ВОЛНОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2012 года по МПК F03B13/18 

Область техники

Первый объект настоящего изобретения относится к волноэнергетическому устройству для производства электроэнергии, содержащему плавающее тело, выполненное с возможностью плавания в море, и электрический линейный генератор со статором и преобразователем, совершающим возвратно-поступательные движения вдоль центральной оси, при этом статор прикреплен ко дну моря, а преобразователь соединен с плавающим телом соединительным средством.

Второй объект настоящего изобретения относится к применению такого волноэнергетического устройства.

Третий объект настоящего изобретения относится к способу производства электроэнергии путем размещения плавающего тела на море, установки электрического линейного генератора со статором и поршневым преобразователем, крепления статора ко дну моря и соединения преобразователя с плавающим телом соединительным средством.

В настоящем описании термины «радиальный» и «осевой» относятся к оси, образованной возвратно-поступательным движением центра преобразователя. Термины «верхний» и «нижний» относятся к вертикальному направлению и к местоположению соответствующих компонентов при эксплуатации волноэнергетического устройства.

Уровень техники

Перемещение волн в море и в больших внутренних озерах представляет собой потенциальный источник энергии, который к настоящему времени почти не используется. Тем не менее выдвинуты различные предложения по использованию вертикальных перемещений в море для производства электроэнергии в генераторе. Поскольку точка на поверхности моря осуществляет возвратно-поступательное вертикальное перемещение, целесообразно использование линейного генератора для производства электроэнергии.

В публикации WO 03/058055 описано волноэнергетическое устройство, в котором подвижная часть генератора, то есть часть, соответствующая ротору во вращающемся генераторе и в настоящем описании названная преобразователем, совершает возвратно-поступательные движения по отношению к статору генератора. В этом описании статор прикреплен к морскому дну. Преобразователь посредством троса, кабеля или цепи соединен с плавающим в море телом.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности и надежности волноэнергетического устройства такого типа.

Краткое описание изобретения

Согласно первому объекту изобретения, указанная задача решается посредством того, что волноэнергетическое устройство указанного типа дополнительно имеет определенные признаки, заключающиеся в наличии водонепроницаемой капсулы, вмещающей в себя генератор и имеющей верхнюю концевую стенку с отверстием, через которое проходит соединительное средство, при этом отверстие снабжено уплотнением, герметизирующим соединительное средство, причем уплотнение является гибко установленным.

Генератор будет защищен капсулой от вызываемой водой коррозии, которая зачастую представляет собой соленую воду, при этом предотвращение попадания воды в тракт преобразователя приводит к устранению тормозящего воздействия воды на преобразователь. Уплотнение необходимо для предотвращения попадания воды во внутреннюю часть капсулы. Уплотнение может подвергнуться воздействию сил большой величины со стороны направляющего средства из-за его боковых и угловых перемещений. Эти воздействия могут привести к увеличению износа. Однако за счет гибкой установки уплотнения силы трения уменьшаются при сохранении хорошей герметизации. Таким образом, данные признаки улучшают характеристики волноэнергетического устройства в целом.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, по меньшей мере, часть соединительного средства представляет собой стержневой элемент, при этом упомянутая часть проходит через упомянутое отверстие.

В принципе все соединительное средство могло бы представлять собой длинный стержень. Однако в силу различных причин предпочтительно, чтобы основная часть соединительного средства, т.е. часть, продолжающаяся от плавающего тела до участка, расположенного непосредственно выше генератора, была гибкой и представляла собой трос или подобное приспособление. Для части, соединенной с преобразователем, и расположенного непосредственно выше небольшого участка предпочтительно, чтобы соединительное средство имело вид стержня. Когда он проходит через отверстие в верхней концевой стенке капсулы, это упрощает достижение хорошего эффекта уплотнения. Стержень также способствует поддержанию стабильных чисто осевых движений преобразователя, что важно для обеспечения эффективности электромеханического преобразования энергии.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления, гибкая установка уплотнения обеспечивает боковые и угловые перемещения уплотнения.

Таким образом, уплотнение способно адаптироваться ко всем воздействиям, которые могут быть приложены от соединительного средства к уплотнению, за счет боковых, наклонных или крутящих перемещений направляющего средства. Тем самым обеспечивается поддержание хорошей герметизации при возникновении любого из этих условий или их сочетания. Вместе с тем желательно избежать таких условий, насколько это возможно, при рассмотрении надлежащих перемещений самого преобразователя, но если такие условия все-таки возникают, то важно поддерживать герметизацию.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления, уплотнение опирается на опорный элемент, установленный на верхней концевой стенке с помощью гибкого элемента, при этом водонепроницаемый гибкий элемент соединен с опорным элементом и верхней концевой стенкой.

Такая компоновка представляет собой простой и надежный способ получения эластичной установки уплотнения.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления, гибкий элемент выполнен из гибкого материала, например резины.

Достижение гибкости при использовании материала, который сам имеет высокую эластичность, обеспечивает недорогое решение в сочетании с высокой надежностью, при этом гибкий элемент может быть простым способом сконструирован таким образом, что соответствующая степень гибкости достигается в различных направлениях.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления, гибкий элемент расположен коаксиально со стержнем и имеет, по меньшей мере, один участок выпуклой формы в продольном направлении в ненагруженном состоянии, если смотреть снаружи.

Симметричное расположение приводит к равномерной радиальной гибкости по окружности гибкого элемента. Выпуклая часть обеспечивает предсказуемый изгиб гибкого элемента.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления, гибкий элемент имеет монтажный фланец на каждом конце, при этом один фланец зажат болтами между опорным элементом и зажимным кольцом, а другой фланец зажат между верхней концевой стенкой и зажимным кольцом.

Из-за зачастую большого внешнего давления воды и из-за подвижности гибкого элемента требования к механическому соединению гибкого элемента очень высоки с целью обеспечения его водонепроницаемости, надежности и долговечности. Данные зажимные соединения соответствуют этим требованиям.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления, каждый фланец имеет радиально внешний участок, осевая толщина которого превышает толщину радиально внутреннего участка фланца.

Тем самым крепление фланцев достигается не только давлением зажимного кольца, но и фиксируется за счет формы, когда примыкающая поверхность зажимного кольца и/или примыкающая поверхность опорного элемента и верхняя концевая стенка, соответственно, имеют сопрягающиеся друг с другом формы. Тем самым соединение становится еще более надежным.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления, осевая протяженность уплотнения больше его радиальной протяженности.

Таким образом, действие уплотнения распространяется, по существу, вдоль длины таким образом, что позволяет избежать локального высокого давления уплотнения, которое в противном случае будет мешать работе и является причиной высокой степени износа. Осевая протяженность предпочтительно более чем в два раза превышает радиальную протяженность.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления, уплотнение включает в себя множество уплотнительных блоков.

Этот вариант осуществления также имеет то преимущество, что хорошая герметизация достигается при сохранении давления уплотнения на умеренном уровне.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления, капсула заполнена газом, находящимся под избыточным давлением.

Таким образом, повышается способность капсулы противостоять протечкам воды. Подходящим газом является N₂.

Согласно второму объекту изобретения, предлагаемое волноэнергетическое устройство используют для генерирования электрической энергии для подачи в электрическую сеть.

Согласно третьему объекту изобретения, способ дополнительно включает этапы, на которых генератор размещают в водонепроницаемой капсуле, пропускают соединительное средство через отверстие в верхней концевой стенке капсулы, герметизируют соединительное средство, проходящее через отверстие, и устанавливают уплотнение гибким образом.

Согласно предпочтительным вариантам осуществления предлагаемого способа, его осуществляют с помощью волноэнергетического устройства в соответствии с настоящим изобретением, в частности, согласно любому из предпочтительных вариантов его осуществления.

Предлагаемое применение и способ обеспечивают преимущества, соответствующие преимуществам предлагаемого волноэнергетического устройства и его предпочтительных вариантов осуществления, которые были описаны выше.

Изобретение будет дополнительно объяснено с помощью нижеследующего подробного описания варианта его осуществления, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематичный вид в разрезе волноэнергетического устройства согласно изобретению;

фиг.2 - вид в разрезе детали, показанной на фиг.1.

Описание варианта осуществления изобретения

На фиг.1 представлен схематичный вид сбоку волноэнергетического устройства согласно изобретению при эксплуатации в море. Плавающее тело 1 плавает на поверхности моря и соединено с помощью соединительного средства 3 и 7 с линейным генератором 2, прикрепленным ко дну моря. Соединительное средство 3 и 7 состоит из верхней части, которая может представлять собой трос, веревку, цепь или подобные приспособления, и нижней части, представляющей собой жесткий стержень. Трос соединен со стержнем сочленением 13. На чертеже генератор прикреплен ко дну моря. Однако понятно, что генератор может быть расположен выше морского дна и закреплен другим способом.

Линейный генератор 2 имеет статор 5 с обмотками и преобразователь 6 с магнитами. Преобразователь 6 может совершать возвратно-поступательные движения вверх и вниз в пределах статора 5, тем самым генерируя ток в обмотках статора, который по электрическому кабелю 11 подается в электрическую сеть.

Когда плавающее тело 1 из-за движения волн на поверхности моря вынуждено двигаться вверх, оно будет тянуть преобразователь 6 снизу вверх. Когда после этого плавающее тело движется вниз, преобразователь 6 будет двигаться вниз под воздействием силы тяжести.

По возможности, но предпочтительно, чтобы пружина (не показана) или подобное приспособление, воздействующее на преобразователь 6, обеспечивало дополнительное усилие, направленное вниз.

Поскольку генератор 2 прикреплен ко дну моря и плавающее тело 1 свободно плавает на поверхности воды, плавающее тело может свободно смещаться в сторону относительно генератора 2. Таким образом, трос принимает наклонное положение.

Генератор 2 заключен в водонепроницаемую капсулу 4, которая заполнена газом N₂, находящимся под избыточным давлением. К верхней части капсулы 4 жестко прикреплена коническая рама 8, имеющая направляющее устройство 9.

Направляющее устройство 9 направляет соединительное средство 7, расположенное ниже направляющего устройства 9, для перемещения по вертикали, при этом обеспечивая перемещение в наклонном положении соединительного средства 3, расположенного выше направляющего устройства.

Направляющее устройство 9 позволяет соединительному средству 3 постепенно менять свое направление при прохождении через направляющее устройство 9 таким образом, что износ соединительного средства 3 становится ограниченным.

Стержень проходит через отверстие верхней концевой стенки 14 капсулы 4, а на входе имеется водонепроницаемое уплотнение 12.

На фиг.2 представлен увеличенный вид в разрезе уплотнения 12, показанный на фиг.1. Уплотнение состоит из опорного элемента 15, имеющего цилиндрический участок 16 вокруг стержня возвратно-поступательного хода и фланцевый участок 17. На цилиндрическом участке 16 расположено несколько уплотнительных блоков 18, которые прижаты к стержню таким образом, что внутренняя часть капсулы (ниже уплотнения) эффективно герметично защищена от воды с внешней стороны (выше уплотнения). Опорный элемент 15 соединен с верхней концевой стенкой 14 капсулы через гибкий элемент 19 из резины или аналогичного материала. Гибкий элемент 19 в целом имеет трубчатую форму, а его средний участок 20 слегка увеличенного диаметра придает гибкому элементу выпуклую форму.

Верхний конец гибкого элемента 19 имеет направленный наружу радиальный фланец 21 для крепления гибкого элемента 19 к фланцевому участку 17 опорного элемента 15. Фланец 21 зажат между фланцевым участком 17 и зажимным кольцом 22 с помощью нескольких болтов 23.

Радиально внешняя часть фланца 21 имеет аксиально направленный выступ 23, а радиально внутренняя часть взаимодействующего зажимного кольца 22 имеет форму, которая сопрягается с фланцем 21 таким образом, что фланец 21 эффективно застопорен. Нижний конец гибкого элемента 19 имеет соответствующий фланец, который прикреплен к концевой стенке 14 способом, сходным с вышеописанным.

Изобретение относится к волноэнергетическому устройству для производства электроэнергии, а также к применению волноэнергетического устройства и способу производства электрической энергии. Волноэнергетическое устройство содержит плавающее тело 1, которое плавает в море, и электрический линейный генератор 2, имеющий статор 5 и преобразователь 8, совершающий возвратно-поступательные движения вдоль центральной оси. Статор 5 может быть прикреплен ко дну моря, а преобразователь 8 соединен с плавающим телом 1 с помощью соединительного средства 3, 7. Генератор 2 заключен в водонепроницаемую капсулу 4, имеющую верхнюю концевую стенку с отверстием, через которое проходит соединительное средство 7. Отверстие имеет уплотнение 12, плотно примыкающее к соединительному средству 7. Уплотнение 12 установлено гибким образом. Изобретение направлено на повышение эффективности и надежности волноэнергетического устройства. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Волноэнергетическое устройство для производства электроэнергии, содержащее плавающее тело (1), выполненное с возможностью плавания в море, и электрический линейный генератор (2), имеющий статор (5) и преобразователь (6), совершающий возвратно-поступательные движения вдоль центральной оси, при этом статор (5) прикреплен ко дну моря, а преобразователь (6) соединен с плавающим телом (1) соединительным средством (3, 7), отличающееся тем, что оно содержит водонепроницаемую капсулу (4), вмещающую в себя генератор (2) и имеющую верхнюю концевую стенку (14) с отверстием, через которое проходит соединительное средство (7), причем отверстие снабжено уплотнением (12), герметизирующим соединительное средство (7), при этом уплотнение является гибко установленным.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, часть соединительного средства (3, 7) представляет собой стержневой элемент, причем упомянутая часть проходит через упомянутое отверстие.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что гибкая установка уплотнения (12) является такой, что обеспечиваются боковые и угловые перемещения уплотнения.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что уплотнение (12) опирается на опорный элемент (15), установленный на верхней концевой стенке (14) через гибкий элемент (19), при этом водонепроницаемый гибкий элемент соединен с опорным элементом (15) и верхней концевой стенкой (14).

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что гибкий элемент (19) выполнен из эластичного материала, такого как резина.

6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что гибкий элемент (19) коаксиален со стержнем и имеет, по меньшей мере, один участок (20) с выпуклой формой в продольном направлении в ненагруженном состоянии, если смотреть снаружи.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что гибкий элемент (19) имеет монтажный фланец (21) на каждом конце, при этом один фланец (21) зажат болтами (23) между фланцевым участком (17) опорного элемента (15) и зажимным кольцом (22), а другой фланец зажат болтами между верхней концевой стенкой (14) и зажимным кольцом.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что каждый фланец (21) имеет радиально внешний участок (22), имеющий большую осевую толщину, чем радиально внутренний участок фланца.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что осевая протяженность уплотнения (12) превышает его радиальную протяженность предпочтительно в, по меньшей мере, два раза.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что уплотнение (12) включает в себя множество уплотнительных блоков (18).

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что капсула заполнена газом, находящимся под избыточным давлением, предпочтительно N₂.

12. Применение волноэнергетического устройства по любому из пп.1-11 для генерирования электроэнергии для ее подачи в электрическую сеть.

13. Способ производства электроэнергии путем размещения плавающего тела на море, установки электрического линейного генератора со статором и преобразователем, совершающим возвратно-поступательные движения вдоль центральной оси, крепления статора ко дну моря и соединения преобразователя с плавающим телом с помощью соединительного средства, отличающийся тем, что генератор размещают в водонепроницаемой капсуле, пропускают соединительное средство через отверстие в верхней концевой стенке капсулы, герметизируют соединительное средство, проходящее через отверстие, и устанавливают уплотнение гибким образом.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что его осуществляют с помощью волноэнергетического устройства по любому из пп.1-11.