Плавучая водовоздушная электростанция
Изобретение относится к области энергетики и предназначено для преобразования энергии течений рек, приливов и отливов в электрическую энергию постоянного или переменного тока. Плавучая водовоздушная электростанция содержит плавсредство с установленным на нем электрогенератором, соединенным с турбиной, и установленный в потоке воды сужающийся в направлении потока воды конфузорный трубопровод. Конфузорный трубопровод установлен горизонтально и со стороны его узкого конца снабжен горизонтально расположенным диффузорным трубопроводом с горловиной на входе в последний. В горловине диффузорного трубопровода соосно последней установлено воздушное сопло. Сопло соединено со стороны входа в него с криволинейным переходящим в вертикальный трубопровод воздухопроводом. Воздухопровод соединен посредством шарнира с воздушным конфузорным трубопроводом. В последнем на выходном его участке установлена турбина. Воздухопровод соединен с шарниром с возможностью поворота относительно воздушного конфузорного трубопровода и установки конфузорного трубопровода вместе с диффузорным трубопроводом по потоку воды. Изобретение направлено на повышение экономичности и надежности работы электростанции. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области энергетики и предназначено для преобразования энергии течений рек, приливов и отливов в электрическую энергию постоянного или переменного тока.
Известна плавучая электростанция, содержащая плавсредство с установленным на нем электрогенератором, соединенным с турбиной (см. патент US №1631647, кл. F03В 17/00, 07.06.1927).
Однако данная плавучая электростанция имеет низкий КПД, что связано с низкой эффективностью использования энергии потока воды, в котором установлена турбина.
Наиболее близкой к изобретению является плавучая электростанция, содержащая плавсредство с установленным на нем электрогенератором, соединенным с турбиной, и установленный в потоке воды сужающийся в направлении потока воды конфузорный трубопровод (см. патент RU №2049924, кл. F03В 17/06, 10.12.1995).
Однако и данная плавучая электростанция имеет сравнительно невысокий КПД, что связано с тем, что медленное вращение рабочего колеса турбины требует применения тяжелых и дорогих мультипликаторов для передачи вращения электрогенератору. Кроме того, имеет место запаздывание реакции турбины на изменение направления течения, связанное с большим маховым моментом рабочего колеса, препятствующим повороту его оси вращения вследствие гироскопических сил. Это приводит к значительным потерям выработки электроэнергии и мощности турбины.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является упрощение конструкции плавучей электростанции, улучшение ее эксплуатационных качеств и повышение эффективности использования энергии потока воды.
Техническим результатом, достигаемым от реализации изобретения, является повышение экономичности и надежности работы электростанции.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что плавучая водовоздушная электростанция содержит плавсредство с установленным на нем электрогенератором, соединенным с турбиной, и установленный в потоке воды сужающийся в направлении потока воды конфузорный трубопровод, при этом конфузорный трубопровод установлен горизонтально и со стороны его узкого конца снабжен горизонтально расположенным диффузорным трубопроводом с горловиной на входе в последний, а в горловине диффузорного трубопровода соосно последней установлено воздушное сопло, соединенное со стороны входа в него с криволинейным переходящим в вертикальный трубопровод воздухопроводом, соединенным посредством шарнира с воздушным конфузорным трубопроводом, в котором на выходном его участке установлена турбина, при этом воздухопровод соединен с шарниром с возможностью поворота относительно воздушного конфузорного трубопровода и установки конфузорного трубопровода вместе с диффузорным трубопроводом по потоку воды.
Предпочтительно площадь поперечного выходного сечения сопла составляет 25-30% от площади сечения горловины диффузорного трубопровода.
Предпочтительно расположенный в воде конфузорный трубопровод со стороны входа в него снабжен решеткой, выполненной из стержней с обтекаемым поперечным сечением.
Воздушное сопло может быть установлено по оси горловины, а в последней вокруг сопла установлены криволинейные закручивающие по винтовой линии вдоль диффузорного трубопровода поток воды лопатки.
Воздушное сопло может быть выполнено кольцевым и установлено вдоль стенки горловины с формированием стенками воздушного сопла осевого жидкостного сопла для подвода воды из конфузорного трубопровода по оси диффузорного трубопровода, при этом в жидкостном сопле установлена продольная изогнутая по спирали пластина для закрутки потока воды по винтовой линии вдоль диффузорного трубопровода.
В ходе проведенного исследования установлено, что наиболее целесообразно использовать энергию потока воды для организации высокоскоростного воздушного потока, в котором устанавливают турбины с приводом от последней электрогенератора. При этом достигается сразу несколько преимуществ.
В воде расположена конструкция, которая не имеет ни одной подвижной детали, что резко снижает эксплуатационные расходы.
Турбина установлена в высокоскоростном воздушном потоке, что позволяет отказаться от материалоемких, дорогих и конструктивно сложных мультипликаторов для передачи вращения от турбины электрогенератору.
Установка всех элементов конструкции, имеющих подвижные части и соединения выше уровня воды на плавсредстве, облегчает эксплуатацию и ремонт элементов конструкции электростанции.
На фиг.1 схематически представлена плавучая водовоздушная электростанция с воздушным соплом, расположенным по оси горловины диффузорного трубопровода.
На фиг.2 схематически представлена плавучая водовоздушная электростанция с кольцевым воздушным соплом, расположенным вдоль стенки горловины диффузорного трубопровода
Плавучая водовоздушная электростанция содержит плавсредство 1 с установленным на нем электрогенератором 2, соединенным с турбиной 3, и установленный в потоке воды сужающийся в направлении потока воды конфузорный трубопровод 4. Последний установлен горизонтально и со стороны его узкого конца снабжен горизонтально расположенным диффузорным трубопроводом 5 с горловиной 6 на входе в последний. В горловине 6 диффузорного трубопровода 5 соосно последней установлено воздушное сопло 7, соединенное со стороны входа в него с криволинейным переходящим в вертикальный трубопровод 8 воздухопроводом 9, соединенным посредством шарнира 10 с воздушным конфузорным трубопроводом 11, в котором на выходном его участке установлена турбина 3. Вертикальный трубопровод воздухопровода 9 соединен с шарниром 10 с возможностью поворота относительно воздушного конфузорного трубопровода 11 и установки конфузорного трубопровода 4 вместе с диффузорным трубопроводом 5, с которыми он соединен через воздушное сопло 7, установленное в горловине 6, вдоль потока воды.
Площадь поперечного выходного сечения воздушного сопла 7 составляет 25-30% от площади сечения горловины 6 диффузорного трубопровода 5.
Расположенный в воде конфузорный трубопровод 4 со стороны входа в него снабжен решеткой 12, выполненной из стержней с обтекаемым поперечным сечением.
Воздушное сопло 7 установлено по оси горловины 6, а в последней вокруг воздушного сопла 7 установлены криволинейные закручивающие по винтовой линии вдоль диффузорного трубопровода 5 поток воды лопатки 13.
Воздушное сопло 7 выполнено кольцевым и установлено вдоль стенки горловины 6 с формированием стенками воздушного сопла 7 осевого жидкостного сопла 14 для подвода воды из конфузорного трубопровода 4 по оси диффузорного трубопровода 5, при этом в жидкостном сопле 14 установлена продольная изогнутая по спирали пластина 15 для закрутки потока воды по винтовой линии вдоль диффузорного трубопровода 5.
При размещении плавучей водовоздушной электростанции в потоке воды, например на реке, под действием потока воды конфузорный трубопровод 4 вместе с диффузорным трубопроводом 5 располагается вдоль потока воды, при этом вода через решетку 12 поступает в конфузорный трубопровод 4 и за счет сужения последнего разгоняется. Скоростной поток воды поступает в горловину 6 диффузорного трубопровода 5 и, обтекая воздушное сопло 7, создает в нем разрежение, что вызывает поступление в воздушное сопло 7 по воздуховоду 9 из окружающей плавсредство 1 воздушной среды через воздушный конфузорный трубопровод 11 воздуха. Поступая в воздушный конфузорный трубопровод, воздух разгоняется с формированием на его выходном узком участке скоростного воздушного потока, который набегает на турбину 3, заставляя вращаться ее рабочее колесо, что приводит к вращению соединенного с турбиной ротора электрогенератора 2 и выработке последним электрической энергии.
При расположении плавучей водовоздушной электростанции в потоке с малыми скоростями воды целесообразно установить в горловине 6 средства для закрутки потока воды, что позволяет повысить скорость потока воды за выходным сечением воздушного сопла 7 при обтекании последнего потоком воды и, как следствие, дополнительно усилить создаваемое потоком воды разрежение в воздушном сопле 7.
Кроме того, дополнительные возможности по снижению трудозатрат по эксплуатации электростанции достигаются за счет того, что при нормальной работе электростанции обеспечивается устойчивое положение вдоль потока воды образующих проточную часть для воды конфузорного и диффузорного трубопроводов 4 и 5. В то же время при засорении решетки 12 мусором вода перестает поступать в конфузорный трубопровод 4, что вызывает неравномерное обтекание потоком воды конфузорного и диффузорного трубопроводов 4 и 5. В результате теряется устойчивое продольное расположение вдоль потока воды конфузорного и диффузорного трубопроводов, и они поворачиваются на воздуховоде 9 поперек потока воды, что вызывает автоматический сброс мусора и промывку решетки 12 потоком воды, после чего тем же потоком воды конфузорный и диффузорный трубопроводы 4 и 5 поворачиваются (аналогично флюгеру по напором ветра) и устанавливаются в свое исходное положение вдоль потока воды, а работа электростанции возобновляется.
Данное изобретение может быть использовано везде, где есть созданный природой поток воды, в частности на реках и в прибрежных зонах морей и океанов, где во время отливов и приливов создается поток воды.
1. Плавучая водовоздушная электростанция, содержащая плавсредство с установленными на нем электрогенератором, соединенным с турбиной, и установленный в потоке воды сужающийся в направлении потока воды конфузорный трубопровод, отличающаяся тем, что конфузорный трубопровод установлен горизонтально и со стороны его узкого конца снабжен горизонтально расположенным диффузорным трубопроводом с горловиной на входе в последний, а в горловине диффузороного трубопровода соосно последней установлено воздушное сопло, соединенное со стороны входа в него с криволинейным переходящим в вертикальный трубопровод воздухопроводом, соединенным посредством шарнира с воздушным конфузорным трубопроводом, в котором на выходном его участке установлена турбина, при этом воздухопровод соединен с шарниром с возможностью поворота относительно воздушного конфузорного трубопровода и установки конфузорного трубопровода вместе с диффузорным трубопроводом по потоку воды.
2. Плавучая водовоздушная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что площадь поперечного выходного сечения сопла составляет 25-30% от площади сечения горловины диффузорного трубопровода.
3. Плавучая водовоздушная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что расположенный в воде конфузорный трубопровод со стороны входа в него снабжен решеткой, выполненной из стержней с обтекаемым поперечным сечением.
4. Плавучая водовоздушная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что воздушное сопло установлено по оси горловины, а в последней вокруг сопла установлены криволинейные закручивающие по винтовой линии вдоль диффузорного трубопровода поток воды лопатки.
5. Плавучая водовоздушная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что воздушное сопло выполнено кольцевым и установлено вдоль стенки горловины с формированием стенками воздушного сопла осевого жидкостного сопла для подвода воды из конфузорного трубопровода по оси диффузорного трубопровода, при этом в жидкостном сопле установлена продольная изогнутая по спирали пластина для закрутки потока воды по винтовой линии вдоль диффузорного трубопровода.
