WO2023158416A1 - Device for converting wave energy into mechanical and electrical energy - Google Patents

Device for converting wave energy into mechanical and electrical energy Download PDF

Info

Publication number
WO2023158416A1
WO2023158416A1 PCT/UA2022/000010 UA2022000010W WO2023158416A1 WO 2023158416 A1 WO2023158416 A1 WO 2023158416A1 UA 2022000010 W UA2022000010 W UA 2022000010W WO 2023158416 A1 WO2023158416 A1 WO 2023158416A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
float
sprockets
wave
drive shafts
gear
Prior art date
Application number
PCT/UA2022/000010
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Валерий Илларионович ПАЛАБУГИН
Павел Валериевич ПАЛАБУГИН
Original Assignee
Валерий Илларионович ПАЛАБУГИН
Павел Валериевич ПАЛАБУГИН
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 Валерий Илларионович ПАЛАБУГИН, Павел Валериевич ПАЛАБУГИН filed Critical Валерий Илларионович ПАЛАБУГИН
Priority to PCT/UA2022/000010 priority Critical patent/WO2023158416A1/en
Publication of WO2023158416A1 publication Critical patent/WO2023158416A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12Adaptations 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
    • F03B13/14Adaptations 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12Adaptations 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
    • F03B13/14Adaptations 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
    • F03B13/16Adaptations 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 using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18Adaptations 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 using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12Adaptations 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
    • F03B13/26Adaptations 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 tide energy
    • 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

Definitions

  • the invention Device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy, relates to the field of renewable energy sources, in particular to devices for converting energy
  • buoyancy, perceiving wave energy are located in the guide shafts, which are openwork, transmit energy to the executive
  • gear racks which are installed in box-shaped shafts with the possibility of moving in them
  • ratchet gears which are installed on the main shaft, while the rods are parallel to the guide shafts, engage the toothed racks in engagement with the ratchet gears when the buoyancy moves to the top and disengage them from
  • the disadvantage is the method of converting the oscillatory movement into the rotational movement of the main shaft, using racks and ratchet gears.
  • the conversion mechanism is complex, probably not adapted for long-term operation, and this will affect the operation.
  • one driven shaft is made in the form of a left driven shaft
  • the other driven shaft is made in the form of a right driven shaft
  • the driven shafts are installed parallel to each other
  • the driven elements placed on the driven shafts are made in the form of stars
  • on each driven shaft right - a pair of sprockets is installed: the main driven sprocket at one end of the shaft and an additional driven sprocket at the other end of the shaft
  • the transmission shaft is installed parallel to the left driven shaft and the right driven shaft
  • the overrunning clutches located on it are equipped with sprockets: the main transmission sprocket and an additional transmitting asterisk;
  • the driving link is made in the form of an open flexible chain connection, which covers both main driven sprockets installed at one end of the driven shafts, and an additional transmission sprocket is covered by a chain connection.
  • the disadvantages of this solution include a small angle of wrapping of freewheel sprockets, flexible chain links, which can lead to loss of engagement of flexible chain links with freewheel sprockets, especially during sudden changes in direction of movement.
  • the closest to the claimed technical solution is a wave power plant patent for pm ru 86252 yl, published on 08/27/2009, which contains a two-section frame, the vertical posts of which are fastened by the upper and lower bases, which are guides of a float placed in the lower section of the frame, capable of reciprocating - progressive movement.
  • An energy converter is located in the upper section of the frame, containing at least two or more pairs of symmetrically located long-stroke, vertical linear electric generators with generating cores on disk permanent magnets, the axes of which are made of non-magnetic materials, capable of reciprocating movement inside the annular induction coils in opposite directions.
  • the float is filled with ballast inside, which ensures the equality of forces in the presence of a reciprocating movement of the float along the vertical, the weight of which, together with the weight of the float body and the transmission rod, is equal to the weight of the water displaced by half the volume of the float.
  • the disadvantage is the complicated way of converting the reciprocating motion of the float into the rotational motion of the drums, which provide the reciprocating motion of the generating cores, by means of cables.
  • the problem to be solved by the present invention is to find the optimal way to convert the energy of the oscillatory motion of waves into unidirectional rotation of the shaft, with a minimum number of intermediate transformations, independent of the magnitude of the amplitude of the oscillations, devoid of the disadvantages inherent in the known, from the prior art, devices and ways of converting oscillatory motion into unidirectional rotational. Disclosure of the invention.
  • the invention, Device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy includes:
  • Method 2 two functional units independent of each other, with the ability to convert wave energy into mechanical energy, by three methods proposed in the present invention for directly converting reciprocating motion into unidirectional rotation of drive shafts, hereinafter (Method), by installing mechanisms corresponding to the Method ;
  • a float with the possibility of reciprocating movement in a vertical plane, in the form of a hollow shell made of durable, corrosion-resistant materials, streamlined, with a structurally specified angle of attack to the velocity vector of the circular motion of water particles in a wave, divided into two equal halves horizontally , with ballast in the lower half of the float, with a total weight of all components of the float equal to the weight of water displaced by the volume of the lower half of the float, while the float has consoles protruding beyond the ends of the float, designed to install mechanisms corresponding to the Method, such as gear ratchet ZKhS sectors of multidirectional action, attachment points to flexible connections, sprockets of free rotation on the axles;
  • the first Method is applied, which is carried out by alternating automatic interaction of ratchet CLs (toothed overrunning clutches of multidirectional action) with the ascending and descending branches of the flexible links, at the moment of changing the direction of the float movement to the opposite, so at the beginning of the movement of the float, under the action of buoyancy and lifting force to the top, from the wave bottom to its top, the first ratchet SLs on the float consoles engage with the ascending branches of the flexible connections, the float moves the ascending branches of the C N, to the top, on the outgoing wave, at the moment the float begins to move in bottom, under the action of the gravity of the ballast, the first ratchet APs
  • CLs toothed overrunning clutches of multidirectional action
  • the device is additionally equipped with:
  • - solar panels are installed on a lean-to, at an angle of thirty degrees to the horizon, oriented to the south, the roof of the machine room;
  • Solar power generation allows, during the absence of wind and waves, to maintain the supply of external consumers with electricity.
  • Fig. 1 Device front view
  • Fig.2 side view of the device; fig. 3 way direct reciprocating conversion float in unidirectional rotation of the shaft, the first option;
  • Fig. 4 method of direct conversion of the reciprocating movement of the float into unidirectional rotation of the shaft, the second option
  • Fig. 5 method of directly converting the reciprocating motion of the float into unidirectional rotation of the shaft, the third option
  • Fig. 6 top view of the mechanisms in the engine room.
  • Fig. 7 method of direct conversion of the reciprocating motion of the float into unidirectional rotation of the shaft, the fourth option;
  • Embodiments of the invention First option.
  • the device includes:
  • - machine room 1 installed on platform 2, made of sandwich panels, serves to protect against the effects of the external environment, drive mechanisms for electric power generators, battery charge controller, inverter, automatic control system, distribution and switching devices, automation elements;
  • -platform 2 a reinforced concrete slab, installed on a pile-screw foundation 3, in a reservoir at a mark above the predicted wave height, with the long side facing the prevailing direction of the wind rose vector, drawing figure 1, figure 2;
  • - float 6 made of durable, corrosion-resistant materials, streamlined, with a structurally specified angle of attack to the velocity vector of the circular motion of water particles in the wave, with the possibility of reciprocating motion in a vertical plane in unison with the waves, is divided into two equal halves along horizontal, with ballast in the lower half of the float, the total weight of all components of the float, equal to the weight of the water displaced by the volume the lower halves of the float, at the same time, on the consoles protruding beyond the ends of the float, in the first embodiment of the present invention, on the consoles of the float, there are toothed ratchet sectors of the ZXS, multidirectional action 7.1.1, 7.1.2, 7.2.1, 7.2.2, for the interaction of the float with the branches of the flexible connections 8.1.1, 8.1.2, 8.2.1, 8.2.2, drawing Fig.1, Fig.2, Fig. 3, which corresponds to the structure for the first Method, all the elements of the device listed in the description refer to two functional units independent of each other
  • the float 6, under the action of gravity of the ballast is half-immersed in the water, the drawing of Fig. 1, figure 2, figure 3, at the time of the passage of the wave front, the float 6, with ballast, under the action of the buoyancy force (buoyancy force) and the lifting force arising from the flow around the profile of the float with a stream of water particles moving in circular orbits in the wave , moves upwards, the first ratchet gear sectors 7.1.2, 7.2.1, on the consoles of the float 6, at the moment of the beginning of the upward movement, automatically engage with the ascending branches of the TsT118.1.2, 8.2.1, moves them upwards, reaching the top of the wave, on the outgoing wave, at the moment when the float 6, under the action of the gravity of the ballast, begins to move down, the first ratchet AP 7.1.2,
  • high power generator 18 generated by generators, solar panels and wind generator electricity, through the charge controller, accumulates in batteries, the inverter converts the accumulated into batteries, energy to standard values, ATS provides regulation and transmission of electricity, through switching devices and automation equipment, via a cable laid along the bottom of a reservoir or overhead power lines, to an external consumer of electricity.
  • the device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy is characterized in that for the implementation of the second Method, the device includes:
  • float 6 with ballast, under the action of buoyancy force, (buoyancy force) and lifting force arising from the flow around the float profile by a stream of water particles moving in circular orbits in a wave, starts moving upwards, float 6, moves the opposite branches of the PTC, 27, 28 upwards, the translational movement of the CTP along closed trajectory, rotates the sprockets 24.1, 24.2, gear overrunning clutches, 26.1, 26.2, while the first clutch 26.2, the drawing of Fig.
  • buoyancy force buoyancy force
  • lifting force arising from the flow around the float profile by a stream of water particles moving in circular orbits in a wave
  • the device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy is characterized in that for the implementation of the third Method, the following is installed in the device:
  • the float 6, drawing figure 1, figure 2, figure 5, is half-immersed in the water, when the wave front passes, the float 6 moves upward, under the action of buoyancy and lifting force, pulls fixed on the consoles sprockets of free rotation 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 to the top, when the float moves per unit length, due to the pulley scheme, TsTP 32, 33, are extended by two units of length, rotate sprockets 35.1, 35.2, 30.3, 30.4 30.1, 30.2, and overrunning clutches 34.1, 34.2, while the toothed freewheel 34.2 rotates the drive shaft 12.2 clockwise, the toothed freewheel 34.1 rotates counterclockwise at idle, on the outgoing wave, the float moves to the bottom under the action of gravity of the ballast, pulls the sprockets attached to the consoles free rotation 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 to the bottom, movement of the float per unit length, due to the pulley
  • the third Method provides a twofold increase in the speed of rotation of the drive shafts in relation to the speed of rotation of the drive shafts in the first and second versions, at the same speed of the float.
  • a multiple increase in the speed of rotation of the drive shafts is achieved by a corresponding, additional increase in the number of sprockets and overrunning clutches.
  • the fourth method provides a threefold increase in the speed of rotation of the drive shafts, in relation to the speed of rotation of the drive shafts, in the first and second versions, at the same speed of the float.
  • the disadvantage is that the design of the device is much more complicated due to additional mechanical components.
  • the device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy contains:
  • - float 6 streamlined, with a structurally specified angle of attack to the velocity vector of water particles in the wave, made of corrugated plastic pipes with plugged ends, fastened with bandages into a raft, from two rows of pipes, four pipes in a row, with ballast in the lower row of pipes with a weight equal to the weight of the water displaced by the lower half of the float.
  • cast-iron ratchet APs 7.1.1, 7.1.2, 7.2.1, 7.2.2, are installed for the interaction of the float with the branches of the CTP, 8.1.1, 8.1.2, 8.2.1, 8.2.2, drawing Fig. .1, fig.2, fig.
  • TsTP type (M; MS) 3
  • GOST 588-81 flexible connections, TsTP type, (M; MS) 3, is selected according to the catalog, GOST 588-81, (at wave heights below one meter, preference is given to TsTP, toothed drive belts and their corresponding toothed pulleys).
  • Cast iron drive sprockets 11.1,11.2, for central heating, are mounted on the necks of drive shafts 12.1, 12.2.
  • Cast iron sprockets 9.1, 9.2, free rotation on axes, are installed on gravity tension devices 10.1, 10.2, at a mark below the design level of the wave bottom.
  • TsTP, 8.1, 8.2 cover cast iron sprockets on drive shafts and sprockets on tensioners.
  • Tension gravitational devices 10.1, 10.2 provide the calculated tension force of the chains, are connected by cables 19.1, 19.2, through blocks 20.1, 20.2, at anchors 22.1, 22.2, with manual winches 21.1, 21.2, installed on the platform 2, to prevent oscillations of the tensioners 10.1, 10.2.
  • Anchors 22.1, 22.2, with blocks 20.1, 20.2, are installed at the bottom of the reservoir.
  • the power of the device that converts the energy of sea and ocean waves into electricity depends on the height and period of the waves, on the volume of the float with the appropriate ballast and the amplitude of the float oscillations in the vertical plane, in unison with the oncoming waves.
  • the float, in the oncoming wave, under the action of buoyancy and lifting force, moves from the bottom of the wave to the top, to its top, on the outgoing wave, the float moves down, under the action of gravity of the ballast, from the top of the wave to the bottom.
  • the total energy of the wave, per unit area of the wave surface, is equal to the sum of the kinetic and potential energies.
  • H - wave height, (m); a - wave amplitude in meters, a H / 2; g is the acceleration of gravity, (9.8m / sec L 2);
  • T is the period of the waves, (sec).
  • the work Av, performed by the buoyancy force FB, when a float of volume V rises, from the bottom of the wave to its top, is equal to the product of the force FB times the height of the wave H.
  • the buoyancy force FB acting on the float is
  • the developed power N, for one period, is equal to the sum of the works Av and An, divided by the duration of the period T.
  • the device is additionally equipped with:
  • Solar power generation allows, during the absence of wind and waves, to maintain the supply of external consumers with electricity.

Landscapes

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

Abstract

A device for converting wave energy into mechanical and electrical energy includes, but is not limited to: a mechanical room on a platform mounted on an auger pile foundation in a body of water and at a height above a predicted wave height, with the long side of the platform oriented toward the prevailing vector direction of a wind rose; two functional units which are independent of one another and are capable of converting wave energy into mechanical energy, said units being designed to be capable of converting reciprocating motion of a float into unidirectional rotation of drive shafts; and a float designed to be capable of reciprocating motion in a vertical plane, said float being in the form of a hollow casing made of durable corrosion-resistant materials and having an aerodynamic shape with a structurally predetermined angle of attack to the velocity vector of the circular motion of water particles in a wave, wherein the float is divided horizontally into two equal halves with ballast in the lower half of the float and an overall weight of all of the components of the float equal to the weight of the water displaced by the volume of the lower half of the float, and wherein the float further has arms extending from its faces.

Description

Название изобретения. The name of the invention.
УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВОЛН В МЕХАНИЧЕСКУЮ И ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ DEVICE FOR CONVERSING WAVE ENERGY INTO MECHANICAL AND ELECTRIC ENERGY
5 5
Область техники, к которой относится изобретение.The field of technology to which the invention belongs.
Изобретение, Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, относится к области возобновляемых источников энергии, в частности к устройствам, для преобразования энергииThe invention, Device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy, relates to the field of renewable energy sources, in particular to devices for converting energy
10 морских волн в механическую и электрическую энергии. Может быть использовано в качестве автономного, экологически чистого, источника электроэнергии, не нанося ущерба природе, флоре и фауне водоемов, устройство дополнено ветряным генератором и солнечными панелями. 10 sea waves into mechanical and electrical energy. It can be used as an autonomous, environmentally friendly source of electricity without damaging nature, flora and fauna of water bodies, the device is supplemented with a wind generator and solar panels.
15 Предшествующий уровень техники. 15 Prior art.
Из предшествующего уровня техники известен патент РФ № 2221933, опубликованный 20. 01. 2004), В устройстве, реализующим способ, плавучести, воспринимающие энергию волн, располагаются в направляющих шахтах, которые выполняются ажурными, передают энергию на исполнительный From the prior art known patent of the Russian Federation No. 2221933, published 20. 01. 2004), In the device that implements the method, buoyancy, perceiving wave energy, are located in the guide shafts, which are openwork, transmit energy to the executive
20 механизм с помощью зубчатых реек, которые устанавливают в коробчатых шахтах с возможностью перемещения в них, и храповых шестерен, которые устанавливают на главный вал, при этом штоки располагают параллельно направляющим шахтам, вводят зубчатые рейки в зацепление с храповыми шестернями при движении плавучести в верх и выводят их из зацепления при20 mechanism with the help of gear racks, which are installed in box-shaped shafts with the possibility of moving in them, and ratchet gears, which are installed on the main shaft, while the rods are parallel to the guide shafts, engage the toothed racks in engagement with the ratchet gears when the buoyancy moves to the top and disengage them from
25 движении плавучести в низ. 25 movement of buoyancy to the bottom.
Недостатком является способ преобразования колебательного движения, во вращательное движение главного вала, с помощью зубчатых реек и храповых шестерен. Механизм преобразования сложен, для длительной работы, вероятно, не приспособлен, и это скажется при эксплуатации. Известен, Механизм преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное, патент РФ 2629584 с2 опубликованный 20.04.2014). в котором один ведомый вал выполнен в виде левого ведомого вала, другой ведомый вал выполнен в виде правого ведомого вала, ведомые валы установлены между собой параллельно, а ведомые элементы, размещенные на ведомых валах выполнены в виде звездочек, причем на каждом ведомом валу- левом и правом- установлена пара звездочек: основная ведомая звездочка на одном конце вала и дополнительная ведомая звездочка на другом конце вала, передающий вал установлен параллельно левому ведомому валу и правому ведомому валу, а обгонные муфты, размещенные на нем, снабжены звездочками: основной передающей звездочкой и дополнительной передающей звездочкой; ведущее звено выполнено в виде разомкнутой гибкой цепной связи, которая охватывает обе основные ведомые звездочки, установленные на одних концах ведомых валов, и дополнительная передающая звездочка охвачены цепной связью. The disadvantage is the method of converting the oscillatory movement into the rotational movement of the main shaft, using racks and ratchet gears. The conversion mechanism is complex, probably not adapted for long-term operation, and this will affect the operation. Known, the Mechanism for converting reciprocating motion into continuous rotational, RF patent 2629584 s2 published 04/20/2014). in which one driven shaft is made in the form of a left driven shaft, the other driven shaft is made in the form of a right driven shaft, the driven shafts are installed parallel to each other, and the driven elements placed on the driven shafts are made in the form of stars, and on each driven shaft right - a pair of sprockets is installed: the main driven sprocket at one end of the shaft and an additional driven sprocket at the other end of the shaft, the transmission shaft is installed parallel to the left driven shaft and the right driven shaft, and the overrunning clutches located on it are equipped with sprockets: the main transmission sprocket and an additional transmitting asterisk; the driving link is made in the form of an open flexible chain connection, which covers both main driven sprockets installed at one end of the driven shafts, and an additional transmission sprocket is covered by a chain connection.
К недостаткам данного решения можно отнести малый угол обхвата звездочек обгонных муфт, гибкими цепными связями, что может привести к потере зацепления гибких цепных связей с звездочками обгонных муфт, особенно при резких изменениях направления движения. The disadvantages of this solution include a small angle of wrapping of freewheel sprockets, flexible chain links, which can lead to loss of engagement of flexible chain links with freewheel sprockets, especially during sudden changes in direction of movement.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является - волновая энергетическая установка патент на пм ру 86252 yl, опубликованный 27.08.2009, которая содержит двухсекционный каркас, вертикальные стойки которого скреплены верхним и нижним основаниями, являющимися направляющими размещенного в нижней секции каркаса поплавка, способного к возвратно - поступательному перемещению. В верхней секции каркаса расположен преобразователь энергии, содержащий как минимум две или более пар симметрично расположенных длинноходовых, вертикальных линейных электрических генераторов с генерирующими сердечниками на дисковых постоянных магнитах, оси которых выполнены из немагнитных материалов, имеющих возможность возвратно - поступательного перемещения внутри кольцевых индукционных катушек в противоположных направлениях, связанными с поплавком через передаточный шток с гребенчатой зубчатой передачей, преобразующей возможность возвратно - поступательного перемещения штока во вращение, симметрично расположенных на одной оси с зубчатой шестеренкой барабанов и перекинутых через них гибких тросов, на концах которых закреплены генерирующие сердечники линейных электрических генераторов. Поплавок внутри заполнен балластом, который обеспечивает равенство сил при наличии возвратно-поступательного движения поплавка по вертикали, вес которого вместе с весомом корпуса поплавка и передаточного штока равен весу воды, вытесненной половиной объема поплавка. The closest to the claimed technical solution is a wave power plant patent for pm ru 86252 yl, published on 08/27/2009, which contains a two-section frame, the vertical posts of which are fastened by the upper and lower bases, which are guides of a float placed in the lower section of the frame, capable of reciprocating - progressive movement. An energy converter is located in the upper section of the frame, containing at least two or more pairs of symmetrically located long-stroke, vertical linear electric generators with generating cores on disk permanent magnets, the axes of which are made of non-magnetic materials, capable of reciprocating movement inside the annular induction coils in opposite directions. directions associated with the float through the transmission rod with a comb gear, which converts the possibility of reciprocating moving the rod into rotation, symmetrically located on the same axis with the toothed gear of the drums and flexible cables thrown over them, at the ends of which the generating cores of linear electric generators are fixed. The float is filled with ballast inside, which ensures the equality of forces in the presence of a reciprocating movement of the float along the vertical, the weight of which, together with the weight of the float body and the transmission rod, is equal to the weight of the water displaced by half the volume of the float.
Недостатком является сложный способ преобразования возвратно - поступательного движения поплавка во вращательное движение барабанов, обеспечивающих возвратно - поступательное движение генерирующих сердечников, посредством тросов. The disadvantage is the complicated way of converting the reciprocating motion of the float into the rotational motion of the drums, which provide the reciprocating motion of the generating cores, by means of cables.
Приведенные выше технические решения, направленные на преобразование колебательного движения элемента во вращательное движение вала, имеют ряд существенных недостатков: - размеры подвижных элементов, штоков, зубчатых реек, роторов и статоров линейных генераторов, накладывают определенные ограничения на их применение в соответствии с высотой волн, что существенно скажется на надежности и работоспособности устройств в процессе эксплуатации. The above technical solutions aimed at converting the oscillatory motion of the element into the rotational motion of the shaft have a number of significant drawbacks: - the dimensions of the moving elements, rods, gear racks, rotors and stators of linear generators impose certain restrictions on their use in accordance with the height of the waves, which significantly affect the reliability and performance of devices during operation.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в нахождении оптимального способа преобразования энергии колебательного движения волн, в однонаправленное вращение вала, с минимальным количеством промежуточных преобразований, не зависящим от величины амплитуды колебаний, лишенным недостатков, присущих известным, из уровня техники, устройствам и способам преобразования колебательного движения в однонаправленное вращательное. Раскрытие изобретения. The problem to be solved by the present invention is to find the optimal way to convert the energy of the oscillatory motion of waves into unidirectional rotation of the shaft, with a minimum number of intermediate transformations, independent of the magnitude of the amplitude of the oscillations, devoid of the disadvantages inherent in the known, from the prior art, devices and ways of converting oscillatory motion into unidirectional rotational. Disclosure of the invention.
1 Заявленный технический результат достигается тем, что изобретение, Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, включает: 1 The claimed technical result is achieved by the fact that the invention, Device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy, includes:
- машинный зал на платформе, установленной на свайно-винтовом фундаменте в водоеме, на отметке, выше прогнозируемой высоты волн, длинной стороной обращенной к преобладающему направлению вектора розы ветров; - a machine room on a platform installed on a pile-screw foundation in a reservoir, at a mark above the predicted wave height, with the long side facing the prevailing direction of the wind rose vector;
- два независимых друг от друга функциональных узла, с возможностью осуществлять преобразование энергии волн в механическую энергию, тремя, предлагаемыми в настоящем изобретении, способами прямого преобразования возвратно- поступательного движения в однонаправленное вращение приводных валов, далее (Способ), путем установки механизмов, соответствующих Способу;- two functional units independent of each other, with the ability to convert wave energy into mechanical energy, by three methods proposed in the present invention for directly converting reciprocating motion into unidirectional rotation of drive shafts, hereinafter (Method), by installing mechanisms corresponding to the Method ;
- поплавок, с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальной плоскости, в виде пустотелой оболочки из прочных, стойких к коррозии материалов, обтекаемой формы, с конструктивно заданным углом атаки к вектору скорости кругового движения частиц воды в волне, разделен на две равные половины по горизонтали, с балластом в нижней половине поплавка, общим весом всех составляющих поплавка, равным весу воды, вытесняемой объемом нижней половины поплавка, при этом поплавок имеет консоли, выступающие за торцы поплавка, предназначены для установки на них механизмов, соответствующих Способу, таких как, зубчатые храповые сектора ЗХС разнонаправленного действия, узлы крепления к гибким связям, звездочки свободного вращения на осях; - a float, with the possibility of reciprocating movement in a vertical plane, in the form of a hollow shell made of durable, corrosion-resistant materials, streamlined, with a structurally specified angle of attack to the velocity vector of the circular motion of water particles in a wave, divided into two equal halves horizontally , with ballast in the lower half of the float, with a total weight of all components of the float equal to the weight of water displaced by the volume of the lower half of the float, while the float has consoles protruding beyond the ends of the float, designed to install mechanisms corresponding to the Method, such as gear ratchet ZKhS sectors of multidirectional action, attachment points to flexible connections, sprockets of free rotation on the axles;
- приводные валы установлены в машинном зале на подшипниковых опорах, при этом, шейки приводных валов выходят наружу, сквозь стенки противоположных сторон машинного зала; - drive shafts are installed in the engine room on bearings, while the necks of the drive shafts go out through the walls of opposite sides of the engine room;
-звездочки или (зубчатые обгонные муфты разнонаправленного действия), насажены на шейки приводных валов; - sprockets or (tooth freewheels of multidirectional action), mounted on the necks of the drive shafts;
- звездочки свободного вращения на осях, установлены на натяжных гравитационных устройствах, на отметке, ниже прогнозируемого уровня подошвы волны; - sprockets of free rotation on the axes, installed on tension gravitational devices, at a mark below the predicted level of the wave bottom;
- гибкие связи, цепи тяговые пластинчатые ЦТП, охватывают звездочки на натяжных гравитационных устройствах, звездочки или (зубчатые обгонные муфты разнонаправленного действия) на шейках приводных валов; - flexible connections, traction plate chains of the central heating center, cover the sprockets on tensioning gravity devices, sprockets or (toothed overrunning clutches of multidirectional action) on the necks of the drive shafts;
- натяжные гравитационные устройства, обеспечивают расчетное натяжение гибких связей, соединены тросами, через блоки на якорях, с ручными лебедками на платформе; - tension gravitational devices, provide the calculated tension of flexible connections, connected by cables, through blocks on anchors, with manual winches on the platform;
- якоря с блоками, установлены на дне водоема, при этом, в отличие от аналогичного назначения, устройств и способов преобразования колебательного движения во вращательное, в настоящем изобретении, предлагаются три различных способа прямого преобразования возвратно-поступательного движения в однонаправленное вращение приводных валов, так в первом варианте выполнения устройства, применен первый Способ, который осуществляют путем попеременного автоматического взаимодействия храповых ЗС, (зубчатых обгонных муфт разнонаправленного действия) с восходящей и нисходящей ветвями гибких связей, в момент изменения направления движения поплавка на противоположное, так в начале движения поплавка, под действием выталкивающей и подъемной силы в верх, от подошвы волны к ее вершине, первые храповые ЗС на консолях поплавка, входят в зацепление с восходящими ветвями гибких связей, поплавок движет восходящие ветви Ц Н, в верх, на уходящей волне, в момент начала движения поплавка в низ, под действием силы тяжести балласта, первые храповые ЗС выходят из зацепления, вторые храповые ЗС, входят в зацепление с нисходящими ветвями ЦТП, поплавок движет их в низ до подошвы волны, поступательное движение Ц‘111 по замкнутой траектории, приводит в однонаправленное вращение звездочки на натяжных устройствах и звездочки на приводных валах, не зависимо от высоты волн, крутящий момент, от приводных валов передается, посредством обгонных муфт и муфт сцепления, на первичный вал мультипликатора, к концам его вторичного вала, через электромагнитные обгонные муфты сцепления, подсоединены генераторы электроэнергии малой и большой мощности, система автоматического регулирования САР, отслеживает напряжение на генераторе малой мощности и при его повышении выше номинального САР, включением электромагнитной обгонной муфты сцепления, подключает генератор большой мощности, вырабатываемая генераторами, электроэнергия, через контролер заряда накапливается и хранится в аккумуляторах, инвертор преобразует накопленную аккумуляторами электроэнергию до стандартных величин, САР обеспечивает регулирование и передачу электроэнергии, через коммутирующие устройства и средства автоматики, по кабелю, проложенному по дну водоема или воздушной ЛЭП, вешнему потребителю электроэнергии. - anchors with blocks installed at the bottom of the reservoir, while, in contrast to a similar purpose, devices and methods for converting oscillatory motion into rotational, in the present invention, three different methods are proposed for directly converting reciprocating motion into unidirectional rotation of drive shafts, so in In the first embodiment of the device, the first Method is applied, which is carried out by alternating automatic interaction of ratchet CLs (toothed overrunning clutches of multidirectional action) with the ascending and descending branches of the flexible links, at the moment of changing the direction of the float movement to the opposite, so at the beginning of the movement of the float, under the action of buoyancy and lifting force to the top, from the wave bottom to its top, the first ratchet SLs on the float consoles engage with the ascending branches of the flexible connections, the float moves the ascending branches of the C N, to the top, on the outgoing wave, at the moment the float begins to move in bottom, under the action of the gravity of the ballast, the first ratchet APs disengage, the second ratchet APs engage with the descending branches of the CTP, the float moves them down to the bottom of the wave, the translational movement of the C'111 along a closed trajectory leads to unidirectional rotation of the sprocket on the tensioners and sprockets on the drive shafts, regardless of the height of the waves, the torque is transmitted from the drive shafts, by means of overrunning clutches and clutches, to the input shaft of the multiplier, to the ends of its output shaft, through electromagnetic overrunning clutches, power generators are connected low and high power, the automatic control system of the ATS, monitors the voltage on the low power generator and, when it rises above the nominal ATS, by turning on the electromagnetic overrunning clutch, connects the high power generator generated by the generators, electricity, through the charge controller is accumulated and stored in batteries, the inverter converts the electricity accumulated by the batteries to standard values, the ACS provides regulation and transmission of electricity, through switching devices and automation, via a cable laid along the bottom of a reservoir or overhead power lines, to an external consumer of electricity.
Применение в устройстве двух, независимых друг от друга, механизмов прямого преобразования колебательного движения поплавка в механическую энергию однонаправленного вращения приводных валов, обеспечивает более полное и эффективное извлечение энергии из колебательного движения волн, не зависимо от их высоты и направления прихода. The use in the device of two, independent of each other, mechanisms for the direct conversion of the oscillatory movement of the float into the mechanical energy of the unidirectional rotation of the drive shafts provides a more complete and efficient extraction of energy from the oscillatory movement of waves, regardless of their height and direction of arrival.
Для обеспечения стабильного электроснабжения потребителей, в устройстве дополнительно установлены: To ensure a stable power supply to consumers, the device is additionally equipped with:
- солнечные панели, установлены на односкатной, под углом тридцать градусов к горизонту, ориентированной на юг, крыше машинного зала; - solar panels are installed on a lean-to, at an angle of thirty degrees to the horizon, oriented to the south, the roof of the machine room;
- ветряной генератор на мачте, установлен на платформе. - a wind generator on a mast, mounted on a platform.
Солнечная генерация электроэнергии позволяет, в период отсутствия ветра и волн, поддерживать снабжение внешних потребителей электроэнергией. Solar power generation allows, during the absence of wind and waves, to maintain the supply of external consumers with electricity.
Важно, в частном случае, когда предусматривается работа устройства с высотой волны меньше метра, ЦТ11 и звездочки, предпочтительно заменить зубчатыми приводными ремнями и соответствующим им, зубчатыми шкивами, во всех вариантах осуществления настоящего изобретения. It is important, in the particular case when the operation of the device with a wave height of less than a meter is envisaged, it is preferable to replace the CG11 and the sprocket with toothed drive belts and their corresponding toothed pulleys in all embodiments of the present invention.
Сущность настоящего изобретения, Устройство и способ преобразования энергии волн в механическую и электрическую энергию, поясняется чертежами: Фиг. 1 вид устройства спереди; The essence of the present invention, Device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy, is illustrated by drawings: Fig. 1 device front view;
Фиг.2 вид устройства с боку; фиг. 3 способ прямого преобразования возвратно-поступательного движения поплавка в однонаправленное вращение вала, первый вариант; Fig.2 side view of the device; fig. 3 way direct reciprocating conversion float in unidirectional rotation of the shaft, the first option;
Фиг. 4 способ прямого преобразования возвратно-поступательного движения поплавка в однонаправленное вращение вала, второй вариант; Fig. 4 method of direct conversion of the reciprocating movement of the float into unidirectional rotation of the shaft, the second option;
Фиг. 5 способ прямого преобразования возвратно-поступательного движения поплавка в однонаправленное вращение вала, третий вариант; Fig. 5 method of directly converting the reciprocating motion of the float into unidirectional rotation of the shaft, the third option;
Фиг. 6 вид с верху на механизмы в машинном зале. Fig. 6 top view of the mechanisms in the engine room.
Фиг. 7 способ прямого преобразования возвратно-поступательного движения поплавка в однонаправленное вращение вала, четвертый вариант; Fig. 7 method of direct conversion of the reciprocating motion of the float into unidirectional rotation of the shaft, the fourth option;
Варианты осуществления изобретения. Первый вариант. Embodiments of the invention. First option.
2. Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, по пункту 1, для осуществления первого Способа, устройство включает: 2. Device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy, according to paragraph 1, for the implementation of the first Method, the device includes:
- машинный зал 1, установлен на платформе 2, выполнен из сэндвич панелей, служит для защиты от воздействия внешней среды, механизмов привода генераторов электроэнергии, контролера заряда аккумуляторов, инвертора, САР, распределительных и коммутирующих устройств, элементов автоматики; -платформу 2, железобетонная плита, установлена на свайно-винтовом фундаменте 3, в водоеме на отметке, выше прогнозируемой высоты волн, длинной стороной обращенной в сторону преобладающего направления вектора розы ветров, чертеж фиг.1, фиг.2; - machine room 1, installed on platform 2, made of sandwich panels, serves to protect against the effects of the external environment, drive mechanisms for electric power generators, battery charge controller, inverter, automatic control system, distribution and switching devices, automation elements; -platform 2, a reinforced concrete slab, installed on a pile-screw foundation 3, in a reservoir at a mark above the predicted wave height, with the long side facing the prevailing direction of the wind rose vector, drawing figure 1, figure 2;
- солнечные панели 4, установлены на односкатной, под углом тридцать градусов к горизонту, ориентированной на юг, крыше машинного зала; - solar panels 4, installed on a lean-to, at an angle of thirty degrees to the horizon, oriented to the south, the roof of the machine room;
- ветряной генератор 5, на мачте, установленной на платформе 2; - wind generator 5, on a mast mounted on platform 2;
- поплавок 6, выполнен из прочных, стойких к коррозии материалов, обтекаемой формы, с конструктивно заданным углом атаки к вектору скорости кругового движения частиц воды в волне, с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальной плоскости в унисон волн, разделен на две равные половины по горизонтали, с балластом в нижней половине поплавка, общим весом всех составляющих поплавка, равным весу воды, вытесняемой объемом нижнеи половины поплавка, при этом, на консолях, выступающих за торцы поплавка, в первом варианте осуществления настоящего изобретения, на консолях поплавка, установлены зубчатые храповые сектора ЗХС, разнонаправленного действия 7.1,1, 7.1.2, 7.2.1, 7.2.2, для взаимодействия поплавка с ветвями гибких связей 8.1.1, 8.1.2, 8.2.1, 8.2.2, чертеж фиг.1,фиг.2, фиг. 3, что соответствует структуре для первого Способа, все перечисляемые в описании элементы устройства, относится к двум, независимым друг от друга функциональным узлам, воплощающими соответствующий Способ; - float 6, made of durable, corrosion-resistant materials, streamlined, with a structurally specified angle of attack to the velocity vector of the circular motion of water particles in the wave, with the possibility of reciprocating motion in a vertical plane in unison with the waves, is divided into two equal halves along horizontal, with ballast in the lower half of the float, the total weight of all components of the float, equal to the weight of the water displaced by the volume the lower halves of the float, at the same time, on the consoles protruding beyond the ends of the float, in the first embodiment of the present invention, on the consoles of the float, there are toothed ratchet sectors of the ZXS, multidirectional action 7.1.1, 7.1.2, 7.2.1, 7.2.2, for the interaction of the float with the branches of the flexible connections 8.1.1, 8.1.2, 8.2.1, 8.2.2, drawing Fig.1, Fig.2, Fig. 3, which corresponds to the structure for the first Method, all the elements of the device listed in the description refer to two functional units independent of each other that embody the corresponding Method;
- звездочки 9.1, 9.2, свободного вращения на осях, установлены на натяжных гравитационных устройствах 10.1, 10.2, на отметке, ниже расчетного уровня подошвы волны; - sprockets 9.1, 9.2, free rotation on the axes, installed on tension gravity devices 10.1, 10.2, at a mark below the design level of the wave base;
- звездочки, (зубчатые обгонные муфты), 11.1, 11.2, насажены на шейки приводных валов, 12.1, 12.2, при этом, приводные валы, соединены посредством обгонных муфт 13.1, 13. и муфт сцепления 14.1, 14.2, с первичным валом мультипликатора 15, чертеж фиг. 1, к концам его вторичного вала, через электромагнитные обгонные муфты сцепления 16.1, 16.2, подсоединены генераторы электроэнергии, малой 17, и большой мощности 18, с маховиками 23.1, 23.2, чертеж фиг. 6, вид по А-А; - sprockets, (tooth freewheels), 11.1, 11.2, are mounted on the journals of the drive shafts, 12.1, 12.2, while the drive shafts are connected by means of overrunning clutches 13.1, 13. and clutches 14.1, 14.2, with the input shaft of the multiplier 15, drawing of Fig. 1, to the ends of its secondary shaft, through electromagnetic overrunning clutches 16.1, 16.2, are connected generators of electricity, small 17, and high power 18, with flywheels 23.1, 23.2, drawing of FIG. 6, view along A-A;
- гибкие связи 8.1, 8.2, ЦТП, охватывают звездочки (зубчатые обгонные муфты) на приводных валах и звездочки на натяжных устройствах; - flexible connections 8.1, 8.2, TsTP, cover sprockets (gear overrunning clutches) on drive shafts and sprockets on tensioners;
- натяжные гравитационные устройства 10.1, 10.2, обеспечивают расчетное усилие натяжения цепей, соединены тросами 19.1, 19.2, через блоки 20.1, 20.2, на якорях 22.1, 22.2, с ручными лебедками 21.1, 21.2, установлены на платформе 2 для предотвращения колебаний натяжных устройств 10.1, 10.2; - tension gravitational devices 10.1, 10.2, provide the calculated tension force of the chains, connected by cables 19.1, 19.2, through blocks 20.1, 20.2, on anchors 22.1, 22.2, with manual winches 21.1, 21.2, installed on the platform 2 to prevent vibrations of the tensioners 10.1, 10.2;
- якоря 22.1, 22.2, с блоками 20.1, 20.2, установлены на дне водоема; - anchors 22.1, 22.2, with blocks 20.1, 20.2, are installed at the bottom of the reservoir;
- маховики 23.1, 23.2 навалах генераторов 17, 18, для стабилизации угловой скорости вращения валов генераторов электроэнергии; - flywheels 23.1, 23.2 in bulk generators 17, 18, to stabilize the angular velocity of rotation of the shafts of electricity generators;
- контролер заряда, аккумуляторы, инвертор, система автоматического регулирования САР, коммутирующие устройства, средства автоматики, кабели, установлены в машинном зале, чертеж фиг. 6. 3. Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, по пункту 2, в первом варианте осуществления изобретения, работает следующим образом: - charge controller, batteries, inverter, ACS automatic control system, switching devices, automation equipment, cables, installed in the machine room, drawing of Fig. 6. 3. The device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy, according to paragraph 2, in the first embodiment of the invention, operates as follows:
- на уровне спокойной воды, поплавок 6, под действием силы тяжести балласта погружен на половину в воду, чертеж фиг. 1, фиг.2, фиг.З, в момент прохождения фронта волны, поплавок 6, с балластом, под действием выталкивающей силы, (силы плавучести) и подъемной силы, возникающей при обтекании профиля поплавка потоком частиц воды, движущихся по круговым орбитам в волне, движется в верх, первые храповые зубчатые сектора 7.1.2, 7.2.1, на консолях поплавка 6, в момент начала движения в верх, автоматически входят в зацепление с восходящими ветвями ЦТ118.1.2, 8.2.1, движет их в верх, достигнув вершины волны, на уходящей волне, в момент когда поплавок 6, под действием силы тяжести балласта, начинает движение в низ, первые храповые ЗС 7.1.2,- at the level of calm water, the float 6, under the action of gravity of the ballast, is half-immersed in the water, the drawing of Fig. 1, figure 2, figure 3, at the time of the passage of the wave front, the float 6, with ballast, under the action of the buoyancy force (buoyancy force) and the lifting force arising from the flow around the profile of the float with a stream of water particles moving in circular orbits in the wave , moves upwards, the first ratchet gear sectors 7.1.2, 7.2.1, on the consoles of the float 6, at the moment of the beginning of the upward movement, automatically engage with the ascending branches of the TsT118.1.2, 8.2.1, moves them upwards, reaching the top of the wave, on the outgoing wave, at the moment when the float 6, under the action of the gravity of the ballast, begins to move down, the first ratchet AP 7.1.2,
7.2.1, выходят из зацепления с восходящими ветвями ЦТП 8.1.2, 8.2, вторые храповые ЗС 7.1.1, 7.2.2, на консолях поплавка, входят в зацепление с нисходящими ветвями 8.1.1, 8.2.2, движет их в низ, до подошвы волны, поступательное движение ЦТ11, по замкнутой траектории, приводят в однонаправленное, вращение звездочки 9.1, 9.2, на натяжных гравитационных устройствах 10.1, 10.2, и звездочки 11.1, 11.2, на приводных валах 12.1, 12.2, приводные валы, через обгонные муфты 13.1, 13.2, и муфты сцепления 14.1, 14.2, соединены с первичным валом мультипликатора 15, к концам его вторичного вала, посредством обгонных электромагнитных муфт сцепления 16.1, 16.2, подсоединены генераторы электроэнергии 17, 18, с маховиками 23.1, 23.2, маховики обеспечивают стабилизацию угловой скорости вращения валов генераторов электроэнергии, при малой высоте волн, работает генератор малой мощности 17, в оптимальном режиме, система автоматического регулирования САР, отслеживает величину напряжения и при превышении напряжения на генераторе малой мощности 17, выше номинального, в связи с увеличением высоты волн, подключает, через электромагнитную обгонную муфту сцепления7.2.1, disengage from the ascending branches of the CTP 8.1.2, 8.2, the second ratchet APs 7.1.1, 7.2.2, on the float consoles, engage with the descending branches 8.1.1, 8.2.2, move them to the bottom , to the bottom of the wave, the translational movement of the TsT11, along a closed path, is brought into unidirectional rotation of the sprocket 9.1, 9.2, on the tension gravitational devices 10.1, 10.2, and the sprocket 11.1, 11.2, on the drive shafts 12.1, 12.2, drive shafts, through overrunning clutches 13.1, 13.2, and clutches 14.1, 14.2, are connected to the input shaft of the multiplier 15, to the ends of its secondary shaft, by means of overrunning electromagnetic clutches 16.1, 16.2, power generators 17, 18 are connected, with flywheels 23.1, 23.2, flywheels provide stabilization of the angular the speed of rotation of the shafts of power generators, at low wave heights, the low power generator 17 operates, in the optimal mode, the ACS automatic control system monitors the voltage value and when the voltage on the low power generator 17 exceeds the nominal value, due to the increase in wave height, connects , via electromagnetic freewheel clutch
16.1, генератор большой мощности 18, вырабатываемая генераторами, солнечными панелями и ветряным генератором электроэнергия, через контролер заряда, накапливается в аккумуляторах, инвертор преобразует накопленную в аккумуляторах энергию до стандартных значений, САР обеспечивает регулирование и передачу электроэнергии, через коммутирующие устройства и средства автоматики по кабелю, проложенному по дну водоема или воздушной ЛЭП, вешнему потребителю электроэнергии. 16.1, high power generator 18, generated by generators, solar panels and wind generator electricity, through the charge controller, accumulates in batteries, the inverter converts the accumulated into batteries, energy to standard values, ATS provides regulation and transmission of electricity, through switching devices and automation equipment, via a cable laid along the bottom of a reservoir or overhead power lines, to an external consumer of electricity.
Второй вариант. Second option.
4. Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, по пункту 2, отличается тем, что для осуществления второго Способа, устройство включает: 4. The device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy, according to paragraph 2, is characterized in that for the implementation of the second Method, the device includes:
- зубчатые обгонные муфты 26.1, 26.2, разнонаправленного действия, установлены на шейке приводного вала 12.2; - gear overrunning clutches 26.1, 26.2, multidirectional, mounted on the neck of the drive shaft 12.2;
- на консолях поплавка, вместо ХЗС, установлены два узла крепления- on the float consoles, instead of HZS, two attachment points are installed
29.1, 29.2, для подсоединения к противоположным ветвям ЦТ11 27, 28, чертеж фиг. 4, правая сторона устройства; 29.1, 29.2, for connection to opposite branches of the TsT11 27, 28, drawing of fig. 4, the right side of the device;
- гибкие связи ЦТП, 27, 28, охватывают по парно, звездочки свободного вращения на оси, 24.1, 24.2, на натяжном гравитационном устройстве 10.2 и зубчатые обгонные муфты разнонаправленного действия 26.1, 26.2, на приводном валу 12.2; - flexible links of the CTP, 27, 28, cover in pairs, sprockets of free rotation on the axis, 24.1, 24.2, on the tension gravitational device 10.2 and gear overrunning clutches of multidirectional action 26.1, 26.2, on the drive shaft 12.2;
- поплавок 6, узлами крепления 29.1, 29.2, на консолях, на уровне спокойной воды подсоединен к противоположным ветвям гибких связей ЦТП 27, 28, чертеж фиг. 4; - float 6, with attachment points 29.1, 29.2, on consoles, at the level of calm water, is connected to opposite branches of flexible connections of the TsTP 27, 28, drawing of Fig. 4;
- натяжное устройство, 10.2, обеспечивают расчетное усилие натяжения ЦТП. - tensioning device, 10.2, provide the calculated tension force of the central heating station.
5. Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, по пункту 2, во втором варианте осуществления изобретения, второй Способ, работает следующим образом: 5. Device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy, according to paragraph 2, in the second embodiment of the invention, the second method works as follows:
- на уровне спокойной воды, поплавок 6, под действием силы тяжести балласта погружен на половину в воду, чертеж фиг. 1, фиг.2, фиг.З, подсоединен узлами крепления 29.1, 29.2, к противоположным ветвям гибких связей 27, 28, чертеж фиг. 4; - at the level of calm water, the float 6, under the action of gravity of the ballast, is half-immersed in the water, the drawing of Fig. 1, fig.2, fig.3, is connected by attachment points 29.1, 29.2, to opposite branches of flexible connections 27, 28, drawing of fig. 4;
- при прохождении фронта волны, поплавок 6, с балластом, под действием выталкивающей силы, (силы плавучести) и подъемной силы, возникающей при обтекании профиля поплавка потоком частиц воды, движущихся по круговым орбитам в волне, начинает движение в верх, поплавок 6, движет противоположные ветви ПТЦ, 27, 28 в верх, поступательное движение ЦТП по замкнутой траектории, вращает звездочки 24.1, 24.2, зубчатые обгонные муфты, 26.1, 26.2, при этом, первая муфта 26.2, чертеж фиг. 4, вращает приводной вал 12.2 по часовой стрелке, муфта 26.1, вращается против часовой стрелки в холостую, достигнув вершины, на уходящей волне, под действием силы тяжести балласта, поплавок 6, движется в низ к подошве волны и движет ветви ЦТП 27, 28, в низ, поступательное движение ЦТП, вращает звездочки, и зубчатые обгонные муфты, здесь зубчатая обгонная муфта 26.1, вращает приводной вал 12.2 по часовой стрелке, зубчатая обгонная муфта 26.2, вращается против часовой стрелки в холостую, чертеж фиг. 4, в результате чего, возвратно-поступательное движение поплавка, независимо от величины амплитуды колебаний, преобразуется в однонаправленное вращение приводного вала 12.2. - during the passage of the wave front, float 6, with ballast, under the action of buoyancy force, (buoyancy force) and lifting force arising from the flow around the float profile by a stream of water particles moving in circular orbits in a wave, starts moving upwards, float 6, moves the opposite branches of the PTC, 27, 28 upwards, the translational movement of the CTP along closed trajectory, rotates the sprockets 24.1, 24.2, gear overrunning clutches, 26.1, 26.2, while the first clutch 26.2, the drawing of Fig. 4, rotates the drive shaft 12.2 clockwise, the clutch 26.1, rotates counterclockwise to idle, having reached the top, on the outgoing wave, under the action of gravity of the ballast, the float 6 moves down to the bottom of the wave and moves the branches of the CTP 27, 28, to the bottom, the translational movement of the CTP rotates the sprockets and gear freewheels, here the gear freewheel 26.1 rotates the drive shaft 12.2 clockwise, the gear freewheel 26.2 rotates counterclockwise to idle, the drawing of Fig. 4, as a result of which, the reciprocating motion of the float, regardless of the magnitude of the oscillation amplitude, is converted into a unidirectional rotation of the drive shaft 12.2.
Во втором варианте осуществления изобретения, раскрыт более сложный, но более надежный способ прямого преобразования колебательного движения волн любой высоты в механическую энергию однонаправленного вращения вала, за счет отсутствия подвижных элементов, постоянно находящихся в воде, что существенно повышает его надежность, эффективность и долговечность устройства при эксплуатации, недостаток - наличие дополнительных механических элементов. In the second embodiment of the invention, a more complex, but more reliable method is disclosed for directly converting the oscillatory motion of waves of any height into the mechanical energy of the unidirectional rotation of the shaft, due to the absence of moving elements that are constantly in the water, which significantly increases its reliability, efficiency and durability of the device when operation, the disadvantage is the presence of additional mechanical elements.
Третий вариант. Third option.
6. Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, по пункту 2, отличается тем, что для осуществления третьего Способа, в устройстве установлены: 6. The device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy, according to paragraph 2, is characterized in that for the implementation of the third Method, the following is installed in the device:
- на консолях поплавка, звездочки свободного вращения на осях, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4; - на платформе, узлы для крепления концов ЦТП, З2.н, ЗЗ.к; - on float consoles, sprockets of free rotation on axles 30.1, 30.2, 30.3, 30.4; - on the platform, knots for fastening the ends of the central heating substation, Z2.n, ZZ.k;
- на натяжном устройстве 10.2, узлы для крепления концов ЦТП З2.к, ЗЗ.н и звездочки свободного вращения на осях 35.1, 35.2, чертеж фиг. 5, правая сторона устройства; - on the tensioner 10.2, the nodes for fastening the ends of the CTP Z2.k, ZZ.n and the sprockets of free rotation on the axes 35.1, 35.2, the drawing of Fig. 5, the right side of the device;
- на приводном валу 12.2, зубчатые обгонные муфты 34.1, 34.2, разнонаправленного действия; - on the drive shaft 12.2, gear overrunning clutches 34.1, 34.2, multidirectional;
- гибкие связи, охватывает звездочки и зубчатые обгонные муфты по схеме фиг 5, начало первой Ц'Ш 32, закреплено узлом крепления 32н, на платформе 2, далее огибает звездочку на консоли 30.1, зубчатую обгонную муфту 34.1 на приводном валу 12.2, звездочку 35.1, на натяжном устройстве, звездочку 30.3, на консоли, конец цепи закреплен узлом крепления З2.к, на натяжном устройстве, вторая ЦТП 33, охватывает звездочки и зубчатые обгонные муфты по схеме, начало ЦТП 33, закреплено узлом крепления ЗЗ.н, на натяжном устройстве, далее охватывает звездочку 30.4, на консоли, звездочку 35.2, на натяжном устройстве, обгонную муфту 34.2, на приводном валу 12.2, конец закреплен узлом крепления ЗЗ.к, на платформе 2, чертеж фиг. 5. - flexible connections, covers sprockets and gear overrunning clutches according to the scheme of Fig. 5, the beginning of the first Ts'Sh 32, is fixed with a mount 32n, on platform 2, then goes around the sprocket on the console 30.1, the gear overrunning clutch 34.1 on the drive shaft 12.2, the sprocket 35.1, on the tensioner, sprocket 30.3, on the console, the end of the chain is fixed by the fastening unit Z2.k, on the tensioner, the second CTP 33, covers the sprockets and gear overrunning clutches according to the scheme, the beginning of the CTP 33, is fixed by the attachment unit ZZ.n, on the tensioner , further covers the sprocket 30.4, on the console, the sprocket 35.2, on the tensioner, the overrunning clutch 34.2, on the drive shaft 12.2, the end is fixed with the fastening unit ЗЗ.к, on the platform 2, the drawing of FIG. 5.
7. Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию по пункту 2, в третьем варианте осуществления изобретения, третий Способ в устройстве работает следующим образом: 7. The device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy according to paragraph 2, in the third embodiment of the invention, the third Method in the device operates as follows:
- на уровне спокойной воды поплавок 6, чертеж фиг.1, фиг.2, фиг.5, погружен на половину в воду, при прохождении фронта волны, поплавок 6, движется в верх, под действием выталкивающей и подъемной силы, тянет закрепленные на консолях звездочки свободного вращения 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 в верх, при перемещении поплавка на единицу длины, за счет полиспастной схемы, ЦТП 32, 33, вытягиваются на две единицы длины, вращают звездочки 35.1, 35.2, 30.3, 30.4 30.1, 30.2, и обгонные муфты 34.1, 34.2, при этом, зубчатая обгонная муфта 34.2 вращает приводной вал 12.2 по часовой стрелке, зубчатая обгонная муфта 34.1 вращается против часовой в холостую, на уходящей волне, поплавок под действием силы тяжести балласта движется в низ, тянет закрепленные на консолях звездочки свободного вращения 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 в низ, перемещение поплавка на единицу длины, за счет полиспастной схемы, ЦТП 32, 33, вытягиваются на две единицы длины, вращают звездочки 35.1, 35.2, 30.3, 30.4, 30.1, 30.2, и зубчатая обгонные муфты 34.1, 34.2, здесь, зубчатая обгонная муфта 34.1 вращает приводной вал 12.2 по часовой стрелке, зубчатая обгонная муфта 34.2 вращается в холостую, против часовой стрелки, чертеж фиг. 5, в результате чего, поступательное движение поплавка 6, независимо от величины амплитуды колебаний поплавка, преобразуется в однонаправленное вращение приводных валов 12.1, 12.2 с увеличением скорости вращения в два раза, по отношению к скорости вращения приводных валов в первом и втором вариантах, при одинаковой скорости движения поплавка. - at the level of calm water, the float 6, drawing figure 1, figure 2, figure 5, is half-immersed in the water, when the wave front passes, the float 6 moves upward, under the action of buoyancy and lifting force, pulls fixed on the consoles sprockets of free rotation 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 to the top, when the float moves per unit length, due to the pulley scheme, TsTP 32, 33, are extended by two units of length, rotate sprockets 35.1, 35.2, 30.3, 30.4 30.1, 30.2, and overrunning clutches 34.1, 34.2, while the toothed freewheel 34.2 rotates the drive shaft 12.2 clockwise, the toothed freewheel 34.1 rotates counterclockwise at idle, on the outgoing wave, the float moves to the bottom under the action of gravity of the ballast, pulls the sprockets attached to the consoles free rotation 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 to the bottom, movement of the float per unit length, due to the pulley scheme, TsTP 32, 33, extended to two units of length, rotate the stars 35.1, 35.2, 30.3, 30.4, 30.1, 30.2, and gear overturning couplings 34.1, 34.2, here, the gear overturning clutch 34.1 rotates the drive shaft 12.2 clockwise, the gear overturning clutch 34.2 rotates in blank, counterclockwise, drawing of Fig. 5, as a result of which, the translational movement of the float 6, regardless of the magnitude of the amplitude of the float oscillations, is converted into unidirectional rotation of the drive shafts 12.1, 12.2 with a twofold increase in the rotation speed, in relation to the rotation speed of the drive shafts in the first and second versions, with the same float speed.
В третьем варианте осуществления изобретения, третий Способ, обеспечивает двукратное увеличение скорости вращения приводных валов по отношению к скорости вращении приводных валов в первом и втором вариантах, при одинаковой скорости движения поплавка. In the third embodiment of the invention, the third Method provides a twofold increase in the speed of rotation of the drive shafts in relation to the speed of rotation of the drive shafts in the first and second versions, at the same speed of the float.
Кратное увеличение скорости вращения приводных валов, достигается путем соответствующего, дополнительного увеличения количества звездочек и обгонных муфт. Так в устройстве, выполненном по схеме, чертеж фиг. 7, четвертый способ, обеспечивает трех кратное увеличение скорости вращения приводных валов, по отношению к скорости вращении приводных валов, в первом и втором вариантах, при одинаковой скорости движения поплавка. Недостаток - конструкция устройства значительно усложняется за счет дополнительных механических узлов. A multiple increase in the speed of rotation of the drive shafts is achieved by a corresponding, additional increase in the number of sprockets and overrunning clutches. So in the device made according to the scheme, the drawing of Fig. 7, the fourth method provides a threefold increase in the speed of rotation of the drive shafts, in relation to the speed of rotation of the drive shafts, in the first and second versions, at the same speed of the float. The disadvantage is that the design of the device is much more complicated due to additional mechanical components.
Промышленная применимость изобретения. Industrial applicability of the invention.
8. Частный случай осуществления изобретения. 8. A special case of the invention.
Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию по пункту 1, содержит: The device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy according to paragraph 1, contains:
- поплавок 6, обтекаемой формы, с конструктивно заданным углом атаки к вектору скорости движения частиц воды в волне, выполнен из гофрированных пластиковых труб с заглушенными торцами, скреплены бандажами в плот, из двух рядов труб по четыре трубы в ряду, с балластом в нижнем ряду труб весом, равным весу воды, вытесняемой нижней половиной поплавка. На консолях поплавка, установлены чугунные храповые ЗС, 7.1,1, 7.1.2, 7.2.1, 7.2.2, для взаимодействия поплавка с ветвями ЦТП, 8.1.1, 8.1.2, 8.2.1, 8.2.2, чертеж фиг.1,фиг.2, фиг. 3; Гибкие связи, ЦТП типа, (М; МС) 3, выбирается по каталогу, гост 588-81, (при высоте волн ниже одного метра, предпочтение ЦТП, зубчатые приводные ремни и соответствующие им зубчатые шкивы). - float 6, streamlined, with a structurally specified angle of attack to the velocity vector of water particles in the wave, made of corrugated plastic pipes with plugged ends, fastened with bandages into a raft, from two rows of pipes, four pipes in a row, with ballast in the lower row of pipes with a weight equal to the weight of the water displaced by the lower half of the float. On the float consoles, cast-iron ratchet APs, 7.1.1, 7.1.2, 7.2.1, 7.2.2, are installed for the interaction of the float with the branches of the CTP, 8.1.1, 8.1.2, 8.2.1, 8.2.2, drawing Fig. .1, fig.2, fig. 3; Flexible connections, TsTP type, (M; MS) 3, is selected according to the catalog, GOST 588-81, (at wave heights below one meter, preference is given to TsTP, toothed drive belts and their corresponding toothed pulleys).
Чугунные приводные звездочки 11.1,11.2, для ЦТП, установлены на шейках приводных валов 12.1, 12,2. Cast iron drive sprockets 11.1,11.2, for central heating, are mounted on the necks of drive shafts 12.1, 12.2.
Чугунные звездочки 9.1, 9.2, свободного вращения на осях, установлены на натяжных гравитационных устройствах 10.1, 10.2, на отметке, ниже расчетного уровня подошвы волны. Cast iron sprockets 9.1, 9.2, free rotation on axes, are installed on gravity tension devices 10.1, 10.2, at a mark below the design level of the wave bottom.
ЦТП, 8.1, 8.2, охватывают чугунные звездочки на приводных валах и звездочки на натяжных устройствах. TsTP, 8.1, 8.2, cover cast iron sprockets on drive shafts and sprockets on tensioners.
Натяжные гравитационные устройства 10.1, 10.2, обеспечивают расчетное усилие натяжения цепей, соединены тросами 19.1, 19.2, через блоки 20.1, 20.2, на якорях 22.1, 22.2, с ручными лебедками 21.1, 21.2, установлены на платформе 2, для предотвращения колебаний натяжных устройств 10.1, 10.2. Tension gravitational devices 10.1, 10.2, provide the calculated tension force of the chains, are connected by cables 19.1, 19.2, through blocks 20.1, 20.2, at anchors 22.1, 22.2, with manual winches 21.1, 21.2, installed on the platform 2, to prevent oscillations of the tensioners 10.1, 10.2.
Якоря 22.1, 22.2, с блоками 20.1, 20.2, установлены на дне водоема. Чугунные маховики 23.1, 23.2 на валах генераторов 17, 18, для стабилизации угловой скорости вращения валов генераторов электроэнергии. Anchors 22.1, 22.2, with blocks 20.1, 20.2, are installed at the bottom of the reservoir. Cast iron flywheels 23.1, 23.2 on the shafts of generators 17, 18, to stabilize the angular velocity of rotation of the shafts of electricity generators.
Контролер заряда, аккумуляторы, инвертор, система автоматического регулирования САР, коммутирующие устройства, средства автоматики, кабели, установлены в машинном зале, чертеж фиг. 6, Charge controller, batteries, inverter, ACS automatic control system, switching devices, automation equipment, cables, installed in the machine room, drawing of Fig. 6,
Прочностные и габаритные характеристики всех деталей и механизмов, должны быть рассчитаны на максимально возможные статические и динамические нагрузки, с учетом характеристик среды, в которой находится устройство. Пример, расчета мощности устройства, для частного случая осуществления изобретения по пункту 8. The strength and overall characteristics of all parts and mechanisms must be designed for the maximum possible static and dynamic loads, taking into account the characteristics of the environment in which the device is located. An example of calculating the power of the device, for a particular case of the invention according to paragraph 8.
Мощность устройства преобразующего энергию морских и океанских волн в электроэнергию, зависит от высоты и периода следования волн, от объема поплавка с соответствующим балластом и амплитуды колебаний поплавка в вертикальной плоскости, в унисон набегающих волн. Поплавок, в набегающей волне, под действием выталкивающей и подъемной силы, движется от подошвы волны в верх, до ее вершины, на уходящей волне, поплавок движется в низ, под действием силы тяжести балласта, от вершины волны до подошвы. The power of the device that converts the energy of sea and ocean waves into electricity depends on the height and period of the waves, on the volume of the float with the appropriate ballast and the amplitude of the float oscillations in the vertical plane, in unison with the oncoming waves. The float, in the oncoming wave, under the action of buoyancy and lifting force, moves from the bottom of the wave to the top, to its top, on the outgoing wave, the float moves down, under the action of gravity of the ballast, from the top of the wave to the bottom.
Полная энергия волны, на единицу площади поверхности волны, равна сумме кинетической и потенциальной энергий. The total energy of the wave, per unit area of the wave surface, is equal to the sum of the kinetic and potential energies.
Ек + Еп - p*S*g* аЛ2*/ 2 + m*g*H / Т где: р - плотность морской воды, (1,02кг* 10Л3 *9,8 м/ секл2); Ek + En - p * S * g * a L 2 * / 2 + m * g * H / T where: p is the density of sea water, (1.02 kg * 10 L 3 * 9.8 m / sec l 2) ;
S- площадь поперечного сечения, (1мл2); S- cross-sectional area, (1m l 2);
Н- высота волны, (м); а- амплитуда волны в метрах, а = Н / 2; g- ускорение силы тяжести, (9,8м / секЛ2); H - wave height, (m); a - wave amplitude in meters, a = H / 2; g is the acceleration of gravity, (9.8m / sec L 2);
Т- период следования волн, (сек). T is the period of the waves, (sec).
Работа Ав, совершаемая выталкивающей силой FB, при подъеме поплавка объемом V, от подошвы волны до ее вершины, равна произведению силы FB, на высоту волны Н. The work Av, performed by the buoyancy force FB, when a float of volume V rises, from the bottom of the wave to its top, is equal to the product of the force FB times the height of the wave H.
Ав = FB * Н FB = V* g* р Av \u003d FB * H FB \u003d V * g * p
Работа, совершаемая силой тяжести балласта поплавка G, при движении в низ. The work done by the gravity of the ballast of the float G, when moving down.
AH = G * H AH=G*H
Полная работа сил за период прохождения волны. Total work of forces during the period of wave passage.
А = Ав + Ан A \u003d Av + An
Мощность, полученная от прохождения волны. The power received from the passage of the wave.
N = A* 9,8*10A3 / T ВТ (1) Исходные данные: N \u003d A * 9.8 * 10 A 3 / T W (1) Initial data:
Поплавок, плот из гофрированных пластиковых труб, диаметр трубы, 0,6 м, длина 6 м, количество труб верхнего ряда поплавка, 4, нижнего ряда, 4. Float, corrugated plastic pipe raft, pipe diameter, 0.6 m, length 6 m, the number of pipes of the upper row of the float, 4, the lower row, 4.
Объем одной трубы, VT = 3,14*(0,6Л2 / 4)*6 =1,6956 мл3, The volume of one pipe, VT \u003d 3.14 * (0.6 L 2 / 4) * 6 \u003d 1.6956 ml 3,
Объем поплавка Vn = VT*4 = 1,6956*4 = 6,7824 мл3. Float volume Vn = VT*4 = 1.6956*4 = 6.7824 ml 3.
Выталкивающая сила FB, действующая на поплавок, The buoyancy force FB acting on the float is
FB = Vn = 6,7824 *1,02 *1000 = 6918 кг FB = Vn = 6.7824 * 1.02 * 1000 = 6918 kg
Сила тяжести балласта нижнем ряду труб, G = F6 = 6918 Gravity of the ballast of the bottom row of pipes, G = F6 = 6918
Высота волны, Н м = 1м. Wave height, Nm = 1m.
Т - период следования волн, сек. Т = 5 сек. T - the period of the waves, sec. T = 5 sec.
Ав = FB * Н = 6918 *1=6918 кгс*м Av \u003d FB * H \u003d 6918 * 1 \u003d 6918 kgf * m
Ан = F6*H = 6918*1= 6918 кгс*м An \u003d F6 * H \u003d 6918 * 1 \u003d 6918 kgf * m
Развиваемая мощность N, за один период, равна сумме работ Ав и Ан, деленной на длительность периода Т. The developed power N, for one period, is equal to the sum of the works Av and An, divided by the duration of the period T.
N = (Ав + Ан)*9,8 / Т Вт N \u003d (Av + An) * 9.8 / T W
N = (6,918 +6,918)*9,8 / 5 = 13836*9,8 / 5 = 27118,5 Вт =27,12 кВтN \u003d (6.918 +6.918) * 9.8 / 5 \u003d 13836 * 9.8 / 5 \u003d 27118.5 W \u003d 27.12 kW
Количество периодов в час, п = 3600 / 5 = 720 периодов. Number of periods per hour, n = 3600 / 5 = 720 periods.
Количество производимой энергии за один час, за одни сутки. The amount of energy produced in one hour, in one day.
Q4 = N* п = 27,12*720 = 19526,4 кВт*час. Q4 \u003d N * n \u003d 27.12 * 720 \u003d 19526.4 kW * h.
Qc = 19526,4*24 = 468633,6 кВт*час. Qc \u003d 19526.4 * 24 \u003d 468633.6 kW * h.
Для устойчивого электроснабжения потребителей, в устройстве дополнительно установлены: For sustainable power supply to consumers, the device is additionally equipped with:
- солнечные панели, на односкатной, под углом тридцать градусов к горизонту, ориентированной на юг, крыше машинного зала; - solar panels, on a lean-to, at an angle of thirty degrees to the horizon, oriented to the south, the roof of the machine room;
- ветряной генератор на мачте, установленной на платформе. - a wind generator on a mast mounted on a platform.
Солнечная генерация электроэнергии позволяет, в период отсутствия ветра и волн, поддерживать снабжение внешних потребителей электроэнергией. Solar power generation allows, during the absence of wind and waves, to maintain the supply of external consumers with electricity.

Claims

Формула. Formula.
1 Заявленный технический результат достигается тем, что изобретение, Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, включает: 1 The claimed technical result is achieved by the fact that the invention, Device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy, includes:
- машинный зал на платформе, установленной на свайно-винтовом фундаменте в водоеме, на отметке, выше прогнозируемой высоты волн, длинной стороной обращенной к преобладающему направлению вектора розы ветров; - a machine room on a platform installed on a pile-screw foundation in a reservoir, at a mark above the predicted wave height, with the long side facing the prevailing direction of the wind rose vector;
- два независимых друг от друга функциональных узла, с возможностью осуществлять преобразование энергии волн в механическую энергию, тремя предлагаемыми в настоящем изобретении, способами прямого преобразования возвратно- поступательного движения в однонаправленное вращение приводных валов, далее (Способ), путем установки в устройстве соответствующих этому Способу механизмов; - two functional units independent of each other, with the ability to convert wave energy into mechanical energy, by three methods proposed in the present invention for directly converting reciprocating motion into unidirectional rotation of drive shafts, hereinafter (Method), by installing in the device corresponding to this Method mechanisms;
- поплавок, с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальной плоскости, в виде пустотелой оболочки из прочных, стойких к коррозии материалов, обтекаемой формы, с конструктивно заданным углом атаки к вектору скорости кругового движения частиц воды в волне, разделен на две равные половины по горизонтали, с балластом в нижней половине поплавка, общим весом всех составляющих поплавка, равным весу воды, вытесняемой объемом нижней половины поплавка, при этом поплавок имеет консоли, выступающие за торцы поплавка, предназначены для установки на них механизмов, соответствующих Способу, таких как, зубчатые храповые сектора ЗХС разнонаправленного действия, узлы крепления к гибким связям, звездочки свободного вращения на осях; - a float, with the possibility of reciprocating movement in a vertical plane, in the form of a hollow shell made of durable, corrosion-resistant materials, streamlined, with a structurally specified angle of attack to the velocity vector of the circular motion of water particles in a wave, divided into two equal halves horizontally , with ballast in the lower half of the float, with a total weight of all components of the float equal to the weight of water displaced by the volume of the lower half of the float, while the float has consoles protruding beyond the ends of the float, designed to install mechanisms corresponding to the Method, such as gear ratchet ZKhS sectors of multidirectional action, attachment points to flexible connections, sprockets of free rotation on the axles;
- приводные валы установлены в машинном зале на подшипниковых опорах, при этом, шейки приводных валов выходят наружу, сквозь стенки противоположных сторон машинного зала; - drive shafts are installed in the engine room on bearings, while the necks of the drive shafts go out through the walls of opposite sides of the engine room;
- звездочки или (зубчатые обгонные муфты разнонаправленного действия), насажены на шейки приводных валов; - sprockets or (tooth freewheels of multidirectional action), mounted on the necks of the drive shafts;
- звездочки свободного вращения на осях, установлены на натяжных гравитационных устройствах, на отметке, ниже прогнозируемого уровня подошвы волны; - гибкие связи, цепи тяговые пластинчатые Ц'Ш, охватывают звездочки на натяжных гравитационных устройствах, звездочки или (зубчатые обгонные муфты разнонаправленного действия) на шейках приводных валов; - sprockets of free rotation on the axes, installed on tension gravitational devices, at a mark below the predicted level of the wave bottom; - flexible connections, plate traction chains Ts'Sh, cover sprockets on tension gravitational devices, sprockets or (gear freewheels of multidirectional action) on the necks of drive shafts;
- натяжные гравитационные устройства, обеспечивают расчетное натяжение гибких связей, соединены тросами, через блоки на якорях, с ручными лебедками на платформе; - tension gravitational devices, provide the calculated tension of flexible connections, connected by cables, through blocks on anchors, with manual winches on the platform;
- якоря с блоками, установлены на дне водоема, при этом, в отличие от аналогичного назначения, устройств и способов преобразования колебательного движения во вращательное, в настоящем изобретении, предлагаются различные способы прямого преобразования возвратно-поступательного движения поплавка в однонаправленное вращение приводных валов, так в первом варианте выполнения устройства, применен первый Способ, который осуществляют путем попеременного автоматического взаимодействия храповых ЗС, (зубчатых обгонных муфт разнонаправленного действия) с восходящей и нисходящей ветвями гибких связей, в момент изменения направления движения поплавка на противоположное, так в начале движения поплавка, под действием выталкивающей и подъемной силы в верх, от подошвы волны к ее вершине, первые храповые ЗС на консолях поплавка, входят в зацепление с восходящими ветвями гибких связей, поплавок движет восходящие ветви Ц'Ш, в верх, на уходящей волне, в момент начала движения поплавка в низ, под действием силы тяжести балласта, первые храповые ЗС выходят из зацепления, вторые храповые ЗС, входят в зацепление с нисходящими ветвями ЦТП, поплавок движет их в низ до подошвы волны, поступательное движение Ц'Ш по замкнутой траектории, приводит в однонаправленное вращение звездочки на натяжных устройствах и звездочки на приводных валах, не зависимо от высоты волн, крутящий момент, от приводных валов передается, посредством обгонных муфт и муфт сцепления, на первичный вал мультипликатора, к концам его вторичного вала, через электромагнитные обгонные муфты сцепления, подсоединены генераторы электроэнергии малой и большой мощности, система автоматического регулирования САР, отслеживает напряжение на генераторе малой мощности и при его повышении выше номинального САР, включением электромагнитной обгонной муфты сцепления, подключает генератор большой мощности, вырабатываемая генераторами, электроэнергия, через контролер заряда накапливается и хранится в аккумуляторах, инвертор преобразует накопленную аккумуляторами электроэнергию до стандартных величин, САР обеспечивает регулирование и передачу электроэнергии, через коммутирующие устройства и средства автоматики, по кабелю, проложенному по дну водоема или воздушной ЛЭП, вешнему потребителю электроэнергии. - anchors with blocks installed at the bottom of the reservoir, while, in contrast to a similar purpose, devices and methods for converting oscillatory motion into rotational, in the present invention, various methods are proposed for directly converting the reciprocating motion of the float into unidirectional rotation of the drive shafts, so in In the first embodiment of the device, the first Method is applied, which is carried out by alternating automatic interaction of ratchet CLs (toothed overrunning clutches of multidirectional action) with the ascending and descending branches of the flexible links, at the moment of changing the direction of the float movement to the opposite, so at the beginning of the movement of the float, under the action of buoyancy and lifting force to the top, from the bottom of the wave to its top, the first ratchet SLs on the float consoles engage with the ascending branches of the flexible links, the float moves the ascending branches of the C'Sh, to the top, on the outgoing wave, at the moment the float begins to move to the bottom, under the action of the gravity of the ballast, the first ratchet APs disengage, the second ratchet APs engage with the descending branches of the CTP, the float moves them down to the bottom of the wave, the translational movement of the C'Sh along a closed trajectory leads to unidirectional rotation sprockets on the tensioners and sprockets on the drive shafts, regardless of the height of the waves, the torque from the drive shafts is transmitted, by means of overrunning clutches and clutches, to the primary shaft of the multiplier, to the ends of its secondary shaft, through electromagnetic overrunning clutches, generators are connected electric power of low and high power, the system of automatic control of the ATS, monitors the voltage on the low power generator and, when it rises above the nominal ATS, by turning on the electromagnetic overrunning clutch, connects the high power generator, electricity generated by generators is accumulated and stored in batteries through the charge controller, the inverter converts the electricity accumulated by the batteries to standard values, the ACS provides regulation and transmission of electricity, through switching devices and automation, through a cable laid along the bottom of a reservoir or overhead power lines, to an external consumer electricity.
Применение в устройстве двух, независимых друг от друга, механизмов прямого преобразования колебательного движения поплавка в механическую энергию однонаправленного вращения приводных валов, обеспечивает более полное и эффективное извлечение энергии из колебательного движения волн, не зависимо от их высоты и направления прихода. The use in the device of two, independent of each other, mechanisms for the direct conversion of the oscillatory movement of the float into the mechanical energy of the unidirectional rotation of the drive shafts provides a more complete and efficient extraction of energy from the oscillatory movement of waves, regardless of their height and direction of arrival.
2. Второй вариант, Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию по пункту 1, отличается тем, что для осуществления второго Способа, в устройстве установлены: 2. The second option, Device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy according to paragraph 1, differs in that for the implementation of the second Method, the device is equipped with:
- узлы крепления на консолях поплавка, для подсоединения к противоположным ветвям ЦТП, вместо храповых зубчатых секторов; - attachment points on the float consoles, for connection to opposite branches of the central heating station, instead of ratchet toothed sectors;
- зубчатые обгонные муфты разнонаправленного действия, на шейках приводных валов; - gear freewheels of multidirectional action, on the necks of the drive shafts;
- звездочки свободного вращения на осях, на натяжных гравитационных устройствах; - sprockets of free rotation on axes, on tension gravitational devices;
- гибкие связи, ЦТП охватывают по парно, звездочки на натяжных гравитационных устройствах и зубчатые обгонные муфты разнонаправленного действия, на приводных валах; - flexible connections, CTP cover in pairs, sprockets on tension gravitational devices and gear overrunning clutches of multidirectional action, on drive shafts;
- узлы крепления на консолях поплавка, на уровне спокойной воды, подсоединены к противоположными ветвями ЦТП. В этом варианте изобретения, второй Способ осуществляют следующим образом: - the attachment points on the float consoles, at the level of calm water, are connected to the opposite branches of the CTP. In this embodiment of the invention, the second method is carried out as follows:
- поплавок с балластом, в момент прохождения фронта волны, под действием выталкивающей силы, (силы плавучести) и подъемной силы, начинает движение в верх, движет противоположные ветви ЦШ в верх, поступательное движение - a float with a ballast, at the time of the passage of the wave front, under the action of the buoyancy force (buoyancy force) and lifting force, begins to move upward, moves the opposite branches of the central shaft upward, translational movement
19 ЦТП по замкнутой траектории, вращает звездочки на натяжном устройстве и зубчатые обгонные муфты на приводном валу, при этом, первая муфта, вращает приводной вал по часовой стрелке, вторая муфта вращается в холостую, против часовой стрелки, на уходящей волне, поплавок, под действием силы тяжести балласта, движется в низ к подошве волны, движет противоположные ветви ПТЦ в низ, поступательное движение ЦТП по замкнутой траектории, вращает звездочки, и зубчатые обгонные муфты на приводном валу, здесь вторая обгонная муфта, вращает приводной вал по часовой стрелке, первая муфта вращается в холостую, против часовой стрелки, в результате, чего возвратно- поступательное движение поплавка, независимо от величины амплитуды колебаний, преобразуется в однонаправленное вращение приводных валов и подсоединенные к ним , посредством обгонных муфт и муфт сцепления, первичный вал мультипликатора, к концам его вторичного вала, через электромагнитные муфты сцепления подсоединены генераторы электроэнергии. 19 CTP in a closed path, rotates the sprockets on the tensioner and gear overrunning clutches on the drive shaft, while the first clutch rotates the drive shaft clockwise, the second clutch rotates idle, counterclockwise, on the outgoing wave, float, under the action of force gravity of the ballast, moves down to the bottom of the wave, moves the opposite branches of the PTC to the bottom, the translational movement of the CTP along a closed path, rotates the sprockets, and gear overrunning clutches on the drive shaft, here the second overrunning clutch rotates the drive shaft clockwise, the first clutch rotates idle, counterclockwise, as a result of which the reciprocating motion of the float, regardless of the magnitude of the oscillation amplitude, is converted into unidirectional rotation of the drive shafts and connected to them, by means of overrunning clutches and clutches, the input shaft of the multiplier, to the ends of its output shaft , power generators are connected through electromagnetic clutches.
3. Третий вариант, Устройство и способ преобразования энергии волн, в механическую и электрическую энергию, по пункту 1, отличается тем, что для реализации третьего Способа, в устройстве установлены: 3. The third option, Device and method for converting wave energy into mechanical and electrical energy, according to paragraph 1, differs in that for the implementation of the third Method, the device is equipped with:
- на платформе, два узла крепления концов ЦТП; - on the platform, two attachment points for the ends of the central heating substation;
- на приводных валах, две зубчатые обгонные муфты разнонаправленного действия; - on the drive shafts, two gear overrunning clutches of multidirectional action;
- на консолях поплавка, две пары звездочек свободного вращения на осях; - on the float consoles, two pairs of sprockets of free rotation on the axles;
- на натяжных гравитационных устройствах, две звездочки свободного вращения на осях и два узла крепления концов гибких связей; - on tension gravitational devices, two sprockets of free rotation on the axles and two attachment points for the ends of flexible links;
- гибкие связи ЦТП, охватывает звездочки и зубчатые обгонные муфты по схеме, начало первой ЦТП, закреплено узлом крепления на платформе, далее огибает звездочку на консоли, обгонную муфту на приводном валу, звездочку на натяжном устройстве, звездочку на консоли, конец цепи закреплен узлом крепления, на натяжном устройстве, вторая ЦТП охватывает звездочки и зубчатые обгонные муфты по схеме, конец цепи закреплен узлом крепления на натяжном устройстве, далее охватывает звездочку на консоли, звездочку на - flexible connections of the central transformer substation, it covers the sprockets and gear overrunning clutches according to the scheme, the beginning of the first central transformer substation is fixed by the fastening unit on the platform, then it goes around the sprocket on the console, the overrunning clutch on the drive shaft, the sprocket on the tensioner, the sprocket on the console, the end of the chain is fixed by the fastening unit , on the tensioner, the second CTP covers the sprockets and gear overrunning clutches according to the scheme, the end of the chain is fixed with a mount on the tensioner, then it covers the sprocket on the console, the sprocket on
20 натяжном устройстве, обгонную муфту на приводном валу, второй конец цепи закреплен узлом крепления на платформе. 20 tensioner, overrunning clutch on the drive shaft, the second end of the chain is fixed with a mount on the platform.
В этом варианте изобретения, третий Способ осуществляют следующим образом: In this embodiment of the invention, the third method is carried out as follows:
- поплавок на уровне спокойной воды, погружен на половину в воду, при прохождении фронта волны, поплавок движется в верх, под действием выталкивающей и подъемной силы, тянет закрепленные на консолях звездочки свободного вращения на оси в верх, при перемещении поплавка на единицу длины, за счет полиспастной схемы, гибкие связи вытягиваются на две единицы длины, вращают звездочки и обгонные муфты, при этом, первая зубчатая обгонная муфта, вращает приводной вал по часовой стрелке, вторая зубчатая обгонная муфта вращается в холостую, против часовой стрелки, на уходящей волне, поплавок, под действием силы тяжести балласта движется в низ, тянет закрепленные на консолях звездочки свободного вращения на оси в низ, перемещение поплавка на единицу длины, за счет полиспастной схемы, цепи вытягиваются на две единицы длины, вращают звездочки и обгонные муфты, здесь первая зубчатая обгонная муфта вращается в холостую, против часовой стрелки, вторая зубчатая обгонная муфта, вращает приводной вал по часовой стрелке, в результате чего, возвратно- поступательное движение поплавка, преобразуется в однонаправленное вращение приводного вала, независимо от величины амплитуды колебаний, с увеличением скорости вращения приводных валов в два раза, по отношению к скорости вращения приводных валов в первом и втором вариантах, при одинаковой скорости движения поплавка. - the float is at the level of calm water, half-immersed in the water, when the wave front passes, the float moves upwards, under the action of buoyancy and lifting force, pulls the sprockets of free rotation fixed on the consoles on the axis to the top, when the float moves per unit length, behind due to the pulley scheme, flexible links are extended by two units of length, sprockets and freewheels rotate, while the first gear freewheel rotates the drive shaft clockwise, the second gear freewheel rotates idle, counterclockwise, on the outgoing wave, the float , under the action of gravity of the ballast, it moves down, pulls the sprockets of free rotation fixed on the consoles on the axis to the bottom, the float moves per unit length, due to the chain hoist scheme, the chains are pulled out by two units of length, the sprockets and overrunning clutches rotate, here the first overrunning gear the clutch rotates idle, counterclockwise, the second gear overrunning clutch rotates the drive shaft clockwise, as a result of which the reciprocating movement of the float is converted into unidirectional rotation of the drive shaft, regardless of the magnitude of the oscillation amplitude, with an increase in the speed of rotation of the drive shafts twice, in relation to the speed of rotation of the drive shafts in the first and second versions, at the same speed of the float.
Все раскрытые и описанные в настоящем изобретении технические решения в полной мере отвечают всем заявленным требованиям поставленной задачи, :All disclosed and described in the present invention technical solutions fully meet all the stated requirements of the task, :
- генерировать экологически чистую электроэнергию; - generate environmentally friendly electricity;
- не наносить ущерба природе, флоре и фауне водоемов; - not cause damage to nature, flora and fauna of water bodies;
- работать автономно; - work autonomously;
- сравнительно низкие капиталовложения на реализацию изобретения, короткий срок окупаемости; - relatively low investment for the implementation of the invention, a short payback period;
21 21
PCT/UA2022/000010 2022-02-16 2022-02-16 Device for converting wave energy into mechanical and electrical energy WO2023158416A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/UA2022/000010 WO2023158416A1 (en) 2022-02-16 2022-02-16 Device for converting wave energy into mechanical and electrical energy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/UA2022/000010 WO2023158416A1 (en) 2022-02-16 2022-02-16 Device for converting wave energy into mechanical and electrical energy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023158416A1 true WO2023158416A1 (en) 2023-08-24

Family

ID=87578903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2022/000010 WO2023158416A1 (en) 2022-02-16 2022-02-16 Device for converting wave energy into mechanical and electrical energy

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023158416A1 (en)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5424582A (en) * 1984-05-24 1995-06-13 Elektra Power Industries, Inc. Cushioned dual-action constant speed wave power generator
ES2193821A1 (en) * 2001-01-09 2003-11-01 Jove Felipe Prats Equipment for generating electricity from waves on the sea.
RU86252U1 (en) * 2009-04-03 2009-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" WAVE POWER INSTALLATION
US20100032950A1 (en) * 2007-03-16 2010-02-11 Craft Services As Device for wave-powered generator
CN102410134A (en) * 2011-10-31 2012-04-11 集美大学 Multi-oscillating floater wave-driven hydraulic power generating device
US20160032887A1 (en) * 2008-02-25 2016-02-04 Roland Wayne Patton Method and apparatus for converting energy in a moving fluid mass to rotational energy drving a transmission
WO2017025012A1 (en) * 2015-08-08 2017-02-16 曲言明 Rope-controlled hydraulic cylinder wave power generator
KR101812028B1 (en) * 2015-11-06 2017-12-26 정민시 ocean boundary light provided with wave power generation
US20180372060A1 (en) * 2015-11-16 2018-12-27 Min Shy JUNG Autonoumous power generating device using gravity and buoyancy, autonomous power generating device using structure, and marine boundary light using same

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5424582A (en) * 1984-05-24 1995-06-13 Elektra Power Industries, Inc. Cushioned dual-action constant speed wave power generator
ES2193821A1 (en) * 2001-01-09 2003-11-01 Jove Felipe Prats Equipment for generating electricity from waves on the sea.
US20100032950A1 (en) * 2007-03-16 2010-02-11 Craft Services As Device for wave-powered generator
US20160032887A1 (en) * 2008-02-25 2016-02-04 Roland Wayne Patton Method and apparatus for converting energy in a moving fluid mass to rotational energy drving a transmission
RU86252U1 (en) * 2009-04-03 2009-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" WAVE POWER INSTALLATION
CN102410134A (en) * 2011-10-31 2012-04-11 集美大学 Multi-oscillating floater wave-driven hydraulic power generating device
WO2017025012A1 (en) * 2015-08-08 2017-02-16 曲言明 Rope-controlled hydraulic cylinder wave power generator
KR101812028B1 (en) * 2015-11-06 2017-12-26 정민시 ocean boundary light provided with wave power generation
US20180372060A1 (en) * 2015-11-16 2018-12-27 Min Shy JUNG Autonoumous power generating device using gravity and buoyancy, autonomous power generating device using structure, and marine boundary light using same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101679433B1 (en) Wave power plant
US7315092B2 (en) Wave powered electric generating device
JP5858241B2 (en) Device for generating electrical energy from waves
US5889336A (en) Power generating installation
US20130200626A1 (en) Wave Energy Converter and Transmission
CN106523265B (en) Horizontal shaft type wind turbine, wind turbine set and traction transmission system
JP6001798B1 (en) Power generation system and potential energy storage device for power generation system
US8810056B2 (en) Ocean wave energy converter utilizing dual rotors
KR101230486B1 (en) Electric power generating apparatus using wave force
WO2023158416A1 (en) Device for converting wave energy into mechanical and electrical energy
CN2858991Y (en) High power maintenance-free power generator assembly driven by tide and wave
CN112761855A (en) Structure and method for generating power by using seawater tidal energy
WO2012131705A2 (en) A device for generating electrical energy using ocean waves
US20240117793A1 (en) A Mass Displacement Energy Storage And Electricity Generator
JP2002221142A (en) Movable object type wave energy conversion device
CN111512041A (en) Movable gravity system and method for producing clean electric energy
EP3839244A1 (en) Mechanical engine for generating energy by means of water movement
WO2016026473A1 (en) Accumulative gravity power plant
CN220581173U (en) Device for generating power by utilizing ocean waves
CN213981029U (en) Sea wave power generation device
ITMO20060156A1 (en) ELECTROMECHANICAL SYSTEM SUITABLE FOR TRANSFORMING THE ENERGY OF THE WILD MOTORCYCLE INTO ELECTRIC ENERGY, INSTALLABLE BOTH THE COAST AND THE OPEN SEA OR THE LAKES, NOT PRESIDATED.
WO2023105250A1 (en) Wave energy plant with an accelerating pulley-block
UA149370U (en) WAVE ELECTRIC GENERATING INSTALLATION (HEGU)
AU2009215956B2 (en) Wave power plant and transmission
KR20190103075A (en) The improved rope power take-off system used in the wave energy converter of heaving point absorber types

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: 22927514

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1