ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к гидроэнергетике, в частности к электрогенераторным установкам (ВЭГУ), использующих энергию волн.
Волновая электрогенераторная установка предназначена для генерирования электрической энергии, извлекаемой из колеблющихся морских волн путем преобразования энергии волны в кинетическую, которая в свою очередь обеспечивает выработку электрической энергии. Предлагаемая установка экологически безопасна..
6
Известна поплавковая волновая электростанция (патент RU №2037624 МПК F03B 13/16, публ. 19.06.1995 г.), содержащая корпус, механический преобразователь, генератор.
Недостатком данной поплавковой волновой электростанции является прерывистое преобразование энергии волн в электрическую в верхней и нижней точках нахождения поплавка, то есть когда цилиндрический корпус находится в этих точках, т.е. задерживается там на некоторое время, не происходит передачи колебательного движения, и, следовательно, в эти моменты время не происходит выработка электроэнергии.
Кроме того, высокая стоимость воплощения технического решения в промышленное производство, что связано с проектированием линейного генератора и использования несерийных компонентов в конструкции.
Еще одним недостатком такого решения является сложность конструкции, т.к. она перегружена различными приборами и агрегатами, например динамическими инерционными накопителями энергии, приводом двухстороннего действия.
Наиболее близким техническим решением. выбранным в качестве прототипа, является поплавковая волновая электростанция (RU 2016227, МПК F03B 13/20, опубл. 15.07.1993), содержащая вертикально расположенный цилиндрический корпус, механический преобразователь, включающий инерционный маятник с пружинной подвеской, установленный с возможностью вертикального возвратно-поступательного движения и кинематически связанный с электрогенератором, при этом корпус выполнен в виде герметичной капсулы цилиндрической формы, верхняя и нижняя часть которой ограничены полусферами, причем на внутренней поверхности цилиндрической части выполнены направляющие для движения маятника, кинематическая связь с электрогенератором выполнена в виде шариковинтовой передачи с редуктором, при этом в нижней части капсулы установлен динамический инерционный накопитель энергии с электромеханическим приводом двустороннего действия, соединенным с шариковинтовой передачей, редуктором-коммутатором и вспомогательным редуктором, выходной вал которого соединен с электрогенератором.
При этом она снабжена:
- установленным в капсуле параметрическим осциллятором, соединенным с маятником посредством тяги и кривошипно-шатунного механизма;
- инерционным динамическим накопителем энергии;
- размещенными на верхней части капсулы дефлектором с флюгаркой и внутри капсулы тягой дефлектора с механизмом перемещения, причем последний соединен посредством рычага с редуктором;
- закрепленными на наружной поверхности нижней части капсулы двумя жесткими вертикальными взаимно перпендикулярными плоскими панелями.
Недостатками указанного технического решения являются следующие:
Низкий коэффициент полезного действия (кпд), обусловленный сложностью конструкции, т.к. она перегружена различными приборами и агрегатами, например, инерционным динамическим накопителем, параметрическим осциллятором, кривошипно-шатунным механизмом, дефлектором с флюгаркой и тягой его, стабилизатором вертикальной и азимутальной устойчивости и, как следствие, значительная часть кинетической энергии, полученной от волны, затрачивается на приведение в действие этих составляющих и малая часть передается генератору, следовательно снижается выработка электрической энергии. Кроме того, сложностью конструкции обусловлены высокая стоимость и большие затраты на обслуживание.
Техническая задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в разработке такой поплавковой электрогенераторной установки, которая позволит больший процент энергии волн использовать для превращения в электрическую энергию, а также снизить стоимость изготовления установки за счет упрощения конструкции и, как следствие, снижение затрат на воплощение технического решения в конкретное устройство.
Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении коэффициента полезного действия, а также упрощении конструкции и снижении затрат на ее изготовление.
Для достижения заданного технического результата волновая электрогенерирующая установка, содержащая вертикально расположенный цилиндрический корпус, с размещенными в нем механическим преобразователем энергии морских волн, включающим пружину с грузилом, винтовую пару, муфты, переходник, паразитную шестерню, генератор, согласно полезной модели, она содержит мультипликатор, передающий вращение генератору от винтовой пары через муфты и переходник, при этом муфты выполнены шестеренчатыми обгонными.
Кроме того, цилиндрический корпус содержит два блока, разделенные перегородкой: разгонный, включающий винтовую пару, пружину и грузило, и генерирующий, включающий шестеренчатые обгонные муфты, переходник, паразитную шестерню, мультипликатор и генератор.
Предлагаемая волновая электрогенераторная установка (ВЭГУ) поясняется рисунками:
на фиг.1 изображен общий вид установки;
на фиг.2 - принципиальная схема установки;
на фиг.3 - принципиальная схема по использованию электроэнергии.
ВЭГУ содержит корпус (фиг.1), выполненный в виде цилиндра, герметически заглушенного с концов заглушками. Корпус в воде имеет вертикальное расположение, при этом верхняя часть корпуса находится над волной. Корпус внутри разделен на два блока: разгонный и генерирующий, при этом блоки разделены перегородкой 10 с отверстием посредине, которая обеспечивает центровку винтовой паре 1 в разгонном блоке.
В разгонном блоке расположена винтовая пара 1 с пружиной 2 и грузилом 3.
Генерирующий блок содержит шестеренчатую обгонную муфту 4, соединенную через переходник 5 с шестеренчатой обгонной муфтой 6, которая связана с мультипликатором 9, имеющим выход на генератор 11, шестеренчатую обгонную муфту 8 и паразитную шестерню 7.
Работает предлагаемая установка следующим образом.
Весь разгонный блок выполнен по принципу маятника и повторяет частоту колебаний волны. Внутри блока расположена вертикальная винтовая пара 1, закрепленная упорными подшипниками (на рис. не показаны), что обеспечивает ее вращение вокруг своей оси. На винте винтовой пары 1 выполнены «ручьи» (на рисунке не показаны), по которым сверху вниз и обратно передвигаются подшипники, находящиеся внутри грузила 3. Пружина 2 обеспечивает эффект маятника.
При опускании грузила 3 в нижнее положение винт винтовой пары 1 приводится во вращение по направлению часовой стрелки, соответственно при подъеме грузила 3 винт вращается в обратную сторону. Винтовая пара 1 соединена с шестеренчатой обгонной муфтой 4, которая передает вращение на переходник 5, который в свою очередь передает вращение в том же направлении на шестеренчатую обгонную муфту 6 и далее на мультипликатор 9. При движении грузила 3 винтовой пары 1 в верхнее исходное положение винтовая пара 1 изменяет свое вращение на противоположное, т.е. начинает вращаться в обратную сторону. При этом переходник 5 работает вхолостую. Вращение передается через шестеренчатую обгонную муфту 4 на шестеренчатую обгонную муфту 8 и паразитную шестерню 7, которая в свою очередь передает вращение на шестеренчатую обгонную муфту 6 также в направлении вращения часовой стрелки.
Таким образом, возвратно-поступательные движения преобразуются во вращательные. Такой цикл происходит постоянно во время образования волны. Морская волна не постоянна, но используемый ресурс возобновляемый, что делает энергию максимально дешевой.
Комплекс шестеренчатых обгонных муфт и паразитной шестерни позволяет обеспечить вращение шестеренчатой обгонной муфты 6 в одну сторону независимо, как вращается винт. Более того позволяет обеспечить постоянное вращение разгонного блока независимо от того, где расположено в данный момент грузило. Вращение от шестеренчатой обгонной муфты 6 передается непосредственно на мультипликатор 9, который обеспечивает повышение числа оборотов в минуту и передает это вращение генератору, вырабатывающему электрическую энергию, что также позволяет повысить выработку электроэнергии за единицу времени, и, следовательно, повысить кпд установки.
При данной компоновки ВЭГУ при высоте порядка 2 м и периоде набегающей волны Т=6-10 с обеспечивается вращение ротора генератора со скоростью порядка 800 об/мин., что является достаточным для производства электроэнергии.
В сравнении с прототипом, предлагаемая установка имеет более высокий кпд, так, например, в установке по прототипу при диаметре поплавка 300 мм выработка электроэнергии составляет 0.2 кВт/ч, в предлагаемой установке при диаметре 3250 мм - 3.00 кВт/ч. Указанный результат достигается прежде всего за счет сокращения количества составляющих кинематическую схему, которыми она загромождена в прототипе, а также путем беспрерывного преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, независимо от места нахождения грузила.
Чем больше составляющих содержит кинематическая схема, тем меньше кинетической энергии, полученной от волны, передается генератору, тем меньше электрической энергии он вырабатывает. Например, за период волны, равный 5-ти секундам установка по прототипу вырабатывает электроэнергии ориентировочно 0.5 кВт/ч, а предлагаемая установка при таких же условиях вырабатывает около 1.5 кВт/ч.
Кроме того, при одинаковых размерах корпуса поплавка, в предлагаемую установку можно разместить более мощный генератор, нежели в установку по прототипу, т.к. последняя содержит много ненужных компонентов.
Положительной составляющей предлагаемого решения является то, что от мультипликатора до потребителя используются одни и те же комплектующие и агрегаты, используемые в ветряных электростанциях (фиг.3), что значительно упрощает конструкцию, снижая тем самым затраты на ее изготовление.
Предлагаемая схема включает генератор 11, контроллер 12, переключатель 13, предохранитель 14, аккумуляторы 15, инвертор 16, резервное включение 17, счетчик 18. Переменный ток, вырабатываемый генератором 11, проходя через контроллеры 12, выпрямляется и заряжает аккумуляторы 15. И в то же время, инвертор 16 преобразует постоянный ток в ток промышленной частоты, который обеспечивает потребителей. При отсутствии выработки электроэнергии генератором, потребитель может быть переключен на стандартную электросеть.
Данная принципиальная схема показывает, что можно получить волновую электрогенерирующую установку «совместимую» с модельным рядом ветряных электростанций любой производительностью. Соответственно это позволяет выпускать ВЭГУ от 0.2 кВт до многомодульных электростанций сходных в проектировании с ветряными станциями, но более дешевых, поскольку не требуется вложений денежных средств, в строительство и монтаж.
Маломощные ВЭГУ могут использоваться для снабжения электроэнергией как частный дом, расположенный на побережье вдали от коммуникаций, также небольшие поселения.
ВЭГУ могут найти себе применение на судах, буях или давать электроэнергию маякам.
Мощные ВЭГУ могут создать, целую волновую электростанцию способную давать электроэнергию в общую сеть, при этом не нанося ущерба экологии данного региона.
Предлагаемая полезная модель соответствует критерию «новизна», т.к. из уровня техники не выявлены технические решения с предлагаемой совокупностью признаков, и критерию «промышленная применимость», т.к. авторами изготовлен и прошел опытную проверку опытный образец с положительным результатом.