УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗА СЧЕТ КОЛЕБАНИЙ ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
DEVICE FOR ELECTRIC POWER GENERATION DUE TO WATER SURFACE SLOSHING

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для производства экологически чистой электроэнергии путем преобразования энергии морских волн (в том числе приливов и отливов).
Известно устройство - поплавковая волновая электростанция (F03B 13/20, RU 2016227 от 15.07.1994 г.), содержащая плавучий корпус и механический преобразователь, кинематически связанный с электрогенератором, генерирующим электроэнергию в зависимости от колебаний водной среды.
Устройство вырабатывает электроэнергию, используя движение маятника, связанного с редуктором, выходной вал которого соединен с электрогенератором.
Недостатком поплавковой волновой электростанции является зависимость ее работы от состояния моря, невозможность использования в качестве приливной электростанции, нестабильность частоты вырабатываемой электроэнергии.
Задачей изобретения является создание устройства такой конструкции, которая позволит рациональным образом преобразовывать подводимую энергию волн, приливов в электроэнергию, причем изменения параметров подводимой энергии (амплитуда и частота следования волн, высоты подъема-опускания воды) в меньшей степени влияют на параметры получаемой электроэнергии. Создать возможность равномерного получения электроэнергии, используя накопитель потенциальной энергии, автоколебательный блок и анкерный механизм, не зависимо от наличия или отсутствия колебаний водной поверхности.
Технический результат достигается получением электроэнергии напрямую, т.е. вращением электрогенератора через различные виды зубчатых систем передачи, или применением накопителя потенциальной энергии за счет закручивания пружины во время активного колебания водной поверхности и раскручиванием ее при штиле, сглаживается так тазываемая мертвая зона в выработке электроэнергии.
Решение данной задачи достигается тем, что устройство получения электроэнергии за счет колебаний водной поверхности, содержащее механический преобразователь энергии волн, кинематически соединенный с электрогенератором, расположенные в плавучем корпусе, устройство снабжено накопителем потенциальной энергии, автоколебательным блоком с анкерным механизмом и зубчатыми системами передач, при этом механический преобразователь энергии волн соединен через одну зубчатую систему передач с накопителем потенциальной энергии, ограниченным шестеренками с закрепленной на нем закручивающейся пружиной, и через другую зубчатую систему передач соединенный с автоколебательным блоком с анкерным механизмом, передающим крутящий момент на ведущую шестеренку на валу электрогенератора.
Накопитель потенциальной энергии преобразует подводимую кинетическую энергию воды ненапрямую для приведения во вращательное (возвратно-поступательное) движение электрогенератора, а преобразуется в потенциальную энергию (поднятого груза, сжатых пружин) и накапливается, автоколебательный блок предназначен для экономичного расходования накопленной потенциальной энергии и поддержания постоянного уровня вращений электрогенератора, анкерный механизм является регулятором уровня вращения электрогенератора и расходования накопленной кинетической энергии.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен возможный вариант устройства получения электроэнергии за счет колебаний водной поверхности. Устройство, подобно часовому механизму, выполненное в плавучем корпусе, представляющее собой корпус, аналогичный корпусу корабля, который обладает положительной плавучестью (возможностью находится на поверхности воды при любых колебаниях водной среды) с учетом всех расположенных в нем механизмов (3, 4, 5, 6, 7) и содержит:
1 - груз;
2 - плавучий корпус;
3 - механический преобразователь энергии волн;
4 - накопитель потенциальной энергии;
5 - автоколебательный блок;
6 - электрогенератор;
7 - систему управления.
На фиг.2 изображен механический преобразователь энергии волн. Преобразователь энергии волн состоит из ведущей шестерни (8), расположенной за пределами плавучего корпуса, через которую пропущена цепь или трос, один конец которого мертво закреплен на дне водоема, а второй соединен с подвешенным грузом (1). Жестко закрепленный с ведущей шестерней вал, посредством которой осуществляется вращение его в разных направлениях, через сальник (9) соединен с зубчатой системой передачи механического преобразователя энергии волн, расположенный внутри плавучего корпуса (2).
На фиг.3 изображена зубчатая система передачи механического преобразователя. Зубчатая система передачи механического преобразователя энергии волн представляет собой набор шестеренок (10, 11, 12, 13, 14, 15, 17, 18) на валах, предназначенных для преобразования кинетической энергии воды во вращательное движение вала, соединенного с накопителем потенциальной энергии через шестерню (16).
Шестерни (10, 13) соединены с валом таким образом, что вращение в одну сторону выполняет работу, а вращение в другую - холостой ход.
На фиг.4 изображен накопитель потенциальной энергии. Накопитель потенциальной энергии представляет собой вал, ограниченный шестеренками (16, 19) с закрепленной на нем пружиной (20) (возможно использование пружин различных типов), закручивающейся посредством вращения вала от механического преобразователя энергии волн и раскручивающейся при отсутствии этого вращения.
На фиг.5 изображена зубчатая система передачи автоколебательного блока. Зубчатая система передачи автоколебательного блока состоит из шестеренок (21, 22, 23, 24, 27, 28), входящая в автоколебательный блок с анкерным механизмом и передает постоянный, односторонне направленный крутящий момент на ведущую шестеренку (29).
На фиг.6 изображен анкерный механизм. Анкерный механизм состоит из спусковой шестерни (26) с обратным наклоном зубьев и якореобразного маятника (25).
На фиг.7 изображены ведомые шестеренки. Ведомых шестеренок (30) может быть различное количество, вращающий момент поступает на валы электрогенераторов (31), которые вырабатывают электроэнергию, поступающую через систему управления (7) к потребителям.
Устройство получения электроэнергии за счет колебаний водной поверхности работает следующим образом: волнение моря, течение воды, ветер меняют положение плавучего корпуса относительно дна. Груз закреплен на дне водоема цепью или тросом, пропущенным через ведущую шестерню (8) механического преобразователя энергии волн (фиг.2). При изменении положения плавучего корпуса относительно дна, т.е. его подвсплытии или притоплении, происходит подъем и опускание груза, т.е. вращение ведущей шестерни в разных направлениях. Крутящий момент передается с ведущей шестерни (8) на жестко закрепленную на валу шестерню (11) (фиг.3). При этом вал проходит через сальник, аналогичный корабельному (9), для предотвращения поступления воды во внутрь плавучего корпуса.
Совершая вращательные движения в различных направлениях, шестеренка (11) попеременно вращает шестерни по часовой стрелке (10), против часовой стрелки (12, 13). Шестерни (10, 13) соединены с валом таким образом, что вращение в одну сторону выполняет работу, а вращение в другую - холостой ход. При вращении шестерни (11) по часовой стрелке вращающий момент через шестерню (10), вал и шестерню (17) передается на шестерни (14, 15), вращающиеся против часовой стрелки. В этот момент шестеренка (13) через шестерню (12) работает в холостом режиме и не воздействует на вал с шестерней (18). При изменении направления вращающего момента ведущей шестерни (8) против часовой стрелки происходит работа (12, 13) на шестерню (18) и соответственно (14, 15). Работа шестерни (10) происходит в холостом режиме. Отметим, что при любом изменении вращения ведущей шестерни (8) шестерни (14, 15) вращаются только в одном направлении. Под холостым ходом шестерен (10, 13) подразумеваем соединение, при котором при вращении происходит механическое расцепление шестерен с валом, восстанавливаемое при изменении направления движения на обратное - работа.
Далее, одностороннее направленный крутящий момент передается на шестерню (16) накопителя потенциальной энергии (фиг.4). Шестеренка (16) через вал, вращая шестерню (19), передающую крутящий момент далее на автоколебательный блок (фиг.5), одновременно закручивает пружину (20), закрепленную одним концом на валу, другим - на корпусе. Изменения положения корпуса поплавка относительно дна передают крутящий момент в накопитель потенциальной энергии в одном направлении. При отсутствии этого момента начинает раскручиваться пружина (20) в обратном направлении, создавая крутящий момент на шестерне (19). Шестеренка (16) имеет конструкцию, аналогичную шестеренкам (10, 13), и работает в холостом режиме.
После этого крутящий момент, имеющий различную направленность, поступает на зубчатую систему передачи, состоящую из шестеренок (21, 22, 23, 24, 27, 28), входящую в автоколебательный блок с анкерным механизмом (фиг.5).* Крутящий момент передается с жестко закрепленной на валу шестерни (19) в различных направлениях, в зависимости от приходящего крутящего момента. При вращении шестерни (19) по часовой стрелке вращающий момент через шестерню (21), вал и шестерню (28) передается на шестерни (27, 26), вращающиеся против часовой стрелки. В этот момент шестеренка (23) через шестерню (22) работает в холостом режиме и не воздействует на вал с шестерней (27). При изменении направления вращающего момента ведущей шестерни (19) против часовой стрелки происходит работа шестерен (22, 23) на шестерню (24) и соответственно (26, 27). Работа шестерни (21) происходит в холостом режиме. Отметим, что при любом изменении вращения ведущей шестерни (19) шестерни (24, 28) вращаются только в одном направлении. Шестеренка (26) является частью анкерного механизма (фиг.6), состоящего из спусковой шестерни (26) с обратным наклоном зубьев и якореобразного маятника (25), работающего следующим образом. На вал с жестко закрепленной спусковой шестерней (26), которая в этой системе выполняет функцию нелинейного регулятора, действует постоянный момент силы М. При вращении спусковой шестерни (26) ее зубцы сообщают кратковременные импульсы силы маятнику Р, благодаря которым его колебания не затухают. Кинематика механизма играет роль обратной связи в системе, синхронизируя вращение колеса с колебаниями маятника таким образом, что за полный период колебания колесо поворачивается на угол, соответствующий одному зубцу.
Рассчитанная частота колебаний маятников обеспечивает заданные характеристики и стабильность крутящего момента, поступающего на шестерню (29), соединенную с шестеренками (30) приводов электрогенераторов (фиг.7). Размеры шестерен (29) и (30) подбираются в зависимости от полученной мощности крутящего момента, количества и характеристик электрогенераторов (31).
Система управления (фиг.7) обеспечивает безопасность и управление механическими и электрическими устройствами, задействованными в процессе получения электроэнергии и передачи ее потребителям. Координирует работу устройства при различных условиях возмущающих воздействий на устройство получения электроэнергии за счет колебаний водной поверхности.