Навигационный буй с автономной энергоустановкой

Полезная модель относится к плавучим средствам навигационного оборудования, предназначенным для ограждения фарватеров и отдельных навигационных опасностей на судоходных акваториях.
Известен навигационный буй (патент РФ № 2489301), содержащий обтекаемый герметичный корпус, разделенный водонепроницаемыми переборками на отсеки, светооптическую аппаратуру на светодиодах, расположенную в головной части корпуса буя, и стабилизирующий балласт, во внутренней полости обтекаемого герметичного корпуса установлена цилиндрическая емкость. По оси емкости в направляющих перемещается шток, на конце штока закреплен стабилизирующий балласт. На штоке неподвижно закреплена упорная площадка, которая опирается на пружину, расположенную между одной из направляющих штока и упорной площадкой, а в средней части на штоке установлен ротор с постоянными магнитами линейного электрического генератора. Статор линейного электрического генератора закреплен на внутренней поверхности цилиндрической емкости. Обмотка статора генератора соединена с зарядным устройством аккумулятора, от которого питается светооптическая аппаратура.
Недостатком данной конструкции навигационного буя является малая амплитуда и скорость перемещения ротора относительно статора, что не обеспечивает достаточную производительность линейного электрогенератора и устойчивую работу светооптической аппаратуры навигационного буя при небольшой волне.
Задачей полезной модели является обеспечение надежной автономной работы навигационного буя, даже при небольшой волне.
Техническим результатом использования предлагаемого навигационного буя является усовершенствование его конструкции, позволяющее повысить производительность линейного электрогенератора за счет увеличения амплитуды и скорости относительного движения его рабочих элементов.
Навигационный буй с автономной энергоустановкой (далее - навигационный буй) имеет герметичный корпус, разделенный водонепроницаемыми переборками на отсеки, светооптическую аппаратуру, расположенную в головной части корпуса буя, и стабилизирующий балласт. Во внутренней полости герметичного корпуса установлена цилиндрическая емкость, изготовленная из ферромагнитного материала, по оси которой в направляющих, закрепленных в цилиндрической емкости, расположен шток, выполненный из немагнитного материала. На нижнем конце штока установлен стабилизирующий балласт буя. На штоке неподвижно закреплена упорная площадка, которая опирается на пружину, расположенную между направляющей штока и упорной площадкой, а в верхней части штока установлен сердечник с постоянными магнитами линейного электрического генератора. В верхнем отсеке навигационного буя размещено зарядное устройство и аккумулятор. В нижней части герметичного корпуса жестко установлен рым, к которому прикреплена якорная цепь, удерживающая буй на заданном месте. На штоке между сердечником и упорной площадкой жестко закреплена двухсторонняя зубчатая рейка, находящаяся в зацеплении с двумя шестернями, установленными по обе стороны от штока на осях с возможностью вращения. Оси жестко закреплены внутри цилиндрической емкости. Шестерни одновременно находятся в зацеплении с двумя зубчатыми рейками, жестко закрепленными на боковых штангах. Боковые штанги установлены с возможностью вертикального перемещения в боковых направляющих, которые жестко закреплены внутри цилиндрической емкости. На верхних концах боковых штанг жестко закреплен статор, расположенный с зазором вокруг сердечника и образующий вместе с ним линейный электрогенератор. Обмотка статора соединена с входом зарядного устройства посредством боковых штанг, боковых направляющих, одновременно являющихся токосъемными элементами, и проводов. Выход зарядного устройства соединен с аккумулятором, обеспечивающим питание светооптической аппаратуры навигационного буя.
На фиг. 1 изображен навигационный буй в нейтральном положении (при отсутствии волны). На фиг. 2 изображен навигационный буй в крайнем верхнем положении (при набегании волны). На фиг. 3 изображен навигационный буй в крайнем нижнем положении (при сбегании волны).
Навигационный буй имеет герметичный корпус 1, разделенный водонепроницаемыми переборками 2 на отсеки, светооптическую аппаратуру 3, расположенную в головной части корпуса буя, и стабилизирующий балласт 4. Во внутренней полости герметичного корпуса 1 установлена цилиндрическая емкость 5, изготовленная из ферромагнитного материала, по оси которой в направляющих 6 и 7, закрепленных в цилиндрической емкости 5, расположен шток 8, выполненный из немагнитного материала. На нижнем конце штока 8 установлен стабилизирующий балласт 4 буя. На штоке 8 неподвижно закреплена упорная площадка 9, которая опирается на пружину 10, расположенную между направляющей 7 штока 8 и упорной площадкой 9, а в верхней части штока 8 установлен сердечник 11 с постоянными магнитами линейного электрического генератора. В верхнем отсеке 12 навигационного буя размещено зарядное устройство 13 и аккумулятор 14. В нижней части герметичного корпуса жестко установлен рым 15, к которому прикреплена якорная цепь 16, удерживающая буй на заданном месте. На штоке 8 между сердечником 11 и упорной площадкой 9 жестко закреплена двухсторонняя зубчатая рейка 17, находящаяся в зацеплении с двумя шестернями 18 и 19, установленными по обе стороны от штока 8 на осях 20 и 21 с возможностью вращения. Оси 20 и 21 жестко закреплены внутри цилиндрической емкости 5. Шестерни 18 и 19 одновременно находятся в зацеплении с двумя зубчатыми рейками 22 и 23, жестко закрепленными на боковых штангах 24 и 25. Боковые штанги 24 и 25 установлены с возможностью вертикального перемещения в боковых направляющих 26 и 27, которые жестко закреплены внутри цилиндрической емкости 5. На верхних концах боковых штанг 24 и 25 жестко закреплен статор 28, расположенный с зазором вокруг сердечника 11 и образующий вместе с ним линейный электрогенератор. Обмотка статора 28 соединена с входом зарядного устройства 13 посредством боковых штанг 24 и 25, боковых направляющих 26 и 27, одновременно являющихся токосъемными элементами, и проводов 29. Выход зарядного устройства 13 соединен с аккумулятором 14, от которого питается светооптическая аппаратура 3 навигационного буя.
Навигационный буй работает следующим образом. В нейтральном положении при отсутствии волны (фиг. 1) вес стабилизирующего балласта 4 и жесткость пружины 10 выбраны так, что сердечник 11 и статор 28 располагаются симметрично друг относительно друга.
При набегании волны (фиг. 2) герметичный корпус 1 буя с цилиндрической емкостью 5 поднимается на гребень волны и смещается относительно штока 8 со стабилизирующим балластом 4 и сердечником 11. При этом пружина 10 сжимается, создает давление на упорную площадку 9 и заставляет шток 8 с балластом 4 и сердечником 11 двигаться вслед за герметичным корпусом 1, но с некоторым отставанием. Двухсторонняя зубчатая рейка 17 вместе со штоком 8 и сердечником 11 перемещается вниз, приводя во вращение шестерни 19 и 20 посредством зубчатых зацеплений. Вращающиеся шестерни 19 и 20 посредством зубчатых зацеплений с зубчатыми рейками 22, 23 перемещают их вверх вместе с боковыми штангами 24, 25 и статором 28 навстречу сердечнику 11 с удвоенной скоростью.
При сбегании волны (фиг. 3) герметичный корпус 1 с цилиндрической емкостью 5 опускается вниз и смещается относительно штока 8 со стабилизирующим балластом 4 и сердечником 11. При этом пружина 10 разжимается и через упорную площадку 9 заставляет шток 8 с балластом 4 и сердечником 11 двигаться вслед за герметичным корпусом 1 с некоторым отставанием. Двухсторонняя зубчатая рейка 17 вместе со штоком 8 и сердечником 11 перемещается вверх, приводя во вращение шестерни 19 и 20 посредством зубчатых зацеплений. Вращающиеся шестерни 19 и 20 посредством зубчатых зацеплений с зубчатыми рейками 22, 23 перемещают их вниз вместе с боковыми штангами 24, 25 и статором 28 навстречу сердечнику 11 с удвоенной скоростью.
При подходе следующего гребня волны процесс повторяется.
Таким образом, волны создают колебательные движения герметичного корпуса 1 относительно стабилизирующего балласта 4, обеспечивая периодическое возвратно-поступательное движение штока 8 с сердечником 11 относительно статора 28 линейного электрогенератора. При движении сердечника 11 относительно статора 28 линейный электрогенератор вырабатывает переменное напряжение, которое передается с выхода обмотки статора 28 через боковые штанги 24, 25, боковые направляющие 26, 27 и провода 29 в отсек 12 на вход зарядного устройства 13. С выхода зарядного устройства 13 уже выпрямленное напряжение поступает на вход аккумулятора 14, что обеспечивает подзарядку аккумулятора 14 дважды за период колебаний штока 8.
Таким образом, использование реечных передач, образованных шестернями 19, 20, вместе с двухсторонней рейкой 17 и зубчатыми рейками 22, 23 позволяет в два раза увеличить амплитуду и скорость относительных перемещений сердечника 11 и статора 28, обеспечивая высокую производительность линейного электрогенератора и устойчивую работу светооптической аппаратуры 3 навигационного буя, даже при небольшой волне.