Изобретения относятся к области электроэнергетики, в частности к экологически чистым способам и средствам производства электроэнергии за счет преобразования природновозобновляемой механической энергии первичного источника (конкретно - волновой структуры водной поверхности) в электрическую на основе известных из современного уровня техники физических явлений.
Энергетика в значительной степени определяет уровень развития любого общества, состояние экономики и качество жизни. В то же время, именно энергетика, в основном, ответственна за загрязнения и негативные изменения в экосистеме планеты. В настоящее время объемы энергии, производимые человечеством, стали соизмеримыми с энерговкладом, характерным для глобальных природных явлений.
Интенсивное использование традиционных топливосжигающих технологий в экономике и жизни сопровождается загрязнениями и парниковым эффектом, ведущими к потеплению климата и необратимой деградации биосферы Земли. В условиях возрастающего дефицита производства электроэнергии, истощения запасов ископаемых энергоносителей, высоких затрат на их приобретение и транспортировку, а также постоянно ужесточающихся требований по экологической чистоте, во многих странах проявилось явно выраженное стремление к использованию безопасных для окружающей среды технологий производства энергии на базе возобновляемых энергоресурсов первичных источников энергии. В структуре возобновляемых источников энергии (ВИЭ) весьма перспективным энергоносителем является волновая структура водной поверхности (в частности, океанские и морские волны).
Из современного уровня техники известен способ преобразования механической энергии первичного источника в электрическую, согласно которому в качестве первичного источника используют динамическую волновую структуру водной поверхности. На участке водной поверхности заданной площади размещают преобразующую систему на основе, по меньшей мере, двух, электрически скоммутированных (преимущественно, с использованием диодов) дискретных модулей в виде линейных электромагнитных преобразователей. Преобразователи включают относительно подвижные электроизолированную обмотку и расположенную внутри нее магнитную систему с положительной плавучестью. Положительная плавучесть обеспечивается посредством поплавка. Электромагнитные преобразователи интегрируют в упомянутую преобразующую систему посредством совокупности механических связей. Преобразующую систему фиксируют от перемещения относительно упомянутого участка водной поверхности посредством индивидуального заякоривания магнитной системы в каждом электромагнитном модуле, т.е. электромагнитном преобразователе (см. Интернет, membrana (staff membrana. ru), 28.06.2006 г.).
Из уровня техники также известна волновая энергетическая установка для преобразования механической энергии первичного источника в электрическую. Энергетическая установка включает в себя преобразующую систему, предназначенную для размещения на участке заданной площади динамической волновой структуры водной поверхности, функционально являющейся первичным источником энергии. Энергетическая установка содержит, по меньшей мере, два электрически скоммутированных (преимущественно, с использованием диодов) дискретных модуля в виде линейных электромагнитных преобразователей. Каждый электромагнитный преобразователь организован на основе относительно подвижных (с возможностью возвратно-поступательного перемещения) электроизолированной обмотки и расположенной внутри нее магнитной системы с положительной плавучестью, обеспечиваемой посредством поплавка. Электромагнитные преобразователи (модули) интегрированы в упомянутую преобразующую систему посредством совокупности механических связей. Для предотвращения перемещения преобразующей системы относительно упомянутого участка водной поверхности, а также обеспечения упомянутого относительного возвратно-поступательного перемещения соответствующих элементов преобразователей, каждая магнитная система зафиксирована от перемещения, преимущественно, посредством якорей. Энергетическая установка включает также коммутативно связанное с преобразующей системой средство аккумулирования электроэнергии (см. Интернет, membrana (staff membrana. ru), 28.06.2006 г.).
К недостаткам данных известных из уровня техники способа и устройства для его реализации можно отнести низкую надежность, относительно невысокий энергетический выход (КПД), сложность конструкции, ввиду того, что необходимо фиксировать от перемещения индивидуально каждую магнитную систему, а токосъем осуществлять с подвижного, циклически перемещаемого элемента (электроизолированной обмотки).
Кроме того, следует отметить, что индивидуальная фиксация каждой магнитной системы относительно дна водоема (помимо усложнения конструкции и монтажа) не исключает смещение всей энергосистемы вдоль горизонтальной плоскости под влиянием кинетической энергии волн, подводных течений и, в определенной степени, ветровой нагрузки. А это вызовет перемещение каждого модуля (электромагнитного преобразователя) на неопределенную глубину. То есть не исключается возможность смещения по вертикали всей энергосистемы до глубины, на которой отсутствует волновая структура, следовательно, энергосистема может быть полностью выведена из состояния работоспособности, ввиду отсутствия относительного возвратно-поступательного перемещения элементов электромагнитных преобразователей на определенной глубине.
Из современного уровня техники также известен способ преобразования механической энергии первичного источника в электрическую, согласно которому в качестве первичного источника используют динамическую волновую структуру водной поверхности, на участке заданной площади которой размещают преобразующую систему на основе, по меньшей мере, двух, электрически скоммутированных (преимущественно, с использованием диодов) дискретных модулей в виде линейных электромагнитных преобразователей, включающих относительно подвижные электроизолированную обмотку и расположенную внутри нее магнитную систему с положительной плавучестью (обеспечиваемой посредством поплавка) которые интегрируют в упомянутую преобразующую систему посредством совокупности механических связей (RU, №2037642,1995 г.).
Из уровня техники также известна волновая энергетическая установка для преобразования механической энергии первичного источника в электрическую, включающая преобразующую систему, предназначенную для размещения на участке заданной площади динамической волновой структуры водной поверхности, функционально являющейся первичным источником энергии, и содержащую, по меньшей мере, два электрически скоммутированных, преимущественно, с использованием диодов, дискретных модуля в виде линейных электромагнитных преобразователей, организованных на основе относительно подвижных с возможностью возвратно-поступательного перемещения электроизолированной обмотки и расположенной внутри нее магнитной системы с положительной плавучестью (обеспечиваемой посредством поплавка) которые интегрированы в упомянутую преобразующую систему посредством совокупности механических связей, а также коммутативно связанное с преобразующей системой средство аккумулирования электроэнергии (RU, №2037642, 1995 г.).
К недостаткам данных вышеописанных технических решений следует отнести сложность конструкции и относительно невысокий энергетический выход (КПД), ввиду того, что в данных технических решениях максимальная амплитуда колебательного (возвратно-поступательного) перемещения лимитируется не амплитудой волн, а свойствами инерционной колебательной системы, которая сама по себе в процессе функционирования поглощает энергию, еще более снижая КПД энергосистемы в целом.
В основу заявленных изобретений была положена задача повышения надежности и энергоотдачи (КПД) энергетической системы в целом при упрощении конструкции и монтажа, при обеспечении максимально возможного использования механической энергии волн в качестве полезной энергии конструктивно-технологическим способом.
Технический результат: упрощение конструкции за счет исключения необходимости индивидуальной фиксации относительно дна водоема каждого дискретного модуля энергосистемы; обеспечение токосъема с практически неподвижных элементов (электроизолированных катушек) дискретных модулей, повышение коэффициента полезного действия (КПД).
Указанный технический результат в отношении объекта изобретения «способ» достигается посредством того, что в способе преобразования механической энергии первичного источника в электрическую, согласно которому в качестве первичного источника используют динамическую волновую структуру водной поверхности, на участке заданной площади которой размещают преобразующую систему на основе, по меньшей мере, двух, электрически скоммутированных, преимущественно, с использованием диодов, дискретных модулей в виде линейных электромагнитных преобразователей, включающих относительно подвижные электроизолированную обмотку и расположенную внутри нее магнитную систему с положительной плавучестью, обеспечиваемой, например, посредством поплавка, которые интегрируют в упомянутую преобразующую систему посредством совокупности механических связей, согласно изобретению, совокупность механических связей, интегрирующих дискретные модули в преобразующую систему, формируют в виде жесткой объемной волнопроницаемой решетчатой структуры с положительной плавучестью, которую конструктивно организуют с возможностью обеспечения минимального, преимущественно, нулевого вертикального перемещения относительно средней горизонтальной плоскости волновой структуры водной поверхности; электроизолированную обмотку в каждом модуле жестко закрепляют в вертикальных гнездах упомянутой решетчатой структуры, преимущественно, с обеспечением волнопроницаемости этой обмотки; положительную плавучесть магнитной системы в каждом модуле организуют посредством кинематической связи ее верхней части с поплавком, функционально являющимся средством обеспечения возвратно-поступательного перемещения магнитной системы относительно обмотки, для чего поплавок размещают с возможностью расположения, по меньшей мере, его верхней части в области упомянутой волновой структуры водной поверхности с возможностью обеспечения амплитуды его колебаний соответствующей амплитуде волновой структуры водной поверхности.
Соотношение геометрических параметров электроизолированной обмотки и магнитной системы вдоль продольной оси дискретного модуля целесообразно выбирать из условия обеспечения максимального изменения магнитного потока в обмотке каждого отдельного модуля в процессе возвратно-поступательного перемещения магнитной системы относительно обмотки в пределах среднестатистической амплитуды, регламентируемой характерной амплитудой волновой структуры водной поверхности на участке размещения преобразующей системы.
Оптимально объемную решетчатую структуру конструктивно и геометрически организовывать таким образом, чтобы расстояние между вертикальными осями смежных модулей было равно половине характерной длины волны волновой структуры водной поверхности на участке размещения преобразующей системы.
Магнитную систему можно организовывать в виде одной магнитной структуры, а обмотку - секционной, с величиной секций по вертикали и с расстоянием между секциями, соизмеримым с величиной упомянутой структуры магнитной системы в этом же направлении.
Обмотку можно организовывать в виде дискретных, скоммутированных в единую электрическую цепь, секций, при этом используется магнитная система с дискретными, расположенными с зазором одна относительно другой, структурами, количество которых заданным образом согласуют с количеством секций обмотки, а величину секций по вертикали и шаг расположения дискретных структур обеспечивают соизмеримым с величиной упомянутых дискретных структур магнитной системы в этом же направлении.
Соотношение масс решетчатой волнопроницаемой структуры, в совокупности с суммарной массой электроизолированных обмоток преобразователей, и суммарной массы единичной магнитной системы и связанного с ней поплавка (в оптимальном режиме эксплуатации) выбирают из условия исключения перемещения упомянутой решетчатой структуры по вертикали под влиянием сил относительного магнитного взаимодействия упомянутых пар компонент преобразующей системы в динамическом режиме.
Технический результат в отношении объекта изобретения «устройство» обеспечивается посредством того, что в волновой энергетической установке для преобразования механической энергии первичного источника в электрическую, включающей преобразующую систему, предназначенную для размещения на участке заданной площади динамической волновой структуры водной поверхности, функционально являющейся первичным источником энергии, и содержащую, по меньшей мере, два электрически скоммутированных, преимущественно, с использованием диодов, дискретных модуля в виде линейных электромагнитных преобразователей, организованных на основе относительно подвижных с возможностью возвратно-поступательного перемещения электроизолированной обмотки и расположенной внутри нее магнитной системы с положительной плавучестью, обеспечиваемой посредством поплавка, которые интегрированы в упомянутую преобразующую систему посредством совокупности механических связей, а также коммутативно связанное с преобразующей системой средство аккумулирования электроэнергии, согласно изобретению, совокупность механических связей, интегрирующих дискретные модули в преобразующую систему, сформирована в виде жесткой объемной волнопроницаемой решетчатой структуры с положительной плавучестью, которая конструктивно организована с возможностью обеспечения минимального, преимущественно, нулевого вертикального перемещения относительно средней горизонтальной плоскости волновой структуры водной поверхности; электроизолированная обмотка в каждом модуле жестко закреплена в вертикальных гнездах упомянутой решетчатой структуры и, преимущественно, конструктивно выполнена с возможностью обеспечения волнопроницаемости; в качестве средства обеспечения положительной плавучести магнитной системы в каждом модуле использован поплавок, кинематически связанный с верхней частью магнитной системы и функционально являющийся средством возвратно-поступательного перемещения магнитной системы относительно обмотки, преимущественно, в направляющих, а кинематическая связь поплавка с магнитной системой конструктивно организована таким образом, что поплавок имеет возможность расположения, по меньшей мере, его верхней части в области упомянутой волновой структуры водной поверхности, функционально являющейся механическим движителем поплавка магнитной системы, и с обеспечением амплитуды его колебаний, соответствующей амплитуде волновой структуры водной поверхности.
Соотношение геометрических параметров электроизолированной обмотки и магнитной системы вдоль продольной оси дискретного модуля выбирают из условия обеспечения максимального изменения магнитного потока в обмотке каждого отдельного модуля в процессе возвратно-поступательного перемещения магнитной системы относительно обмотки в пределах среднестатистической амплитуды, регламентируемой характерной амплитудой волновой структуры водной поверхности на участке размещения преобразующей системы.
Оптимально, чтобы объемная решетчатая структура конструктивно и геометрически была организована таким образом, чтобы расстояние между вертикальными осями смежных модулей было равно половине характерной длины волны волновой структуры водной поверхности на участке размещения преобразующей системы.
Магнитная система может быть организована в виде одной магнитной структуры, а обмотка - секционной, с расстоянием между секциями и их величиной по вертикали соизмеримым с величиной упомянутой структуры магнитной системы в этом же направлении.
Обмотка может быть организована в виде дискретных, скоммутированных в единую электрическую цепь секций, при этом используется магнитная система с дискретными, расположенными с зазором одна относительно другой, структурами, количество которых заданным образом согласовано с количеством секций обмотки, а расстояние между секциями обмотки и их величина по вертикали заданным образом согласованы с величиной дискретных структур магнитной системы и расстоянием между смежными структурами в этом же направлении.
Количество дискретных структур магнитной системы может превышать количество секций обмотки, при этом расстояние между смежными секциями обмотки и смежными дискретными структурами, а также величина секций обмотки по вертикали должны быть соизмеримы с величиной упомянутых дискретных структур в этом же направлении.
Разумно использовать магнитную систему с не менее чем двумя дискретными, расположенными с зазором одна относительно другой, структурами, количество которых менее количества секций обмотки, при этом, расстояние между смежными секциями обмотки и смежными дискретными структурами, а также величина секций обмотки по вертикали должны быть соизмеримы с величиной упомянутых дискретных структур в этом же направлении.
В ряде случаев используется магнитная система с не менее чем двумя дискретными, расположенными с зазором одна относительно другой, структурами, количество которых менее количества секций обмотки, при этом расстояние между смежными секциями обмотки менее, по крайней мере, на порядок величины дискретной структуры по вертикали, а величина секций обмотки по вертикали и шаг расположения дискретных структур магнитной системы соизмеримы с величиной упомянутых дискретных структур магнитной системы в этом же направлении.
Магнитная система может быть оснащена магнитопроводом. Магнитная система может быть оснащена антикоррозийным средством, выполненным, например, в виде полимерного покрытия.
Целесообразно объемную волнопроницаемую решетчатую структуру оснащать стабилизатором, функционально являющимся средством обеспечения минимального, преимущественно нулевого, вертикального перемещения этой структуры относительно средней горизонтальной плоскости волновой структуры водной поверхности, при этом стабилизатор может быть выполнен в виде мембраны, которая расположена в горизонтальной плоскости и зафиксирована на нижней части решетчатой структуры.
Оптимально, чтобы масса решетчатой волнопроницаемой структуры, в совокупности с суммарной массой электроизолированных обмоток линейных преобразователей, не менее чем на порядок превышала суммарную массу единичной магнитной системы и связанного с ней поплавка.
Изобретения иллюстрируются чертежами.
Фиг.1 - общий вид модульной энергетической установки (вид сбоку).
Фиг.2 - сечение А-А по фиг.1 (пунктиром на среднем модуле условно показано крайнее верхнее положение магнитной системы с поплавком).
Далее по тексту узлы и элементы модульной энергетической установки обозначены следующими позициями:
1 - структура (волновая водной поверхности);
2 - система (преобразующая);
3 - преобразователь (электромагнитный);
4 - обмотка (электроизолированная преобразователя 3);
5, 51 - система (магнитная преобразователя 3, пунктиром /51/ на среднем модуле обозначено крайнее верхнее положение дискретных структур В и С);
6 - поплавок;
7 - структура (решетчатая волнопроницаемая);
8 - плоскость (средняя горизонтальная волновой структуры 1);
9 - стойка (с положительной плавучестью структуры 7);
10 - связь (регулируемая между модулями структуры 7 волнопроницаемой);
11 - связь (нерегулируемая между стойками 9 в отдельном модуле структуры 7);
12 - связь обмотки 4 со стойками 9 структуры 7);
В, С (В1, С1) - структуры дискретные магнитные магнитной системы
5, 51);
Н/2 - амплитуда колебаний волновой структуры 1;
Н - максимальное перемещение магнитной системы 5, 51 по вертикали;
L - длина волны волновой структуры 1.
Способ преобразования механической энергии первичного источника в электрическую, согласно изобретению, заключается в следующем.
В качестве первичного источника используют динамическую волновую структуру 1 водной поверхности. На участке заданной площади этой структуры 1 размещают преобразующую систему 2 на основе, по меньшей мере, двух, электрически скоммутированных (преимущественно, с использованием диодов) дискретных модулей на основе линейных электромагнитных преобразователей 3, включающих относительно подвижные электроизолированную обмотку 4 и расположенную внутри нее магнитную систему 5, 51 с положительной плавучестью. Положительная плавучесть магнитной системы 5, 51 обеспечивается посредством поплавка 6. Электромагнитные преобразователи 3 (дискретные модули) интегрируют в упомянутую преобразующую систему 2 посредством совокупности механических связей. Совокупность механических связей, интегрирующих дискретные модули в преобразующую систему 2, формируют в виде жесткой объемной волнопроницаемой решетчатой структуры 7 с положительной плавучестью, которую конструктивно организуют с возможностью обеспечения минимального (преимущественно, нулевого) вертикального перемещения относительно средней горизонтальной плоскости 8 волновой структуры 1 водной поверхности. Конструктивно решетчатая структура 7 включает в себя стойки 9, регулируемые связи 10 (установленные между модулями для регулировки межосевого расстояния между смежными модулями применительно к конкретной длине волны волновой структуры 1) и нерегулируемые связи 11, объединяющие стойки между собой в каждом отдельном модуле. Электроизолированную обмотку 4 в каждом модуле жестко закрепляют в вертикальных гнездах упомянутой решетчатой структуры 7 посредством связей 12, преимущественно, с обеспечением волнопроницаемости этой обмотки 4. Положительную плавучесть магнитной системы 5, 51 в каждом модуле организуют посредством кинематической связи ее верхней части с плавучим средством, например, с поплавком 6, функционально являющимся средством обеспечения возвратно-поступательного перемещения магнитной системы относительно обмотки 4. Для этого поплавок 6 размещают с возможностью расположения, по меньшей мере, его верхней части в области упомянутой волновой структуры 1 водной поверхности с возможностью обеспечения амплитуды его колебаний соответствующей амплитуде Н/2 волновой структуры водной поверхности.
Соотношение геометрических параметров электроизолированной обмотки 4 и магнитной системы 5, 51 вдоль продольной оси электромагнитного преобразователя 3 (дискретного модуля) выбирают из условия обеспечения максимального изменения магнитного потока в обмотке 4 каждого отдельного модуля в процессе возвратно-поступательного перемещения магнитной системы 5, 51 относительно обмотки 4 в пределах среднестатистической амплитуды, регламентируемой характерной амплитудой волновой структуры 1 водной поверхности на участке размещения преобразующей системы 2.
Объемную решетчатую структуру 7 конструктивно и геометрически организуют таким образом, что расстояние между вертикальными осями смежных модулей равно половине характерной длины волны L волновой структуры 1 водной поверхности на участке размещения преобразующей системы 2. Оптимально, чтобы геометрическая форма решетчатой структуры 7 соответствовала форме волнореза. Это обеспечит максимальную устойчивость структуры 7 к негативному влиянию внешних воздействий, то есть обеспечит ее практическую неподвижность. Указанное расположение смежных модулей обеспечивает их работу в противофазе, вследствие чего дополнительно обеспечивается устойчивость решетчатой структуры 7 от вертикальных перемещений посредством динамического воздействия волновой структуры 1.
Следует также отметить, что заявленная волновая энергетическая установка является работоспособной лишь при количестве модулей не менее двух и теряет свою работоспособность при одном модуле. Это объясняется тем, что при использовании одного модуля решетчатая структура и магнитная система преобразователя будут перемещаться в вертикальном направлении в одной фазе и с одной амплитудой колебаний, что исключает относительное перемещение магнитной системы 5 и обмотки 4.
Магнитная система 5, 51 может быть организована в виде одной магнитной структуры 5, а обмотка 4 - секционной, с расстоянием между секциями, соизмеримым с величиной упомянутой структуры 5 магнитной системы по вертикали.
Обмотка 4 может быть организована в виде дискретных, скоммутированных в единую электрическую цепь, секций, при этом используются магнитная система 5, 51 с дискретными, расположенными с зазором одна относительно другой, структурами, количество которых заданным образом согласуют с количеством секций обмотки 4, а величину секций по вертикали и шаг расположения дискретных структур В, С (В1, С1), в этом случае, целесообразно обеспечивать соизмеримым с величиной упомянутых дискретных структур магнитной системы 5, 51 в этом же направлении.
Последние два конструктивных аспекта не только обеспечивают обмотке 4 необходимую волнопроницаемость, но и в значительной степени повышают КПД электромагнитных преобразователей 3, вследствие обеспечения возможности неоднократного изменения магнитного потока (пересекающего обмотку 4) от нуля до максимума даже в течение половины периода колебаний магнитной системы 5, 51 (В, С /В1, С1/).
Соотношение масс решетчатой волнопроницаемой структуры 6, в совокупности с суммарной массой электроизолированных обмоток 4 преобразователей, и суммарной массы единичной магнитной системы 5 и связанного с ней поплавка 6 (в оптимальном режиме эксплуатации) выбирают из условия исключения перемещения упомянутой решетчатой структуры по вертикали под влиянием сил относительного магнитного взаимодействия упомянутых пар компонент преобразующей системы в динамическом режиме.
Волновая энергетическая установка для преобразования механической энергии первичного источника в электрическую включает преобразующую систему 2, предназначенную для размещения на участке заданной площади динамической волновой структуры 1 водной поверхности, функционально являющейся первичным источником энергии. Энергетическая установка содержит, по меньшей мере, два, электрически скоммутированных (преимущественно, с использованием диодов) дискретных модуля в виде линейных электромагнитных преобразователей 3, организованных на основе относительно подвижных (с возможностью возвратно-поступательного перемещения) электроизолированной обмотки 4 и расположенной внутри нее магнитной системы 5, 51 с положительной плавучестью, обеспечиваемой плавсредством поплавка 6. Дискретные модули (электромагнитные преобразователи 3) интегрированы в упомянутую преобразующую систему 2 посредством совокупности механических связей. Энергетическая установка также содержит коммутативно связанное с преобразующей системой 2 средство аккумулирования электроэнергии (в графических материалах условно не показано). Совокупность механических связей, интегрирующих дискретные модули в преобразующую систему 2, сформированы в виде жесткой объемной волнопроницаемой решетчатой структуры 7 с положительной плавучестью, которая конструктивно организована с возможностью обеспечения минимального (преимущественно, нулевого) вертикального перемещения относительно средней горизонтальной плоскости 8 волновой структуры 1 водной поверхности. Конструктивно решетчатая структура 7 включает в себя стойки 9, регулируемые связи 10 (установленные между модулями для регулировки межосевого расстояния между смежными модулями) и нерегулируемые связи 11, объединяющие стойки между собой в каждом отдельном модуле.
Электроизолированная обмотка в каждом модуле жестко закреплена в вертикальных гнездах упомянутой решетчатой структуры 7 посредством связей 12 и, преимущественно, конструктивно выполнена с возможностью обеспечения волнопроницаемости. В качестве средства обеспечения положительной плавучести магнитной системы 5, 51 в каждом модуле использован, например, поплавок 6, кинематически связанный с верхней частью магнитной системы 5, 51 и функционально являющийся средством амплитудно ограниченного возвратно-поступательного перемещения магнитной системы 5, 51 относительно обмотки 4, преимущественно, в направляющих, которые могут быть оснащены ограничителями перемещения магнитной системы 5, 51 (в графических материалах условно не показаны). Ограничители перемещения магнитной системы 5, 51 при отсутствии направляющих, могут базироваться непосредственно на волнопроницаемой решетчатой структуре 7. Кинематическая связь поплавка 6 с магнитной системой конструктивно организована таким образом, что поплавок 6 имеет возможность расположения, по меньшей мере, его верхней части в области упомянутой волновой структуры 1 водной поверхности, функционально являющейся механическим движителем поплавка 6 и магнитной системы 5, 51, преимущественно, с обеспечением амплитуды его колебаний, соответствующей амплитуде Н/2 волновой структуры водной поверхности.
Соотношение геометрических параметров электроизолированной обмотки 4 и магнитной системы 5, 51 вдоль продольной оси дискретного модуля выбрано из условия обеспечения максимального изменения магнитного потока в обмотке 4 каждого отдельного модуля в процессе возвратно-поступательного перемещения магнитной системы 5, 51 относительно обмотки 4 в пределах среднестатистической амплитуды, регламентируемой характерной амплитудой волновой структуры 1 водной поверхности на участке размещения преобразующей системы 2.
Объемная решетчатая структура конструктивно и геометрически организована таким образом, что расстояние между вертикальными осями смежных модулей равно половине характерной длины волны L волновой структуры 1 водной поверхности на участке размещения преобразующей системы 2.
Магнитная система 5, 51 может быть организована в виде одной совмещенной магнитной структуры, а обмотка 4 может быть выполнена секционной, с расстоянием между секциями и их величиной по вертикали, соизмеримыми с величиной упомянутой структуры магнитной системы 5, 51 в этом же направлении.
Обмотка 4 может быть организована в виде дискретных, скоммутированных в единую электрическую цепь секций, при этом используется магнитная система 5, 51 с дискретными, расположенными с зазором одна относительно другой, структурами, количество которых заданным образом согласовано с количеством секций обмотки 4, а расстояние между секциями обмотки 4 и величина этих секций по вертикали заданным образом согласованы с величиной дискретных структур магнитной системы 5, 51 и шагом дискретных структур в этом же направлении.
Количество дискретных структур магнитной системы 5, 51 может превышать количество секций обмотки 4, при этом целесообразно, чтобы расстояние между смежными секциями обмотки 4 и смежными дискретными структурами, а также величина секций обмотки 4 по вертикали были соизмеримы с величиной упомянутых дискретных структур в этом же направлении.
Может быть использована магнитная система с не менее чем двумя дискретными, расположенными с зазором одна относительно другой, структурами, количество которых менее количества секций обмотки 4, при этом целесообразно, чтобы расстояние между смежными секциями обмотки 4 и смежными дискретными структурами, а также величина секций обмотки по вертикали были соизмеримы с величиной упомянутых дискретных структур в этом же направлении.
Оптимально использовать магнитную систему с не менее чем двумя дискретными, расположенными с зазором одна относительно другой, структурами В, С (В1, С1), количество которых менее количества секций обмотки 4, при этом необходимо, чтобы расстояние между смежными секциями обмотки 4 было менее, по крайней мере, на порядок величины дискретной структуры по вертикали, а величина секций обмотки по вертикали и шаг расположения дискретных структур магнитной системы были бы соизмеримы с величиной упомянутых дискретных структур магнитной системы 5, 51 в этом же направлении.
Магнитная система 5, 51 может быть оснащена магнитопроводом, который конструктивно может быть совмещен с элементами (связями) объемной решетчатой структуры 7 и направляющими магнитной системы 5, 51.
Магнитную систему 5, 51 в реальных условиях эксплуатации, как правило, оснащают антикоррозийным средством (на чертежах условно не показано), выполненным, например, в виде сплошного полимерного покрытия.
Жесткая объемная волнопроницаемая решетчатая структура 7 в реальных условиях эксплуатации, как правило, оснащена стабилизатором (на чертежах условно не показан), функционально являющимся дополнительным средством обеспечения минимального, преимущественно, нулевого, вертикального перемещения этой структуры 7 относительно средней горизонтальной плоскости 8 волновой структуры 1 водной поверхности. При этом стабилизатор выполнен в виде мембраны, которая расположена в горизонтальной плоскости и зафиксирована на нижней части решетчатой структуры 7.
Оптимально, чтобы масса решетчатой волнопроницаемой структуры 7, в совокупности с суммарной массой электроизолированных обмоток 4 линейных преобразователей 3, не менее чем на порядок превышала суммарную массу единичной магнитной системы 5 и связанного с ней поплавка 6. Это, наряду с вышеупомянутым стабилизатором, обеспечивает дополнительную устойчивость решетчатой структуры 6 к перемещениям по вертикали, негативно влияющим на КПД энергетической установки в целом.
Физический принцип работы волновой энергетической установки широко известен из уровня техники и дополнительных пояснений не требует, поскольку на аналогичных принципах функционируют и ранее приведенные в рамках настоящей заявки устройства аналоги.
Следует лишь сосредоточить внимание на основных преимуществах заявленных технических решений относительно известных из уровня техники.
Во-первых, поскольку преобразующая система 2 в целом может быть сформирована в жесткую волнопроницаемую плавучую платформу неограниченно большой площади, с практической точки зрения ее можно считать неподвижной от каких-либо перемещений при определенной, отраженной в формуле изобретения и описании конструктивно-технологической организации энергетической установки в целом. Следовательно, электроизолированные обмотки 4 электромагнитных преобразователей 3 так же будут неподвижными. То есть токосъем в данной энергосистеме осуществляется с неподвижных элементов, что упрощает эксплуатацию и гарантирует высокую надежность как в плане непрерывности осуществления токосъема, так и в плане сохранения работоспособности системы в целом на протяжении неограниченного времени эксплуатации без ухудшения выходных параметров.
Кроме того, свободная (т.е. без какой-либо фиксации) установка магнитной системы 5, 51 в гнездах решетчатой структуры 7 при обеспечении относительной неподвижности этой структуры 7 гарантирует сохранение работоспособности установки в любых условиях эксплуатации, в том числе и штормовых.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленных изобретений следующей совокупности условий:
- объекты, воплощающие заявленные изобретения при их осуществлении, предназначены для использования в промышленности, а именно, в области производства электроэнергии экологически чистым способом с использованием первичных природных источников энергии.
- для заявленных объектов изобретений в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность их осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объекты, воплощающие заявленные изобретения при их осуществлении, способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Изобретения относятся к способам и средствам для экологически чистого получения электрической энергии из природных первичных источников энергии. В качестве первичного источника используют волновую структуру 1 водной поверхности. На участке заданной площади этой структуры 1 размещают преобразующую систему (ПС) 2 на основе, по меньшей мере, двух, дискретных модулей в виде линейных электромагнитных преобразователей 3, включающих относительно подвижные электроизолированную обмотку 4 и расположенную внутри нее магнитную систему 5, 51 с положительной плавучестью. Электромагнитные преобразователи 3 интегрируют в ПС 2 посредством совокупности механических связей. Совокупность механических связей формируют в виде жесткой объемной волнопроницаемой решетчатой структуры 7 с положительной плавучестью, которую конструктивно организуют с возможностью обеспечения минимального вертикального перемещения относительно средней плоскости 8 волновой структуры 1. Электроизолированную обмотку 4 в каждом модуле жестко закрепляют в вертикальных гнездах решетчатой структуры 7 с обеспечением волнопроницаемости этой обмотки 4. Положительную плавучесть магнитной системы 5, 51 в каждом модуле организуют посредством кинематической связи ее верхней части с поплавком 6. Для этого поплавок 6 размещают с возможностью расположения, по меньшей мере, его верхней части в области волновой структуры 1 водной поверхности. Предусмотрена волновая энергетическая установка для реализации способа. Упрощается конструкция, за счет необходимости фиксации относительно дна водоема каждого дискретного модуля энергосистемы, обеспечение токосъема с практически неподвижных элементов дискретных модулей. Повышается коэффициент полезного действия. 2 н. и 16 з.п.ф-лы, 2 ил.
1. Способ преобразования механической энергии первичного источника в электрическую, согласно которому в качестве первичного источника используют динамическую волновую структуру водной поверхности, на участке заданной площади которой размещают преобразующую систему на основе, по меньшей мере, двух, электрически скомутированных, преимущественно, с использованием диодов, дискретных модулей в виде линейных электромагнитных преобразователей, включающих относительно подвижные электроизолированную обмотку и расположенную внутри нее магнитную систему с положительной плавучестью, обеспечиваемой посредством поплавка, которые интегрируют в упомянутую преобразующую систему посредством совокупности механических связей, отличающийся тем, что совокупность механических связей, интегрирующих дискретные модули в преобразующую систему, формируют в виде жесткой объемной волнопроницаемой решетчатой структуры с положительной плавучестью, которую конструктивно организуют с возможностью обеспечения минимального, преимущественно, нулевого вертикального перемещения относительно средней горизонтальной плоскости волновой структуры водной поверхности; электроизолированную обмотку в каждом модуле жестко закрепляют в вертикальных гнездах упомянутой решетчатой структуры, преимущественно, с обеспечением волнопроницаемости этой обмотки; положительную плавучесть магнитной системы в каждом модуле организуют посредством кинематической связи ее верхней части с поплавком, функционально являющимся средством обеспечения возвратно-поступательного перемещения магнитной системы относительно обмотки, для чего поплавок размещают с возможностью расположения, по меньшей мере, его верхней части в области упомянутой волновой структуры водной поверхности с возможностью обеспечения амплитуды его колебаний соответствующей амплитуде волновой структуры водной поверхности.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение геометрических параметров электроизолированной обмотки и магнитной системы вдоль продольной оси дискретного модуля выбирают из условия обеспечения максимального изменения магнитного потока в обмотке каждого отдельного модуля в процессе возвратно-поступательного перемещения магнитной системы относительно обмотки в пределах среднестатистической амплитуды, регламентируемой характерной амплитудой волновой структуры водной поверхности на участке размещения преобразующей системы.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что объемную решетчатую структуру конструктивно и геометрически организуют таким образом, что расстояние между вертикальными осями смежных модулей равно половине характерной длины волны волновой структуры водной поверхности на участке размещения преобразующей системы.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что магнитную систему организуют в виде одной магнитной структуры, а обмотку - секционной, с величиной секций по вертикали и с расстоянием между секциями соизмеримым с величиной упомянутой структуры магнитной системы в этом же направлении.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что обмотку организуют в виде дискретных, скоммутированных в единую электрическую цепь, секций, при этом используют магнитную систему с дискретными, расположенными с зазором одна относительно другой, структурами, количество которых заданным образом согласуют с количеством секций обмотки, а величину секций по вертикали и шаг расположения дискретных структур обеспечивают соизмеримым с величиной упомянутых дискретных структур магнитной системы в этом же направлении.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение масс решетчатой волнопроницаемой структуры, в совокупности с суммарной массой электроизолированных обмоток преобразователей, и суммарной массы единичной магнитной системы и связанного с ней поплавка, выбирают из условия исключения перемещения упомянутой решетчатой структуры по вертикали под влиянием сил относительного магнитного взаимодействия упомянутых пар компонент преобразующей системы в динамическом режиме.
7. Волновая энергетическая установка для преобразования механической энергии первичного источника в электрическую, включающая преобразующую систему, предназначенную для размещения на участке заданной площади динамической волновой структуры водной поверхности, функционально являющейся первичным источником энергии, и содержащую, по меньшей мере, два, электрически скомутированных, преимущественно, с использованием диодов, дискретных модулей в виде линейных электромагнитных преобразователей, организованных на основе относительно подвижных с возможностью возвратно-поступательного перемещения электроизолированной обмотки и расположенной внутри нее магнитной системы с положительной плавучестью, обеспечиваемой посредством поплавка, которые интегрированы в упомянутую преобразующую систему посредством совокупности механических связей, а также коммутативно связанное с преобразующей системой средство аккумулирования электроэнергии, отличающаяся тем, что совокупность механических связей, интегрирующих дискретные модули в преобразующую систему, сформирована в виде жесткой объемной волнопроницаемой решетчатой структуры с положительной плавучестью, которая конструктивно организована с возможностью обеспечения минимального, преимущественно, нулевого вертикального перемещения относительно средней горизонтальной плоскости волновой структуры водной поверхности; электроизолированная обмотка в каждом модуле жестко закреплена в вертикальных гнездах упомянутой решетчатой структуры и, преимущественно, конструктивно выполнена с возможностью обеспечения волнопроницаемости; в качестве средства обеспечения положительной плавучести магнитной системы в каждом модуле использован поплавок, кинематически связанный с верхней частью магнитной системы и функционально являющийся средством возвратно-поступательного перемещения магнитной системы относительно обмотки, преимущественно, в направляющих, а кинематическая связь поплавка с магнитной системой конструктивно организована таким образом, что поплавок имеет возможность расположения, по меньшей мере, его верхней части в области упомянутой волновой структуры водной поверхности, функционально являющейся механическим движителем поплавка магнитной системы, и с обеспечением амплитуды его колебаний, соответствующей амплитуде волновой структуры водной поверхности.
8. Волновая энергетическая установка по п.7, отличающаяся тем, что соотношение геометрических параметров электроизолированной обмотки и магнитной системы вдоль продольной оси дискретного модуля выбрано из условия обеспечения максимального изменения магнитного потока в обмотке каждого отдельного модуля в процессе возвратно-поступательного перемещения магнитной системы относительно обмотки в пределах среднестатистической амплитуды, регламентируемой характерной амплитудой волновой структуры водной поверхности на участке размещения преобразующей системы.
9. Волновая энергетическая установка по п.7, отличающаяся тем, что объемная решетчатая структура конструктивно и геометрически организована таким образом, что расстояние между вертикальными осями смежных модулей равно половине характерной длины волны волновой структуры водной поверхности на участке размещения преобразующей системы.
10. Волновая энергетическая установка по п.8, отличающаяся тем, что магнитная система организована в виде одной магнитной структуры, а обмотка выполнена секционной, с расстоянием между секциями и их величиной по вертикали соизмеримым с величиной упомянутой структуры магнитной системы в этом же направлении.
11. Волновая энергетическая установка по п.8, отличающаяся тем, что обмотка организована в виде дискретных, скоммутированных в единую электрическую цепь секций, при этом использована магнитная система с дискретными, расположенными с зазором одна относительно другой, структурами, количество которых заданным образом согласовано с количеством секций обмотки, а расстояние между секциями обмотки и их величина по вертикали заданным образом согласованы с величиной дискретных структур магнитной системы и расстоянием между смежными структурами в этом же направлении.
12. Волновая энергетическая установка по п.11, отличающаяся тем, что количество дискретных структур магнитной системы превышает количество секций обмотки, а расстояние между смежными секциями обмотки и смежными дискретными структурами, а также величина секций обмотки по вертикали соизмеримы с величиной упомянутых дискретных структур в этом же направлении.
13. Волновая энергетическая установка по п.11, отличающаяся тем, что используется магнитная система с не менее чем двумя дискретными, расположенными с зазором одна относительно другой, структурами, количество которых менее количества секций обмотки, а расстояние между смежными секциями обмотки и смежными дискретными структурами, а также величина секций обмотки по вертикали соизмеримы с величиной упомянутых дискретных структур в этом же направлении.
14. Волновая энергетическая установка по п.11, отличающаяся тем, что используется магнитная система с не менее чем двумя дискретными, расположенными с зазором одна относительно другой, структурами, количество которых менее количества секций обмотки, расстояние между смежными секциями обмотки менее, по крайней мере, на порядок величины дискретной структуры по вертикали, а величина секций обмотки по вертикали и шаг расположения дискретных структур магнитной системы соизмеримы с величиной упомянутых дискретных структур магнитной системы в этом же направлении.
15. Волновая энергетическая установка по п.7, отличающаяся тем, что магнитная система оснащена магнитопроводом.
16. Волновая энергетическая установка по п.7, отличающаяся тем, что магнитная система оснащена антикоррозийным средством, выполненным, например, в виде полимерного покрытия.
17. Волновая энергетическая установка по п.7, отличающаяся тем, что жесткая объемная волнопроницаемая решетчатая структура оснащена стабилизатором, функционально являющимся средством обеспечения минимального, преимущественно, нулевого, вертикального перемещения этой структуры относительно средней горизонтальной плоскости волновой структуры водной поверхности, при этом стабилизатор выполнен в виде мембраны, которая расположена в горизонтальной плоскости и зафиксирована на нижней части решетчатой структуры.
18. Волновая энергетическая установка по п.7, отличающаяся тем, что масса решетчатой волнопроницаемой структуры, в совокупности с суммарной массой электроизолированных обмоток линейных электромагнитных преобразователей, не менее чем на порядок превышает суммарную массу единичной магнитной системы и связанного с ней поплавка.
| ПОПЛАВКОВАЯ ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ | 1993 |
|
RU2037642C1 |
| RU 97115202 A, 27.06.1999 | |||
| ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВОЛНОВОЙ ЭНЕРГИИ | 2008 |
|
RU2374485C2 |
| Приспособление для шлифования шеек коленчатых валов на месте | 1928 |
|
SU17034A1 |
| US 2007228737 A1, 04.10.2007 | |||
| Реверсивный передаточный механизм | 1932 |
|
SU36331A1 |
