрические преобразователи в нерабочее положение, отводя их от корпуса подводного судна, и фиксируют в этом положении.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201161578340P | 2011-12-21 | 2011-12-21 | |
| US61/578,340 | 2011-12-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012118500A RU2012118500A (ru) | 2012-12-20 |
| RU2507672C2 true RU2507672C2 (ru) | 2014-02-20 |
Family
ID=48653829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012118500/07A RU2507672C2 (ru) | 2011-12-21 | 2012-05-05 | Система генерирования электрической энергии и способ с использованием указанной системы |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20130162105A1 (ru) |
| RU (1) | RU2507672C2 (ru) |
| WO (1) | WO2013095183A1 (ru) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8736148B2 (en) * | 2011-05-04 | 2014-05-27 | James Douglass Penn | Multiple degree of freedom actuator and method |
| RU173915U1 (ru) * | 2017-01-20 | 2017-09-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | Устройство электропитания для диагностирования технического состояния грузового вагона |
| CN113131792B (zh) * | 2021-05-31 | 2022-12-23 | 广东海洋大学 | 一种利用船舶横摇的舷侧外板压电发电装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19622470A1 (de) * | 1996-06-05 | 1997-12-11 | Andreas Dipl Ing Hosak | Verfahren zur Umwandlung der bei mobilen schwingungsbelasteten Konstruktionen auftretenden Vibrationen in elektrische Energie unter Nutzung des piezoelektrischen Effekts |
| RU2244373C1 (ru) * | 2003-11-11 | 2005-01-10 | Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова | Пьезоэлектрический генератор для текучей среды |
| DE102004027204A1 (de) * | 2003-10-08 | 2005-07-28 | Trinckert, Manfred | Alternative Energiegewinnung (Elektrizität) durch Wasserbewegung z.B. Wellengang der Meere und Ozeane |
| GB2456254A (en) * | 2006-11-15 | 2009-07-15 | Hideo Sunaga | Tidal power generator |
| KR20100062280A (ko) * | 2008-12-02 | 2010-06-10 | 삼성중공업 주식회사 | 선박 엔진의 진동을 이용한 발전 장치 |
| CN101924492A (zh) * | 2009-06-09 | 2010-12-22 | 周维武 | 一种利用压电原理的水能发电技术 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004023572A1 (en) * | 2002-08-30 | 2004-03-18 | Usc Corporation | Piezoelectric generator |
| US7538445B2 (en) * | 2006-05-05 | 2009-05-26 | Sri International | Wave powered generation |
-
2012
- 2012-05-05 WO PCT/RU2012/000357 patent/WO2013095183A1/ru active Application Filing
- 2012-05-05 RU RU2012118500/07A patent/RU2507672C2/ru active
- 2012-07-16 US US13/549,549 patent/US20130162105A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19622470A1 (de) * | 1996-06-05 | 1997-12-11 | Andreas Dipl Ing Hosak | Verfahren zur Umwandlung der bei mobilen schwingungsbelasteten Konstruktionen auftretenden Vibrationen in elektrische Energie unter Nutzung des piezoelektrischen Effekts |
| DE102004027204A1 (de) * | 2003-10-08 | 2005-07-28 | Trinckert, Manfred | Alternative Energiegewinnung (Elektrizität) durch Wasserbewegung z.B. Wellengang der Meere und Ozeane |
| RU2244373C1 (ru) * | 2003-11-11 | 2005-01-10 | Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова | Пьезоэлектрический генератор для текучей среды |
| GB2456254A (en) * | 2006-11-15 | 2009-07-15 | Hideo Sunaga | Tidal power generator |
| KR20100062280A (ko) * | 2008-12-02 | 2010-06-10 | 삼성중공업 주식회사 | 선박 엔진의 진동을 이용한 발전 장치 |
| CN101924492A (zh) * | 2009-06-09 | 2010-12-22 | 周维武 | 一种利用压电原理的水能发电技术 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012118500A (ru) | 2012-12-20 |
| WO2013095183A1 (ru) | 2013-06-27 |
| US20130162105A1 (en) | 2013-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101618112B1 (ko) | 파 에너지 변환장치용 부유부재 | |
| EP2321526B1 (en) | Wave powered generator | |
| EP2776707B1 (en) | Wave powered generator | |
| RU2507672C2 (ru) | Система генерирования электрической энергии и способ с использованием указанной системы | |
| GB2467663A (en) | Water wave-based energy transfer system | |
| JP2007512469A (ja) | 海の波を使用するエネルギー発生システム | |
| KR101640885B1 (ko) | 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템 | |
| US20050169104A1 (en) | Buoyant container with wave generated power production | |
| US8397497B2 (en) | System for multiple harnessing and complemented conversion of energy from sea waves | |
| SI1581741T1 (sl) | Sistem za veckratno izkoriscanje naravne sile in komplementarno pretvorbo energije iz morskih valov | |
| AU2018293429B2 (en) | Wave powered generator | |
| US11598308B2 (en) | Extension spring and fairlead based power take-out for wave power systems | |
| KR101548085B1 (ko) | 부유식 해상풍력발전장치 | |
| KR20170014644A (ko) | 독립형 항로표지시설물 파랑발전 패키지 시스템 | |
| JP2016078781A (ja) | 太陽光発電装置 | |
| KR101701907B1 (ko) | 앵커링 시스템의 체인로커 | |
| WO2016044325A1 (en) | Optimized heave plate for wave energy converter | |
| JP2010519444A (ja) | 基礎インパルス法を利用して海の波から電気エネルギーを生成するための設備 | |
| RU2006109420A (ru) | Устройство для обслуживания и ремонта подводно-кабельных магистралей связи | |
| KR20110035292A (ko) | 해저 분출 열수를 이용한 발전 장치 | |
| Candido et al. | The WETFEET project-A disruptive approach to wave energy | |
| GB2479765A (en) | Floating wave energy device uses overtopping between reservoirs | |
| KR20160056186A (ko) | 반잠수식 해양구조물의 부력 증대장치 | |
| KR200469117Y1 (ko) | 부력체를 이용한 선박용 발전 장치 | |
| NZ625517B2 (en) | Wave powered generator |