ГИДРОВОЛНОВОЙ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР

Устройство относится к гидроэнергетике, в частности, к производству электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую энергию.
Известна поплавковая волновая электростанция [1], содержащая вертикально расположенный герметичный плавающий цилиндрический корпус, размещенный в нем преобразователь энергии, выполненный в виде линейного электрогенератора, обмотки которого закреплены на внутренней стенке корпуса, а сердечник выполнен в виде инерционной массы с постоянными магнитами, объединенными в кольцевые секции и установленными внутри обмоток с возможностью вертикального возвратно-поступательного движения посредством упругих элементов.
Известен буйковый волновой генератор [2], содержащий магнитный сердечник, прикрепленный к нижней поверхности буя с возможностью вертикального возвратно-поступательного движения на волне. На магнитном сердечнике подвижно установлена обмоточная катушка, перемещение которой по магнитному сердечнику ограничено, а катушка удерживает фиксированное положение под водой посредством установленных вокруг нее плоских горизонтальных панелей, увеличивающих сопротивление воды при возвратно-поступательном движении сердечника.
Известен поплавковый волновой генератор [3], содержащий плавающий корпус с прямолинейным вертикальным каналом, обмотку статора, выполненную на внутренней стенке вертикального канала, и сердечник с постоянным магнитом, размещенный внутри вертикального канала с возможностью вертикального возвратно-поступательного движения относительно обмотки статора. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Существенным недостатком прототипа является использование в конструкции вертикального канала. Вода, проходящая через вертикальный канал, теряет начальную вертикальную скорость, и амплитуда волны в вертикальном канале уменьшается, что отрицательно сказывается на производительности генерации электрической энергии. Также существенным недостатком является то, что движущимся под воздействием вертикального волнения воды элементом является магнит. При достаточно близком расположении двух или более вертикальных каналов, что логично при промышленном применении рассматриваемого устройства, магниты, находящиеся внутри вертикальных каналов, взаимодействуют друг с другом, что отрицательно сказывается на ускорении движения сердечников внутри вертикальных каналов и, соответственно, на производительности генерации электрической энергии.
Задачами предлагаемого устройства являются повышение надежности работы гидроволновых электрогенераторов, увеличение производительности генерации электроэнергии, соблюдение оптимальных экологических характеристик устройства, а также достижение мобильности, штормоустойчивости, простоты изготовления и снижения стоимости получаемой электроэнергии.
Задачи решаются следующим образом. К корпусу неподвижно закрепляется вертикальный стержень с неподвижно закрепленным внутри стержня магнитом. Движущимся под воздействием вертикального волнения воды элементом является обмотка, неподвижно закрепленная к поплавку, что исключает взаимодействие между магнитами и отрицательное влияние на ускорение подвижных элементов устройства при достаточно близком расположении двух или более вертикальных стержней. Размещение поплавка на двух или более вертикальных стержнях с магнитом внутри каждого стержня предполагает возможность использования нескольких неподвижно закрепленных к одному поплавку небольших обмоток, что важно при эффективном промышленном применении предлагаемого устройства на волнах большой длины. Вследствие выполнения обмоток вокруг каждого стержня с магнитом достигается повышение эффективности работы каждого магнита.
Предлагаемое устройство содержит плавающий корпус, выполненный удерживающим свое постоянное положение относительно вертикали при любом волнении воды, неподвижно закрепленный к корпусу вертикальный стержень с неподвижно закрепленным внутри стержня магнитом, поплавок, размещенный на стержне с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль стержня, обмотку с отводами, выполненную вокруг горизонтального поперечного сечения стержня и неподвижно закрепленную к поплавку.
На фиг.1 представлен общий вид предлагаемого устройства. На фиг.1-4 показаны схемы устройства, содержащего плавающий корпус (1), вертикальный стержень (2) с магнитом (3), поплавок (4), размещенный на стержне, и обмотку (5) с отводами (6). На фиг.1-2 показаны схемы устройства, корпус которого выполнен в виде четырех плавающих тел, неподвижно скрепленных между собой в одной плоскости. На фиг.1 показан продольный разрез устройства, на фиг.2 показан вид устройства сверху. На фиг.3-4 показаны схемы устройства, корпус которого выполнен в виде плавающего тела и груза, неподвижно закрепленного к плавающему телу. На фиг.3 показан продольный разрез устройства, на фиг.4 показан вид устройства сверху.
Устройство работает следующим образом. При наличии волн поплавок (4) приобретает различные ускорения вдоль вертикального стержня (2). При этом неподвижно закрепленная к поплавку обмотка (5) совершает возвратно-поступательные движения относительно неподвижно закрепленного внутри стержня магнита (3). В результате в обмотке возникает электрический ток, который через отводы (6) подается на объект преобразования, потребления или аккумулирования электрической энергии.
По сравнению с известными гидроволновыми электрогенераторами эффект заключается в следующем. В конструкции не используются сложные элементы, такие как рычаг, насос и прочее, вследствие чего достигается высокая надежность работы устройства. Отсутствие вращающихся деталей и смазочных материалов предполагает улучшение экологических характеристик устройства. Мобильный плавающий корпус позволяет транспортировку устройства по воде.
В отличие от прототипа, предлагаемое устройство имеет ряд преимуществ. Обеспечивается использование полной амплитуды волны. Вследствие каркасной конструкции устройство обладает штормоустойчивостью, так как волны проходят сквозь корпус и обтекают поплавки устройства. При этом для изготовления устройства требуется значительно меньшее количество материалов, что важно для экономической составляющей производства. Достигается удобство в эксплуатации и обслуживании устройства, влияющее на снижение стоимости получаемой электроэнергии. Предлагаемый гидроволновой электрогенератор позволяет обеспечить электроэнергией объекты промышленного производства морского и прибрежного базирования.
Поплавок устройства может быть выполнен имеющим закругленную форму и размещен на стержне с использованием вертикальных направляющих, исключающих поворот поплавка вокруг вертикальной оси.
Стержень устройства может быть размещен внутри вертикального сквозного отверстия, выполненного в поплавке. При этом обмотка может быть выполнена внутри поплавка вокруг вертикального сквозного отверстия, а сквозное отверстие поплавка и стержень иметь круглое поперечное сечение в горизонтальной плоскости.
У верхнего конца и/или нижнего конца вертикального стержня устройства может быть установлен ограничитель, выполненный с возможностью исключения выхода поплавка за пределы стержня с того 1вэнца, у которого, установлен ограничитель. Массы корпуса и поплавка устройства должны быть выбраны достаточными для преодоления сопротивления электрического поля, возникающего при возвратно-поступательном движении поплавка вдоль вертикального стержня и прохождении магнита внутри обмотки.
Корпус устройства может быть выполнен в виде, по меньшей мере, трех плавающих тел, неподвижно скрепленных между собой в одной плоскости. При этом к нижней части конструкции может быть неподвижно прикреплен груз, выполненный с возможностью исключения переворачивания плоскости размещения плавающих тел корпуса при любом волнении воды.
Корпус устройства может быть выполнен в виде плавающего тела и груза, неподвижно закрепленного к плавающему телу для удержания плавающего тела в постоянном вертикальном положении при любом волнении воды. При этом груз может быть выполнен в виде, по меньшей мере, трех вертикальных лопастей.
В любой части конструкции может быть установлен узел преобразования электрического тока, соединенный с отводами обмотки. Из любой части конструкции может быть выведен кабель, соединенный с одного конца с отводами обмотки или узлом преобразования электрического тока, а с другого конца соединенный с объектом преобразования, потребления или аккумулирования электрической энергии.
К корпусу устройства может быть неподвижно закреплен, по меньшей мере, один вертикальный стержень с, по меньшей мере, одним неподвижно закрепленным внутри стержня магнитом, а на стержне размещен с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль стержня, по меньшей мере, один поплавок с, по меньшей мере, одной неподвижно закрепленной к поплавку обмоткой с отводами, выполненной вокруг горизонтального поперечного сечения стержня. Поплавок устройства может быть размещен на двух или более стержнях с, по меньшей мере, одним магнитом внутри каждого стержня с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль стержней, а вокруг горизонтальных поперечных сечений каждого стержня выполнена, по меньшей мере, одна обмотка с отводами, неподвижно закрепленная к поплавку.
Источники информации:
1. Патент на ИЗ RU 2037642, 1995 г.
2. Патент на ИЗ US 2004061338, 2004 г.
3. Патент на ПМ RU 69932, 2007 г.