WO2018004504A1 - Плавающая установка для использования энергии волн и автономный катамаран с такой установкой - Google Patents

Плавающая установка для использования энергии волн и автономный катамаран с такой установкой Download PDF

Info

Publication number
WO2018004504A1
WO2018004504A1 PCT/UA2016/000075 UA2016000075W WO2018004504A1 WO 2018004504 A1 WO2018004504 A1 WO 2018004504A1 UA 2016000075 W UA2016000075 W UA 2016000075W WO 2018004504 A1 WO2018004504 A1 WO 2018004504A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
levers
floats
catamaran
main
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/UA2016/000075
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Георгий Владимирович БЕЙЛИН
Сергей Юрьевич ПЕТРЕНКО
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to PCT/UA2016/000075 priority Critical patent/WO2018004504A1/ru
Priority to EP16907489.5A priority patent/EP3480452B1/en
Publication of WO2018004504A1 publication Critical patent/WO2018004504A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • F03B13/1805—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem
    • F03B13/181—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation
    • F03B13/1815—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation with an up-and-down movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/58—Rafts, i.e. free floating waterborne vessels, of shallow draft, with little or no freeboard, and having a platform or floor for supporting a user
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/93—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface
    • F05B2240/932—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface which is a catamaran-like structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • a floating installation for using wave energy and an autonomous catamaran with such an installation is provided.
  • the present invention relates to special-purpose machines - power generating units and their aggregation with vehicles, as well as to the field of shipbuilding, namely, to a floating installation for using wave energy, mainly marine, and to the construction of an autonomous catamaran with such a installation.
  • the drive of the described catamaran is mounted on the deck and uses only solar energy, which, especially in the autumn-winter period, does not ensure reliable operation of the catamaran. Also rigidly attached to a rectangular floats increase the resistance of the vessel to the incident wave, which can even lead to the turning of the vessel, and therefore the reliability of such a vessel is insufficient.
  • the basis of the proposed inventions is the task of creating a more reliable floating installation and an autonomous catamaran with such an installation.
  • the problem is solved by creating conditions to reduce the resistance of the floating wave floats by uniformly distributing the dead weight of the unit and / or catamaran over four floats with full mechanical connection between the floats in the process of converting wave energy.
  • the proposed, as well as the known floating installation for using wave energy contains floats attached to a rectangular frame, and connected to a means of converting wave energy into electrical energy, and, according to the invention, is supplemented by small frames kinematically connected to a rectangular frame, the number of which is equal to the number floats, and each float is movably connected to the small frame by two parallel horizontally located main and auxiliary levers, while the floats in a top view triplets with a snake - alternate along the parallel sides of a rectangular frame and are shifted relative to each other, for example, the first on the right is turned on the levers forward, the second on the left is turned on the levers back, the third on the right is turned on the levers forward, the fourth on the left is turned on the levers back, the main and auxiliary the levers of each float are connected, respectively, with the main and auxiliary torsions of the installation, the main levers of the front pair and the rear pair of floats are interconnected by a rod with the possibility
  • the proposed, like the well-known autonomous catamaran, contains floats attached to a rectangular frame, and a catamaran drive connected to the frame, and, according to the invention, the catamaran is supplemented with small frames kinematically attached to the rectangular frame, the number of which is equal to the number of floats, and each float is movable connected to the small frame by two parallel horizontally located main and auxiliary levers, while the floats in the top view are lined with a snake - alternate directly along parallel sides the frame and are offset from each other, for example, as follows: the first on the right is turned on the levers forward, the second on the left is turned on the levers back, the third on the right is turned on the levers forward, the fourth on the left is turned on the levers back, the main and auxiliary levers of each float are connected, respectively, with the main and auxiliary torsions of the installation, the main levers of the front pair and the rear pair of floats are interconnected by a thrust with the possibility of their synchronous rotation
  • the proposed floating installation for converting wave energy is provided with small frames kinematically attached to a rectangular frame.
  • the number of small frames is equal to the number of floats.
  • one float is movably fixed, connected to it by two horizontal levers with torsion bars - the main and auxiliary.
  • Two linkage levers are fixed on the main lever with a torsion bar, one for a double-acting hydraulic cylinder, and the other for a tie rod.
  • One linkage lever for a double-acting hydraulic cylinder is fixed on the auxiliary lever with a torsion bar.
  • levers in the form of torsion springs operating on torsion having low torsional stiffness, makes it possible to simplify the design, since each torsion is pre-set to the optimum angle of rotation (torsion angle).
  • a double-acting hydraulic cylinder is installed between the main and auxiliary levers of the float to convert the swing energy from the bow to the stern.
  • the traction of the front pair of levers is located on top (the communication levers are directed upwards), and the thrust of the rear pair of levers is located on the bottom (communication levers are directed down).
  • the front and rear pairs of main levers are interconnected by a tie rod, providing their synchronous and opposite rotation.
  • a double-acting hydraulic cylinder is installed between the tie rod and the frame to convert the energy of raising and lowering the floats.
  • the accumulator output is connected to a hydraulic motor kinematically connected to the shaft of an electric generator that generates electrical energy, which is transmitted to the consumer via cable.
  • the output of the electric generator is galvanically connected to the winding of the electric drive, on the shaft of which a propeller is installed, designed to allow autonomous movement of the catamaran on the surface of the reservoir.
  • the catamaran is also equipped with a steering wheel, an anchor and a control system for the course of the craft on the surface of the reservoir.
  • the technical result obtained as a result of the implementation of the proposed invention consists in creating conditions for decreasing the resistance of the floating wave floats by uniformly distributing the dead weight of the installation and / or catamaran over the four floats with full mechanical connection between the floats in the process of converting wave energy.
  • FIG. 1 - shows a kinematic diagram of a floating installation for using wave energy
  • FIG. 2 - shows the hydraulic and electromechanical schemes of the proposed devices
  • FIG. 3 - shows a small frame with a float
  • FIG. 4 - shows a floating installation for using wave energy assembly
  • FIG. 7 - shows a floating installation for using wave energy in the working position (side view).
  • FIG. 8 shows a general view of an autonomous catamaran.
  • a floating installation for using wave energy (Figs. 1, 3) consists of four small frames 1, a rectangular frame 2, a main lever with a torsion 3, an auxiliary lever with a torsion 4, communication levers of the main torsion 5, communication levers 6, four double-acting hydraulic cylinders 7, floats 8, rods 9, tie rods 10 and a double-acting hydraulic cylinder 1 1.
  • the float 8 for various operating conditions can be made in two versions, shown in FIG. 3 and 6.
  • the proposed installation is also equipped with a hydraulic system (Fig. 2, 6), which includes check valves 12 and 13 connected to the supply line 14 (valves 13) and to the high pressure line 15 (valves 12).
  • the high pressure line 15 is connected to the accumulator 16.
  • a tank 17 for the working fluid — hydraulic fluid — is included in its composition.
  • the hydraulic accumulator 16 is connected via a pressure regulator 18 to a hydraulic motor 19, the shaft of which is connected through an overrunning clutch 20 to the flywheel shaft 21 and the shaft of the electric generator 22, from the output of which the generated electric energy is transmitted via cable to the consumer (not shown).
  • a floating installation for converting wave energy can be arranged according to the simplified circuit shown in FIG. 5, 6 - on one frame and one main double-sided lever 3 for the front and rear pair of floats 8.
  • an anchor connected to a winch mounted on a rectangular frame 2, an anchor cable / not shown /.
  • An autonomous catamaran like a floating installation for using wave energy, contains all the elements listed above, but is supplemented by a deck, rigidly fixed to a rectangular frame 2 and designed to accommodate either a payload, and / or research equipment and ⁇ or superstructures with deckhouse / not shown /.
  • the output of the electric generator 22 is galvanically connected to the winding of the electric drive 23, on the shaft of which a propeller 24 is fixed, designed to allow autonomous movement of the catamaran on the surface of the reservoir.
  • the catamaran may also contain a backup source for powering the electric drive 23 - battery / not shown /.
  • the control system for the catamaran on the surface of the reservoir ensures its operation both in manual and offline mode.
  • Known devices described, for example, in Russian patents N ° N ° 2248914, 2319641, can be used as a control system for the catamaran’s course.
  • the catamaran’s control system includes a remote control from which you can not only monitor the dynamics of the catamaran’s movement, but also control its movement in manual mode, for which it contains a calculator (personal computer with the corresponding software product), mode dial, steering gear, heading sensors, angular speed and steering position connected to the corresponding the corresponding inputs of the computer, which ensures high-quality and safe navigation of the catamaran in the reservoir.
  • a calculator personal computer with the corresponding software product
  • mode dial mode dial
  • steering gear heading sensors
  • angular speed and steering position connected to the corresponding the corresponding inputs of the computer, which ensures high-quality and safe navigation of the catamaran in the reservoir.
  • each float 8 (Fig. 3), movably mounted on a small frame 1 using the main 3 and additional 4 levers with torsions, respectively, rises up and goes down, and also has the ability to rotate.
  • the communication lever of the main torsion 5 and the communication levers of the hydraulic cylinders 6 change the mutual position, which, in turn, translates the rod of the hydraulic cylinder 7 into the translational motion in the cylinder, and the rod of the hydraulic cylinder 1 1 through the rods 9 and 10.
  • the working fluid from the accumulator 16 through the pressure regulator 18 drives the hydraulic motor 19, which through the overrunning clutch 20 rotates the flywheel 21 and the electric generator 22, and the electric energy generated by it is transmitted to the consumer via a cable laid along the anchor cable and along the bottom of the reservoir (not shown) .
  • the operation of the installation can be optimized in accordance with the prevailing conditions in the place of use (period and wave height), as well as increased or decreased power of generated electricity.
  • the process of generating electricity in the proposed autonomous catamaran occurs in the same way as in the above-described floating installation for using wave energy.
  • payload is loaded onto its deck and the anchor is lifted.
  • the hydraulic system of the catamaran converts the energy of the waves into electric energy, which feeds the electric drive 23, on the shaft of which a propeller 24 is fixed, and a control system for the course of the catamaran.
  • they include a remote control from which you can not only observe the dynamics of the catamaran on a special display, but also control its movement in manual mode.
  • the control system also allows for the autonomous movement of the catamaran in a pond using a calculator (personal computer with the appropriate software product), a mode dial, steering gear, heading sensors, angular speed and rudder position, which are connected to the corresponding inputs of the calculator, which ensures high-quality and safe watercraft navigation on a reservoir. Since there is practically no absolute calm in natural reservoirs, the proposed catamaran has a continuous process of generating electricity, even when the float 8 vibrates in the direction of the bow-feed, which provides an arbitrarily long-term autonomous navigation of the catamaran.
  • the proposed catamaran is easy to manufacture, has a reduced resistance to the incident wave, increased mechanical strength and, as a consequence, high reliability.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

Изобретения относится к машинам специального назначения - энергогенерирующим установкам и их агрегатированию с транспортными средствами, а также к области судостроения. Плавающая установка для использования энергии волн содержит поплавки и средство преобразования энергии волн, и дополнена малыми рамами, которые кинематически присоединены к прямоугольной раме, количество которых равно количеству поплавков. Каждый поплавок подвижно соединен с малой рамой двумя параллельными горизонтально расположенными главным и вспомогательным рычагами. Средство преобразования энергии волн в электрическую энергию содержит гидроаккумулятор, гидромотор, электрогенератор и гидроцилиндры двойного действия. Автономный катамаран содержит поплавки, которые присоединены к прямоугольной раме, и привод катамарана, соединенный с рамой. Катамаран дополнен рамами, кинематически присоединенными к прямоугольной раме, а привод катамарана выполнен в виде преобразователя энергии волн в электрическую энергию и содержит гидроаккумулятор, гидромотор, электрогенератор, электропривод с гребным винтом и гидроцилиндры двойного действия. Электрический выход гидромотора гальванически соединен с обмоткой электропривода, на валу которого установлен гребной винт. Достигается уменьшение сопротивления поплавков набегающей волне.

Description

Плавающая установка для использования энергии волн и автономный катамаран с такой установкой.
Предлагаемые изобретения относятся к машинам специального назначения - энергогенерирующим установкам и их агрегатированию с транспортными средствами, а также к области судостроения, а именно, к плавающей установке для использования энергии волн, преимущественно морских, и к конструкции автономного катамарана с такой установкой.
Наиболее близким к предлагаемой по количеству существенных признаков является плавающая установка для использования энергии волн, содержащая поплавки, присоединенные к прямоугольной раме, и соединенные со средством преобразования энергии волн в электрическую энергию [Патент на изобретение N° 2041385, Россия, МПК 6 F03B13/20, Опубликовано: 09.08.1995]. Указанная установка также содержит размещенные под водой горизонтальную и наклонные пластины, предназначенные для уменьшения подвижности установки в вертикальной плоскости.
Однако, наличие под водой горизонтальной и наклонной пластин существенно увеличивает сопротивление установки набегающей волне, что требует использования усиленной якорно-тросовой системы и предъявляет дополнительные требования к прочности шарниров и рычагов, что повышает себестоимость установки и снижает ее надежность.
Наиболее близким к предлагаемому по количеству существенных признаков является автономный катамаран, содержащий поплавки, присоединенные к прямоугольной раме, и привод, соединенный с рамой [Катамаран C-Enduro. Информация получена 22.06.2016 с сайта http://hi-news.ru/research- development/avtonomnyj-katamaran-otpravilsya-issledovat-keltskoe-more.html].
Привод описанного катамарана установлен на палубе и использует только солнечную энергию, что, особенно в осенне-зимний период, не обеспечивает надежной работы катамарана. Кроме того, жестко прикрепленные к прямоугольной раме поплавки увеличивают сопротивление судна набегающей волне, что может приводить даже к переворачиванию судна, а поэтому надежность такого судна является недостаточной.
В основу предлагаемых изобретений поставлена задача создания более надежных плавающей установки и автономного катамарана с такой установкой.
Поставленная задача решается за счет создания условий для уменьшения сопротивления поплавков набегающей волне путем равномерного непрерывного распределения собственного веса установки и/или катамарана по четырем поплавкам с полной механической связью между поплавками в процессе преобразования энергии волн.
Предлагаемая, как и известная плавающая установка для использования энергии волн, содержит поплавки, присоединенные к прямоугольной раме, и соединенные со средством преобразования энергии волн в электрическую энергию, а, согласно изобретению, дополнена малыми рамами, кинематически присоединенными к прямоугольной раме, количество которых равно количеству поплавков, а каждый поплавок подвижно соединен с малой рамой двумя параллельными горизонтально расположенными главным и вспомогательным рычагами, при этом поплавки на виде сверху выстроены змейкой - чередуются вдоль параллельных сторон прямоугольной рамы и смещены друг относительно друга, например, так: первый справа повернут на рычагах вперед, второй слева повернут на рычагах назад, третий справа повернут на рычагах вперед, четвертый слева повернут на рычагах назад, главный и вспомогательный рычаги каждого поплавка соединены, соответственно, с главным и со вспомогательным торсионами установки, главные рычаги передней пары и задней пары поплавков соединены между собой тягой с возможностью их синхронного вращения в одном направлении, при этом тяга передней пары рычагов расположена сверху, а рычаги связи направлены вверх, тяга задней пары рычагов расположена снизу, а рычаги связи направлены вниз, передняя и задняя пары главных рычагов соединены между собой тягой связи с возможностью их синхронного вращения в противоположных направлениях, а средство преобразования энергии волн в электрическую энергию содержит гидроаккумулятор, гидромотор, электрогенератор и гидроцилиндры двойного действия, один из которых установлен между тягой связи и прямоугольной рамой, а другие - между главным и вспомогательным рычагами каждого поплавка, и предназначены для преобразования механической энергии, возникающей при подъеме и опускании поплавков и/или их колебании в направлении нос-корма, в энергию, полученную в результате изменения давления рабочей жидкости в камерах гидроцилиндра при перемещении поршня, и накапливаемую в гидроаккумуляторе, выход которого соединен с гидромотором, кинематически соединенным с валом электрогенератора.
Предлагаемый, как и известный автономный катамаран, содержит поплавки, присоединенные к прямоугольной раме, и привод катамарана, соединенный с рамой, а, согласно изобретению, катамаран дополнен малыми рамами, кинематически присоединенными к прямоугольной раме, количество которых равно количеству поплавков, а каждый поплавок подвижно соединен с малой рамой двумя параллельными горизонтально расположенными главным и вспомогательным рычагами, при этом поплавки на виде сверху выстроены змейкой - чередуются вдоль параллельных сторон прямоугольной рамы и смещены друг относительно друга, например, так: первый справа повернут на рычагах вперед, второй слева повернут на рычагах назад, третий справа повернут на рычагах вперед, четвертый слева повернут на рычагах назад, главный и вспомогательный рычаги каждого поплавка соединены, соответственно, с главным и со вспомогательным торсионами установки, главные рычаги передней пары и задней пары поплавков соединены между собой тягой с возможностью их синхронного вращения в одном направлении, при этом тяга передней пары рычагов расположена сверху, а рычаги связи направлены вверх, тяга задней пары рычагов расположена снизу, а рычаги связи направлены вниз, передняя и задняя пары главных рычагов соединены между собой тягой связи с возможностью их синхронного вращения в противоположных направлениях, а привод катамарана выполнен в виде преобразователя энергии волн в электрическую энергию и содержит гидроаккумулятор, гидромотор, электрогенератор, электропривод с гребным винтом и гидроцилиндры двойного действия, один из которых установлен между тягой связи и прямоугольной рамой, а другие - между главным и вспомогательным рычагами каждого поплавка, и предназначены для преобразования механической энергии, возникающей при подъеме и опускании поплавков и/или их колебании в направлении нос-корма, в энергию, полученную в результате изменения давления рабочей жидкости в камерах гидроцилиндра при перемещении поршня, и накапливаемую в гидроаккумуляторе, выход которого соединен с гидромотором, кинематически соединенным с валом электрогенератора, электрический выход которого гальванически соединен с обмоткой электропривода, на валу которого установлен гребной винт, предназначенный для возможности автономного перемещения катамарана по поверхности водоема.
Предлагаемая плавающая установка для преобразования энергии волн снабжена малыми рамами, кинематически присоединенными к прямоугольной раме. Количество малых рам равно количеству поплавков. На каждой малой раме подвижно закреплен один поплавок, соединенный с ней двумя горизонтальными рычагами с торсионами - главным и вспомогательным. На главном рычаге с торсионом закреплены два рычага связи, один для гидроцилиндра двойного действия, другой - для тяги связи. На вспомогательном рычаге с торсионом закреплен один рычаг связи для гидроцилиндра двойного действия. Использование в конструкции рычагов в виде торсионов-пружин, работающих на кручение, обладающих малой крутильной жесткостью, позволяет упростить конструкцию, поскольку в каждом торсионе заранее задан оптимальный угол поворота (угол скручивания). Между главным и вспомогательным рычагами поплавка установлен гидроцилиндр двойного действия для преобразования энергии качания поплавка с носа на корму. Четыре малых рамы с поплавками прикреплены к прямоугольной раме таким образом, что на виде сверху поплавки выстраиваются змейкой, чередуются вдоль параллельных сторон рамы, и смещены друг относительно друга (условно от передней к задней части): первый справа - рычаги повернуты вперед, второй слева - рычаги повернуты назад, третий справа - рычаги повернуты вперед, четвертый слева - рычаги повернуты назад. Главные рычаги передней пары и задней пары поплавков соединены между собой тягой, обеспечивающей их синхронное и в одну сторону вращение. При этом тяга передней пары рычагов расположена сверху (рычаги связи направлены вверх), а тяга задней пары рычагов расположена снизу (рычаги связи направлены вниз). Передняя и задняя пары главных рычагов соединены между собой тягой связи, обеспечивающей их синхронное и в противоположные стороны вращение. Между тягой связи и рамой установлен гидроцилиндр двойного действия для преобразования энергии подъема и опускания поплавков. Такое размещение и соединение поплавков, а также наличие в конструкции гидроцилиндров двойного действия дает возможность преобразовывать энергию волн в механическую энергию, возникающую при подъеме и опускании поплавков и/или их колебании в направлении нос-корма, в энергию, полученную в результате изменения давления рабочей жидкости в камерах гидроцилиндра при перемещении поршня, и накапливаемую в гидроаккумуляторе. Выход гидроаккумулятора соединен с гидромотором, кинематически соединенным с валом электрогенератора, вырабатывающего электрическую энергию, которую передают потребителю по кабелю.
В отличие от плавающей установки для преобразования энергии волн в автономном катамаране выход электрогенератора гальванически соединен с обмоткой электропривода, на валу которого установлен гребной винт, предназначенный для возможности автономного перемещения катамарана по поверхности водоема. Для этого катамаран также снабжен рулем, якорем и системой управления ходом плавсредства по поверхности водоема.
Во время проведения патентно-информационных исследований при подготовке настоящей заявки авторами не обнаружены конструкции плавающих установок для использования энергии волн и автономных катамаранов с указанной выше совокупностью существенных признаков, что доказывает соответствие заявляемых технических решений критерию патентоспособности изобретения "новизна".
Технический результат, полученный в результате осуществления предлагаемых изобретений состоит в создании условий для уменьшения сопротивления поплавков набегающей волне путем равномерного непрерывного распределения собственного веса установки и/или катамарана по четырем поплавкам с полной механической связью между поплавками в процессе преобразования энергии волн.
Указанный технический результат в известных технических решениях, которые вошли в уровень техники, авторами не выявлен, поэтому предлагаемые установка и катамаран могут быть признаны соответствующими критерию патентоспособности изобретения "изобретательский уровень".
Предлагаемые плавающая установка для использования энергии волн и автономный катамаран состоят из конструктивных элементов, для изготовления которых используют известные на сегодняшний день технологические приемы, средства и материалы. Они могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства, а поэтому можно сделать вывод о том, что предлагаемые решения соответствуют критерию патентоспособности изобретения «промышленная применимость» .
Сущность предлагаемых изобретений объясняется схематическими чертежами, на которых:
на фиг. 1 - показана кинематическая схема плавающей установки для использования энергии волн;
на фиг. 2 - приведена гидравлическая и электромеханическая схемы предлагаемых устройств;
на фиг. 3 - показана малая рама с поплавком;
на фиг. 4 - показаны плавающая установка для использования энергии волн в сборе;
на фиг. 5, 6 - плавающая установка для использования энергии волн в рабочем положении (вид сверху);
на фиг. 7 - показана плавающая установка для использования энергии волн в рабочем положении (вид сбоку).
на фиг. 8 - показан общий вид автономного катамарана.
Плавающая установка для использования энергии волн (фиг. 1 , 3) состоит из четырех малых рам 1 , прямоугольной рамы 2, главного рычага с торсионом 3, вспомогательного рычага с торсионом 4, рычагов связи главного торсиона 5, рычагов связи 6, четырех гидроцилиндров двойного действия 7, поплавков 8, тяг 9, тяги связи 10 и гидроцилиндра двойного действия 1 1. Поплавок 8 для различных условий эксплуатации может быть выполнен в двух вариантах, показанных на фиг. 3 и 6. Предлагаемая установка также снабжена гидравлической системой (фиг. 2, 6), которая включает обратные клапаны 12 и 13, подключенные к подающей линии 14 (клапаны 13) и к линии высокого давления 15 (клапаны 12). Линия высокого давления 15 соединена с гидроаккумулятором 16. Для питания гидравлической системы в ее состав включен бак 17 для рабочей жидкости - гидравлической жидкости. Гидроаккумулятор 16 связан через регулятор давления 18 с гидромотором 19, вал которого связан через обгонную муфту 20 с валом маховика 21 и валом электрогенератора 22, с выхода которого вырабатываемую электрическую энергию по кабелю передают потребителю /не показано/. Для малой генерируемой мощности плавающая установка для преобразования энергии волн может быть скомпонована по упрощенной схеме, показанной на фиг. 5, 6 - на одной раме и по одному главному двухстороннему рычагу 3 для передней и задней пары поплавков 8. Для фиксации положения установки на водоеме она снабжена якорем, соединенным с лебедкой, закрепленной на прямоугольной раме 2, якорным тросом /не показано/.
Автономный катамаран (фиг. 8), как и плавающая установка для использования энергии волн, содержит все перечисленные выше элементы, но дополнена палубой, жестко закрепленной на прямоугольной раме 2 и предназначенной для размещения на ней или полезного груза, и\или исследовательской аппаратуры и\или надстройки с рубкой /не показано/. Кроме того, выход электрогенератора 22 гальванически соединен с обмоткой электропривода 23, на валу которого закреплен гребной винт 24, предназначенный для возможности автономного перемещения катамарана по поверхности водоема. Катамаран также может содержать резервный источник для питания электропривода 23 - аккумуляторную батарею /не показано/. Для перемещения катамарана по поверхности водоема он снабжен системой управления ходом, якорем с якорным тросом и рулем /не показано/. Система управления ходом катамарана по поверхности водоема обеспечивает его работу как в ручном, так и в автономном режиме. В качестве системы управления ходом катамарана могут быть использованы известные устройства, описанные, например в патентах России N°N° 2248914, 2319641. Система управления ходом катамарана включает пульт, с которого можно не только наблюдать за динамикой движения катамарана на специальном дисплее, но и управлять его движением в ручном режиме, для чего она содержит вычислитель (персональный компьютер с соответствующим программным продуктом), задатчик режимов, рулевой привод, датчики курса, угловой скорости и положения руля, подключенные к соответствующим входам вычислителя, что обеспечивает качественное и безопасное судовождение катамарана по водоему.
Плавающая установка для использования энергии волн работает так.
Положение плавающей установки для преобразования энергии волн фиксируют на заранее выбранном участке водоема при помощи якоря или системы якорей /не показано/. Под действием набегающей и ниспадающей волн каждый поплавок 8 (фиг.З), подвижно закрепленный на малой раме 1 с помощью главного 3 и дополнительного 4 рычагов с торсионами, соответственно, поднимается вверх и опускается вниз, а также имеет возможность вращаться. При этом рычаг связи главного торсиона 5 и рычаги связи гидроцилиндров 6 изменяют взаимное положение, что, в свою очередь, приводит в поступательное движение в цилиндре шток гидроцилиндра 7, а через тяги 9 и 10 шток гидроцилиндра 1 1. При набегании волны первый к ней (направление вдоль прямоугольной рамы 2) поплавок 8 поднимается вверх и проворачивается, изменяя положение рычагов связи 5 и 6, а второй поплавок 8 опускается и проворачивается, благодаря рычагам связи 5 и тяге 9. То же самое происходит со второй парой поплавков 8. Передняя и задняя пары поплавков 8 через рычаги связи 5 и тягу связи 10 соединены между собой таким образом, что на спокойной воде рама 2 находится в горизонтальном положении. Для обеспечения правильной работы и устойчивости плавающей установки (фиг. 4, 5, 6) для преобразования энергии волн на передней паре главных рычагов с торсионом 3 рычаги связи 5 направлены вверх, а на задней паре главных рычагов с торсионом 3 рычаги связи 5 направлены вниз. Прохождение волны через установку (фиг. 7) приводит к изменению взаимного положения поплавков 8 и рамы 2, и, как следствие, к изменению положения рычагов связи 5, 6, тяг 9, 10 и штоков гидроцилиндров двойного действия 7. Гидроцилиндры двойного действия 7 через обратные клапаны 12 и 13 перекачивают рабочую жидкость из бака 17 по трубопроводам 14 и 15 в гидроаккумулятор 16, преобразуя энергию волн в энергию сжимаемой рабочей жидкости (гидравлической жидкости). Рабочая жидкость из гидроаккумулятора 16 через регулятор давления 18 приводит в движение гидромотор 19, который через обгонную муфту 20 вращает маховик 21 и электрогенератор 22, а вырабатываемая им электрическая энергия передается к потребителю по кабелю, проложенному вдоль якорного троса и по дну водоема (не показано). Путем изменения размеров прямоугольной рамы 2, поплавка 8, главных рычагов с торсионом 3, дополнительных рычагов 4, рычагов связи 5 и 6, гидроцилиндров 7 и 1 1 , гидромотора 19 и электрогенератора 22 работа установки может быть оптимизирована в соответствии с преобладающими условиями в месте использования (период и высота волны), а также увеличена или уменьшена мощность генерированной электроэнергии.
Благодаря предлагаемой компоновке конструктивных элементов, плавающая установка для преобразования энергии волн может плавно перекатываться по волне, поэтому в ней не возникают механические напряжения опасных значений, что позволяет повысить ее надежность, уменьшить материалоемкость и повысить долговечность. Установка не требует для своей эксплуатации капитальных сооружений. Она проста в обслуживании и эксплуатации.
Автономный катамаран (фиг. 8) работает так.
Процесс выработки электроэнергии в предлагаемом автономном катамаране происходит также, как и в описанной выше плавающей установке для использования энергии волн. Перед выходом катамарана в плавание на его палубу загружают полезный груз и подымают якорь. Под действием волн гидравлическая система катамарана преобразует энергию волн в электроэнергию, которая питает электропривод 23, на валу которого закреплен гребной винт 24, и систему управления ходом катамарана. При этом включают пульт, с которого можно не только наблюдать за динамикой движения катамарана на специальном дисплее, но и управлять его движением в ручном режиме. С пульта системы управления ходом катамарана по данным с датчиков курса, угловой скорости и положения руля и при визуальном контроле осуществляют управление судном в ручном режиме. Система управления позволяет также осуществлять автономное движение катамарана по водоему при помощи вычислителя (персонального компьютера с соответствующим программным продуктом), задатчика режимов, рулевого привода, датчиков курса, угловой скорости и положения руля, которые подключены к соответствующим входам вычислителя, что позволяет обеспечить качественное и безопасное судовождение плавсредства по водоему. Поскольку абсолютного штиля в природных водоемах практически не бывает, в предлагаемом катамаране идет непрерывный процесс выработки электроэнергии, даже при колебаниях поплавка 8 в направлении нос-корма, что обеспечивает сколь угодно длительное автономное плавание катамарана.
Предлагаемый катамаран прост в изготовлении, обладает пониженным сопротивлением набегающей волне, повышенной механической прочностью и, как следствие, высокой надежностью.

Claims

Формула изобретения.
1. Плавающая установка для использования энергии волн, содержащая поплавки, кинематически присоединенные к прямоугольной раме, и соединенные со средством преобразования энергии волн в электрическую энергию, отличающаяся тем, что дополнена малыми рамами, кинематически присоединенными к прямоугольной раме, количество которых равно количеству поплавков, а каждый поплавок подвижно соединен с малой рамой двумя параллельными горизонтально расположенными главным и вспомогательным рычагами, при этом поплавки на виде сверху выстроены змейкой - чередуются вдоль параллельных сторон прямоугольной рамы и смещены друг относительно друга, например, так: первый справа повернут на рычагах вперед, второй слева повернут на рычагах назад, третий справа повернут на рычагах вперед, четвертый слева повернут на рычагах назад, главный и вспомогательный рычаги каждого поплавка соединены, соответственно, с главным и со вспомогательным торсионами установки, главные рычаги передней пары и задней пары поплавков соединены между собой тягой с возможностью их синхронного вращения в одном направлении, при этом тяга передней пары рычагов расположена сверху, а рычаги связи направлены вверх, тяга задней пары рычагов расположена снизу, а рычаги связи направлены вниз, передняя и задняя пары главных рычагов соединены между собой тягой связи с возможностью их синхронного вращения в противоположных направлениях, а средство преобразования энергии волн в электрическую энергию содержит гидроаккумулятор, гидромотор, электрогенератор и гидроцилиндры двойного действия, один из которых установлен между тягой связи и прямоугольной рамой, а другие - между главным и вспомогательным рычагами каждого поплавка, и предназначены для преобразования механической энергии, возникающей при подъеме и опускании поплавков и/или их колебании в направлении нос-корма, в энергию, полученную в результате изменения давления рабочей жидкости в камерах гидроцилиндра при перемещении поршня, и накапливаемую в гидроаккумуляторе, выход которого соединен с гидромотором, кинематически соединенным с валом электрогенератора.
2. Автономный катамаран, содержащий поплавки, присоединенные к прямоугольной раме, и привод катамарана, соединенный с рамой, отличающийся тем, что он дополнен малыми рамами, кинематически присоединенными к прямоугольной раме, количество которых равно количеству поплавков, а каждый поплавок подвижно соединен с малой рамой двумя параллельными горизонтально расположенными главным и вспомогательным рычагами, при этом поплавки на виде сверху выстроены змейкой - чередуются вдоль параллельных сторон прямоугольной рамы и смещены друг относительно друга, например, так: первый справа повернут на рычагах вперед, второй слева повернут на рычагах назад, третий справа повернут на рычагах вперед, четвертый слева повернут на рычагах назад, главный и вспомогательный рычаги каждого поплавка соединены, соответственно, с главным и со вспомогательным торсионами установки, главные рычаги передней пары и задней пары поплавков соединены между собой тягой с возможностью их синхронного вращения в одном направлении, при этом тяга передней пары рычагов расположена сверху, а рычаги связи направлены вверх, тяга задней пары рычагов расположена снизу, а рычаги связи направлены вниз, передняя и задняя пары главных рычагов соединены между собой тягой связи с возможностью их синхронного вращения в противоположных направлениях, а привод катамарана выполнен в виде преобразователя энергии волн в электрическую энергию и содержит гидроаккумулятор, гидромотор, электрогенератор, электропривод с гребным винтом и гидроцилиндры двойного действия, один из которых установлен между тягой связи и прямоугольной рамой, а другие - между главным и вспомогательным рычагами каждого поплавка, и предназначены для преобразования механической энергии, возникающей при подъеме и опускании поплавков и/или их колебании в направлении нос-корма, в энергию, полученную в результате изменения давления рабочей жидкости в камерах гидроцилиндра при перемещении поршня, и накапливаемую в гидроаккумуляторе, выход которого соединен с гидромотором, кинематически соединенным с валом электрогенератора, электрический выход которого гальванически соединен с обмоткой электропривода, на валу которого установлен гребной винт, предназначенный для возможности перемещения катамарана по поверхности водоема.
PCT/UA2016/000075 2016-06-30 2016-06-30 Плавающая установка для использования энергии волн и автономный катамаран с такой установкой Ceased WO2018004504A1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/UA2016/000075 WO2018004504A1 (ru) 2016-06-30 2016-06-30 Плавающая установка для использования энергии волн и автономный катамаран с такой установкой
EP16907489.5A EP3480452B1 (en) 2016-06-30 2016-06-30 Floating installation for utilizing wave energy and autonomous catamaran with such an installation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/UA2016/000075 WO2018004504A1 (ru) 2016-06-30 2016-06-30 Плавающая установка для использования энергии волн и автономный катамаран с такой установкой

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018004504A1 true WO2018004504A1 (ru) 2018-01-04

Family

ID=60785151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2016/000075 Ceased WO2018004504A1 (ru) 2016-06-30 2016-06-30 Плавающая установка для использования энергии волн и автономный катамаран с такой установкой

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3480452B1 (ru)
WO (1) WO2018004504A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2692187C1 (ru) * 2018-03-05 2019-06-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) Поплавковая волновая электростанция
CN111472920A (zh) * 2020-05-25 2020-07-31 中山大学 一种浮子及包含该浮子的双体船式波浪能发电装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11614067B2 (en) * 2021-06-10 2023-03-28 Narayan R Iyer Method and device for converting wave motion to usable energy

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1542251A (en) * 1974-12-06 1979-03-14 Logue K Power from wave motion
DE3642060A1 (de) * 1986-12-09 1988-06-16 Otto Hilker Schwimmende energiestation
SU1756602A1 (ru) * 1990-05-22 1992-08-23 В.А.Гусев Волнова энергетическа установка
RU2041385C1 (ru) * 1992-08-20 1995-08-09 Владимир Александрович Гусев Установка для использования энергии волн

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1270221A (en) * 1917-10-13 1918-06-18 William P Shade Power-generating apparatus.
DE19900614A1 (de) * 1999-01-11 2001-08-02 Andreas Goettfert Wellenkraftwerk
DE102005017040A1 (de) * 2005-04-13 2006-11-09 Sergej Kasantschjan Wellenkraftanlage
US20080018114A1 (en) * 2006-07-24 2008-01-24 Ken Weldon Harvesting and transporting energy from water wave action to produce electricity hydraulically within a floating ship or vessel
BR112012003813B1 (pt) * 2009-08-19 2021-02-23 Werjefelt Alexander sistema de geração elétrica por ação de onda

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1542251A (en) * 1974-12-06 1979-03-14 Logue K Power from wave motion
DE3642060A1 (de) * 1986-12-09 1988-06-16 Otto Hilker Schwimmende energiestation
SU1756602A1 (ru) * 1990-05-22 1992-08-23 В.А.Гусев Волнова энергетическа установка
RU2041385C1 (ru) * 1992-08-20 1995-08-09 Владимир Александрович Гусев Установка для использования энергии волн

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GREI SERGEI: "Avtonomnyi katamaran otpravilsia issledovat keltskoe more", NOVOSTI VYSOKIKH TEKHNOLOGII, 21 August 2015 (2015-08-21), XP009513135, Retrieved from the Internet <URL:https://hi-news.ru/research-development/avtonomnyj-katamaran-otpravilsya-issledovat-keltskoe-more.html> [retrieved on 20170213] *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2692187C1 (ru) * 2018-03-05 2019-06-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) Поплавковая волновая электростанция
CN111472920A (zh) * 2020-05-25 2020-07-31 中山大学 一种浮子及包含该浮子的双体船式波浪能发电装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3480452A1 (en) 2019-05-08
EP3480452A4 (en) 2019-12-04
EP3480452B1 (en) 2021-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6117391B1 (ja) 浮遊する波エネルギー変換島状プラットフォーム
JP6982681B2 (ja) アジマススラスター、船舶、浮遊式プラットフォーム、潜水装置及び潜水艦
CN101513927B (zh) 基于波浪能的倾转旋翼矢量推进器
US20170043843A1 (en) Wave power generation device and method for operating and maintaining the same
EP0607648B1 (en) Reducing rocking motion of marine floating structures
US20180258904A1 (en) Floating moon pool hydraulic pump
NO20131562A1 (no) Frittstrømmende, neddykkbar garasje- og dokkingstasjon, samt tilhørende ROV
JP2016514794A (ja) 波力エネルギ変換器
WO2015161921A1 (en) Thermal solar power generation system
US20120227396A1 (en) Propulsion or motor device for converting energy into power, using the forces generated by the surface movement of a liquid or fluid or the like
AU2020204221A1 (en) Hybrid energy plant
CN101481008B (zh) 减轻船舶摇动并能产生推力的可收放装置
WO2018004504A1 (ru) Плавающая установка для использования энергии волн и автономный катамаран с такой установкой
CN101704406A (zh) 海洋自移动平台
AU2012216553A1 (en) Orientation of a wave energy converter for converting energy from the wave motion of a fluid into another form of energy
CN201046759Y (zh) 液压防摇摆防晕舰船
EP1036273B1 (en) Wave-powered prime mover
CN106133306A (zh) 具有多个偏置浮体的波浪能发电设备
CN201354138Y (zh) 浅海移动式动力平台船
US20100171311A1 (en) Wave power generator
CN120327703A (zh) 一种风力驱动翼帆型无人帆船
WO2022055469A1 (ru) Способ получения электроэнергии из энергии морских волн, устройство и морская энергетическая станция-остров для его реализации
CN114455010B (zh) 一种观光半潜船
RU2399551C1 (ru) Адаптивная плавучая платформа
US3527188A (en) Power-producing means for vessels

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16907489

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016907489

Country of ref document: EP

Effective date: 20190130