Морской буй с инерционно-поршневой волновой энергетической установкой

Полезная модель относится к плавучим средствам навигационного оборудования, предназначенным для ограждения фарватеров и отдельных навигационных опасностей на судоходных акваториях, а также к волновым энергетическим установкам, преобразующим энергию движения морских волн в электрическую энергию.
Известна инерционно-поршневая энергетическая установка (патент РФ № 2388933) содержащая емкостный молекулярный накопитель энергии на основе двойнослойного конденсатора, подзарядное устройство данного накопителя, содержащее генератор постоянного тока с реле-регулятором его напряжения. Ротор генератора жестко соединен с лопастным колесом турбины Уэллса. Механизмом вращения лопастного колеса является воздушная емкость цилиндрической формы. Внутри емкости расположен инерционный поршень, прикрепленный сверху и снизу к внутреннему корпусу емкости с помощью пружинных амортизаторов. В нижней и верхней частях емкости выполнены отверстия, к которым жестко прикреплены воздуховодные трубки, расположение которых обеспечивает движение воздушного потока к лопаткам колеса турбины.
Недостатком данной волновой энергетической установки является низкая производительность, обусловленная потерями энергии на трение поршня о стенки воздушной емкости, а также упругую деформацию пружин.
Задачей полезной модели является повышение производительности энергетической установки.
Техническим результатом использования предлагаемого устройства является снижение потерь энергии при относительном перемещении движущихся рабочих элементов энергоустановки.
Технический результат достигается морским буем с инерционно-поршневой волновой энергетической установкой (далее - морской буй), содержащим емкостный накопитель энергии на основе двойнослойного конденсатора, подзарядное устройство данного накопителя, содержащее генератор постоянного тока с реле-регулятором его напряжения. Ротор генератора жестко соединен с лопастным колесом турбины Уэллса. Механизмом вращения лопастного колеса является воздушная емкость, выполненная в виде сектора тора, внутри которой с небольшим зазором с возможностью качения свободно расположен шар, выполняющий функцию инерционного поршня. В верхних частях воздушной емкости  выполнены отверстия, к которым жестко прикреплены воздуховодные трубки, верхние концы которых расположены по обе стороны от лопастного колеса турбины Уэллса. Энергетическая установка установлена внутри герметичного корпуса-поплавка, в нижней части которого снаружи жестко установлен рым с прикрепленной к нему якорной цепью, удерживающей морской буй на заданном месте. В верхней части герметичного корпуса-поплавка установлена светооптическая аппаратура, подключенная к емкостному накопителю энергии. Для предотвращения ударов шара  о стенки герметичного корпуса-поплавка при большой волне по обеим сторонам внутри воздушной емкости установлены пружины.
На фиг. 1 изображен морской буй при отсутствии волны (нейтральное положение). На фиг. 2 изображен морской буй при набегании волны (режим вырабатывания электроэнергии).
Морской буй с инерционно-поршневой волновой энергетической установкой, содержит емкостный накопитель энергии 1 на основе двойнослойного конденсатора, подзарядное устройство данного накопителя, содержащее генератор постоянного тока 2 с реле-регулятором его напряжения 3. Ротор генератора 2 жестко соединен с лопастным колесом 4 турбины Уэллса. Механизмом вращения лопастного колеса 4 является воздушная емкость 5, выполненная в виде сектора тора, внутри которой с небольшим зазором с возможностью качения свободно расположен шар 6, выполняющий функцию инерционного поршня. В верхних частях воздушной емкости 5 выполнены отверстия, к которым жестко прикреплены воздуховодные трубки 7, верхние концы которых расположены по обе стороны от лопастного колеса 4 турбины Уэллса. Энергетическая установка установлена внутри герметичного корпуса-поплавка 8, в нижней части которого снаружи жестко установлен рым 9, с прикрепленной к нему якорной цепью 10, удерживающей морской буй на заданном месте. В верхней части герметичного корпуса-поплавка 8 установлена светооптическая аппаратура 11, подключенная к емкостному накопителю энергии 1. Для предотвращения ударов шара 6 о стенки герметичного корпуса-поплавка 1 при большой волне по обеим сторонам внутри воздушной емкости 5 установлены пружины 12.
Морской буй работает следующим образом.
При отсутствии волны (фиг. 1) морской буй находится в нейтральном положении: герметичный корпус-поплавок 8 неподвижен, шар 6 под действием силы тяжести находится в нижнем положении, лопастное колесо 4 также неподвижно.
При набегании волны (фиг. 2) она поднимает одну сторону герметичного корпуса-поплавка 8, поворачивая его относительно вертикали на некоторый угол. Под действием силы тяжести шар 6 стремится сохранить вертикальное положение и перекатывается по воздушной емкости 5, сжимая воздух и направляя его по одной из воздуховодных трубок 7 вверх к лопастному колесу 4 турбины Уэллса. Направленный поток воздуха из воздуховодной трубки 7 раскручивает лопастное колесо 4 турбины Уэллса.
При сбегании волны герметичный корпус-поплавок 1 поворачивается в другую сторону, заставляя шар 6 перекатываться внутри воздушной емкости 5 в противоположном направлении и направляя воздух по другой воздуховодной трубке 7 к лопастному колесу 4 турбины Уэллса с противоположной стороны.
Периодическое перекатывание шара 6 внутри воздушной емкости 5 создает воздушные потоки, действующие из воздуховодных трубок 7 на лопастное колесо 4 турбины Уэллса и обеспечивающие его вращение вместе с ротором генератора 2. После того как генератор постоянного тока 2 разовьет напряжение, большее, чем внутреннее напряжение накопителя энергии 1, начинается 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 светооптической аппаратуры 11 морского буя.
При отсутствии волнения и, как следствие, прекращении работы подзарядного устройства электропитание светооптической аппаратуры 11 морского буя осуществляется непосредственно от накопителя энергии 1.
Таким образом, применение в конструкции инерционно-поршневой волновой энергетической установки шара 6, свободно перемещающегося  внутри воздушной емкости 5 с минимальными потерями на трение, позволяет увеличить производительность энергоустановки и обеспечить устойчивую работу светооптической аппаратуры 11 морского буя.