ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР ГИДРОВОЛНОВОЙ

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к производству электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую.

Известна волновая энергетическая установка (патент на ПМ RU 86252 U1, опубл. 27.08.2009 г. ), которая содержит двухсекционный каркас, вертикальные стойки которого скреплены верхними и нижними основаниями, являющимися направляющими размещенного в нижней секции каркаса поплавка, способного к возвратно-поступательному перемещению, что обеспечивается посредством опорных роликов, находящихся на боковой поверхности поплавка. 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 индуктивных 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 весом корпуса поплавка и передаточного штока равен весу воды, вытесненной половиной объема поплавка.

К недостаткам аналога относится неравномерность процесса преобразования механической энергии волн в электрическую, а также низким качеством генерируемого напряжения вследствие нестабильности его величины и частоты.

Также известна волновая энергетическая установка (патент на изобретение RU 2054576 С1, опубл. 20.02.1996 г.), содержащая закрепленную на дне бассейна стойку, с которой связана с возможностью возвратно-поступательного перемещения поплавковая камера. Корпус электрогенератора с сердечниками статора и ротора, обмоткой установлен на камере. Винт шариковинтового преобразователя соединен со стойкой. Гайка связана с сердечником ротора. Преобразователь снабжен дополнительной гайкой, связанной с сердечником статора, установленного с зазором в корпусе. Сердечники жестко сочленены обгонными муфтами с гайками с обеспечением вращения во встречных направлениях.

Известна волновая энергетическая установка (RU 2013112398 А, 27.09.2014, F03B 13/16), содержащая каркас с соосными центральными отверстиями, поплавок с закрепленным к нему штоком, корпус с установленным в нем ротором, магниты, фланец, вращающийся вместе с ротором, преобразующим возвратно-поступательное движение штока во вращательное движение ротора и фланца с установленными на нем роликами, постоянно контактирующими с нижней частью площадки, представляющей собой полый цилиндр с выполненными в нем фигурными элементами, образующими периодический профиль переменной кривизны. В верхней части площадки закреплены объединенные в прямоугольные секции плоские магниты, ориентированные параллельно друг другу, с возможностью вертикального возвратно-поступательного движения относительно рамки, вокруг которой выполнена обмотка.

Данная установка принята в качестве прототипа.

Отсутствие в принятом прототипе возможности регулировки длины поплавка относительно направления движения волны не обеспечивает достижения высоких удельных энергетических показателей, что снижает эффективность данной установки.

Наиболее эффективно рабочее тело работает на волнении, частота которого совпадает с собственной частотой колебаний плавучего элемента. В этом случае возникают резонансные явления, которые характеризуются ростом амплитуды колебаний плавучего элемента и других параметров его динамики. В свою очередь, частота собственных колебаний плавающего на поверхности воды объекта зависит от его формы и массы.

Задачей данного изобретения является обеспечение возможности быстрого изменения длины поплавка, ориентированного в направлении движения волны в пределах, равных половине длине волны для более эффективной передачи энергии морских волн различной длины и частоты (периода) на силовой преобразователь (генератор).

Поставленная задача решается благодаря тому, что в электрогенераторе гидроволновом, содержащем каркас с выполненными в нем соосными центральными отверстиями, шток с закрепленным к нему поплавком, имеющий продольный паз, и зафиксированным от возможности поворота вокруг вертикальной оси фиксатором, корпус с установленным в нем ротором, преобразующим возвратно-поступательное движение штока во вращательное, фланец с закрепленными на нем магнитами и вращающийся вместе с ротором статор с закрепленной на нем обмоткой предусмотрены следующие отличия: плавучий элемент электрогенератора гидроволнового, представляющий собой поплавок, ориентированный в направлении движения волны, выполнен в виде эластичной гофрированной трубы с возможностью изменения своей длины до величины равной, половине длины волны, в которой выполнено отверстие для подвода воздуха и стравливания его в атмосферу через воздуховод, который снабжается регулируемым электромагнитным трехпозиционным пневмораспределителем, соединенным с компрессором, либо с баллоном, в котором находится сжатый воздух, при этом внутри трубы находится пружина растяжения.

Техническое решение позволяет повысить эффективность генерации электроэнергии за счет возможности изменения размеров поплавка вдоль его продольной оси до величины, равной половине длины волны. Возможность регулировки длины поплавка в указанных пределах обеспечивает более эффективную передачу энергии морских волн различной длины и частоты (периода) на силовой преобразователь (генератор) в результате возникновения резонансных явлений, характеризующихся ростом амплитуды колебаний плавучего элемента.

Техническая сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, на которых:

Фиг. 1. Общий вид электрогенератора гидроволнового.

Фиг. 2. Вид электрогенератора гидроволнового слева.

Электрогенератор гидроволновой содержит каркас 1, на котором установлен статор 2, шток 3, поплавок 4, корпус 5, ротор 6 с закрепленными на фланце 7 магнитами 8, обмотку 9, кожух 10, фиксатор 11, крышку 12, подшипники 13, трехпозиционный электромагнитный пневмораспределитель 14, воздуховод 15, втулки 16, соосные центральные отверстия, продольный паз 18, гофрированная труба 19, пружина 20, отверстие 21.

Перечисленные выше конструктивные элементы выполнены следующим образом. В верхней и нижней частях каркаса 1 запрессованы втулки 16, в которых выполнены соосные центральные отверстия 17, в которые устанавливается шток 3 с закрепленным на нем поплавком 4, имеющий цилиндрическую и винтовую с углом наклона витков не менее 45° части, способный к вертикальному перемещению. В цилиндрической части штока выполнен продольный паз 18, в который устанавливается фиксатор 11, представляющий собой цилиндрический штифт, исключающий возможность поворота штока 3 вокруг вертикальной оси.

К верхней части каркаса 1 крепится корпус 5 с установленным в нем ротором 6, опирающимся на подшипники 13, закрепленные крышкой 12. Внутренняя полость ротора 6 имеет внутреннюю винтовую поверхность, контактирующую с наружной винтовой поверхностью штока 3, представляя собой винтовую пару, преобразующую возвратно-поступательное движение штока 3 во вращательное движение ротора 6 вместе с установленным на нем фланцем 7, на котором закреплены магниты 8, вращающиеся вместе с ротором 6. В верхней части каркаса 1 смонтирован статор 2 с закрепленной на нем обмоткой 9.

Поплавок 4 представляет собой эластичную гофрированную трубу 19, внутри которой находится пружина растяжения 20, имеющую отверстие для подвода и стравливания воздуха 21 через воздуховод 15, посредством трехпозиционного электромагнитного пневмораспределителя 14, подключающегося к источнику сжатого воздуха

Устройство работает следующим образом.

При наличии волн закрепленный к штоку 3 поплавок 4 совершает вместе с ним возвратно-поступательное перемещение относительно каркаса 1. Винтовая часть штока 3 при вертикальном перемещении вверх с осевой силой, развиваемой поплавком 4, создает крутящий момент, передаваемый ротору 6, тем самым преобразуя поступательное движение штока 3 во вращательное движение закрепленного в корпусе 5 ротора 6, на котором крепится фланец 7 с расположенными на нем магнитами 8.

При движении вниз шток 3 опускается под действием собственной силы тяжести и поплавка 4. В результате перемещения штока 3 вниз создается крутящий момент, передаваемый ротору 6, который вращается в противоположную сторону. При вращении ротора 6 вместе с установленными на ней магнитами 8 в обмотке 9 возникает электрический ток, который подается на объект преобразования, потребления или аккумулирования электрической энергии.

Для исключения возможности вращения штока предусмотрен фиксатор 11. Для исключения повреждений от атмосферных воздействий конструкция закрыта кожухом 10. Поплавок 4 имеет возможность регулировки длины. В исходном положении полость поплавка 4 заполнена воздухом, при этом золотник пневмораспределителя 14 находится в среднем положении. Для уменьшения длины поплавка 4 золотник пневмораспределителя 14 перемещается в крайнее левое положение, в результате чего полость поплавка 4 сообщается с атмосферой, пружина растяжения 20 сжимается и эластичная гофрированная труба 19 укорачивается.

Для увеличения длины поплавка 4 золотник пневмораспределителя 14 перемещается в крайнее правое положение, при этом в полость поплавка 4 поступает сжатый воздух из баллона или компрессора, растягивая пружину 20 и соответственно удлиняя эластичную гофрированную трубу 19.

По сравнению с известными техническими решениями эффект заключается в следующем.

Возможность быстрого изменения длины поплавка для более эффективной передачи энергии морского волнения различной силы и частоты (периода) на силовой преобразователь (генератор) в результате возникновения резонансных явлений, характеризующихся ростом амплитуды колебаний плавучего элемента.

Использование в конструкции поплавка, пружины растяжения и воздуховода, сообщающегося с трехпозиционным электромагнитным пневмораспределителем, соединенным с источником сжатого воздуха, отличающегося тем, что поплавок может изменять свою длину в пределах, равных половине длине волны.

В отличие от прототипа, предлагаемое устройство имеет ряд преимуществ. Достигается эффективная генерация электроэнергии в результате быстрого изменения длины поплавка до величины, равной половине длины волны. Предлагаемое устройство позволяет обеспечить электроэнергией объекты промышленного производства морского и прибрежного базирования.