ПОПЛАВКОВЫЙ ВОЛНОВОЙ ГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к генераторам электрической энергии, использующим энергию волн открытых водоемов, а именно к генераторам электрической энергии, в которых используется перемещение элемента, приводимого в действие энергией волны, относительно другого элемента, причем оба элемента подвижны относительно дна водоема.
Известен поплавковый волновой генератор, содержащий жесткий корпус, внутри которого неподвижно закреплены по меньшей мере две или более обмоточные катушки, расположенные под углом 45°, в каждой из которых подвижно установлен закрепленный на поплавке магнитный брусок-сердечник с возможностью возвратно-поступательного перемещения по направляющей под воздействием кинетической энергии волн [патент DE 3723002, опубл. 19.01.1989].
Также, известен буйковый волновой генератор, содержащий магнитный сердечник, прикрепленный к нижней поверхности буя с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения на волне. На магнитном сердечнике скользяще-подвижно установлена обмоточная катушка, перемещение которой по магнитному сердечнику ограничено, а сама катушка удерживает фиксированное положение под водой, посредством установленных вокруг нее плоских горизонтальных панелей, увеличивающих сопротивление воды при возвратно-поступательном перемещении сердечника [патент US 2004061338, опубл. 01.04.2004].
В качестве прототипа принята поплавковая волновая электростанция, содержащая вертикально расположенный герметичный плавучий цилиндрический корпус, размещенный в нем преобразователь энергии, выполненный в виде линейного электрогенератора, обмотки которого закреплены на внутренней стенке корпуса, а сердечник выполнен в виде инерционной массы с постоянными магнитами, объединенными в кольцевые секции и установленными внутри обмоток с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения посредством упругих элементов [патент RU 2037642, опубл. 19.06.1995].
Главным недостатком известных электрогенераторов является их сложность, что, в свою очередь, также определяет их низкую надежность.
Решаемая техническая задача - упрощение конструкции и повышение надежности работы поплавкового волнового генератора.
Указанная техническая задача решается предлагаемым поплавковым волновым генератором, содержащим корпус с прямолинейным вертикальным каналом,
выполненным плавучим; обмотку статора, выполненную на внутренней стенке вертикального канала; сердечник с постоянным магнитом, размещенный внутри вертикального канала с возможностью вертикального возвратно-поступательного движения относительно обмотки статора. Новым является то, что когда верхняя часть корпуса выступает над поверхностью водоема, то нижний конец вертикального канала сообщается с водой водоема, а верхний конец вертикального канала сообщается с атмосферой, при этом сердечник выполнен плавучим, а инертность сердечника отличается от инертности корпуса так, что при наличии волн на поверхности водоема сердечник и корпус приобретают различные ускорения вдоль вертикальной оси. Положение центра тяжести корпуса может быть выбрано таким образом, чтобы вертикальный канал не смещался от вертикали при наличии волн на поверхности водоема, а положение центра тяжести сердечника может быть выбрано таким образом, чтобы вертикальная ось сердечника не смещалась от вертикали при наличии волн на поверхности водоема. Во избежание перекоса и заклинивания при волновых колебаниях, лучше, если высота сердечника будет выбрана больше его поперечного размера. Вертикальный канал и сердечник могут иметь круглое поперечное сечение в горизонтальной плоскости. Для создания упругих колебательных движений лучше, если сердечник будет подпружинен в вертикальном направлении. Сердечник может быть размещен внутри вертикального канала с использованием вертикальных направляющих, исключающих поворот сердечника вокруг вертикальной оси, при этом лучше, если сердечник будет размещен внутри вертикального канала с зазором. У верхнего конца и/или нижнего конца вертикального канала может быть установлен ограничитель, выполненный с возможностью исключения выхода сердечника за пределы вертикального канала с того конца, у которого установлен ограничитель. Лучше, если ограничитель выполнен в виде решетки, закрывающей конец вертикального канала, но пропускающей водный напор волны. В корпусе может быть выполнено два или более вертикальных канала, каждый из которых может содержать размещенный в нем сердечник и обмотку статора.
Предлагаемая полезная модель поясняется графическими материалами.
На фиг.1 показан продольный разрез поплавкового волнового генератора с одним вертикальным каналом и сердечником с постоянными магнитами, на фиг.2 показан продольный разрез поплавкового волнового генератора с одним вертикальным каналом, сердечником с балластом и пружинной подвеской, на фиг.3 показан вид сверху поплавкового волнового генератора с одним каналом без направляющих, на фиг.4 показан вид сверху поплавкового волнового генератора с одним каналом с направляющими, на фиг.5 показан продольный разрез поплавкового волнового генератора с двумя каналами, на фиг.6 показан вид сверху поплавкового волнового генератора с двумя каналами, на фиг.7 показан
вид сверху поплавкового волнового генератора с четырьмя каналами, на фиг.8 показаны схемы, иллюстрирующие варианты установки и крепления поплавкового волнового генератора.
Предлагаемая полезная модель поясняется трем примерами конкретного выполнения поплавкового волнового генератора, оборудованного одним, двумя и четырьмя корпусами преобразователей энергии соответственно.
В первом примере поплавковый волновой генератор содержит пенопластовый поплавок 1, защищенный слоем эпоксидной смолы на капроновой сетке с ячейкой 10×10 мм. В поплавке 1 закреплен верх пластикового корпуса цилиндрического канала 2, который находится в вертикальном положении. Нижняя и верхняя части цилиндрического канала 2 выполнены открытыми, при этом нижняя часть канала 2 находится под поверхностью воды и открыта в водоем, а верхняя часть расположена в уровне верха плавающего на поверхности воды поплавка 1 и открыта в атмосферу. На внутренней стороне корпуса канала 2 закреплена обмотка 3, выполненная из медной проволоки ⌀3 мм и защищенная слоем эпоксидной смолы. Внутри обмотки 3 расположен с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения плавучий сердечник 4, выполненный из листовой стали δ=4 мм в виде герметичной призмы с основанием в виде окружности. На боковой поверхности сердечника 4 прикреплены постоянные магниты 5, которые имеют размеры 0,12 м × 0,08 м. Магниты 5 установлены по периметру сердечника 4 с шагом 0,1 м, а по высоте с шагом 0,06 м, что позволяет создать необходимое суммарное магнитное поле. При высоте корпуса цилиндрического канала 2, равной 1,3 м, высота сердечника 4 составляет 0,7, при этом диаметр сердечника 4 составляет 0,6 м, что исключает его перекос и заклинивание в обмотке 3 при волновом вертикально-поступательном перемещении. При наличии балласта 6 во внутренней нижней части сердечника 4 и пружинной подвески 7 на наружной верхней части, масса сердечника 4 будет больше массы генератора, поэтому колебательные движения на волне будет совершать корпус генератора. При отсутствии балласта 6 и пружинной подвески 7, масса сердечника 4 будет меньше массы корпуса генератора, и колебательные движения под напором волн будет совершать сердечник 4. Сердечник 4 установлен в обмотке 3 на двух латунных направляющих 8, которые прикреплены к корпусу цилиндрического канала 2 поверх обмотки 3. Направляющие 8 позволяют обеспечить между сердечником 4 и обмоткой 3 минимальный зазор, необходимый для скользящего вертикально-поступательного перемещения сердечника 4 в обмотке 3 под напором волны. Сверху и снизу сердечника 4 установлены резиновые амортизаторы 9, а сверху и снизу корпуса цилиндрического канала 2 установлены ограничители 10 перемещения сердечника 4, выполненные в виде стальных решеток, жестко
прикрепленных к краям корпуса цилиндрического канала 2 и свободно пропускающих сквозь себя волновую струю. Поплавок 1 в плане выполнен в форме квадрата со скругленными углами, что позволяет смягчить силу удара волны о корпус генератора. Его размеры составляют 1,4 м × 1,4 м, а высота, определенная экспериментальным путем, составляет 0,3 м, что делает его подвижным и одновременно устойчивым на волне. На верхней и нижней ограничительных решетках 10 выполнены рымы 11 для гибкой установки и крепления поплавкового волнового генератора при помощи троса 12 ко дну или шарнирной установки и крепления генератора при помощи жестких траверс 13 к борту судна или пирса. Обмотка 3 с сердечником 4 расположена симметрично относительно осей поплавка 1, что позволяет улавливать со всех сторон разные фазы волновых колебаний. Центр тяжести генератора расположен под водой, где-то в уровне нижней части цилиндрического канала 2, что обеспечивает устойчивость генератора на волне.
Во втором случае пример конкретного выполнения аналогичен первому, за исключением того, что волновой генератор содержит поплавок 1, на котором установлены два корпуса вертикальных каналов с обмотками 3 и сердечниками 4. Поплавок 1 в плане выполнен в форме прямоугольника со скругленными углами, что смягчает силу удара волны. Длина поплавка 1 составляет 2,8 м, а ширина составляет 1,4 м, что делает его одновременно устойчивым и подвижным на волне.
В третьем случае пример конкретного выполнения аналогичен первому и второму, за исключением того, что волновой генератор содержит поплавок 1, на котором установлены четыре корпуса вертикальных каналов с обмотками 3 и сердечниками 4. Поплавок 1 в плане выполнен в форме квадрата со скругленными углами, что смягчает силу удара волны. Размеры поплавка 1 составляют 2,8 м × 2,8 м что делает его одновременно устойчивым и подвижным на волне.
Работа поплавкового волнового электрогенератора осуществляется следующим образом. Под напором волн поплавок 1 начинает совершать вертикально-поступательные и боковые колебания, что в свою очередь приводит в колебательное возвратно-поступательное движение расположенные в вертикальных каналах сердечники 4 с установленными на них постоянными магнитами 5. В процессе колебательных движений сердечники 4 с установленными на них постоянными магнитами 5 возбуждают индукционные токи в обмотках 3, в результате чего возникает электродвижущая сила, которая индуцирует в обмотках 3 электрическое напряжение.