UA72865U

UA72865U - Hydraulic piezo-generator of electric energy

Info

Publication number: UA72865U
Application number: UAU201203383U
Authority: UA
Inventors: Анатолий Лукич Охрименко
Original assignee: Анатолий Лукич Охрименко
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2012-08-27

Abstract

A hydraulic pieso-electric generator of electric energy that includes a cylindrical chamber that is arranged with account of excess pressure and in which piezoelectric cells are installed, with connected electric wire for takeoff to outside of transformed energy. The piezo-elements are hermetically placed in disc-like plates that are fit to a rod. To cylindrical chamber a distribution collector is connected, with devices for increase and pulsation of pressure. Cylindrical chamber with collector are filled with working fluid.

Description

Корисна модель належить до пристроїв, що використовують природні фактори для генерування енергії, і може використовуватись для виробництва нетрадиційної екологічно чистої електроенергії.The useful model belongs to devices that use natural factors for energy generation and can be used for the production of non-traditional ecologically clean electricity.

Відомий гравітаційний генератор електроенергії, що містить навантажувальну платформу з упорами, яка розміщена в дорожній смузі, а також зубчасте колесо, привідний вал, однобічну муфту і електрогенератор, причому платформу розмішують над твердим покриттям дороги, і яка виконана у вигляді системи навантажувальних елементів, які змонтовані в гідромагістралі, зв'язаній з гідроприводом (А 44 027, 2009 р. Роза: 3/00). В цьому технічному рішенні застосовується принцип роботи - близький до роботи перильстатичного насоса. Так, під час руху по платформі, колеса автотранспортного засобу деформують вмонтовані в неї гнучкі еластичні трубки, внаслідок чого з них витісняється робоча рідина і подається під тиском до гідроакумулятора і далі, через систему механізмів, до електрогенератора. При русі автотранспортного засобу із швидкістю 60 км/г, термін витиснення робочої рідини з еластичних трубок навантажувальної платформи (наприклад довжиною 15м) становить:A gravity generator of electricity is known, which includes a loading platform with stops, which is placed in the road lane, as well as a gear wheel, a drive shaft, a one-way clutch and an electric generator, and the platform is stirred over the hard surface of the road, and which is made in the form of a system of loading elements that are mounted in the hydraulic main connected to the hydraulic drive (А 44 027, 2009, Rosa: 3/00). This technical solution uses the principle of operation - close to the operation of a peristatic pump. Thus, during movement on the platform, the wheels of the motor vehicle deform the flexible elastic tubes installed in it, as a result of which the working fluid is displaced from them and supplied under pressure to the hydraulic accumulator and then, through the system of mechanisms, to the electric generator. When the vehicle is moving at a speed of 60 km/h, the time it takes to squeeze out the working fluid from the elastic tubes of the loading platform (for example, 15 m long) is:

І1-«15мх3бООсею/60000 м/г-0,9 сек. При середній дистанції між автомобілями в 25 м, вони проїжджають по платформі через кожні 1,5 сек.-(25 м х 3600 сек.)/60000 м/г. Таким чином гідроудари тривалістю в 0,9 сек. генеруються (в середньому) через кожні 1,5 сек.I1-"15mx3bOOseyu/60000 m/h-0.9 sec. With an average distance between cars of 25 m, they pass the platform every 1.5 sec.-(25 m x 3600 sec.)/60000 m/h. Thus, water hammers with a duration of 0.9 sec. are generated (on average) every 1.5 seconds.

Не применшуючи переваг даної конструкції в плані реалізації екологічно чистого процесу отримання нетрадиційної електроенергії слід, відмітити і її недолік. Це низький ККД (коефіцієнт корисної дії), тому що не використовується енергія гідроударів. При його роботі відбувається дисипація (розсіювання) значної частини енергії потоку робочої рідини. Енергія гідроударів іде на нагрівання конструктивних елементів гідромагістралі.Without detracting from the advantages of this design in terms of the realization of an environmentally friendly process of obtaining non-traditional electricity, its disadvantage should also be noted. This is a low efficiency (coefficient of useful action), because the energy of water hammer is not used. During its operation, a significant part of the energy of the working fluid flow is dissipated. The energy of hydraulic shocks is used to heat the structural elements of the hydraulic main.

Відома хвильова енергетична установка, що містить поплавок і п'єзоелементи, причому поплавок виконаний порожнистим і оснащений інерційними тілами, які встановлені всередині його групами або окремо і взаємодіють з п'єзоелементами, що розташовані між внутрішньою поверхнею поплавця і інерційними тілами, причому останні пов'язані з поплавком і п'єзоелементами за допомогою пружних елементів з можливістю виконання коливальних рухів (ОА 9964, 1993 р. РОЗВ 13/14; 13/16).A wave energy installation containing a float and piezo elements is known, and the float is hollow and equipped with inertial bodies, which are installed inside it in groups or individually and interact with piezo elements located between the inner surface of the float and the inertial bodies, and the latter connected to a float and piezo elements by means of elastic elements with the possibility of oscillating movements (OA 9964, 1993, ROZV 13/14; 13/16).

Недоліком даної енергетичної установки є мала потужність при значних габаритнихThe disadvantage of this power plant is low power with significant overall dimensions

Зо розмірах.From the dimensions.

Відома хвильова гідроелектростанція, що містить опору з закріпленими на ній п'єзоелектрогенераторами, поплавок, кінематично пов'язаний з притискним щитом, розташованим над п'єзоелектрогенераторами, причому опора розміщена на березі або платформі, і на ній встановлені стояки з осями, кінематичний зв'язок поплавка виконаний у вигляді різноплечого важеля, встановленого на осях, поплавок прикріплений до більшого плеча, а притискний щит до меншого, при цьому п'єзоелектрогенератор набраний із секцій, розташованих одна над одною і розділених діелектричними прокладками, причому кожна секція виконана з п'єзоплівок, розміщених між верхньою і нижньою підкладками, причому товщина п'єзоплівки в секції приймається у відповідності з виразом: 5бі-61.21-1, де 91ї товщина п'єзоплівки першої верхньої секції, а 562 товщина п'єзоплівки і-ї секції (ВО 2 074 328, 1993 р.A wave hydroelectric power station is known, containing a support with piezoelectric generators fixed on it, a float kinematically connected to a pressure shield located above the piezoelectric generators, and the support is placed on the shore or platform, and risers with axes are installed on it, a kinematic connection the connection of the float is made in the form of a double-armed lever mounted on the axes, the float is attached to the larger arm, and the pressure shield to the smaller one, while the piezoelectric generator is assembled from sections located one above the other and separated by dielectric spacers, and each section is made of piezo films , placed between the upper and lower substrates, and the thickness of the piezo film in the section is taken in accordance with the expression: 5bi-61.21-1, where 91 is the thickness of the piezo film of the first upper section, and 562 is the thickness of the piezo film of the i-th section (VO 2 074 328, 1993

ЕОЗВ 13/14).EOZV 13/14).

Недоліком даної гідроелектростанції є невисока якість електроенергії, що залежить від сили хвиль, а для забезпечення солідної потужності необхідно використовувати масштабний за розмірами притискний щит. Також при великих розмірах щита складно забезпечити рівномірне натискання (передачу механічного зусилля) на п'єзоплівки. Тому ККД генерування електроенергії буде низьким.The disadvantage of this hydroelectric power station is the low quality of electricity, which depends on the strength of the waves, and to ensure solid power, it is necessary to use a large pressure shield. Also, with large dimensions of the shield, it is difficult to ensure uniform pressure (transmission of mechanical force) on piezo films. Therefore, the efficiency of electricity generation will be low.

Найбільш близьким по технічній суті до корисної моделі є спосіб компенсації гідравлічного удару в трубопровідній мережі і пристрій для його здійснення, який полягає в тому, що пульсації тиску компенсують шляхом перетворення енергії потоку рідини, при гідравлічному ударі, частково в електричну енергію, використовуючи властивість п'єзоелементів продукувати електричний заряд при їх деформації, також частину енергії компенсують за рахунок деформації послідовно з'єднаних пружних або в'язкопружних елементів, а пристрій для здійснення способу містить розрізний трубопровід з вхідним і вихідним фланцями для з'єднання з захисною трубопровідною мережею і встановлений між торцевими поверхнями кінців розрізаного трубопроводу поперечно-гофрований елемент типу сильфона, який герметично закріплений до кінців трубопроводу, причому кінці трубопроводу поміщені з радіальним зазором в циліндричну камеру з фланцями, а в радіальному зазорі між трубопроводом і циліндричної камерою послідовно встановлені один або кілька п'єзоелементів у вигляді цілісних або складових кілець, щільно посаджених на кінці трубопроводу, також циліндрична камера 60 герметично закрита з двох сторін за допомогою одного або декількох послідовно встановлених пружних або в'язкопружних ущільнювальних елементів, а до п'єзоелемента приєднані електричні дроти для відводу назовні перетвореної енергії, причому дроти виведені через герметичний отвір в циліндричній камері, виконаної з розрахунком на надлишковий тиск, також циліндрична камера забезпечена датчиком тиску (ВИШ 2 422 715, 2009 р. Е161 55/045).The closest in technical essence to a useful model is the method of compensating hydraulic shock in the pipeline network and the device for its implementation, which consists in the fact that pressure pulsations are compensated by converting the energy of the liquid flow, during hydraulic shock, partially into electrical energy, using the property of isoelements to produce an electric charge during their deformation, also part of the energy is compensated due to the deformation of series-connected elastic or viscoelastic elements, and the device for implementing the method contains a split pipeline with inlet and outlet flanges for connection to the protective pipeline network and installed between with the end surfaces of the ends of the cut pipeline, a cross-corrugated element of the bellows type, which is hermetically fixed to the ends of the pipeline, and the ends of the pipeline are placed with a radial gap in a cylindrical chamber with flanges, and in the radial gap between the pipeline and the cylindrical chamber, one is sequentially installed or several piezo elements in the form of integral or component rings tightly fitted at the end of the pipeline, also the cylindrical chamber 60 is hermetically closed on two sides with the help of one or more sequentially installed elastic or viscoelastic sealing elements, and electric wires are connected to the piezo element to divert the converted energy to the outside, and the wires are led out through a hermetic opening in a cylindrical chamber designed for excess pressure, the cylindrical chamber is also equipped with a pressure sensor (VYSH 2 422 715, 2009 E161 55/045).

Недоліком даного технічного рішення є низька потужність генерування нетрадиційної електроенергії, із-за неможливості задіяти в технологічний процес великої кількості п'єзоелементів.The disadvantage of this technical solution is the low capacity of generating non-traditional electricity, due to the impossibility of using a large number of piezo elements in the technological process.

Задачею корисної моделі є суттєве підвищення ККД і відповідно потужності генерування електроенергії п'єзоелементами, а також надійності і довговічності конструкції.The task of a useful model is to significantly increase the efficiency and, accordingly, the power of generating electricity by piezo elements, as well as the reliability and durability of the structure.

Поставлена задача вирішується компактним розміщенням великої сумарної робочої площі п'єзоелементів в обмеженому об'ємі з одночасним забезпеченням рівномірної передачі до них механічної енергії.The task is solved by compact placement of a large total working area of piezo elements in a limited volume while ensuring uniform transfer of mechanical energy to them.

Поставлена задача вирішується тим, що гідравлічний п'єзогенератор електроенергії містить циліндричну камеру, яка виконана з розрахунком на надлишковий тиск і в якій установлено п'єзоелементи з приєднаним електричним дротом для відводу назовні перетвореної енергії, згідно з корисною моделлю, п'єзоелементи герметично розміщені в дископодібних тарілках, які нанизані на стержень, а до циліндричної камери приєднаний розподільчий колектор з пристроями для підвищення та пульсації тиску, крім того циліндрична камера з колектором заповнені робочою рідиною, а пристрої для підвищення та пульсації тиску представляють собою плунжер, та генератор гідравлічних ударів.The task is solved by the fact that the hydraulic piezo generator of electricity contains a cylindrical chamber, which is designed for excess pressure and in which piezo elements are installed with an attached electric wire to divert the transformed energy to the outside, according to a useful model, the piezo elements are hermetically placed in disk-shaped plates, which are strung on a rod, and a distribution collector with devices for increasing and pulsating pressure is attached to the cylindrical chamber, in addition, the cylindrical chamber with the collector is filled with working fluid, and the devices for increasing and pulsating pressure are a plunger and a generator of hydraulic shocks.

Пропонована корисна модель пояснюється кресленнями гідравлічного п'єзогенератора електроенергії: на Фіг. 1 - загальний вигляд; на Фіг. 2 - показано дископодібну тарілку з п'єзоелементами (див. виноску І з Фіг. 1).The proposed useful model is explained by the drawings of the hydraulic piezo generator of electricity: in Fig. 1 - general appearance; in Fig. 2 - shows a disc-shaped plate with piezo elements (see footnote I from Fig. 1).

Гідравлічний п'єзогенератор електроенергії (див. Фіг. 1, Фіг. 2) містить, циліндричну камеру 1, яка виконана з розрахунком на надлишковий тиск і в якій установлено п'єзоелементи 2 з приєднаним електричним дротом З для відводу назовні перетвореної енергії, п'єзоелементи герметично розміщені в дископодібних тарілках 4, які нанизані на стержень 5, а до циліндричної камери приєднаний розподільчий колектор 6 з пристроями для підвищення та пульсації тиску, які представляють собою підпружинений плунжер 7, та генератор гідравлічних ударів 8.The hydraulic piezo generator of electricity (see Fig. 1, Fig. 2) contains a cylindrical chamber 1, which is designed for excess pressure and in which piezo elements 2 are installed with an attached electric wire З for the removal of transformed energy to the outside, p' isoelements are hermetically placed in disk-shaped plates 4, which are strung on a rod 5, and a distribution manifold 6 with devices for increasing and pulsating pressure, which are a spring-loaded plunger 7 and a hydraulic shock generator 8, is attached to the cylindrical chamber.

Зо Циліндрична камера з колектором заповнені робочою рідиною, а зазори між п'єзоелементами та зовнішніми стінками 9 дископодібних тарілок заповнені гідроелектроїзолюючим матеріалом 10.The cylindrical chamber with the collector is filled with a working fluid, and the gaps between the piezo elements and the outer walls 9 of the disc-shaped plates are filled with a hydroelectric insulating material 10.

Генератор гідравлічних ударів оснащений вхідним патрубком 11, по якому в нього надходить енергетичний потік рідини і вихідним (зливним) патрубком 11, по якому відводиться використаний потік рідини. Гідравлічний п'єзогенератор електроенергії також оснащений запобіжним клапаном (на кресленнях не показаний).The generator of hydraulic shocks is equipped with an inlet pipe 11, through which the energy flow of liquid enters it and an output (drain) pipe 11, through which the used liquid flow is removed. The hydraulic piezo generator of electricity is also equipped with a safety valve (not shown in the drawings).

Гідравлічний п'єзогенератор працює наступним чином. В генератор гідравлічних ударів 8, через патрубок 11, надходить під тиском енергетичний потік рідини. Це може бути енергія водяного потоку від хвиль, чи енергія витиснутої рідини при наїзді транспортних засобів на навантажувальну платформу (див. ОА 44 027, 2009 р. РОЗа 3/00) і т.п. Генератор гідравлічних ударів 8 в енергетичному потоці створює гідравлічні пульсації (імпульси тиску в рідкому середовищі), які взаємодіють з пристроєм для підвищення тиску (наприклад підпружиненим плунжером 7). Від плунжера імпульси підвищеного тиску надходять через розподільчий колектор б в заповнену робочою рідиною циліндричну камеру 1. Розподільчий колектор забезпечує рівномірний розподіл імпульсів підвищеного тиску в циліндричній камері, адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою. Відомо, що тиск в рідині передається в усі напрямки рівномірно. Тому імпульси підвищеного тиску, через зовнішні стінки 9, які можуть бути виготовленими із тонколистової пружинної сталі, рівномірно діють на гідроелектроїзолюючий матеріал 10, який в свою чергу стискає п'єзоелементи 2. При деформації п'єзоелементів продукується електричний заряд, який дротом З виводиться з циліндричної камери.The hydraulic piezo generator works as follows. In the generator of hydraulic shocks 8, through the nozzle 11, an energetic flow of liquid enters under pressure. It can be the energy of the water flow from waves, or the energy of the squeezed liquid when vehicles collide with the loading platform (see OA 44 027, 2009 РОЗа 3/00), etc. The generator of hydraulic shocks 8 in the energy flow creates hydraulic pulsations (pulses of pressure in a liquid medium), which interact with a device for increasing pressure (for example, a spring-loaded plunger 7). From the plunger, pulses of increased pressure enter through the distribution manifold b into the cylindrical chamber 1 filled with the working fluid. The distribution manifold ensures a uniform distribution of pulses of increased pressure in the cylindrical chamber, because liquids are considered incompressible only in comparison with gases, but in fact they are compressed to approximately the same extent as and solids with a crystalline structure. It is known that pressure in a liquid is transmitted uniformly in all directions. Therefore, pulses of increased pressure, through the outer walls 9, which can be made of thin sheet spring steel, uniformly act on the hydroelectric insulating material 10, which in turn compresses the piezo elements 2. When the piezo elements are deformed, an electric charge is produced, which is discharged from the cylindrical chamber.

Таким чином створений гідравлічний п'єзогенератор електроенергії дозволяє компактно розміщувати п'єзоелементи з великою сумарною робочою площею і при цьому рівномірно передавати до них механічну енергію. Це забезпечує суттєве підвищення ККД і відповідно потужність генерування електроенергії п'єзоелементами, а також довговічність і надійність їх експлуатації.The hydraulic piezo generator of electricity created in this way allows you to compactly place piezo elements with a large total working area and at the same time uniformly transfer mechanical energy to them. This ensures a significant increase in efficiency and, accordingly, the power of generating electricity by piezo elements, as well as the durability and reliability of their operation.