Преобразователь энергии морских волн в электрическую энергию
Сущность изобретенияплавучее средство выполнено составным в виде внутреннего, среднего и наружного сферических элементов, установленных друг в друге с общим центром и с возможностью поворота относительно друг друга с помощью четырех диаметрально противоположных цилиндрических выступов, попарно и взаимно перпендикулярно выполненных на внутреннем и среднем элементах в центральной горизонтальной плоскости, и пазов во внешнем и среднем элементах для размещения данных выступов. Электрогенератор и зубчатые коробки передачи размещены во внутреннем элемента Две зубчатые рейки прикреплены к корпусу наружного сферического элемента в диаметрально противоположных каналах, две другие - к внутренней поверхности корпуса среднего элемента в области выступов, последняя - к верхней части мачты с противоположной стороны от рейки. Входные валы коробок передач кинематически связаны с рейками, выходные - с ротором электрогенератора с обеспечением его одностороннего вращения муфтами. Мачта прикреплена к опоре цилиндричскими Шарнирами, расположенными горизонтально и перпендикулярно друг другу, и аккумуляторами энергии, усшоепеннйми с наклоном и равномерно по окружности. 1 зл ф-лы, 2 ил.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К ПАТЕНТУ
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4?60830/29 (22) 13.10.89 (46) 15.11.93 Бюа Иа 41-42 (76) Агафонов Владимир Григорьевич . (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ МОРСКИХ
ВОЛН В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ (57) Сущность изобретения.. плавучее средство выполнено составным в виде внутреннего, среднего и наружного сферических элементов, установленных друг в друге с общим центром и с возможностью поворота относительно друг друга с помощью четырех диаметрально противоположных цилиндрических выступов, попарно и взаимно перпендикулярно выполненных иа внутреннем и среднем элементах в центральной горизониальной плоскости, и пазов во внешнем и среднем элементах для разме(о> КЦ (1ц 2002977 Ci (Я) FO 813 14 щения данных выступов. Электрогенератор и зубчатые коробки передачи размещены во внутреннем элементе. Две зубчатые рейки прикреплены к корпусу наружного сферического элемента в диаметрально противоположных каналах, две другие — к внутренней. поверхности корпуса среднего элемента в области выступов, последняя - к верхней части мачты с противоположной стороны от рейки Входные валы коробок передач кинематически связаны с рейками; выходные — с ротором электрогенератора е обеспечением его одностороннего .вращения муфтами Мачта прикреплена к опоре цилиндричскими Шарнирами, расположенными горизоитально и перпендикулярно друг другу, и аккумуляторами энергии, установпеейми с наклоном и равномерно по окружности. 1 m. ф-пц 2 ил.
2002977
Изобретение относится к морской энергетике и может быть использовано в качестве автоматически действующей электростанции как в автономном использовании, так и включением в энергетическую систему.
Известно устройство для использования энергии волн, имеющее общие признаки; поплавок — как .положительная плавучесть, вертикальная опора с рейкой и генератор, который в этом устройстве три, а также принцип отбора энергии вертикального перемещения. поплавка. Но такое устройство без генераторов способно вырабатывать только редко пульсирующий ток, возникающий при движении поплавка только вниз или вверх, так как обратный ход поплавка будет холостым. Кроме того, не используется динамическая сила набегающей.волны и наклонные движения поплавка, В устройстве с генераторами уменьшается возможность получения даже пульсирующего тока, так как при повороте поплавка относительно оси ротор генератора выходит из зацепления с ойорой, чем отключает себе передачу вращающего момента, а поворот в противоположную сторону невозможен, так как не позволяет . зубчатое зацепление и, кроме того, затрудняет передачу вращающего момента на ротор генератора. При повороте поплавка относительно оси шестерня ротора генератора перемещается по дуге окружности и, следовательно, выходит из зацепления с рейкой. опоры, Поворот поплавка. относительно горизонтальных осей, если даже исключить зубчатое зацепление ротора генератора с рейкой опоры, может. вызвать поворот ротора относительно статора или наоборот у генераторов на некоторый угол, после чего будет холостой поворот в обратном направлении и т.д. с некоторыми паузами в движениях но не вращение. Как известно, на малом угле поворота pompa относительно статора электроток не получить и реаерсивных генераторов пока нет, Таки образом, устройство не работоспособно.
Цель изобретения — получение электрического тока от природной энергии морских волн для широкого использования его в хозяйственной деятельности человека, В предлагаемом преобразователе имеется техническое решение по преобразованию работы .всех возможных движений плавучего средства от действия волн: вертикальных — a своих направлениях, наклонных (кренящих) — в любом направлении, и смещений относительно центра опоры от динамического воздействия волн — в любом направлении; и при любом направлении ветра и волн, даже тогда, когда они не совпадают, а также при переменном направлении и силы ветра, т.е. когда длина волны меняется, а следовательно, меняется и преобладающий вид движения от волн при постоянных размерах плавучего средства — от вертикального к наклонному или наоборот, Эффективность автоматически действу10 ющего преобразователя энергии морских волн можно определить по приближенному расчету одной наиболее значимой составляющей формулы мощности Н установки
Н =Но+ »к+Ну
Но =0,01 - P.- v - g, кВт, где Н вЂ” мощность, получаемая от вертикального движения плавучего средства;
Н вЂ” мощность, получаемая от кренящих движений;
Ну — мощность, получаемая от ударного
:. действия волн;
P — сила, действующая на механизм передачи, равная приближенно водоизмещению плавучего. средства;
v — скорость вертикального движения плавучего средства;
30 g КПД передачи;
0,01 — переводной коэффициент в киловатты.
Пример. Для средних значений P и ч
Р=100т; -1м/с)..
Н> =001 .Р ч ц=
001.100.10з.1 0„ =
= 1000 тукВт..
Указанная цель достигается тем, что волны приводят плавучее средство в движе4g ние одновременно: вертикальное — относительно мачты с двумя продольными зубчатыми рейками, проходящее через центральную трубу плавучего средства; где осуществляется двусторонний контакт между
50 зубчатыми рейками мачты и шестернями входных валов центральной коробки передач, преобравующий механизм которой обеспечивает передачу работы движения плавсредства в обоих направлениях к алек<> трогенератору. при этом составная мачта в нижней части соединена с неподвижной опорой; наклонное — наружного элемента плавучего средства, имеющего вид усеченной сверху и снизу сферической полой коль. цевой емкости, . относительно
2002977 охватываемого им внутреннего элемента— замкнутой сферы,.между которыми имеется связующее среднее звено — также усеченная сверху и снизу сферическая карданная оболочка, с одним общим центром для всех трех сферических элементов, имеющих между собой попарно одну степень свободы относительного движения, в результате которого по двум взаимно перпендикулярным вертикальным плоскостям в диаметрально противоположных точках осуществляется передача работы от движущихся в противоположных направлениях зубчатых: реек, имеющих форму дуги окружности и укрепленных на боковых поверхностях вертикальных каналов наружного элемента — две рейки. и две другие — на корпусе среднего сферического элемента, к шестерням на входных валах соответствующих коробок .передач, размещенных во внутреннем сферическом элементе, и:через механизм преобразования . этих коробок к электрогенератору; горизонтальное смещение всего устройства под действием динамической силы набегающей волны с наклоном мачты и перемещением плавучего средства относительно наклоняющейся мачты, имеющей в нижней части — в опорной трубе цилиндрические взаимно перпендикулярные и горизонтально расположенные два шарнира, а также телескопические пружинные или пневматические четыре аккумулятора энергии для возвращения устройства в центральное. положение, при этом происходит и наклонное, т.е. кренящее движение внутренней сферы относительно наружного и среднего сферических элементов, и все движения элементов плавучего средства в любом направлении передаются на ротор генератора через описанные выше механизмы. Таким образом при горизонтальном смещении всегда имеет место вертикальное и наклонное движения элементов пла.всредства.
От ведущих шестерен работа всех видов движения устройства передается через механизм преобразования, включающий в себя пять идентичных коробок передач, к ротору генератора. Каждая из коробок состоит из муфты свободного хода, осуществляющей прямую передачу вращающего момента, и из двух зубчатых колес с промежуточными шестернями и двумя муфтами свободного хода, осуществляющими восп.риятие и передачу противоположного вращения ведущей шестерни и сохранение одностороннего вращения на выходном валу, Таким образом, предлагаемое устройст-во отличается как конструктивно, так и Bos" можностью получения электрического тока, причем большой мощнос1и. как преобразующее работу всех возможных движений элементов плавучего средства от волн; вер5 тикального в обоих направлениях. наклонного на всей окружности, а также смещение и возврат от удара волны, т.е. горизонтального, и в любом направлении; а движущей силой является масса всего плавучего сред-
10 ства, а не подвешенный груз. или крыло устройства у известных, при этом осуществляется непосредственная связь— зубчатая передача между объектом движения и ротором электрогенератора.
15 . На фиг.1 изображен общий вид преобразователя энергии волн в разрезе половины конструкции, на фиг.2 — сечение А — А на фиг.1;
Наружный сферический элемент 1 пла20 вучего средства представляет собой две усеченные сферы, расположенные одна в другой и скрепленные герме.ично плоским вверху и выпуклым внизу кольцами, Верхнее кольцо является палубой. Наружный
Ф
25 элемент 1 имеет на внутренней сферической поверхности с диаметрально противоположных сторон два коробчатой формы канала 2 s вертикальной плоскости, Внутри наружного элемента 1 помещается внутрен30 ний элемент — сфера 3 с вертикальной центральной трубой 4, внутри которой находится мачта 5 с двумя диаметрально расположенными продольными зубчатыми рейками б. Мачта 5 входит в опорную трубу
7, являющуюся продолжением мачты с четырьмя шарнирно закрепленными по концам телескопическими пружинными или пневматическими аккумуляторами 8 эйергии для возвращения мачты и всего устрой40 ства в центральное вертикальное положение и двумя шарнирами 9 взаимно перпендикулярных и горизонтально располо>кенных цилиндрических пальцев и заканчивающуюся неподвижной опорой 10, На внутренней поверхности мачты 5 крепятся подвижно угловые рычаги 11 со стопорными пальцами для крепления и разъединения мачты 5 с опорной трубой 7 при помощи штанги 12. Нижний конец мачты 5 имеет двусторонний симметричный вырез для того, чтобы при сочленении занять строго определенное положение относительно опорной трубы 7, которая имеет два направляющих пальца 13. Между наружным сфери55 ческим элементом 1 и внутренней сферой 3 имеется средний сферический элемент 14— карданная подвеска. Сфера 3 имеет с диаметрально противоположных сторон в горизонтальной плоскости два шипа выступы.15, помещенные в подшипниках. пазах средне2002977
ro сферического элемента 14, Последний роны, ичерезсоответствующиекоробкипетакжеимеетпоперпендикулярномудиамет- редач и коническую зубчатую передачу 30 ру аналогичные два шипа-выступа 16, поме- передается вращение опять тому же ротору щенные в подшипниках, пазах наружного генератора 19, причем крен может быть и сферического элемента 1. В каналах 2 с бо- 5 такой, когда задействованы одновременно ковых сторон укреплены зубчатые рейки„17, обе пары,.т .е; четыре коробки передач. Пяимеющие форму дуг окружности, Аналогич- тая коробка передач, размещенная на центные зубчатые рейки 18 укреплены на внут- ральной трубе 4, включается в работу при рен ней поверхности среднего сферического вертикальном движении плавучего средства элемента 14. Внутри сферы 3 размещены 10 на волне, т.е. сферических элементов 1, 3 и электрогенератор 19 и йять коробок 20 пе- 14 относительно мачты 5 с зубчатыми рейка- .. редач....... ми 6, в зацеплении с которыми находятся
Преобразователь энергии морских волн две ведущие шестерни пятой коробки переработает следующим образам. дач.
Под воздействием волны наружный 15 При смещении плавучего средстваотносферический элемент 1 получает крен отно- сительно центра опоры 10 под воздействисительно сферы 3, вертикальное перемеще- ем ударной сипы волны мачта 5 ние вместе со сферой 3 относительно мачты наклоняется. При этом сфера 3 также накло5 и смещение всего плавучего средства от- няется относительно элементов 1 и 14, т;е. носительно центра опоры 10 с наклоном 20 происходят те же действия, что и при крене, мачты 5, а также перемещение сферических элеменПри крене наружного сферического эле- тов 1, 3 и 14 относительно мачты 5, т.е. те же мента 1 ведущая шестерня 21., находящаяся действия, что и при вертикальном движении в зацеплении с зубчатой рейкой 17, приво- .,плавучего средства относительно мачты 5. дится во вращательное движение и через 25 Возврат системы происходит под действикоробку передач 20, а в ней через муфту ем сжатой пружины или воздуха аккумулясвободного хода прямой передачи 22 вра- торов 8, Таким образом, любое движение щает ротор генератора 19. При возврате любого элемента плавсредства относительэлемента 1 шестерня 21 вращается в проти- но друг друга и мачты вызывает передачу воположном направлении и включается 30 вращающегомомента.на вал ротора генерамуфта 23 свободного хода, вследствие чего тора. вращаются шестерни 24 — 26, и через муфту При снятии плавучего средства с рабо27 свободного хода передается вращатель- чей точки для ремонта нажимается вниз рыное.движение ротору генератора 19, кото- чаг 31, другой конец которого поднимает рый всегда вращается в одном 35 штангу 12, а соединенные с ней угловые направлении. При этом с противоположной рычаги 11 поворачиваются и выходят стостороны элемента 1 действует своя анало- порные пальцы из отверстий опорной трубы гичная коробка передач. и через промежу- . 7. После этого приподнимается мачта 5 до точный вал 28 передается вращение ротору выхода ее из трубы 7, фиксируется в таком генератора 19. При крене элемента 1 в пер- 40 положении, отсоединяется электрокабель и., пендикулярной плоскости приводятся во плавучее средство отбуксировывается. вращение ведущая шестерня 29 и такая же . (56) Авторское свидетельство СССР ведущая шестерня с противоположной сто- М 1548499, кл, F 03 В 13/12, 1988, Формула изобретения 45 ставным е виде внутреннего, среднего и
1, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ наружного сферических элементов, устаМОРСКИХ ВОЛН В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ новленных друг в друге с общим центром и
ЭНЕРГИЮ, содержащий плавучее средст- с возможностью поворота относительно во с центральным отверстием, вертикаль- 50 друг друга с помощью четырех диаметную мачту с опорой в. нижней части и рально противоположных цилиндрических электрогенератор, кинематически связан- выступов, попарно и взаимна перпендикуный с зубчатой рейкой, укрепленной на ..лярно выполненных на внутреннем и сред-. верхней части мачты, расположенной в нем элементах в центральной центральном отверстии, отличающийся 55 горизонтальной плоскости, и пазов во тем, что. с целью получения электроэнер- внешнем и среднем элементах для размегии для хозяйственной деятельности чело- щения данных выступов. а все устройство. века как от автономного источника, так и снабжено пятью зубчатыми коробками певключением устройства в энергетическую редач с муфтами свободного хода. четырьсистему, плавучее средство выполнено со- мя телескопическими пружинными или
2002977 пневматическими аккумуляторами энер- . гии, двумя цилиндрическими шарнирами и пятью дополнительными зубчатыми рейками, при этом электрогенератор и коробки передач размещены во внутреннем эле- 5 менте, две дополнительные зубчатые рейки прикреплены к. корпусу наружного сфеоического элемента в диаметрально противоположных каналах, две другие - к внутренней поверхности корпуса среднего 10 элемента в области его выступов, а последняя - к верхней части мачты с противоположной стороны от упомянутой зубчатой рейки, входные валы коробок передач кинематически связаны с рейками, выходные
- с ротором электрогенератора с обеспечением его одностороннего вращения с помощью муфт, а мачта прикреплена к опоре при помощи цилиндрических шарниров, расположенных горизонтально и перпендикулярно друг к другу, и упомянутых аккумуляторов энергии, установленных с наклоном и равномерно по окружности, 2. Преобразователь flo и.1, отличающийся тем, что внешний и средний сферические элементы выполнены усеченными сверху и снизу, причем средний - в виде оболочки, 2002977
Редактор
Заказ 3225
Производственно-,издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 а
77
Г2
ZS
Я
Составитель В.Агафонов
Техред M.Mîðãåíòàë Корректор С. Юско
Тираж Подписное
Hll0 "Поиск" Роспатента
113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5
