Плавучая электростанция Российский патент 2024 года по МПК F03B13/20 B63B35/00 

Изобретение относится к области морской энергетики и может быть использовано для автономного дома на воде, способного вырабатывать электрическую энергию, поддерживать необходимое энергообеспечение.

Основной запас энергии домов на воде содержится в возимых топливных баках и в электрических аккумуляторах, которые пополняются, как правило, с берега. Поэтому энергоснабжение хаусботов имеет прерывистый характер, состоящий из последующих друг за другом процедур расхода и восстановления энергетических ресурсов. Это ограничивает энергетическую автономность хаусботов по дальности и длительности плавания. Известна волновая электростанция [патент РФ №2128 784 опубл. 11.02.1997], содержащая плавучий корпус, установленный на понтонах, где на эстакадах закреплены валы, вокруг которых качаются поплавки в виде полых цилиндров, являясь приводом электрогенератора. Волновая электростанция не является мореходной и не может быть совмещена с домом на воде. Использование морского теплогенератора [патент РФ №2758213 опубл. 26.10.2021], для теплоснабжения дома на воде невозможно, т.к. он имеет неподвижный, скрепленный со дном поплавок, ограничивающий его перемещение.

По количеству общих признаков наиболее близким к предлагаемому изобретению является плавучая электростанция, описанная в патенте на дом на воде с электростанцией [патент РФ №2774221, опубл. 16.06.2022 г.]. Плавучая электростанция - прототип содержит понтон, успокоители бортовой качки, состоящие из коромысла с двумя емкостями на краях, наполовину заполненными водой и средства преобразования энергии бортовой качки в электрическую энергию с помощью гидравлической системы и генератора постоянного тока. В этой плавучей электростанции бортовая качка понтона преобразуется в повышенное давление жидкости в гидроцилиндрах гидравлической системы, в результате чего жидкость подается на рабочее колесо ковшевой гидротурбины, вызывающее вращение вала гидротурбины, а также якоря генератора постоянного тока. Это техническое решение имеет сравнительно низкую эффективность в связи с использованием гидравлической системы.

Задача настоящего изобретения заключается в повышении эффективности плавучей электростанции.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности преобразования энергии волн в электрическую энергию, запасаемую в аккумуляторах плавучей электростанции.

Для обеспечения заявленного технического результата в плавучую электростанция, содержащую понтон, успокоители бортовой качки, состоящие из коромысла с двумя емкостями на краях и средство преобразования энергии бортовой качки в электрическую энергию, введены новые признаки, а именно: понтон выполнен в виде тримарана, изготовленного из трех стальных труб, создающих кренящий момент относительно горизонтальной оси тримарана, средство преобразования энергии бортовой качки в электрическую энергию выполнено в виде по крайней мере двух электрогенераторов возвратно-поступательного движения, прикрепленных статорами к внешним трубам тримарана симметрично относительно поперечной оси тримарана, при этом статоры набраны из стальных пластин и катушек из медных проводов, а роторы электрогенераторов в виде цилиндров с постоянными магнитами, установлены во внутреннем объеме статоров с радиальным зазором, при этом роторы своей нижней частью через шарниры скреплены с краями коромысла, емкости на краях которого выполнены с возможностью попеременно погружаться или всплывать при качке относительно горизонтальной оси тримарана, при этом каждая емкость выполнена в виде трубы, состоящей из двух герметичных отсеков, нижний из которых заполнен водой, а верхний - воздухом.

Наилучший результат достигается резонансная частота бортовой качки тримарана близка к частотам прибрежных волн если

Повышение эффективности достигается за счет того, что тримаран, находясь в зоне резонансной бортовой качки, подвержен воздействию увеличенного кренящего и восстанавливающего моментов. Успокоители бортовой качки тормозят резонансную качку тримарана действием электромагнитных сил, возникающих при перемещении ротора относительно статора, что увеличивает генерируемую ЭДС пропорционально этому перемещению, а перемещение ротора относительно статора имеет минимальные потери на трение из-за радиального зазора между ними.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1., и фиг. 2., где на фиг. 1 приведена конструкция тримарана, а на фиг. 2 - схематическое изображение плавучей электростанции

Плавучая электростанция содержит понтон в виде тримарана 1, (фиг. 1), состоящий из трех труб 2, соединенных трубами меньшего диаметра.

По длине тримарана (фиг. 1) имеется возможность установить несколько рядов электрогенераторов вместе с успокоителями бортовой качки (на фиг. 1 представлен один ряд). Электрогенератор состоит из ротора 4 и статора 3. Статоры 3 крепятся к внешним поверхностям труб 2 с помощью кронштейнов 5. Успокоитель качки содержит коромысло 7, подшипник 8 и емкости в виде герметичных отсеков 9 и 10, установленных симметрично на концах коромысла. Герметичные отсеки 9 заполнены воздухом, герметичные отсеки 10 - водой. При отсутствии бортовой качки горизонтальные участки коромысла 7 совпадают с уровнем воды 11, что определяется осадкой тримарана. Роторы 4, имеющие со статором 3 радиальный зазор, своей нижней частью через шарниры 6 скреплены с краями коромысла 7, середина которого через подшипник качения 8 имеет возможность поворачиваться вокруг центральной трубы тримарана.

При наличии бортовой качки крайние трубы 2 тримарана 1 вместе со статорами 3 поворачиваться вокруг горизонтальной оси на угол Θ под действием кренящего (Мкр). и восстанавливающего (Мв) моментов.

Заявленная плавучая электростанция работает следующим образом: во время качки при перемещении статоров 3 относительно роторов 4, в последних возникают электродвижущие силы F, направленные в сторону, противоположную направлению движения статора. Силы F через шарниры 6 создают на коромысле 7 моменты пары сил, при которых одна пара герметичных отсеков погружается на угол Θ в воду, а другая приподнимается над водой. При этом на погруженном в воду отсеке 9 возникает подъемная сила Архимеда, а на приподнятом 10 действует сила тяжести, которые создают моменты сил, направленные против кренящих моментов, обеспечивая встречное движение роторов 4 по отношению к статорам 3. Это позволяет электрогенератору на кольцевых постоянных магнитах обеспечивать мощность, расходуемую на заряд аккумуляторов.

Возможность размещения по длине тримарана нескольких электрогенераторов и успокоителей качки позволяет увеличивать емкость аккумуляторов, и одновременно снизить уровень бортовой качки понтона. Преимущества предложенной плавучей электростанции поясним на примере работы электростанции в виде тримарана длиной 15 м., шириной 6 м., водоизмещением 18 тонн и осадкой 0.5 м, содержащей шесть электрогенераторов успокоителей бортовой качки, установленных по его длине друг за другом. Частота бортовых колебаний тримарана близка к частоте прибрежных волн с периодом 3-5 с, при которой тримаран может находиться в условиях резонанса. Кренящий момент тримарана Мкр, расположенного лагом к волне равен 8,6 т*м., амплитуда бортовой качки равна 12 град. Активное сопротивление одной фазы электрогенератора, состоящей из двух последовательно включенных катушек, составит 4 Ома.ЭДС равна 69В. Оценка силы тока в цепи производится с учетом падения напряжения U, вносимого аккумуляторами, равна 18,25А. Мощность одного электрогенератора равна 1000 Ватт, а мощность шести электрогенераторов, входящих в состав электростанции, расходуемая на заряд аккумуляторов, достигает 6000 Ватт. Это соизмеримо с потребностью хаусбота для его жизнеобеспечения.

Таким образом следует считать, что заявленный технический результат, состоящий в повышении эффективности преобразования энергии волн водоемов в электрическую энергию в результате использования режима резонансной бортовой качки тримарана в сочетании с возможностями линейных электрогенераторов возвратно-поступательного движения, которые позволяют отказаться от промежуточного звена в преобразовании энергии (гидравлического) и снизить потери на трение в механизмах, достигнут

Изобретение относится к плавучей электростанции. Электростанция содержит понтон, успокоители бортовой качки, состоящие из коромысла 7 с двумя емкостями на краях и средство преобразования энергии бортовой качки в электрическую энергию. Понтон выполнен в виде тримарана 1, изготовленного из трех стальных труб 2, создающих кренящий момент относительно его горизонтальной оси. Средство преобразования выполнено в виде по крайней мере двух электрогенераторов возвратно-поступательного движения, прикрепленных статорами 3 к внешним трубам 2 тримарана 1 симметрично относительно поперечной оси тримарана 1. Статоры 3 набраны из стальных пластин и катушек из медных проводов. Роторы 4 электрогенераторов в виде цилиндров с постоянными магнитами установлены во внутреннем объеме статоров 3 с радиальным зазором. Роторы 4 своей нижней частью через шарниры 6 скреплены с краями коромысла 7, емкости на краях которого выполнены с возможностью попеременно погружаться или всплывать при качке относительно горизонтальной оси тримарана 1. Каждая емкость выполнена в виде трубы, состоящей из двух герметичных отсеков 9, 10, нижний из которых заполнен водой, а верхний - воздухом. Изобретение направлено на эффективное преобразование энергии волн водоемов в электрическую энергию. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Плавучая электростанция, содержащая понтон, успокоители бортовой качки, состоящие из коромысла с двумя емкостями на краях и средство преобразования энергии бортовой качки в электрическую энергию, отличающаяся тем, что понтон выполнен в виде тримарана, изготовленного из трех стальных труб, создающих кренящий момент относительно его горизонтальной оси, средство преобразования энергии бортовой качки в электрическую энергию выполнено в виде по крайней мере двух электрогенераторов возвратно-поступательного движения, прикрепленных статорами к внешним трубам тримарана симметрично относительно поперечной оси тримарана, при этом статоры набраны из стальных пластин и катушек из медных проводов, а роторы электрогенераторов в виде цилиндров с постоянными магнитами, установлены во внутреннем объеме статоров с радиальным зазором, при этом роторы своей нижней частью через шарниры скреплены с краями коромысла, емкости на краях которого выполнены с возможностью попеременно погружаться или всплывать при качке относительно горизонтальной оси тримарана, при этом каждая емкость выполнена в виде трубы, состоящей из двух герметичных отсеков, нижний из которых заполнен водой, а верхний - воздухом.

2. Электростанция по п. 1, отличающаяся тем, что резонансная частота бортовой качки тримарана близка к частотам прибрежных волн.