ИНЕРЦИОННО-ПОРШНЕВАЯ ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
INERTIA-PISTON WAVE POWER PLANT

Изобретение относится к области электротехники, в частности к морским автономным устройствам электропитания светооптической аппаратуры, например морского ледового буя.
Известна морская автономная энергетическая установка электропитания светооптической аппаратуры буя ледового, содержащая химические источники постоянного тока (электрохимические батареи) и механизм подключения этих батарей на разряд к светооптической аппаратуре буя ледового (см. патенты США №3794907, 3818312; патенты Великобритании №1357427,1368202 за 1974 г. по кл. 1; патенты Франции №2193284, 2215743 за 1974 г. по кл. H02M 7/52-1; авторское свидетельство №586533 за 1978 г. по кл. 321).
Недостатком данной автономной энергетической установки является то, что при питании электрическим током светооптической аппаратуры буя ледового энергетический ресурс данных электрохимических батарей с течением времени уменьшается, что обусловливает необходимость их периодической замены на новые и снижает надежность и долговечность ее использования.
Осуществление такой замены значительно снижает эффективность использования рассматриваемой энергетической установки, так как для замены данных электрохимических батарей необходима доставка их обеспечивающим судном к месту установки буя, подъем буя на палубу обеспечивающего судна, разборка контейнеров с батареями, замена элементов на новые, монтаж буя и постановка его в заданную точку на акватории. После проведения описанного выше мероприятия обязательно уточнение географических координат места постановки буя, и в случае несовпадения их с заданными координатами предполагается выставка буя в уточненную точку. Для выполнения указанных действий необходимо затрачивать значительное время и моторесурс постановочного судна, что обусловливает сложность использования существующей энергетической установки и большие финансовые затраты, связанные с использованием обеспечивающего судна.
Известна также волновая энергетическая установка (см. патент RU-2078249 C1 «Волновая энергетическая установка», 1993 г.), наиболее близкая по технической сущности к заявляемой инерционно-поршневой волновой энергетической установке (ИПВЭУ), содержащая электрохимический аккумулятор и подзарядное устройство, размещенное в плавучем корпусе, в котором расположены опора в виде рамы с вертикальными направляющими, механический преобразователь, содержащий инерционное тело в виде груза, контактирующего с вертикальными направляющими и имеющего закрепленную на раму упругую подвеску и генератор переменного тока. Упругая подвеска снабжена установленными на верхней части рамы блоками и охватывающей их гибкой тягой, которая соединяет инерционное тело с упругим элементом подвески. Упругий элемент закреплен на основании рамы и установлен параллельно направляющим со стороны, обратной их контакту с инерционным телом. Вал генератора кинематически соединен с валом блока, который приводится во вращательное движение гибкой тягой. Введенный электрохимический аккумулятор подключен к генератору через диодный выпрямитель и трансформатор с изменяющимся коэффициентом трансформации, введенный регулятор соединен с выходом генератора и с электрохимическим аккумулятором. Нагрузочное устройство и устройство изменения коэффициента трансформации подключено к регулятору.
Недостатком данной волновой энергетической установки является то, что она имеет весьма сложную и объемную техническую конструкцию: значительное количество кинематических узлов, объемные технические средства (генератор переменного тока, выпрямитель, трансформатор, нагрузочное устройство, электрохимический аккумулятор и регулятор). Эти обстоятельства не позволяют установить указанную энергетическую установку во внутреннем отсеке буя ледового, вследствие чего необходимо использование дополнительной плавучести с расположенной внутри нее данной энергетической установкой и соединенной с буем электрическим кабель-тросом. Подобная конструкция значительно снижает надежность использования данной волновой энергетической установки в штормовых и ледовых условиях. Кроме того, данная волновая энергетическая установка содержит электрохимический аккумулятор, при использовании которого периодически необходимо осуществлять его техническое обслуживание в соответствии с техническими условиями (ТУ) на аккумулятор. Указанные обстоятельства значительно снижают эффективность и долговечность использования данной волновой энергетической установки.
В основу изобретения положена задача существенного упрощения технической конструкции волновых энергетических установок, повышение надежности и долговечности этих установок и упрощение процесса их эксплуатации.
Поставленная техническая задача решается тем, что инерционно-поршневая волновая энергетическая установка, содержащая буй, автономный электрический источник и подзарядное энергетическое устройство с механизмом подключения его к данному источнику, инерционный поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вверх и вниз за счет вертикальных движений буя под воздействием колебания водной поверхности, и пружинные амортизаторы, при этом выход подзарядного энергетического устройства через механизм подключения соединен с входом автономного электрического источника, согласно изобретению установка снабжена воздушной турбиной, например турбиной Уэллса, и воздуховодными трубками, причем внутри буя размещены автономный электрический источник, выполненный в виде емкостного молекулярного накопителя энергии на основе двойнослойного конденсатора, и подзарядное устройство, включающее генератор постоянного тока с реле-регулятором напряжения, ротор которого жестко соединен с лопастным колесом турбины, и механизмом вращения с воздушной емкостью цилиндрической формы, внутри которой расположен инерционный поршень, прикрепленный сверху и снизу внутри корпуса емкости с помощью пружинных амортизаторов, при этом в нижней и верхней части емкости выполнены отверстия, к которым жестко прикреплены воздуховодные трубки, расположение которых обеспечивает движение воздушного потока к лопаткам колеса турбины, обусловленного колебательными возвратно-поступательными перемещениями инерционного поршня.
На чертеже схематично изображен вид заявленной инерционно-поршневой волновой энергетической установки с расположением внутри нее корпуса предлагаемых технических средств и их структурное соединение.
Инерционно-поршневая энергетическая установка содержит емкостный молекулярный накопитель энергии на основе двойнослойного конденсатора 1, подзарядное устройство данного накопителя, содержащее генератор постоянного тока 2 с реле-регулятором его напряжения 3. Ротор генератора 2 жестко соединен с лопастным колесом турбины Уэллса 4. Механизмом вращения лопастного колеса 4 является воздушная емкость 5 цилиндрической формы. Внутри емкости 5 расположен инерционный поршень 6, прикрепленный сверху и снизу к внутреннему корпусу емкости 5 с помощью пружинных амортизаторов 7. В нижней и верхней частях емкости 5 выполнены отверстия 8, к которым жестко прикреплены воздуховодные трубки 9, расположение которых обеспечивает движение воздушного потока к лопаткам колеса турбины 4.
Принцип действия заявляемой установки основан на колебательных возвратно-поступательных движениях инерционного поршня 6 с пружинными амортизаторами 7, введенного в воздушную емкость 5, которые в свою очередь вызываются вертикальными перемещениями буя, внутри которого помещена энергетическая установка, под воздействием колебаний водной поверхности. Колебания инерционного поршня 6 по вертикали вверх и вниз внутри емкости 5 обеспечивают подачу воздушного потока по воздуховодным трубкам 9, присоединенным к отверстиям 8, к лопастному колесу 4, жестко скрепленному с ротором генератора постоянного тока 2, имеющего реле-регулятор напряжения 3. После того как генератор постоянного тока 2 разовьет напряжение, большее, чем внутреннее напряжение накопителя энергии 1, начнется процесс накопления электрической энергии в накопителе 1. После полного заряда накопителя энергии 1 реле-регулятор напряжения 3 генератора постоянного тока 2 переключает генератор 2 на электрическую цепь 10 механизма подключения светооптической аппаратуры буя.
При отсутствии волнения и, как следствие, прекращении работы подзарядного устройства электропитание светооптической аппаратуры буя осуществляется непосредственно от накопителя энергии 1.