УСТАНОВКА ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ КАЧКИ ПЛАВАЮЩЕГО СУДНА
INSTALLATION FOR CONVERSION OF ROLL AND PITCH ENERGY OF GOING VESSEL

Изобретение относится к области нетрадиционных и возобновляющихся источников энергии, а именно волновой энергии и преобразования ее в другие виды, преимущественно в электрическую.
Известен патент «Судно, питаемое и движимое энергией качки своего корпуса» (патент RU №2365520 23.08.2006 г.), в котором предлагаются выдвижные элементы за бортом судна, которые за счет энергии качки совершают маховые колебания и генерируют электрическую энергию через специальную систему преобразований.
Однако известные технические решения значительным образом ухудшают мореходные качества судна за счет увеличения сопротивления при движении судов с выдвижными конструкциями.
Также известен «Способ преобразования энергии качки плавающего средства» (патент RU №2046994 от 27.10. 1985 г.), где снаружи бортов плавающего средства размещают цистерны, частично заполненные рабочей жидкостью и соединенные между собой парными водоводами с гидравлическими турбинами и устройствами, обеспечивающими поочередное протекание рабочей жидкости по водоводам при качке. При этом турбины устанавливают в конце водоводов у противоположных бортов. За счет перетекания жидкости из одной цистерны в другую лопасти генератора приводятся во вращение, в результате чего электрический генератор вырабатывает электроэнергию.
В данном изобретении для размещения цистерн по бортам судна и соединения их общими водоводами требуются конструктивные изменения планировки судна, что влечет за собой ухудшение ряда качеств судна, а изменение планировки судна требует немалых экономических затрат.
Известно также изобретение (патент RU №2472669, «Судно, использующее энергию качки корпуса» 31.08.2011 г.). В данном изобретении на специально изготовленную станину крепится расположенное на позиционирующих роликах рабочее тело, которое может свободно совершать возвратно-поступательные движения. На самом рабочем теле на общих осях роликов устанавливают тормозной механизм, механизм для регулирования положения рабочего тела и механизм для преобразования энергии. За счет возвратно-поступательных движений рабочего тела по станине механизм для преобразования энергии, расположенный на общей оси одной пары роликов, генерирует электроэнергию.
Недостатком данного изобретения является то, что расположение механизма преобразования энергии на самом рабочем теле затрудняет передачу его на неподвижную часть всей установки, так как рабочее тело находится в постоянном возвратно-поступательном движении. Изготовление станины с пазами для рабочего тела требует специального оборудования.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение и упрощение ряда технических характеристик для преобразования энергии, а именно упрощение конструкции установки, т.е. уменьшение затрат на изготовление, т.к. не требуется времени для сборки деталей, на изготовление которых требуется специальное оборудование.
Технический результат достигается упрощением конструкции установки и механизма для преобразования возвратно-поступательного движения с определенным количеством рабочей жидкость внутри, а именно выводом возвратно-поступательной энергии на общий вал, который расположен вне установки.
Сущность данного изобретения в том, что установка для преобразования качки плавающего судна содержит корпус из антикоррозийного материала, по бокам которого параллельно расположены трещоточные механизмы, один конец которых расположен в задней части установки, другой в передней части и прикреплен к валу цилиндрической формы, при этом оба конца соединены между собой цепью, прикрепленной к боковым выводам цистерны прямоугольной формы, расположенной внутри установки, на верху цистерны расположены передняя и задняя ручки, а сама цистерна установлена колесами на рельсах, прикрепленных ко дну установки, а между рельсами в передней и задней части установки расположены пружинно-тормозные системы, состоящие из пятки и пружины, а на верхней части установки с внутренней стороны с обоих сторон расположены захватывающие механизмы, состоящие из карабина, замка и пружины.
Установка представлена на Фиг.1, где:
1. Корпус
2. Цистерна
3. Колеса
4. Рельсы
5. Передняя пружинно-тормозная система,
Задняя пружинно-тормозная система
6. Правая боковая направляющая корпуса,
Левая боковая направляющая корпуса
7. Правая боковая направляющая цистерны,
Левая боковая направляющая цистерны
8. Правые трещоточные механизмы,
Левые трещоточные механизмы
9. Правая цепь,
Левая цепь
10. Вал
11. Дно установки
12.  Задняя боковая часть установки,
Передняя боковая часть установки
13. Правая продольная боковая часть,
Левая продольная боковая часть
14. Крепежные элементы
15. Задний крепежный щит,
Передний крепежный щит
16. Правый боковой вывод,
Левый боковой вывод
17. Опорные балки вала
18. Передний захватывающий механизм,
Задний захватывающий механизм
19. Передняя ручка цистерны,
Задняя ручка цистерны.
На Фиг.2 дан вид вертикального разреза установки:
1. Корпус
3. Колеса
4. Рельсы
5. Задняя пружинно-тормозная система
6. Правая боковая направляющая корпуса,
Левая боковая направляющая корпуса
7. Правая боковая направляющая цистерны,
Левая боковая направляющая цистерны
8. Правые трещоточные механизмы,
Левые трещоточные механизмы
16. Правый боковой вывод,
Левый боковой вывод
19. Передняя ручка цистерны,
Задняя ручка цистерны
20. Рабочая жидкость.
На Фиг.3 дан вид крепления установок и генератора на судне:
10. Вал
21. Установки
22. Генератор
23. Судно.
На Фиг.4 дан вид конструкции пружинно-тормозной системы:
24. Пятка
25. Пружина.
На Фиг.5 дан вид горизонтального разреза установки:
2. Цистерна
4. Рельсы
5. Передняя пружинно-тормозная система,
Задняя пружинно-тормозная система
8. Правые трещоточные механизмы,
Левые трещоточные механизмы
9. Правая цепь,
Левая цепь
10. Вал
12. Задняя боковая часть установки,
Передняя боковая часть установки
13. Правая продольная боковая часть,
Левая продольная боковая часть
14. Крепежные элементы
15. Задний крепежный щит,
Передний крепежный щит
16. Правый боковой вывод,
Левый боковой вывод
24. Пятка
25. Пружина.
Таким образом, установка для преобразования энергии качки, включающая корпус (1), выполнена из прочного металлического материала устойчивой к коррозии. На корпусе (1) установки (21) по бокам параллельно друг другу расположены две пары трещоточных механизмов(Фиг.1, Фиг.5). Одна пара трещоточных механизмов (8) на одном боку установки расположена таким образом, что один конец этой пары расположен в задней части установки (21), а другой конец в передней части на валу (10) и оба конца соединены между собой правой цепью (9) (Фиг.5). Вторая пара трещоточных механизмов (8) с левой цепью (9) устроена аналогичным образом. Вал (10) представляет собой металлический цилиндр, выполненный из устойчивого к коррозии материала, установленный на опорных балках вала (17) (Фиг.1). Вал расположен в передней части установки (12) (Фиг.5). Цепи (9) с обеих сторон установки (21) прикреплены к боковым выводам (16), боковые выводы (16) крепятся к расположенной внутри установки (21) цистерне (2) (Фиг.5). Цистерна (2) представляет собой резервуар прямоугольной формы для размещения в ней рабочей жидкости (19), который выполнен из нержавеющего материала(Фиг.5). На верху цистерны (2) расположены передняя ручка цистерны и задняя ручка цистерны (19) (Фиг.1). Цистерна (2) расположена на рельсах (4), которые прикреплены ко дну установки (11) (Фиг.1). Между цистерной (2) и рельсами (4) находятся колеса (3) (Фиг.1). Между рельсами (4) на дне установки (11) расположены пружинно-тормозные системы, одна пружинно-тормозная система (5) расположена в передней части установки, а другая пружинно-тормозная система (5) в задней (Фиг.1, Фиг.5). Пружинно-тормозная система состоит из пятки (24) и прикрепленной к ней пружины (25) (см. Фиг. 4). На верхней части установки с внутренней стороны противоположно друг другу расположены передний захватывающий механизм и задний захватывающий механизм (18) (Фиг.1). Захватывающий механизм представляет собой конструкцию карабина, где имеется подвижная часть - замок, который фиксируется к основной конструкции штифтом. Чтобы замок автоматически защелкивался, в конструкции захватывающего механизма используется пружина. Корпус (1) установки закреплен к судну (23) с помощью переднего крепежного щита и заднего крепежного щита (15) крепежными элементами (14). Крепежные щиты выполнены из материала устойчивой к коррозии и представляют собой металлические щиты большого диаметра, прикрепленные к корпусу установки (21). В крепежных щитах имеются сверления для крепежных элементов(14) (Фиг.5). Крепежные элементы (14) выполнены из того же материала, что и крепежные щиты, в качестве крепежных элементов (14) могут быть использованы болты большого диаметра.
Установка для преобразования энергии качки судна (23) работает следующим образом (Фиг.3). При возникновении на судне угла крена на правый борт возникает первый полупериод качки, который длится несколько секунд. Расположенная внутри установки цистерна (2) с рабочей жидкостью (20) под действием сил земного притяжения начинает перемещаться по рельсам (4) в сторону правого борта в переднюю боковую часть (12) установки (Фиг.1). При перемещении цистерны (2) с рабочей жидкостью (20) перемещаются закрепленные к бокам цистерны (2) правый боковой вывод и левый боковой вывод (16) (Фиг.1, Фиг.5). При перемещении правого бокового вывода и левого бокового вывода (16) приводятся в движение прикрепленные к правому боковому выводу (16) цепь и прикрепленная к левому боковому выводу (16) цепь (9) (Фиг.5). При перемещении цепей (9) приводятся во вращательное движение правые трещоточные механизмы и левые трещоточные механизмы (8) (Фит.1, Фиг.5). Правые трещоточные механизмы и левые трещоточные механизмы (8) установки устроены таким образом, что при возникновении крена угла на правый борт и перемещении цистерны (2) в переднюю боковую часть (12) приводимые в движение через цепь (9), правые трещоточные механизмы (8), один из которых расположен на общем валу (10), а другой в противоположной части установки на корпусе (1) начинают вращать вал (10) (Фиг.1, Фиг.5). В этот полупериод, когда цистерна (2) катится к правому борту, правые трещоточные механизмы (8) установлены и расположены таким образом, что работают на вращение вала (10), а левые трещоточные механизмы (8) установлены и расположены таким образом, что работают прокручиваясь и не вращают вал (10), и могут работать, вращая вал (10), только при движении цистерны (2) на левый борт соответственно во втором полупериоде качки судна. При возникновении крена угла на левый борт цистерна (2) с рабочей жидкостью (20) начинает катиться на левый борт. В данный полупериод в работу вступают левые трещоточные механизмы (8), один из которых расположен на валу (10), вращая вал (10), а другой в противоположной части установки на корпусе (1) (Фиг.1, Фиг.5). Правые трещоточные механизмы (8) работают прокручиваясь и не вращают вал (10). Правые и левые трещоточные механизмы расположены симметрично (Фиг.5). Вся система трещоточных механизмов устроена и работает, соответствуя очередности полупериода качки, причем трещоточные механизмы имеют такое расположение, которое позволяет валу (10) вращаться в одном направлении независимо от направления перемещения цистерны (2). Вал (10) скреплен с ротором электрического генератора (22) (Фиг.3). Вращение общего вала (10) от установок (21) предается на электрический генератор (22), где преобразовывается в электроэнергию (Фиг.3).
Изобретение может быть использовано в качестве источника электрической энергии на плавающих средствах. Установки с генератором монтируются на судно (Фиг.3). На таблице 1 отмечена мощность, которую может выдавать одна установка в зависимости от массы рабочего тела, в нашем случае - это цистерна, от длины самой установки, что определят время, в течение которого рабочее тело может выдавать энергию в течение полупериода качки и угла отклонения судна при бортовой качке.
Для предотвращения не желательных и не предусмотренных ударов цистерны (2) о переднюю боковую часть и заднюю боковую часть установки (12) предусмотрены передняя пружинно-тормозная система и задняя пружинно-тормозная система (5) (Фиг.1, Фиг.5). Пружинно-тормозные системы работают следующим образом: в первый полупериод качки при возникновении угла крена судна на правый борт цистерна (2) катится в переднюю часть установки (12), при движении цистерна (2) развивает некоторую скорость и обладает достаточно большой энергий. На дне установки крепятся пружинно-тормозные системы (5) (Фиг.1, Фиг.5). Передняя пружинно-тормозная система (5) останавливает и приводит скорость движения цистерны (2) практически до нуля при движении цистерны в сторону правого борта. Задняя пружинно-тормозная система (5) останавливает и приводит скорость движения цистерны до полной остановки при движении цистерны в сторону левого борта. Нежелательные удары цистерны (2) о переднюю и заднюю части установки (12) могут привести к поломке установки и вывести ее из рабочего состояния, а предусмотренная пружинно-тормозная система позволит предотвратить нежелательные и опасные удары.
Захватывающий механизм предусмотрен для случая возникновения штормовой погоды и позволяет захватывать и фиксировать цистерну (2) установки на время штормовой погоды. При возникновении штормовой погоды судно испытывает большую нагрузку, возникает большой угол крена на борт судна и возникает опасность опрокидывания судна на борт, цистерна (2),находящаяся внутри установки, развивает огромную скорость и обладает огромной энергией, способной вывести из строя пружинно-тормозные системы (5), и могут стать причиной поломки установки, т.е. представляют огромную опасность (Фиг.5). Передний захватывающий механизм и задний захватывающий механизм (18) установлены вверху передней боковой и задней боковой части установки (Фиг.1). Передний захватывающий механизм и задний захватывающий механизм (18) срабатывают при превышении допустимого угла крена бортов и захватывают цистерну (2) с рабочей жидкостью за переднюю ручку и заднюю ручку (19), закрепленные вверху самой цистерны (Фиг.1). Захват происходит в зависимости от расположения цистерны (2) в правой или левой части установки в момент возникновения штормовой погоды, срабатывает и захватывает именно один из тех механизмов, к которой при качке покатилась цистерна.
Одним из основных преимуществ данной установки перед аналогами является простота в монтаже установки на суднах и демонтаже при необходимости. Имеет относительно небольшие размеры и прост в эксплуатации. В сравнении с аналогом для изготовления данной установки не требуется изготовление не стандартных деталей, что представляет экономические расходы. В аналоге рабочее тело размещалось на станине, для получения большего количества электроэнергии конструкцию придется увеличить, а для изготовления станины больших размеров требуются не малые расходы. Простота конструкции предлагаемой установки позволяет собирать установку из существующих деталей, что, конечно же, упрощает реализацию данных установок на плавающих суднах.
Еще одним преимуществом данной установки перед аналогом является пружинно-тормозная система, которая расположена на дне корпуса установки и позволяет тормозить цистерну с рабочей жидкостью внутри непосредственно перед возникновением удара цистерны о стенку. Такая система позволит полноценно получать всю вырабатываемую энергию рабочего тела и останавливать его перед соударением об боковые стенки корпуса установки. В аналоговом варианте предыдущего патента предлагалось устанавливать тормозную систему на осях роликов самого рабочего тела, которая способствовала бы равномерному перемещению рабочего тела по станине, такая система уменьшала бы вырабатываемую энергию за счет торможение рабочего тела и приводя его в равномерное движение.