Стационарный преобразователь энергии морских волн
STATIONARY SEA WAVE ENERGY CONVERTER

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования энергии морских волн в электроэнергию.
Из уровня техники известен Гироскопический преобразователь энергии морских волн (патент РФ №2626312, МПК G01C 19/06, опубл. 25.07.2017 г.), который представляет собой герметичный поплавок, содержащий внутреннюю платформу, к которой с нижней стороны прикреплены гироскопические модули - преобразователи, которые под воздействием качки (угловых перемещений поплавка) на морских волнах вырабатывают электроэнергию.
Недостатком этого устройства является использование только части энергии морских волн, а именно, только энергию качания поплавка на волнах.
Известно стационарное поплавковое устройство компании Wave Star Energy (Дания) (http://wavestarenergy.com/), которое представляет надводную стационарную платформу, закрепленную на морском дне. На платформе закреплены осевые шарниры с качающимися на них горизонтальными штангами. С одного конца штанг закреплены поплавки, плавающие на поверхности моря, а на другом конце - гидронасосы, находящиеся на платформе. Под воздействием морских волн поплавки поднимаясь и опускаясь, качают штангу и приводят в действие гидронасосы, которые посредством гидросистемы приводят в действие электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию.
Недостатком этого устройства является использование только части энергии морских волн а именно, только кинетической энергии подъема и опускания поплавков на волнах.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет более полного использования энергии морских волн.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности преобразования энергии морских волн в электроэнергию, благодаря использованию как энергии угловых перемещений плавающего тела на профиле волны, так и кинетической энергии подъема и опускания плавающего тела при прохождении волны.
Технический результат достигается стационарным преобразователем энергии морских волн, содержащим надводную платформу, закрепленную с помощью свай на морском дне, на которой посредством центрального шарнирного узла закреплен рычажный параллелограммный механизм, на одном плече которого, находящегося над поверхностью воды, посредством левого шарнирного узла прикреплен вертикальный шток с закрепленном на нем поплавком, а на другом плече посредством правого шарнирного узла прикреплен горизонтальный шток, связанный с ротором линейного электрогенератора, закрепленного на платформе, причем поплавок состоит из герметично соединенных между собой верхней и нижней обечаек, а внутри поплавка расположена опорная горизонтальная площадка, жестко соединенная с проходящим через отверстие в верхней обечайке и через ее центр вертикальным штоком, к нижней поверхности опорной горизонтальной площадки соосно вертикальному штоку закреплен статор сферического электрогенератора, выполненный из ферромагнитного материала в виде кольцевого сферического сегмента с заданным радиусом внутренней поверхности, на которой перпендикулярно ей установлены равномерно стержневые полюсные сердечники с размещенными на них электрообмотками, а на нижнем конце вертикального штока закреплен шарнир равных угловых скоростей, к выходному штоку которого закреплен тарельчатый ротор с ободом, выполненным в виде кольцевого магнита с тангенциальной намагниченностью, а нижний конец выходного штока прикреплен к центру днища нижней обечайки поплавка, при этом центр качания шарнира равных угловых скоростей, центр обода тарельчатого ротора и центр внутренней сферической поверхности статора совпадают, а между внешней поверхностью обода тарельчатого ротора и внутренней сферической поверхностью статора, образованной стержневыми полюсными сердечниками, предусмотрен заданный зазор.
Сущность изобретения поясняется чертежами: фиг. 1 - общий вид стационарного преобразователя энергии морских волн, Фиг. 2 - устройство поплавка стационарного преобразователя энергии морских волн.
Стационарный преобразователь энергии морских волн (фиг. 1) содержит надводную платформу 1, закрепленную посредством опор 2 на морском дне. На поверхности платформы закреплен центральный шарнирный узел 3 рычажного параллелограммного механизма. На концах коромысел 4 и 5 рычажного параллелограммного механизма закреплены левый и правый оконечные шарнирные узлы, соответственно, 6 и 7. К левому шарнирному узлу 6 прикреплен вертикальный шток 8 с закрепленным на нем поплавком 9. К правому шарнирному узлу 7 прикреплен горизонтальный шток 10, приводящий в возвратно - поступательное движение ротор линейного электрогенератора 11, закрепленного на платформе 1.
Поплавок 9 содержит (фиг. 2) верхнюю 12 и нижнюю 13 обечайки, которые герметично соединены между собой. Внутри поплавка расположена опорная горизонтальная площадка 14, жестко соединенная с проходящим через отверстие в верхней обечайке вертикальным штоком 8, который соединен с верхней обечайкой 12 поплавка гибким герметизирующим чехлом 15. Диаметр отверстия верхней обечайки позволяет качаться поплавку 9 относительно вертикального штока 8.
К нижней поверхности опорной горизонтальной площадки 14 соосно вертикальному штоку 8 закреплен статор 16 сферического электрогенератора. На нижнем конце вертикального штока 8 закреплен шарнир равных угловых скоростей - ШРУС 17, к выходному штоку 18 которого соосно ему закреплен тарельчатый ротор 19 с ободом 20, выполненным в виде кольцевого магнита с тангенциальной намагниченностью. Центр качания ШРУС, центр обода тарельчатого ротора и центр внутренней сферической поверхности статора совпадают. На внутренней сферической поверхности статора 16 перпендикулярно к ней равномерно установлены стержневые полюсные сердечники 21 с размещенными на них электрообмотками 22. Нижний конец выходного штока 18 прикреплен к центру днища нижней обечайки 13 поплавка 9. Устройство работает следующим образом.
При начале волнения водной поверхности поплавок 9, находящийся в полупогруженном состоянии на поверхности воды, начнет совершать периодические колебательные движения вверх и вниз согласно приходящим волнам. Эти движения через вертикальный шток 8 приведут к вертикальному периодическому качанию рычажного параллелограммного механизма в центральном шарнирном узле 3, закрепленном на надводной платформе 1. Вследствие этого горизонтальный шток 10, закрепленный на правом шарнирном узле 7, также начнет совершать периодические колебательные движения в вертикальной плоскости и приведет в действие линейный электрогенератор 11, закрепленный на надводной платформе 1, что вызовет ЭДС. В то же время поплавок 9, закрепленный на выходном штоке 18 ШРУС 17 будет совершать угловые перемещения, согласно изменению профиля волн, относительно центра качания ШРУС 17. Вследствие этого ротор 19 будет совершать угловые перемещения внутри статора сферического генератора, что вызовет выработку ЭДС. Вертикальный шток 8, закрепленный в левом шарнирном узле 6, при вертикальном качании коромысел 4 и 5 рычажного параллелограммного механизма будет сохранять вертикальное положение относительно надводной платформы 1. ЭДС, выработанная линейным электрогенератором 11 и сферическим электрогенератором поплавка 9, может быть направлена потребителю.
Полная энергия морской волны состоит из суммы кинетической энергии подъема и опускания условного водоизмещающего тела и энергии угловых перемещений условного водоизмещающего тела. Причем и та и другая энергии равны по величине. Следовательно, предлагаемое устройство, суммируя оба вида энергии, составляющие полную энергию морской волны, позволяет вырабатывать на 100% больше электроэнергии.
Таким образом, заявленное изобретение повышает эффективность преобразования энергии морских волн в электроэнергию благодаря использованию как энергии угловых перемещений плавающего тела на профиле волны, так и кинетической энергии подъема и опускания плавающего тела при прохождении волны.