ПОПЛАВКОВАЯ ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ПЛАВУЧЕГО ЗАВОДА СЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА (СПГ)
FLOAT WAVE POWER PLANT OF FLOATING NATURAL GAS LIQUEFACTION PLANT (LNG)

Изобретение относится к отрасли морской энергетики и предназначено для извлечения электрической энергии из морских волн.
Известна поплавковая волновая электростанция, содержащая плавучий корпус, расположенный в нем механический преобразователь, включающий инерционный маятник, имеющий пружинную подвеску, установленный с возможностью вертикального возвратно-поступательного движения и кинематически связанный с электрогенератором, корпус выполнен в виде герметичной капсулы цилиндрической формы, верхняя часть которой ограничена полусферой с радиусом, равным радиусу цилиндрической части, нижняя - сферой с радиусом, большим, чем последний, 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, частота собственных колебаний маятника соизмерима с характерной частотой колебаний капсулы в воде (Патент РФ №2016227, МПК F03B 13/20, опубл. 15.07.1994).
Недостатком аналога является сложность конструкции механического преобразователя и перегруженность поплавковой волновой электростанции различными приборами и агрегатами, например динамическим инерционным накопителем энергии и приводом двухстороннего действия.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является 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, установка содержит мультипликатор, передающий вращение генератору от винтовой пары через муфты, выполненные шестеренчатыми обгонными, и переходник (ПМ №139434, МПК F03B 13/20, опубл. 20.04.2014).
Недостатками прототипа являются низкая чувствительность механического преобразователя энергии морских волн при малых амплитудах, низкий коэффициент полезного действия (кпд), обусловленный потерей значительной части кинетической энергии, полученной от волны, так как грузило, имеющее значительно меньшую массу, совершает возвратно-поступательное движение и тем самым раскручивает винт, имеющий значительно большую массу, что приводит к нерациональному расходованию кинетической энергии, получаемой от морской волны.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в совершенствовании механического преобразователя энергии морских волн, повышении его чувствительности при малых амплитудах морских волн и увеличении процента преобразования энергии морских волн в электрическую энергию.
Для достижения указанного технического результата в поплавковой волновой электростанции плавучего завода СПГ, содержащей вертикально расположенный цилиндрический корпус с размещенным в нем механическим преобразователем энергии морских волн, включающим винтовую пару, пружину, грузило, шестеренчатую обгонную муфту, переходник, паразитную шестерню, мультипликатор, электрогенератор, дополнительно установлен модуль-понтон, выполненный в форме цилиндрической водонепроницаемой оболочки с верхней и нижней полусферами, внутри которой размещено, по меньшей мере, четыре механических преобразователя энергии морских волн, каждый из которых содержит зубчатую пару,  шариковая винтовая пара выполнена в форме винта, размещенного в вертикальной плоскости и взаимодействующего с гайкой, установленной в неподвижном основании с возможностью ее двустороннего вращательного движения вокруг винта при его возвратно-поступательном движении, грузило выполнено в форме шара и прикреплено к верхнему концу винта, на котором между грузилом и неподвижным основанием коаксиально размещена пружина, а на поверхности гайки коаксиально прикреплено ведущее колесо зубчатой пары.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше, наиболее близкого к нему, являются то, что она снабжена модулем-понтоном, выполненным в форме цилиндрической водонепроницаемой оболочки с верхней и нижней полусферами, размещение внутри цилиндрической водонепроницаемой оболочки, по меньшей мере, четырех механических преобразователей энергии морских волн, каждый из которых содержит зубчатую пару, выполнение шариковой винтовой пары в форме винта, размещенного в вертикальной плоскости и взаимодействующего с гайкой, установленной в неподвижном основании с возможностью ее двустороннего вращательного движения вокруг винта при его возвратно-поступательном движении, грузило выполнено в форме шара и прикреплено к верхнему концу винта, на котором между грузилом и неподвижным основанием коаксиально размещена пружина, а на поверхности гайки коаксиально прикреплено ведущее колесо зубчатой пары.
Благодаря наличию этих признаков применение поплавковой волновой электростанции позволяет повысить чувствительность преобразователя энергии при малых амплитудах морских волн и увеличить процент преобразования энергии морских волн в электрическую энергию.
Предлагаемая поплавковая волновая электростанция плавучего завода СПГ иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-5.
На фиг. 1 показан план поплавковой волновой электростанции плавучего завода СПГ.
На фиг. 2 - продольный разрез А-А поплавковой волновой электростанции плавучего завода СПГ.
На фиг. 3 - модуль-понтон.
На фиг. 4 - поперечный разрез Б-Б модуля-понтона.
На фиг. 5 - механической преобразователь энергии морских волн.
Поплавковая волновая электростанция плавучего завода СПГ содержит плавучий завод СПГ 1; модуль - понтон 2, который при помощи тросов 3 прикреплен к якорям 4 на дне 5 моря; продольные тросы 6; электрические кабели 7 и электрическую станцию 8, размещенную на плавучем заводе СПГ 1. Стрелкой показано направление распространения морской волны (фиг. 1). На фиг. 2 принято обозначение: h - амплитуда морской волны. Модуль-понтон 2 выполнен в форме цилиндрической водонепроницаемой оболочки 9 с верхней 10 и нижней 11 полусферами, в нижней полусфере 11 размещен узел 12 для крепления троса 3 якоря 4 и водонепроницаемый узел 13 для прохода электрического кабеля 7, на верхней полусфере 10 расположены узлы 14 для крепления промежуточных тросов 6. В полости модуля-понтона 2 размещено четыре механических преобразователя энергии морских волн (фиг. 3 и 4). Механический преобразователь энергии морских волн включает: вертикально расположенный цилиндрический корпус 15, грузило 16, пружину 17, винт 18, размещенный в вертикальной плоскости, с зафиксированным на нем грузилом 16, подшипники 19, размещенные в неподвижном основании 20, гайку 21, зубчатую пару 22, шестеренчатую обгонную муфту 23, переходник 24, шестеренчатую обгонную муфту 25, паразитную шестерню 26, шестеренчатую обгонную муфту 27, мультипликатор 28 и электрогенератор 29.
Работа поплавковой волновой электростанции плавучего завода СПГ осуществляется следующим образом.
Плавучий завод СПГ 1 (фиг. 1 и 2) размещают на морской акватории добычи газа и ориентируют (носом) навстречу направлению распространения морских волн. Модули-понтоны 2, соединены продольными тросами 6 и прикреплены при помощи тросов 3 к якорям 4, размещенным на дне 5 моря. Электроэнергия от модулей-понтонов 2 по электрическим кабелям 7 поступает на электрическую станцию 8, размещенную на плавучем заводе СПГ 1. Модуль-понтон 2 выполнен в форме цилиндрической водонепроницаемой оболочки 9 с верхней 10 и нижней 11 полусферой и имеет узел 12 для крепления троса 3, водонепроницаемый узел 13 для прохода электрического кабеля 7 и узел 14 для крепления промежуточных тросов 6 (фиг. 3). В полости модуля-понтона 2 (фиг. 3) размещено четыре вертикально расположенных цилиндрических корпуса 15 механического преобразователя энергии морских волн (фиг. 4).
Работа механического преобразователя энергии морских волн (фиг. 5) состоит из двух циклов: сжатия и растяжения пружины 17, которая обеспечивает эффект маятника. Исходное положение пружины 17 показано на фиг. 5. Конструктивно преобразователь энергии - маятник выполнен так, чтобы частота его собственных колебаний была примерно равна частоте колебаний модуля-понтона 2 в морской воде.
Цикл сжатия. При движении винта 18 с зафиксированным на нем грузилом 16 вниз сжимается пружина 17 и раскручивается гайка 21 по часовой стрелке. Вместе с гайкой 21 вращается ведущее колесо зубчатой пары 22, и далее вращение через вал ведомого колеса зубчатой пары 22 передается на шестеренчатую обгонную муфту 23, переходник 24, шестеренчатую обгонную муфту 25, мультипликатор 28, который увеличивает частоту вращения, и электрогенератор 29, вырабатывающий электрическую энергию.
Цикл растяжения. Пружина 17 разжимается, и винт 18 с грузилом 16 движутся вверх, гайка 21, установленная в неподвижном основании 20 с подшипниками 19, вращается против часовой стрелки. Вместе с гайкой 21 вращается ведущее колесо зубчатой пары 22 и далее вращение через вал ведомого колеса зубчатой пары 22 передается на шестеренчатую обгонную муфту 23. При этом переходник 24 работает вхолостую. Вращение передается через шестеренчатую обгонную муфту 23 на шестеренчатую обгонную муфту 27 и паразитную шестерню 26, которая в свою очередь передает вращение на шестеренчатую обгонную муфту 25 также в направлении вращения по часовой стрелке. Шестеренчатые обгонные муфты 23, 25 и 27 и переходник 24 обеспечивают вращение шестеренчатой обгонной муфты 25 в одну сторону независимо от положения грузила 16. Таким путем происходит беспрерывное преобразование волнения моря в электрическую энергию.
Предлагаемое изобретение является энергосберегающей системой, так как винт 18 плюс грузило 16 большой массы движутся возвратно -поступательно и вращают гайку 21 значительно меньшей массы. В этой системе есть выигрыш кинетической энергии морской волны, которая будет преобразована в электрическую энергию и этот механический преобразователь энергии - маятник более чувствителен при малых амплитудах h морских волн.
Применение поплавковой волновой электростанции плавучего завода СПГ позволяет упростить конструкцию механического преобразователя энергии морских волн - маятника, повысить его чувствительность при малых амплитудах морских волн и увеличить процент преобразования энергии морских волн в электрическую энергию.