ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ РОТАЦИОННЫЙ ПРИВОД ПОПЛАВКОВОЙ ВОЛНОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к устройствам для преобразования возвратно-поступательного линейного движения груза колебательного механизма в однонаправленное вращение ведомого звена, применяемое в поплавковых волновых электростанциях.
В патентной заявке США №2009/0146429 раскрыта конструкция преобразователя энергии волн, выполненного в виде поплавка, состоящего из двух соосных плавучих тел, подвижных относительно друг друга. Внутренне тело содержит подпружиненную массу, а трансформация относительного движения тел во вращательное осуществляется через тросо-блочный механизм.
Недостатками устройства являются ограниченные возможности относительного перемещения элементов кинематики и, как следствие, низкий к.п.д. преобразования энергии. Кроме того, существенным недостатком является то, что кинематика расположена снаружи поплавков и подвержена внешнему воздействия, что существенно снижает ее работоспособность и надежность.
В патентной заявке Японии №2002-285946 описано устройство, в котором также применен тросо-блочный механизм, размещенный внутри поплавка. Причем к свободным концам тросов прикреплены противовес и каретка с направляющими. Передача движения к генератору осуществляется через гидравлическую систему с гидронасосом.
К недостаткам системы относятся сложность передаточного механизма (передачи движения) от поплавка к генератору, обуславливающая большие внутренние потери, и низкая надежность тросо-блочной системы с противовесами.
Известно устройство для преобразования возвратно-поступательного движения в одностороннее вращательное, содержащее корпус, установленный в нем не самотормозящийся винтовой механизм, включающий ведущее звено с узлом приложения осевой силы и ведомое звено, установленное с возможностью вращения вокруг своей оси, которое дополнительно оснащено (снабжено) инерционным элементом и шариками. Ведомое звено связано с корпусом и инерционным элементом. Узел приложения осевой силы выполнен в виде ручки со стержнем, при этом торцевые поверхности ведущего звена и ручки, обращенные одна к другой, выполнены фрикционными, а на внутренней поверхности ведущего звена, расположенной параллельно его продольной оси, созданы (выполнены) равномерно размещенные по оси канавки. Каждый шарик, расположенный в соответствующей канавке, предназначен для взаимодействия с наружной поверхностью стержня (патент РФ №2110719).
Недостатком известного решения является высокая сложность и металлоемкость конструкции, а также низкая надежность.
Известен механизм преобразования возвратно-поступательного линейного движения ведущего звена в одностороннее вращательное движение исполнительного звена, причем движение с ведущего звена передается через, по меньшей мере, одно промежуточное звено и, по меньшей мере, одну обгонную муфту посредством цепной передачи на исполнительное звено. Движение с ведущего звена передается через два промежуточных звена и две встречно ориентированные обгонные муфты посредством цепной передачи на исполнительное звено без потерь времени на холостой ход. В устройстве используется также одновременно два ведущих звена (патент РФ №2451219).
Недостатком конструкции является использование зубчато-реечного механизма для преобразования линейного движения в поворотное и применение цепной передачи. Это снижает надежность и износостойкость конструкции при ударных нагрузках и постоянном изменении частоты и амплитуды линейных перемещений.
Наиболее близким техническим решением к полезной модели служит Выпрямительный ротационный привод поплавковой волновой электростанции, включающий герметичный корпус, внутри которого установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения груз, подпружиненный относительно корпуса и соединенный с прикрепленным к корпусу механизмом преобразования возвратно-поступательного движения в одностороннее вращательное, который связан через мультипликатор с генератором электрического тока (патент РФ №2016227).
Недостатком данного устройства выступает высокая кинематическая сложность и жесткость передач механизма преобразования возвратно-поступательного движения в одностороннее вращательное с использованием множества шестеренчатых передач. Это приводит к высокой металлоемкости и низкой надежности конструкции.
Техническим результатом, достигаемым полезной моделью выступает упрощение конструкции и материалоемкости, повышение эксплуатационной надежности при переменных частотах и амплитудах линейного движения.
Указанный технический результат достигается тем, что механизм преобразования возвратно-поступательного перемещения в одностороннее вращательное выполнен в виде двух одинаковых ременных передач с муфтами свободного хода, установленными на валах одноименных шкивов и соединенными общим валом с мультипликатором, причем ременные передачи расположены в параллельных плоскостях симметрично друг другу, а ветви ремней между шкивами ориентированы параллельно направлению возвратно-поступательного перемещения груза, который упруго соединен с одной из ветвей ремня каждой передачи.
Указанные отличительные признаки существенны.
Выполнение механизма в виде двух одинаковых ременных передач с муфтами свободного хода позволяет обеспечить непрерывное одностороннее вращение генератора за счет крепления подпружиненного груза колебательной системы к одной из ветвей каждой передачи. Причем груз соединяется упруго с разноименными ветвями ременных передач. Это позволяет исключить холостой пробег и компенсировать динамическое воздействие при изменении характера колебаний, особенно в крайних точках при возвратно-поступательном движении груза за счет упругости элементов кинематики и фрикционной связи шкивов и ремней.
На фиг. 1 представлена схема выпрямительного ротационного привода поплавковой волновой электростанции при движении груза вниз.
На фиг. 2 представлена схема выпрямительного ротационного привода поплавковой волновой электростанции при движении груза вверх.
Выпрямительный ротационный привод поплавковой волновой электростанции включает герметичный корпус 1, выполняющий также функцию поплавка, в котором размещен груз 2, подпружиненный относительно корпуса 1 посредством пружины 3. Груз 2 соединен через механизм 4 преобразования возвратно-поступательного перемещения в одностороннее вращательное с мультипликатором 5, который, в свою очередь, соединен с электрогенератором 6. Механизм 4 выполнен в виде двух одинаковых ременных передач 7 и 8 с муфтами свободного хода 9 и 10, установленными на валах 11 и 12 одноименных верхних шкивов 13 и 14. Муфты 9 и 10 соединены общим валом 15 с мультипликатором 5. Груз 2 соединен через упругие элементы 17 и 18 с разноименными ветвями ремней 19 и 20 передач 7 и 8. Нижние шкивы 21 и 22 посредством осей 23 и 24 соединены с корпусом 1.
Выпрямительный ротационный привод поплавковой волновой электростанции работает следующим образом.
Под действием волн на водной поверхности корпус 1, выполняющий функции поплавка, начинает совершать вертикальные колебания, приводя в движение груз 2, который начинает совершать возвратно-поступательные перемещения. Соединенные с грузом 2 ветви 19 и 20 ременных передач 7 и 8 приводят в движение шкивы 13 и 14. При этом, когда груз совершает движение вниз, рабочий ход совершает передача 7, а передача 8 совершает холостой ход. Муфта 9 передает крутящий момент на вал 15, который, в свою очередь, через мультипликатор 5 передается на электрогенератор 6. Муфта 10 в этот период свободно вращается, не передавая момент от вращающегося в обратную сторону шкива 14. Когда движение груза 2 меняется на противоположное, рабочий ход совершает передача 8, вращая шкив 14 и соответственно муфту 10 в том же направлении, что и шкив 13 и муфта 9 при движении груза 2 вниз. Крутящий момент от муфты 10 передается на мультипликатор 5, а муфта 9 в этот период совершает, в свою очередь, холостой ход. Таким образом приводы 7 и 8 попеременно, в зависимости от направления движения груза 2, вращают мультипликатор 5, а через него и генератор 6 в одну и ту же сторону.
За счет гибких передач, демпферов 17 и 18, а также фрикционного соединения шкивов и ремней, компенсируются динамические нагрузки на привод от изменений характера движения груза 2. Размещение всего механизма привода и автоколебательной системы внутри корпуса 2, позволяет защитить его от воздействия внешней среды и обеспечить наиболее благоприятные условия работы.