WO2020139150A1 - Устройство для преобразования энергии волн в электрическую энергию - Google Patents

Устройство для преобразования энергии волн в электрическую энергию Download PDF

Info

Publication number
WO2020139150A1
WO2020139150A1 PCT/RU2019/000978 RU2019000978W WO2020139150A1 WO 2020139150 A1 WO2020139150 A1 WO 2020139150A1 RU 2019000978 W RU2019000978 W RU 2019000978W WO 2020139150 A1 WO2020139150 A1 WO 2020139150A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drive
ramp
carriages
shaft
working body
Prior art date
Application number
PCT/RU2019/000978
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Владимир Эдуардович ЕГУРНОВ
Владимир Аронович ГИНЗБУРГ
Владимир Алексеевич ЧАКОВ
Original Assignee
Владимир Эдуардович ЕГУРНОВ
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 Владимир Эдуардович ЕГУРНОВ filed Critical Владимир Эдуардович ЕГУРНОВ
Publication of WO2020139150A1 publication Critical patent/WO2020139150A1/ru

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B9/00—Water-power plants; Layout, construction or equipment, methods of, or apparatus for, making same
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the invention relates to hydraulic structures, in particular to a hydraulic unit with an electric generator using wave energy.
  • the debarkader which is the energy-absorbing working body of the wave station, is made in the form of a three-dimensional structure made of composite materials, for example, in the form of a triangular prism, which is a closed volume with open communicating cavities located in it, acting as pneumatic generators.
  • the debarkader is attached to the guide ramp with hinges spaced vertically to form a stiffness triangle. In this case, the ramp is connected to the supporting reinforced concrete structure by a rigid connection.
  • the landing stage is attached to the guide ramp by three hinges, the first being statically rigid, located at the waterline along the vertical axis of the landing stage, does not allow it to move horizontally, but does not make it difficult
  • pendulum are located in relation to the center hinge of the console at a different level at the extreme points of the landing stage. They also do not hinder the movement along the guide ramp, but also do not allow the extreme points of the landing stage to move away from it.
  • Generator turbines are located on the upper platform of the landing stage and are connected to the inlet and outlet ducts with open circuit (RU 2306385, class ⁇ 9/00, published on September 20, 2007).
  • the ramp is made of
  • composite materials with a metal frame that is, not permeable to water, which creates a reflected wave that interferes with the dynamics of movement of the landing stage, which also affects the efficiency of energy conversion.
  • More effective in terms of energy conversion are devices for the selection of wave energy based on hydraulic systems for transmitting power from energy-absorbing working bodies of wave stations to energy converters of generators, as well as
  • analogue Prototype
  • a solution of a wave energy complex consisting of an articulated landing stage with an associated ramp and a pendulum articulation ramp and a linear generator connected to the landing stage by a hinge-console.
  • a rod is attached to the base of the hinge-console moving along the ramp during the wave action on the landing stage, transmitting mechanical vibrations to the linear magnetic core
  • the technical result of the invention is aimed at significantly improving the properties of the working body on irregular waves, when the wave peaks can have different heights along the wave profile, and the wavefront propagation itself can approach the wave station at an angle.
  • the proposed device provides more reliable and durable operation of the bearing and supporting structures of wave energy complexes due to the proposed kinematic scheme, the presence of a flexible drive and an original mechanism
  • winding tapes of this drive which eliminates critical loads and jamming of individual elements of the device.
  • a device for converting wave energy into electrical energy contains a wave-permeable ramp with five
  • the working body is pivotally connected to five carriages mounted on said rails, two carriages mounted on extreme rails and connected to one ends of the first two drive belts, and two other carriages
  • the fifth carriage is mounted on the middle rail.
  • the second drive tapes are directed in the opposite direction from the first drive tapes, and from the side of the ramp, the working body is connected to each of the first and second carriages via a rod pivotally connected at one end to the working body and the other end to the carriage and connected to the fifth carriage via a hinge .
  • Each converting circuit includes the following elements: a drive shaft with two pulling drums mounted on it, on one of which the first drive tape is fixed at the other end, and a second drive tape enveloping the roller is fixed at the other end of the drive; winding mechanisms of said drive tapes associated with the drive shaft, a torque change device, the input shaft of which is kinematically connected to the drive shaft, and the output shaft to the power generator through a mechanical energy storage device.
  • the drive shaft is connected to the traction drum by a freewheel.
  • the device includes a drum associated with the traction drum
  • figure 1 schematically shows the proposed device
  • figure 2 is a kinematic diagram of this device
  • Fig.Z - section aa in Fig.1
  • figure 4 mechanism for winding the drive tape.
  • the device for converting wave energy into electricity consists of a ramp 1, a system of five parallel to each other guides 2 with articulated
  • the advantage is made in the form of a triangular prism, and designed for the selection of wave energy, a flexible drive, consisting of four
  • Each converting circuit includes the following elements: a mechanism 7 that transforms the translational movement of the drive belts 4 of the flexible drive into the rotational movement of the drive shaft 12 in one direction, the mechanism 7 also includes a mechanism 8 for winding the drive belts of the flexible drive, as well as a device 9 that allows change the torque and speed on the generator shaft when the wave power changes, and the mechanical energy storage 10, which allows to accumulate energy and smooth out the power output to the converter in the pauses between the wave crests, as well as the electric power generator 11.
  • the device 9 is a gearbox or variator that changes the speed of rotation of the output shaft associated with electricity generator 11. This device can be connected to the mechanism 7 using a chain transmission, clutch or gearbox. The device 9 is designed for optimal operation of the generator and, therefore, for greater generation of electricity by the device.
  • the ramp 1 is made in the form of a farm having a through
  • An energy-absorbing working element 3 is fixed on the guides 2 by means of five swivel joints 13-15, and on the guide located in the middle of the ramp, the hinge 13 is located, located along the vertical axis
  • This hinge does not allow the landing stage to move in the horizontal direction, and on the other hand, it does not impede its vertical movement and rotation around its axis.
  • a landing stage with two lateral hinges on the extreme sides of the surface of the working body 3, located on the side of the ramp 1.
  • the lateral hinges are relative to each other, one is the upper hinge 14, the other is the lower 15.
  • Rotary rods 17, each of which with a second end, are pivotally attached to the carriages, also pivotally attached to the side of the working body 3, facing the ramp 1. These hinges also do not impede movement along the ramp guides, but also do not allow the extreme points of the working body to move away from it.
  • the upper hinges 14 are made by the deployed roller carriage upward, the lower 15 - respectively downward, as a result of which, with traction, bending and folding of the rods 17 is excluded.
  • the side hinges 14 and 15 are located on adjacent side rails, that is, spaced along the axes of movement of the carriages.
  • the working body allows the working body to move along the ramp at an angle indicated by the angle of its inclination, and also to perform longitudinal rolling on waves, which significantly improves the properties of the working body on irregular waves, when the wave peaks can have different heights along the wave profile, and the wavefront propagation itself can approach wave station at an angle.
  • the Roman numeral I denotes the initial position of the working body 3
  • the Roman numeral II indicates the position of the working body 3 with side rolling.
  • a feature of the proposed device is the following connection of the upper and lower carriages 16 with a flexible drive, consisting of drive tapes 4, which are elastic durable tapes having specified strength
  • a flexible drive consists of four separate drive belts 4: two upper and two lower.
  • Each tape has metal ends on both ends, one for attaching a hinge to the carriage 16, and the other for connecting to the traction drums 18.19 of the drive shaft 12.
  • the two upper drive tapes are attached at one end to the upper carriages of the hinges 14 and through the guide rollers come the second end to the traction drums 18 of the drive shafts of the mechanisms 7, transforming the translational movement of the flexible drive tape into rotation of the drive shaft of the right and left loops in one direction.
  • the tape On each traction drum 18, the tape is fixed rigidly (in a hook) and has a certain winding,
  • the two lower drive belts 4 are attached to the carriages of the lower hinges 15 and through the roller block 21 located in the lower part of the ramp, they come to the traction drums 19 of the drive shafts of the mechanisms 7, transforming the translational motion into the rotational direction of the right and left circuits, providing the working stroke of the shafts at movement of the sides of the landing stage up under the influence of excitement.
  • One upper drive belt comes to the traction drum 18, which provides a right-stroke path when the first side of the landing stage, which forms one base of a triangular prism, and connected using the hinge described above, falls down under the influence of waves.
  • the second upper drive belt comes respectively to the traction drum 19 of the left contour, which also provides a working stroke when lowering the second side of the working body, forming another base of the triangular prism.
  • idle speed is carried out on said drums.
  • the traction drum When moving up, the traction drum operates in the mode of winding the specified tape.
  • the drive shafts 12 of the right and left converting circuits are not interconnected and each work with its own generator. This provides the following benefits.
  • the working body 3 can carry out lateral (longitudinal) rolling under the influence of
  • the kinematic diagram of the device is organized in such a way that the resulting working force when transferring mechanical energy to the supporting structures from the working body through a flexible drive and a mechanism that transforms the translational movement of the flexible drive belts into the rotational movement of the drive shaft to the generator is always directed downward, without causing the effect of overturning the structure, since the pulling force of both the upper and lower drive tapes of the flexible drive is directed downward during the working stroke.
  • the working body (its sides) moves up and down moving the hinge carriages.
  • the working body 3 moves in the opposite direction, which forces the carriage 16 to move in the opposite direction to the working stroke, and it is necessary that the drive tape 4 is wound on the drum.
  • the specified mechanism consists of a drum 22, providing reverse winding of the drive tape 4, which is connected by a chain
  • the drum 22 has a larger diameter than the diameter of the drums 18,19.
  • An additional drive tape 24 is attached at one end to the surface of the drum 22, and the other end to a fixed support 25, while the roller presses on top of the tape 24, forcing the drum 22 to rotate when idling overrunning clutch traction drum 18,19.
  • the latter forces the drum 22 to rotate, which in turn rotates the specified traction drum through a chain gear 23, providing winding of the drive belt 4.
  • This device provides reverse winding of the drive belt with the necessary speed exceeding the speed of movement of the carriages at idle, which ensures constant tension of the tapes.
  • the advantage of the proposed design is that with the complete unwinding of the tapes (the most dangerous moment in the selection of wave energy), their maximum tension is achieved.
  • the device operates as follows.
  • Devices 9 are controlled
  • the power from the devices 9 is transferred to the mechanical energy storage 10 in the form of an inertial flywheel, which also allows you to smooth out the power output to electric power converter 5 in pauses between wave crests.
  • the storage of mechanical energy 10 is located on the same output shaft with the generator 11 and rotates it in the optimal mode.
  • the generated energy is transferred to the converter
  • the electric power converter 5 has the function of optimally regulating the load of power plant generators according to the efficiency maximization criterion.
  • Regulation of the device is carried out by a hardware-software complex 30, which in real time estimates the generation of electric power of generators, wave parameters,
  • the proposed dual-circuit device for converting wave energy into electricity can be placed on the basis of a cell boom, as is the case in the design of a hydro complex according to one of the analogues of the invention (RU 2306385), or

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройству для преобразования энергии волн и содержит аппарель с пятью направляющими, рабочий орган, выполненный с возможностью перемещения по аппарели, два преобразующих контура, соединенный с пятью каретками, установленными на направляющих. Две каретки установлены на крайних направляющих и соединены с одними концами двух первых приводных лент, другие две каретки установлены на направляющих, соседних с крайними, и соединены с одними концами двух вторых приводных лент. Пятая каретка установлена на средней направляющей. Со стороны аппарели рабочий орган соединен с каждой из первых и вторых кареток посредством стержня, соединенного шарнирно одним концом с рабочим органом, а другим концом - с соответствующей кареткой. Рабочий орган шарнирно соединен с пятой кареткой. Каждый контур включает приводной вал, механизмы сматывания лент, связанные с валом, устройство изменения крутящего момента, входной вал которого кинематически связан с валом, а выходной вал - с генератором. На валу установлены два тяговых барабана, на которых другими концами закреплены первая и вторая ленты.

Description

Устройство для преобразования энергии волн в
электрическую энергию
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, в частности к устройству гидроагрегата с электрическим генератором, использующим энергию волн.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен гидрокомплекс, содержащий несущую железобетонную конструкцию в виде опорного сотового бона и плавательное средство в виде шарнирного дебаркадера с размещенным на нем генератором с турбинами, связанные между собой направляющей конструкцией из композитных материалов в металлическом каркасе в виде аппарели. Дебаркадер, являющийся энергопоглощающим рабочим органом волновой станции, выполнен в форме объемной конструкции из композитных материалов, например, в виде треугольной призмы, представляющей собой закрытый объем с расположенными в нем открытыми сообщающимися полостями, выполняющими функцию пневмогенераторов. Дебаркадер прикреплен к направляющей аппарели шарнирами, разведенными по вертикали, образующими треугольник жесткости. При этом аппарель соединена с несущей железобетонной конструкцией жесткой связью. Дебаркадер крепится к направляющей аппарели тремя шарнирами, причем первый - статически жесткий, находящийся на уровне ватерлинии по вертикальной оси дебаркадера, не позволяет ему смещаться по горизонтали, но не затрудняет
перемещение по вертикали. Два других шарнира являются
маятниковыми и расположены по отношению к центральному шарниру консоли на другом уровне в крайних точках дебаркадера. Они также не затрудняют движение по направляющей аппарели, но и не позволяют крайним точкам дебаркадера отходить от нее. Дебаркадер в
зависимости от угла волн прибоя перемещается вдоль аппарели по вертикали и под углом, обозначенным направлением аппарели, а также вокруг оси шарнирной консоли. На верхней платформе дебаркадера размещены турбины генератора и сообщены с открытым контуром входными и выходными воздуховодами (RU 2306385, кл. Е02В 9/00, опубликовано 20.09.2007).
В известной конструкции отбор энергии происходит с помощью воздушных потоков, вращающих турбины. В тоже время, данный способ преобразования энергии имеет крайне низкий КПД так как добиться необходимой скорости и давления воздуха в турбинах в таких системах крайне сложно.
Кроме того, аппарель, как и дебаркадер, выполнена из
композитных материалов с металлическим каркасом, то есть не проницаемая для воды, что создает отраженную волну, мешающую динамике перемещения дебаркадера что, также сказывается на эффективности преобразования энергии.
Более эффективными в плане преобразования энергии являются устройства для отбора энергии волн на основе гидравлических систем передачи мощности от энергопоглощающих рабочих органов волновых станций на преобразователи энергии генераторов, а также
механические системы, описанные, например, в следующих патентах: RU 2150021; RU 2227844; RU 2136956; RU 2329396 и др.
В качестве наиболее близкого к изобретению аналога (прототипа) может быть взято решение волнового энергетического комплекса, состоящего из шарнирного дебаркадера со связанной с ним при помощи шарнира-консоли и маятникого шарнира аппарелью и линейного генератора, связанного с дебаркадером шарниром-консолью. К основанию шарнира-консоли, перемещающегося вдоль аппарели при волновом воздействии на дебаркадер, прикреплен шток, передающий механические колебания на магнитный сердечник линейного
генератора, который расположен по оси движения штока, обозначенной углом наклона аппарели (RU 2410489, кл. Е02В 9/00, опубликовано 27.01.2011).
Однако большинство гидравлических систем экологически не безопасны из-за применения технических масел, дорогостоящи в производстве и эксплуатации в виду применения уплотнений,
клапанных систем и гидромоторов и имеют ограничения в
перемещении на волнении в связи с применением гидравлических поршней, а большинство механических систем используют в качестве привода трансмиссий цепные передачи и тросовые тяги которые быстро выходят из строя и подвержены влиянию агрессивной водной среды поэтому недолговечны.
Также механические системы в большинстве случаев используют энергию волнения только при подъеме от энергопоглощающих рабочих органов вверх на гребень волны и не имеют возможности менять крутящий момент и скорость на валу генератора при изменении мощности волнения.
Следует отметить, что при изменении скорости волны резко меняется ее мощность в связи, с чем для эффективного снятия энергии необходимо чтобы каждому спектру волнения соответствовала
каталожная скорость на валу генератора и крутящий момент, а также оптимальная электрическая нагрузка на обмотке. СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая проблема состоит в недостаточной эффективности известных устройств для отбора энергии морского волнения от рабочего органа волновой станции и преобразования ее в
электроэнергию.
Технический результат изобретения направлен на существенное улучшение свойств рабочего органа на нерегулярном волнении, когда вершины волн могут иметь различные высоты вдоль профиля волны, а само распространение волнового фронта может подходить к волновой станции под углом.
Также предложенное устройство обеспечивает более надежную и долговечную работу несущих и опорных конструкций волновых энергетических комплексов благодаря предложенной кинематической схеме, наличию гибкого привода и оригинального механизма
сматывания лент этого привода, что исключает критические нагрузки и заклинивание отдельных элементов устройства.
Названный технический результат достигнут в изобретении с помощью следующей совокупности признаков.
Устройство для преобразования энергии волн в электрическую энергию содержит проницаемую для волн аппарель с пятью
направляющими, рабочий орган для отбора энергии волн и два преобразующих контура. Рабочий орган соединен шарнирно с пятью каретками, установленными на указанных направляющих, причем две каретки установлены на крайних направляющих и соединены с одними концами двух первых приводных лент, а две другие каретки
установлены на направляющих, соседних с крайними направляющими, и соединены с одними концами двух вторых приводных лент. Пятая каретка установлена на средней направляющей. Вторые приводные ленты направлены в противоположную сторону от первых приводных лент, а со стороны аппарели рабочий орган соединен с каждой из первых и вторых кареток посредством стержня, соединенного шарнирно одним концом с рабочим органом, а другим концом - с кареткой и соединен с пятой кареткой посредством шарнира.
Каждый преобразующий контур включает следующие элементы: приводной вал с установленными на нем двумя тяговыми барабанами, на одном из которых другим концом закреплена первая приводная лента, а на другом тяговом барабане закреплена другим концом вторая приводная лента, огибающая ролик; механизмы сматывания указанных приводных лент, связанные с приводным валом, устройство изменения крутящего момента, входной вал которого кинематически связан с приводным валом, а выходной вал - с генератором электроэнергии через накопитель механической энергии. Генераторы
электроэнергии обоих контуров соединены с преобразователем электрической мощности, который, в свою очередь, соединен с программно-аппаратным комплексом, осуществляющим
регулирование устройством, с которым также соединены и устройства изменения крутящего момента обоих контуров.
В каждом преобразующем контуре предложенного устройства приводной вал связан с тяговым барабаном обгонной муфтой.
Механизм сматывания приводных лент предложенного
устройства включает связанный с тяговым барабаном барабан
большего диаметра и поворотный стержень с грузом, один конец которого соединен с первой неподвижной опорой, а другой - с натяжным роликом, взаимодействующим с дополнительной приводной лентой, одним концом жестко соединенной с барабаном большего диаметра, а другим - со второй неподвижной опорой.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично изображено предложенное устройство; на фиг.2 - кинематическая схема этого устройства; на фиг.З - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - механизм сматывания приводной ленты.
Изображенное на фиг.1-3 устройство для преобразования энергии волн в электроэнергию состоит из аппарели 1 , системы из пяти параллельных между собой направляющих 2 с шарнирными
соединениями для крепления рабочего органа 3, преимущество выполненного в виде треугольной призмы, и предназначенного для отбора энергии волн, гибкого привода, состоящего из четырех
приводных лент 4, преобразователя электрической мощности 5, программно-аппаратного комплекса 30, а также двух независимых друг от друга преобразующих контуров (левого и правого) 6, заключенных в общий корпус.
Каждый преобразующий контур включает в себя следующие элементы: механизм 7, трансформирующий поступательное движение приводных лент 4 гибкого привода во вращательное движение приводного вала 12 в одном направлении, в состав механизма 7 также входит механизм 8 сматывания приводных лент гибкого привода, а также устройство 9, позволяющее менять крутящий момент и скорость на валу генератора при изменении мощности волнения, и накопитель механической энергии 10, позволяющий накапливать энергию и сглаживать выдачу мощности на преобразователь в паузах между гребнями волн, а также генератор электроэнергии 11.
Устройство 9 представляет собой коробку передач или вариатор, меняющий скорость вращения выходного вала, связанного с генератором электроэнергии 11. Это устройство может быть связано с механизмом 7 с помощью цепной передачи, муфты или редуктора. Устройство 9 предназначено для оптимальной работы генератора и, следовательно, для большей выработки устройством электроэнергии.
Аппарель 1 выполнена в виде фермы, имеющей сквозную
(ажурную) конструкцию, проницаемую для волнения (фиг.З). На ней жестко закреплены пять направляющих 2, одна из которых
расположена в середине аппарели и по две направляющие разведены по краям аппарели. На направляющих 2 посредством пяти шарнирных соединений 13-15 закреплен энергопоглощающий рабочий орган 3, причем на направляющей, расположенной посередине аппарели, закреплен шарнир 13, расположенный по вертикальной оси
дебаркадера и являющийся статически жестким. Этот шарнир с одной стороны не позволяет дебаркадеру смещаться в горизонтальном направлении, а с другой - не затрудняет его перемещение по вертикали и вращение вокруг своей оси.
Четыре других шарнира 14 и 15 расположены по отношению к центральному шарниру 13 на другом уровне в крайних точках
дебаркадера, причем по два боковых шарнира на крайних сторонах поверхности рабочего органа 3, расположенной со стороны аппарели 1. Боковые шарниры являются по отношению друг к другу один - верхним шарниром 14, другой - нижним 15.
Все шарниры связаны с роликовыми каретками 16,
выполненными скользящими по направляющим вертикально вверх и вниз. К кареткам шарнирно присоединены поворотные стержни 17, каждый из которых вторым концом, также шарнирно прикреплен к стороне рабочего органа 3, обращенной к аппарели 1. Эти шарниры также не затрудняют движение по направляющим аппарели, но и не позволяют крайним точкам рабочего органа отходить от нее. Верхние шарниры 14 выполнены развернутыми роликовой кареткой вверх, нижние 15 - соответственно вниз, в следствие чего при тяговом усилии, исключен изгиб и складывание стержней 17.
Боковые шарниры 14 и 15 находятся на соседних боковых направляющих, то есть, разведены по осям перемещения кареток.
Предложенная конструкция шарнирного соединения рабочего органа со сквозной проницаемой для волн несущей аппарелью
позволяет перемещаться рабочему органу вдоль аппарели под углом обозначенным углом ее наклона, а также осуществлять продольную качку на волнении, что существенно улучшает свойства рабочего органа на нерегулярном волнении, когда вершины волн могут иметь различные высоты вдоль профиля волны, а само распространение волнового фронта может подходить к волновой станции под углом.
Так, на фиг.З римской цифрой I обозначено начальное положение рабочего органа 3, а римской цифрой II - положение рабочего органа 3 при боковой качке.
В то же время особенностью предложенного устройства является нижеописанное соединение верхних и нижних кареток 16 с гибким приводом, состоящим из приводных лент 4, представляющих собой эластичные прочные ленты, имеющие заданные прочностные
характеристики.
Гибкий привод состоит из четырех отдельных приводных лент 4: двух верхних и двух нижних. Каждая лента имеет с обоих концов металлические концевики, один - для крепления к каретке 16 шарнира, другой - для соединения с тяговыми барабанами 18,19 приводного вала 12. Две верхние приводные ленты одним концом прикреплены к верхним кареткам шарниров 14 и через направляющие ролики приходят вторым концом на тяговые барабаны 18 приводных валов механизмов 7, трансформирующих поступательное движение ленты гибкого привода во вращение приводного вала правого и левого контуров в одном направлении. На каждом тяговом барабане 18 лента закреплена жестко (в зацеп) и имеет определенную намотку,
позволяющую крутить барабан при любом перемещении рабочего органа по аппарели.
Две нижние приводные ленты 4 прикреплены к кареткам нижних шарниров 15 и через роликовый блок 21, расположенный в нижней части аппарели, приходят на тяговые барабаны 19 приводных валов механизмов 7, трансформирующих поступательное движение во вращательное заданного направления правого и левого контуров, обеспечивающие рабочий ход валов при движении сторон дебаркадера вверх под воздействием волнения.
Одна верхняя приводная лента приходит на тяговый барабан 18, обеспечивающий рабочий ход правого контура, когда первая сторона дебаркадера, образующая одно основание треугольной призмы, и соединенная с помощью вышеописанного шарнира, опускается вниз под воздействием волн.
Вторая верхняя приводная лента приходит соответственно на тяговый барабан 19 левого контура, который обеспечивает также рабочий ход при опускании вниз второй стороны рабочего органа, образующей другое основание треугольной призмы. При движении названных сторон рабочего органа вверх на указанных барабанах осуществляется холостой ход. Вращение барабанов на валу с рабочим и холостым ходом с отбором мощности при вращении в одну сторону достигнуто тем, что приводной вал 12 и тяговый барабан 19 связаны между собой обгонной муфтой 20.
При движении первой стороны дебаркадера вниз
соответствующая верхняя приводная лента 4, соединенная с
соответствующим барабаном одним концом, а другим - с кареткой 16 шарнира и имеющая заданное число намоток на барабан,
обеспечивающий перемещение рабочего органа 3 на всю длину аппарели, раскручивает этот барабан и приводной вал, обеспечивая отбор мощности волнения, поскольку, имея рабочий зацеп на барабане, приводит в движение приводной вал 12.
При движении указанной стороны рабочего органа вверх с учетом того, что на обгонной муфте 20 рабочий зацеп отсутствует и поэтому она теряет связь с приводным валом 12, тяговый барабан с верхней приводной лентой 4 посредством устройства 9 вращается в обратную сторону, наматывая указанную ленту обратно на барабан.
Кроме того, когда указанная сторона рабочего органа движется вверх, нижняя приводная лента вращает тяговый барабан 19,
находящийся на этом же приводном валу, а указанная лента, имея рабочий зацеп с барабаном, обеспечивает передачу мощности
приводному валу и его вращение в нужную сторону. При движении вверх тяговый барабан работает в режиме сматывания указанной ленты.
Также особенностью предложенной конструкции является то, что приводные валы 12 правого и левого преобразующих контуров не связаны между собой и работают каждый со своим генератором. Это обеспечивает следующие преимущества. Рабочий орган 3 может осуществлять боковую (продольную) качку под воздействием
волнения, при этом вышеназванные первая и вторая стороны дебаркадера на волнении могут работать разнонаправлено, а именно: одна сторона - опускаться, а другая -подниматься, но вне зависимости от этого приводные валы 12 правого и левого преобразующих контуров будут осуществлять рабочий ход, передавая крутящий момент на вал генератора.
В тоже время кинематическая схема устройства организована таким образом, что результирующее рабочее усилие при передаче механической энергии на несущие конструкции от рабочего органа через гибкий привод и механизм, трансформирующий поступательное движение приводных лент гибкого привода во вращательное движение приводного вала к генератору всегда направлено вниз, не вызывая при этом эффект опрокидывания конструкции, поскольку тяговое усилие как верхней, так и нижней приводных лент гибкого привода при рабочем ходе направленно вниз.
Указанное способствует обеспечению более надежной и
долговечной работы несущих и опорных конструкций волновых энергетических комплексов. А наличие самого гибкого привода и оригинального механизма сматывания тяговых лент исключает критические нагрузки и заклинивание отдельных элементов.
Тяговое усилие, передающее мощность на механизм,
трансформирующий поступательное движение приводных лент гибкого привода во вращательное движение приводного вала через гибкий привод имеет рабочий ход на шарнирах, когда стержень тянет каретку в направлении кинетического усилия рабочего органа, то есть верхние каретки с усилием тянут приводную ленту, когда рабочий орган (одна из его сторон) движется вниз, нижние наоборот - вверх. При этом исключен изгиб и складывание стержня шарнира под воздействием механического усилия, что происходило бы в том случае, если рабочее усилие толкало шарнир, а не тянуло его за каретку.
В условиях волнения рабочий орган (его стороны) перемещаются вверх и вниз перемещая каретки шарниров.
После завершения движения каретки 16 гибкого привода, осуществляющей рабочий тяговый ход, происходит движение рабочего органа 3 в противоположном направлении, которое принуждает двигаться каретку 16 в противоположную рабочему ходу сторону, при этом необходимо, чтобы приводная лента 4 наматывалась на барабан.
С этой целью для каждого тягового барабана18,19 предусмотрен механизм сматывания (фиг.4).
Указанный механизм состоит из барабана 22, обеспечивающего обратную намотку приводной ленты 4, который связан цепной
передачей 23 с тяговым барабаном 18 или 19, на который наматывается приводная лента 4, дополнительной приводной ленты 24, поворотного стержня 26, груза 27 и натяжного ролика 29, который расположен на конце поворотного стержня 26, при этом второй конец указанного стержня закреплен на неподвижной опоре 28.
Барабан 22 имеет больший диаметр, чем диаметр барабанов 18,19. Дополнительная приводная лента 24 прикреплена одним концом к поверхности барабана 22, а другим концом - к неподвижной опоре 25, при этом ролик сверху давит на ленту 24, заставляя поворачиваться барабан 22 при холостом ходе обгонной муфты тягового барабана 18,19. Последний заставляет поворачиваться барабан 22, который в свою очередь через цепную передачу 23 вращает указанный тяговый барабан, обеспечивая намотку приводной ленты 4. Данное устройство обеспечивает обратную намотку приводной ленты с необходимой скоростью, превышающей скорость перемещения кареток при холостом ходе, что обеспечивает постоянное натяжение лент.
Расположение грузов 27 по обеим сторонам стержня 26
(противовес) позволяет существенно сократить вес самого груза, обеспечивая необходимую скорость намотки. Существенным
преимуществом предложенной конструкции является то, что при полной размотке лент (самый опасный момент при отборе энергии волн), достигается максимальное их натяжение.
ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство работает следующим образом.
При волновом воздействии на рабочий орган 3 последний перемещается по направляющим 2 вверх и вниз под углом,
определенным уклоном аппарели 1 , при этом, имея свободу для продольного качки, когда первая и вторая стороны рабочего органа качаются разнонаправлено.
В то же время, как бы не раскачивался на волнении рабочий орган 3, каретки 16 шарниров 14,15 обеспечивают натяжение
приводных лент 4 и рабочий ход для передачи мощности усилия на приводные валы 12 двух контуров, которые преобразовывают
линейное перемещение рабочего органа 3 в постоянное по
направлению вращение валов приводов каждого контура 6. Приводные валы 12 передают крутящий момент на устройства 9, которые
позволяют менять крутящий момент и скорость на валу генератора при изменении мощности волнения. Устройства 9 управляются
программно-аппаратным комплексом 30.
Для оптимизации КПД мощность от устройств 9 передается на накопитель механической энергии 10 в виде инерционного маховика, который позволяет также сглаживать выдачу мощности на преобразователь электрической мощности 5 в паузах между гребнями волн. Накопитель механической энергии 10 находится на одном выходном валу с генератором 11 и вращает его в оптимальном режиме.
Вырабатываемая энергия передается в преобразователь
электрической мощности 5, который обеспечивает преобразование переменного напряжения и тока от генераторов 11 устройства для преобразования энергии волн в электрическую энергию
стандартизированной сети 400/230В 50Гц.
Преобразователь электрической мощности 5 обладает функцией оптимального регулирования нагрузки генераторов энергоустановки по критерию максимизации КПД.
Регулирование устройством осуществляется программно- аппаратным комплексом 30, который в реальном времени оценивает выработку электроэнергии генераторов, параметры волны,
перемещение дебаркадера и, соответственно, непрерывно подстраивает (повышает или понижает) текущую электрическую нагрузку на генераторы.
Предложенное двухконтурное устройство для преобразования энергии волн в электроэнергию может быть размещено на основании сотового бона, как это имеет место в конструкции гидрокомплекса по одному из аналогов изобретения (RU 2306385), или быть
смонтировано на несущей ферме (балке) волновой установки для защиты побережья от штормов с одновременным производством электроэнергии по патенту RU 2665623. Кроме того, предложенное устройство может использоваться на существующих пирсах и
причалах, а также на волноотбойных сооружениях плавучих и
стационарных морских платформ.

Claims

Формула изобретения
1. Устройство для преобразования энергии волн в электрическую энергию, содержащее аппарель и рабочий орган для отбора энергии волн с шарниром, выполненный с возможностью перемещения по аппарели, отличающееся тем, что оно включает два преобразующих контура, а аппарель выполнена с пятью направляющими, при этом рабочий орган для отбора энергии волн соединен шарнирно с пятью каретками, установленными на направляющих, две каретки установлены на крайних направляющих и соединены с одними концами двух первых приводных лент, другие две каретки установлены на направляющих, соседних с крайними, и соединены с одними концами двух вторых приводных лент, а пятая каретка установлена на средней направляющей, причем вторые приводные ленты направлены в противоположную сторону от первых приводных лент, при этом со стороны аппарели рабочий орган соединен с каждой из первых и вторых кареток посредством стержня, соединенного шарнирно одним концом с рабочим органом, а другим концом - с соответствующей кареткой, также рабочий орган соединен с пятой кареткой посредством шарнира, а каждый преобразующий контур включает приводной вал с установленными на нем двумя тяговыми барабанами, на одном из которых другим концом закреплена первая приводная лента, а на другом закреплена другим концом вторая приводная лента, огибающая ролик, механизмы сматывания приводных лент, связанные с приводным валом, устройство изменения крутящего момента, входной вал которого кинематически связан с приводным валом, а выходной вал которого связан с генератором электроэнергии через накопитель механической энергии, при этом генераторы электроэнергии обоих контуров соединены с преобразователем электрической мощности, который соединен с программно- аппаратным комплексом, осуществляющим регулирование устройством, с которым также соединены устройства изменения крутящего момента обоих контуров.
2. Устройство по п.1, в котором аппарель выполнена проницаемой для волн.
3. Устройство по п.1, в каждом преобразующем контуре которого приводной вал связан с тяговым барабаном обгонной муфтой.
4. Устройство по п.1, в котором механизм сматывания приводных лент включает связанный с тяговым барабаном барабан
большего диаметра и поворотный стержень с грузом, один конец которого соединен с первой опорой, а другой - с натяжным роликом, взаимодействующим с дополнительной приводной лентой, одним концом жестко соединенной с барабаном
большего диаметра, а другим - со второй опорой.
PCT/RU2019/000978 2018-12-27 2019-12-19 Устройство для преобразования энергии волн в электрическую энергию WO2020139150A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018147055 2018-12-27
RU2018147055A RU2705690C1 (ru) 2018-12-27 2018-12-27 Устройство для преобразования энергии волн в электрическую энергию

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020139150A1 true WO2020139150A1 (ru) 2020-07-02

Family

ID=68579600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/000978 WO2020139150A1 (ru) 2018-12-27 2019-12-19 Устройство для преобразования энергии волн в электрическую энергию

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2705690C1 (ru)
WO (1) WO2020139150A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2382848C1 (ru) * 2008-08-11 2010-02-27 Владимир Эдуардович Егурнов Шарнирный дебаркадер
RU2410489C2 (ru) * 2009-04-20 2011-01-27 Владимир Эдуардович Егурнов Волновой энергетический комплекс
RU2580994C1 (ru) * 2015-05-15 2016-04-10 Николай Николаевич Матвиенко Волновой энергетический комплекс

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9127640B2 (en) * 2011-09-02 2015-09-08 Rohrer Technologies, Inc. Multi-capture mode wave energy converter with submergible float
US8614520B2 (en) * 2011-11-05 2013-12-24 Rohrer Technologies, Inc. Submergable sloped absorption barrier wave energy converter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2382848C1 (ru) * 2008-08-11 2010-02-27 Владимир Эдуардович Егурнов Шарнирный дебаркадер
RU2410489C2 (ru) * 2009-04-20 2011-01-27 Владимир Эдуардович Егурнов Волновой энергетический комплекс
RU2580994C1 (ru) * 2015-05-15 2016-04-10 Николай Николаевич Матвиенко Волновой энергетический комплекс

Also Published As

Publication number Publication date
RU2705690C1 (ru) 2019-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101679433B1 (ko) 파력 발전 장치
US8912677B2 (en) Method and apparatus for converting ocean wave energy into electricity
AU2011263688B2 (en) A floating vessel that converts wave energy at sea into electrical energy
CN101611226B (zh) 能量提取方法和设备
US10072630B2 (en) Ocean wave energy absorbing kite system and method
EP2128430A1 (en) High efficiency wave energy convertor
KR20210050494A (ko) 재생 가능 에너지 변환 장치
US10473090B2 (en) Drive assembly
KR20140123045A (ko) 전력 시스템
EP3538756B1 (en) Submerged heaving wave energy converter
RU2705690C1 (ru) Устройство для преобразования энергии волн в электрическую энергию
KR20190033490A (ko) 파도 에너지 변환기
KR102500958B1 (ko) 구동 조립체
CN209959391U (zh) 一种波浪发电机构及发电装置
US11795903B2 (en) Modular wave energy converter
EP4328445A1 (en) Offshore floater system
WO2023237491A1 (en) Service system for servicing a marine structure
KR20200030513A (ko) 파도에너지 변환기
WO2023069763A1 (en) Modular wave energy converter
CN117488756A (zh) 一种用于风机塔筒安装的补偿装置及其补偿方法
IES86095Y1 (en) A floating vessel that converts wave energy at sea into electrical energy
OA17378A (en) Device for gerenating hydroelectric energy.

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19903814

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19903814

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 27/10/2021)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19903814

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1