Речной навигационный буй со встроенным устройством преобразования энергии гидравлического потока в электрическую
Владельцы патента RU 2284276:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области речного судоходства и предназначено для обеспечения навигационного пути. Речной навигационный буй со встроенным устройством преобразования энергии гидравлического потока в электрическую содержит поплавок, надводную часть в виде сигнальной фигуры, сигнальный фонарь, балансировочный груз в подводной части буя и приспособление для крепления якорной цепи. Внутри буя находится устройство преобразования энергии в виде пьезоэлектрической установки, состоящей из пьезоэлектрического кольца, поляризованного радиально, прикрепленного к надводной части буя через жесткое диэлектрическое кольцо, маятника, прикрепленного к надводной части буя с возможностью его колебаний в любом направлении, и преобразователя выходного напряжения пьезоэлектрического кольца. Такое выполнение речного навигационного буя повышает его надежность и долговечность. 1 ил.
Изобретение относится к области речного судоходства и предназначено для обеспечения навигационного пути.
Известна свободнопоточная гидроэнергетическая установка (SU, А.с. №1737148, М.кл. F 03 B 13/00), которая может быть использована в качестве источника питания электрооборудования речного буя, содержащая плавучий корпус, установленное в корпусе четное количество вертикальных рабочих колес противоположного вращения, лопасти которых соединены с торцевыми дисками и смещены относительно друг друга в окружном направлении, груз с тросом и электрогенератор, кинематически связанный с рабочими колесами.
Недостатком этой установки является наличие лопастей, не защищенных от механических повреждений при транспортировке установки и от мусора.
Известно устройство для преобразования энергии гидравлического потока в электрическую (SU, А.с. №1700277, М.кл. H 01 L 41/08), содержащее раму, на которой установлены с возможностью вращения по крайней мере два цилиндрических плавучих колеса, снабженных лопастями, генератор, кинематически связанный с плавучими колесами посредством ведущих шкивов, соединенный кабелем с береговым потребителем электроэнергии, и механизм ориентации рамы в потоке в виде троса, закрепленного на береговой опоре, причем генератор выполнен в виде гибкой бесконечной пьезоэлектрической ленты с электродами, установленной между ведущими шкивами, ветви которой расположены между рядами кинематически связанных со шкивами промежуточных контактных роликов, изолированных от рамы, каждый из которых выполнен в виде "беличьего колеса" из стержней, имеющих упругий контакт с одной из сторон пьезоэлектрической ленты.
Недостатком этого устройства является необходимость ориентации рамы в потоке. Так как пьезоэлектрическая лента многократно изгибается, то это приводит к отслоению электродов, появлению в них трещин. Следствием этого может послужить снижение КПД устройства или его поломка. Также недостатком этой установки является наличие лопастей, не защищенных от механических повреждений при транспортировке установки, а также от мусора.
Известен речной навигационный буй со встроенной гидроэнергетической установкой (RU, патент, 2147285, М.кл. В 63 В 22/16), выбранный в качестве прототипа, содержащий поплавок, надводную часть в виде сигнальной фигуры, сигнальный фонарь, балансировочный груз в подводной части буя, стабилизатор, соединенную с генератором гидротурбину гидроэнергетической установки, преобразующей энергию течения воды в электрическую, и приспособления для крепления якорной цепи, причем стабилизатор выполнен в виде двух вертикальных пластин, жестко связанных с поплавком, а балансировочный груз выполнен в виде нижней поперечной пластины, образующей с указанными вертикальными пластинами ферменную конструкцию, являющуюся подводной частью буя, причем нижняя поперечная пластина дополнительно жестко связана с поплавком четырьмя стойками, при этом гидротурбина размещена на опорах в раме, установленной между вертикальными пластинами, и выполнена с вертикальным валом, соединенным посредством гибкой передачи с валом генератора, заключенного в водозащитную камеру, смонтированную на поплавке в наводной части буя, а вдоль нижнего края поплавка установлен мусорозащитный щиток.
Недостатками прототипа является его недолговечность и недостаточная надежность, так как гидротурбина имеет контакт с внешней средой и поэтому зависит от внешних факторов, таких, например, как коррозия.
Задачей данного изобретения является создание речного навигационного буя со встроенной в него вырабатывающей электрическую энергию установкой, имеющей высокую надежность и долговечность.
Патентуется речной навигационный буй со встроенным устройством преобразования энергии гидравлического потока в электрическую, содержащий поплавок, надводную часть в виде сигнальной фигуры, сигнальный фонарь, балансировочный груз в подводной части буя и приспособление для крепления якорной цепи, отличающийся тем, что он содержит в качестве устройства преобразования энергии пьезоэлектрическую установку, находящуюся внутри буя, состоящую из пьезоэлектрического кольца, поляризованного радиально, прикрепленного к надводной части буя через жесткое диэлектрическое кольцо, маятника, прикрепленного к надводной части буя с возможностью его колебаний в любом направлении, и преобразователя выходного напряжения пьезоэлектрического кольца.
На чертеже показан буй в разрезе с установленной в него пьезоэлектрической установкой.
Речной навигационный буй со встроенной пьезоэлектрической установкой состоит из надводной части 1, выполненной в виде сигнальной фигуры, поплавка 2, соединяющего надводную часть буя 1 с подводной 3, сигнального фонаря 4 и пьезоэлектрической установки. Эта установка включает в себя пьезоэлектрическое кольцо 5, поляризованное радиально и имеющее внутреннюю 6 и внешнюю 7 металлизированные поверхности, маятник 8, преобразователь выходного напряжения 9, имеющий проводную связь с пьезоэлектрическим кольцом 5, жесткое диэлектрическое кольцо 10, гибкое диэлектрическое кольцо 11.
Пьезоэлектрическое кольцо 5 прикреплено к жесткому диэлектрическому кольцу 10, которое в свою очередь прикреплено к надводной части буя 1.
Предлагаемый речной навигационный буй со встроенной пьезоэлектрической установкой работает следующим образом. При взаимодействии потока воды с поплавком и подводной частью буя возникают гидродинамические силы, которые имеют две основные составляющие: силу Архимеда, направленную вверх, и силу сопротивления, направленную вдоль скорости течения реки. Сила Архимеда уравновешивается весом буя, а сила сопротивления - реакцией якорной цепи. Кроме того, на буй действуют боковые и другие силы, дестабилизирующие положение буя. При этом происходит раскачивание маятника 8, который ударяет по гибкому диэлектрическому кольцу 11, предохраняющему пьезоэлектрическое кольцо 5 от механических повреждений, через которое удар передается на внутреннюю металлизированную поверхность 6 пьезоэлектрического кольца 5. В результате между металлизированными внутренней 6 и внешней 7 поверхностями пьезоэлектрического кольца 5 появляется электрическое напряжение, которое, пройдя через преобразователь выходного напряжения 9, преобразующего высокое напряжение, снятое с пьезоэлектрического кольца 5, до необходимого уровня, подается на сигнальный фонарь 4.
Предложенная конструкция речного навигационного буя со встроенной пьезоэлектрической установкой имеет многолетний срок службы, высокую надежность, так как пьезоэлектрическая установка расположена герметично внутри закрытого буя.
Речной навигационный буй со встроенным устройством преобразования энергии гидравлического потока в электрическую, содержащий поплавок, надводную часть в виде сигнальной фигуры, сигнальный фонарь, балансировочный груз в подводной части буя и приспособление для крепления якорной цепи, отличающийся тем, что он содержит в качестве устройства преобразования энергии пьезоэлектрическую установку, находящуюся внутри буя, состоящую из пьезоэлектрического кольца, поляризованного радиально, прикрепленного к надводной части буя через жесткое диэлектрическое кольцо, маятника, прикрепленного к надводной части буя с возможностью его колебаний в любом направлении, и преобразователя выходного напряжения пьезоэлектрического кольца.
