Гидроэнергетическая установка



Гидроэнергетическая установка
Гидроэнергетическая установка
Гидроэнергетическая установка

 


Владельцы патента RU 2554431:

КИШ Игорь Александрович (RU)

Изобретение относится к гидроэнергетике. Гидроэнергетическая установка содержит установленные на раме 6 гидротурбину 1, выполненную с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, кинематически связанную с электрогенератором 2, формирователь потока 5, выполненный в форме конфузора, сообщенного с рабочим каналом, в котором размещена гидротурбина 1, якорное устройство, балластные емкости 11 и руль. В установке использовано четное число гидротурбин 1, размещенных симметрично относительно продольной оси 22 установки, вдоль которой ориентированы оси их вращения. Направления вращения турбин 1 противоположны. Нижняя плоскость формирователя потока 5 размещена горизонтально. Концы тяг 7 якорного устройства, скрепленных с тросом 8, связанным с якорем 9, закреплены на ползунах 16, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения по стойкам 14, жестко закрепленным по бокам установки у ее переднего конца. Руль выполнен в виде двух пластин 13, закрепленных на раме 6 по бокам установки у ее заднего конца вне гидродинамической тени формирователя потока 5. Суммарная длина троса 8 и тяг 7 превышает глубину акватории на месте размещения установки. Изобретение обеспечивает надежное позиционирование устройства в горизонтальной плоскости, при его размещении без «посадки» на дно акватории. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для преобразования кинетической энергии потоков воды в электроэнергию на реках, предпочтительно полноводных, и/или на морских акваториях (для преобразования кинетической энергии морских течений, в том числе приливно-отливных).

Известна гидроэнергетическая установка, содержащая поперечную гидротурбину, вал которой установлен в подшипниках, закрепленных на раме, снабженную формирователем потока, выполненную с возможностью закрепления к береговым или донным опорам, и генератор, кинематически связанный с гидротурбиной, при этом формирователь потока выполнен с возможностью затенения нижней части ротора гидротурбины (см. SU №1700276, кл. F03B 7/10, 1989).

Недостаток такого устройства проявляется при сравнительно небольших массогабаритных характеристиках устройства, поскольку вращающий момент, возникающий при вращении ротора турбины, приводит к развороту гидроагрегата и/или опрокидыванию или ухудшению условий взаимодействия ротора гидроагрегата с набегающим потоком, кроме того, недостаточно высока скорость водного потока, воздействующего на ротор гидроагрегата, что снижает мощность генератора.

Известна также гидроэнергетическая установка, содержащая установленные на раме гидротурбину, выполненную с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, кинематически связанную с электрогенератором, формирователь потока, выполненный в форме конфузора, сообщенного с рабочим каналом, в котором размещена гидротурбина, якорное устройство, балластные емкости, в количестве, достаточном для стабилизации пространственного положения установки по тангажу и крену, и руль (см. RU №97774, кл. F03B 7/00, 2010).

Недостаток такого устройства - его недостаточно надежное позиционирование в горизонтальной плоскости, что исключает возможность его использования на морских акваториях, при его размещении без «посадки на дно» - в толще акватории.

Задачей изобретения является обеспечение надежного позиционирования устройства в горизонтальной плоскости,

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности стабилизации параметров пространственного размещения установки относительно набегающего потока. Кроме того, обеспечиваются возможность использования устройства на морских акваториях, при его размещении без «посадки на дно».

Поставленная задача решается тем, что в гидроэнергетической установке, содержащей установленные на раме гидротурбину, выполненную с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, кинематически связанную с электрогенератором, формирователь потока, выполненный в форме конфузора, сообщенного с рабочим каналом, в котором размещена гидротурбина, якорное устройство, балластные емкости, в количестве, достаточном для стабилизации пространственного положения установки по тангажу и крену, и руль, согласно изобретению использовано четное число гидротурбин, размещенных симметрично относительно продольной оси установки, вдоль которой ориентированы оси их вращения, при этом направления вращения турбин противоположны, причем нижняя плоскость формирователя потока размещена горизонтально, причем концы тяг якорного устройства, скрепленных с тросом, связанным с якорем, закреплены на ползунах, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения по стойкам, жестко закрепленным по бокам установки у ее переднего конца, кроме того, руль выполнен в виде двух пластин, закрепленных на раме по бокам установки у ее заднего конца, вне гидродинамической тени формирователя потока, при этом суммарная длина троса и тяг превышает глубину акватории на месте размещения установки. Кроме того, привод возвратно-поступательного перемещения ползунов выполнен в виде силовых цилиндров двустороннего действия. Кроме того, блок управления установкой выполнен в виде отдельного узла, выполненного с возможностью дистанционного изменения плавучести, и сообщен кабель-тросом с управляющими механизмами средств управления пространственным положением гидроэнергетической установки.

Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает решение поставленной технической задачи - обеспечение стабильности условий работы устройства, при одновременном повышении мощности генератора.

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач.

Признаки «использовано четное число гидротурбин, размещенных симметрично относительно продольной оси установки, вдоль которой ориентированы оси их вращения, при этом направления вращения турбин противоположны» обеспечивают возможность компенсации крутящего момента (реализующегося, как кренящий), возникающего при работе гидротурбин, при этом заявленная ориентировка турбин обеспечивает полноту отбора энергии воды, поскольку обеспечивается возможность «работы всего сечения турбины - нет необходимости затенения (т.е. холостой работы) части лопаток турбины». Кроме того, при сравнительно небольшом сечении рабочего канала обеспечивается возможность существенного повышения площади лопастей, взаимодействующей с потоком жидкости, при выполнении лопаток в виде шнекообразной спирали, что позволяет минимизировать вертикальные габариты гидротурбины.

Признаки «нижняя плоскость формирователя потока размещена горизонтально» исключают процесс подъема части объема потока вверх, к нижней кромке формирователя потока, что имело бы место при опускании приемной кромки формирователя потока ниже ее уровня и, тем самым, исключаются потери части энергии этого объема потока, на преодоление силы тяжести.

Признаки «концы тяг якорного устройства, скрепленных с тросом, связанным с якорем, закреплены на ползунах, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения посредством раздвижных силовых цилиндров, по стойкам, жестко закрепленным по бокам установки у ее переднего конца, части потока.

Признаки «концы тяг якорного устройства, скрепленных с тросом, связанным с якорем, закреплены на ползунах, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения, по стойкам, жестко закрепленным на раме по бокам установки у ее переднего конца» обеспечивают возможность регулирования местоположения точки закрепления тяг якорного устройства и тем самым возможность горизонтирования положения установки (регулирования ее дифферента).

Признаки «руль выполнен в виде двух пластин, закрепленных по бокам установки у ее заднего конца, вне гидродинамической тени формирователя потока» позволяют увеличить гидродинамическую эффективность рулей при уменьшении их площади (и уменьшении их весовой составляющей в общей массе установки) и высоты.

Признаки «суммарная длина троса и тяг превышает глубину акватории на месте размещения установки» позволяют изменять высоту положения установки над дном, вплоть до полного всплытия при сохранении «привязки» установки по площади акватории. При этом не требуется оснащения установки средствами «сматывания-разматывания» привязного троса.

Признаки второго пункта формулы изобретения конкретизируют конструкцию, привода возвратно-поступательного перемещения ползунов.

Признаки третьего пункта формулы изобретения упрощают поддержание работоспособности блока управления установкой.

Заявленное устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез установки; на фиг.2 показан ее вид спереди, на фиг.3 - ее вид сверху.

На чертежах показаны гидротурбины 1, установленные в рабочих каналах 2, генераторы электрической энергии 3, ось вращения 4 гидротурбины 1, формирователь потока 5, установленные на раме 6, гибкие тяги 7, трос 8, якорь 9, центральная балластная емкость 10, установленная на донной части рамы 6, и также смонтированные на раме 6 бортовые балластные емкости 11 и концевая балластная емкость 12, рулевые пластины 13, стойки 14 с оттяжками 15, ползуны 16, силовые цилиндры 17, блок управления установкой 18, кабель-трос 19. Кроме того, показаны поверхность 20 акватории 21, продольная ось 22 установки, кабельные выводы 23 генераторов электрической энергии 3, водный поток (течение) 24.

В составе установки использовано четное число гидротурбин 1, размещенных симметрично относительно продольной оси 22 установки, вдоль которой ориентированы оси их вращения 4, при этом направления вращения турбин противоположны. В качестве гидротурбины 1 использован агрегат известной конструкции, выполненный с возможностью горизонтального вращения, предпочтительно в виде вала, снабженного шнекообразными лопастями (по типу архимедова винта). Каждая турбина работает на один генератор 2, который представляет собой конструкцию известного типа, в водозащищенном исполнении, с рабочими параметрами, определяемыми конкретными условиями эксплуатации, при этом генератор 2 известным образом кинематически связан с гидротурбиной 1 и, посредством герметизированных кабельных выводов 23, связан с приемником энергии (на чертежах не показан), смонтированным либо на берегу, либо на платформе, известным образом смонтированной на свайном основании или морской добычной платформе. Целесообразно использовать генераторы постоянного тока, с регулятором напряжения, при этом в комплекте с генераторами необходимо использовать инверторы (названные узлы на чертежах не показаны).

Формирователь рабочего потока 5 выполнен в виде конфузорной воронки, большее поперечное сечение которой обращено навстречу к потоку, а меньшее обращено к гидротурбине 1, при этом нижняя плоскость формирователя потока размещена горизонтально.

Балластные емкости 10-12 выполнены по одной конструктивной схеме, имеют дистанционно управляемые клапаны (на чертежах не показаны), обеспечивающие сообщение полости емкостей с внешней средой, и подключены, посредством шлангов, рассчитанных на давление 5-10 атмосфер, к аккумулятору сжатого воздуха (рассчитанному на соответствующее давление - на чертежах не показан). Для подпитки аккумулятора может быть затрачена часть электроэнергии, генерируемой установкой, на диссоциацию воды или генерирование давления за счет создания электрогидравлического эффекта. Балластные емкости отличаются местоположением (центральная емкость 10 установлена на донной части рамы 6, бортовые балластные емкости 11 - по бортам установки, а концевая 12 установлена на конце установки, противоположном формирователю рабочего потока 5). Кроме того, центральная балластная емкость 10 может быть разделена поперечными переборками по меньшей мере на два отсека по длине установки.

Свободные концы гибких тяг 7 зафиксированы на ползунах 16, которые установлены с возможностью возвратно-поступательного движения (вверх-вниз) по стойкам 14, закрепленных на противоположных «бортах» устройства в его передней части.

Блок управления установкой 18 выполнен в виде отдельного узла, выполненного известным образом, с возможностью дистанционного изменения плавучести (снабжен балластными цистернами, снабженными средствами принятия в них забортной воды и их осушения, управляемыми по радио- или акустическому каналу) и сообщен кабель-тросом 19 с управляющими механизмами средств управления пространственным положением гидроэнергетической установки (средствами принятия в них забортной воды и их осушения, а также работой силовых цилиндров 17). Датчиком (на чертежах не показан), дающим сигнал для отработки задач стабилизации платформы в горизонтальном положении, является гироскопический датчик известной конструкции, адаптированный к условиям работы энергетической установки.

Руль выполнен в виде двух рулевых пластин 13, закрепленных на раме 6 по бокам установки у ее заднего конца, вне гидродинамической тени формирователя потока 5.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Известным образом выявляют глубину местоположения наиболее скоростного участка водной акватории. Далее на это место по поверхности 20 акватории 21 буксируют на плаву (при пустых балластных емкостях 10-12) установку. Далее, дистанционно открыв клапаны балластных этих емкостей, принимают в них воду в количестве, необходимом для погружения установки в воду. После посадки установки на дно размещают на дне якорь 9 (например, анкерное устройство, заделываемое известным образом в дно акватории 21 так, чтобы оно находилось перед установкой, если смотреть по ходу водного потока (течения) 24). После этого, трос 8 связанный с гибкими тягами 7 (фиксируемыми на ползунах 16, установленных с возможностью возвратно-поступательного движения по стойкам 14, закрепленных на противоположных «бортах» устройства в его передней части), закрепляют на якоре 9 (при этом длину тяг 6 подбирают так, чтобы суммарной длины тяг хватило и для того, чтобы при подвсплытии устройство оказалось в зоне наиболее скоростного участка водной акватории, причем суммарная длина троса и тяг должна превышать глубину акватории на месте размещения установки). Эти работы и работы по демонтажу названных узлов выполняют с привлечением водолазов или дистанционно-управляемых подводных роботов-манипуляторов известной конструкции.

Затем в балластные емкости 10-12 подают воздух, обеспечивая плавучесть установки несколько большую нулевой, причем подачу воздуха регулируют таким образом, чтобы устройство всплывало «на ровном киле», т.е. его продольная ось 22 находилась в горизонтальной плоскости. В процессе выполнения этих операций гидротурбины застопорены, например фрикционным роликом, поджатым к валу турбины (на чертежах не показан). Разделение балластной емкости 10 на отсеки позволяет «усилить» работу кормовой балластной емкости 12 при соответствующем их заполнении (осушении).

После вывода устройства в рабочее положение (в зону максимальных скоростей водного потока) турбину запускают в работу, освобождая ее вал от контакта с упомянутым фрикционным роликом.

Конфузорность воронки формирователя потока 5 обеспечивает повышение скорости потока воды, взаимодействующего с турбиной 1, пропорционально отношениям площадей входного и выходного ее сечений. Поэтому, даже при сравнительно невысоких абсолютных величинах скорости движения воды в зоне максимальных скоростей водного потока 24 на рабочем колесе турбины скоростной напор воды будет достаточно большим.

Рулевые пластины 13 обеспечивают постоянное удержание продольной оси 22 устройства на стрежне потока, «работая» как флюгер, отслеживающий направление водного потока 24.

Вращение рабочего колеса турбины 1 приводит во вращение генератор, кинематически связанный с ней. Вырабатываемая электроэнергия по кабельным выводам 23 уходит на приемник энергии (на чертежах не показан), смонтированный вне водоема. Использование генераторов постоянного тока, с регулятором напряжения, обеспечивает независимость от изменения скорости течения потока 24. Использование инверторов в комплекте с генераторами 2 обеспечивает преобразование постоянного тока в переменный.

В процессе первоначального этапа позиционирования установки используют изменение местоположения ползунов 16 на стойках 14 (поскольку свободные концы гибких тяг 7 зафиксированы на ползунах 16), при вертикальном перемещении последних изменяется плечо приложения нагрузки, действующей вдоль тяги, что обеспечивает минимизацию дифферента рамы 6 устройства (при этом оттяжки 15 исключают деформирование стоек 14 под действием нагрузки, передаваемой гибкими тягами). Тонкую стабилизацию платформы в горизонтальном положении обеспечивает автоматическая отработка показаний гиродатчика, управляющим устройством, генерирующим команды на включение перекачивающих насосов, установленных в балластных цистернах, что позволяет устранять отклонения по крену и тангажу при внешних возмущениях.

Для перемещения установки на новое место работы продувают балластные емкости 10-12, обеспечивая всплытие установки на поверхность 20 акватории 21, закрепляют на ней буксирный трос и перемещают наплаву на новое место. Извлекают якорное устройство и перемещают его на новый участок.

Далее все повторяется.

1. Гидроэнергетическая установка, содержащая установленные на раме гидротурбину, выполненную с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, кинематически связанную с электрогенератором, формирователь потока, выполненный в форме конфузора, сообщенного с рабочим каналом, в котором размещена гидротурбина, якорное устройство, балластные емкости, в количестве, достаточном для стабилизации пространственного положения установки по тангажу и крену, и руль, отличающаяся тем, что использовано четное число гидротурбин, размещенных симметрично относительно продольной оси установки, вдоль которой ориентированы оси их вращения, при этом направления вращения турбин противоположны, причем нижняя плоскость формирователя потока размещена горизонтально, причем концы тяг якорного устройства, скрепленных с тросом, связанным с якорем, закреплены на ползунах, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения по стойкам, жестко закрепленным по бокам установки у ее переднего конца, кроме того, руль выполнен в виде двух пластин, закрепленных на раме по бокам установки у ее заднего конца вне гидродинамической тени формирователя потока, при этом суммарная длина троса и тяг превышает глубину акватории на месте размещения установки.

2. Гидроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что привод возвратно-поступательного перемещения ползунов выполнен в виде силовых цилиндров двустороннего действия.

3. Гидроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что блок управления установкой выполнен в виде отдельного узла, выполненного с возможностью дистанционного изменения плавучести, и сообщен кабель-тросом с управляющими механизмами средств управления пространственным положением гидроэнергетической установки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к конструкциям устройств для выработки электроэнергии за счет энергии гидравлического потока реки, покрытой льдом.

Электрическая станция относится к области малой энергетики, а именно к установкам по использованию энергии стока рек. Электрическая станция содержит корпус, установленный в нем гидродвигатель 27 с рабочим органом, электрогенератор 18, установленный над гидродвигателем 27.

Изобретение относится к гидроэнергетическим установкам и способам производства электроэнергии. Основным элементом гидроэнергетической установки является аэродинамическая поверхность в форме крыла, в теле которого выполнен канал, соединяющий противоположные поверхности крыла.

Изобретение может быть использовано в гидроэнергетике в качестве устройства для преобразования энергии самотечного водного потока в электроэнергию. Бесплотинная гидроэлектростанция содержит лопастное колесо и корпус, установленный на опоре.

Изобретение относится к области малой энергетики, а именно к средствам преобразования энергии текущей воды в электрическую энергию, и может быть использовано для установки в русла рек.

Мини-гэс // 2533281
Изобретение относится к преобразователям энергии потока, расположенным вдоль него и отбирающим гидравлическую энергию на расстоянии, определенном длиной преобразователя.

Устройство относится к области энергетики и предназначено для получения электрической энергии от водных потоков: ручьев, рек, морских течений и приливов, а также воздушных потоков.

Изобретение относится к гидроэнергетике, конкретно к способам использования водных ресурсов для генерирования электрической энергии, и может быть использовано для получения электрической энергии, пригодной для снабжения небольших поселков, метеостанций, обсерваторий и других удаленных объектов.

Изобретение относится к области гидроэнергетики. Гидроаккумулирующая электростанция на равнинных реках содержит русловые гидроэнергоагрегаты, включающие осевые насосы, приводящиеся во вращение русловыми гидроколесами через мультипликаторы.

Изобретение относится к использующей течение воды энергоустановке. Энергоустановка (10) предназначена для размещения под водой и содержит лопасти или лопатки (12), прикрепленные к вращающейся замкнутой цепи (14), и по меньшей мере один генератор (60), предназначенный для выработки электроэнергии и соединенный с замкнутой цепью (14).

Изобретение относится к альтернативным источникам электроэнергии, в частности к приливным электростанциям. Способ заключается в том, что часть акватории бассейна, закрытого дамбой со стороны моря, с впадающей в него рекой, выход в море которой осуществляется через установленные в дамбе откидные или понтонные затворы только при отливе, вместе с руслом реки от ее устья и до дамбы отсекают плотиной, предназначенной для создания со стороны речного русла верхнего бьефа.

Изобретение относится к гидравлическому аппарату для извлечения энергии из движения волн. Автоматически регулирующийся гидравлический аппарат 200 для преобразования энергии волн содержит насос 201, предназначенный для перекачивания через гидравлический аппарат 200 текучей среды.

Изобретение относится к использующей течение воды энергоустановке. Энергоустановка (10) предназначена для размещения под водой и содержит лопасти или лопатки (12), прикрепленные к вращающейся замкнутой цепи (14), и по меньшей мере один генератор (60), предназначенный для выработки электроэнергии и соединенный с замкнутой цепью (14).

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к низконапорным гидроэлектростанциям, в том числе к приливным электростанциям. Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в упрощении приливной электростанции.

Изобретение относится к гидроэлектрической турбине с плавающим ротором. .

Изобретение относится к возобновляемой энергетике и может быть использовано при создании ветро- и гидроустановок разной мощности, работающих в свободных воздушных или водных потоках.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к турбинам, предназначенным для извлечения энергии из потока воды, например, с целью выработки электроэнергии. .

Изобретение относится к турбинам и энергетическим блокам, вырабатывающим электричество из потока текучей среды. .

Изобретение относится к системе преобразования энергии, в частности к системе преобразования энергии приливов в электрическую энергию. .

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к устройствам, вырабатывающим электроэнергию за счет преобразования энергии морских волн, образующихся при приливах и отливах. Подводная приливная электростанция содержит гидрогенератор 1, состоящий из гидротурбины и генератора, размещенного в герметическом корпусе и кинематически связанного с гидротурбиной, преобразователь частоты 6, через который гидрогенератор 1 подключен к внешней энергосистеме, и систему управления. Гидротурбина выполнена лопастного типа, а генератор с возбуждением от постоянных магнитов. Гидрогенератор 1 установлен в металлическом цилиндрическом каркасе 2, к верхней части которого присоединены полые емкости 3 для удержания каркаса 2 в подводном заглубленном положении. К нижней части каркаса 2 прикреплены тросы 4, одними концами связанные с каркасом 2, а другими с фиксирующими блоками 5, опущенными на морское дно. Преобразователь 6 размещен на берегу и связан с гидрогенератором 1 с помощью электрического кабеля 7. На концах каркаса 2 установлены конусные устройства, образующие на входе потока воды конфузор 8, а на выходе - диффузор 9. Изобретение направлено на снижение стоимости строительства, на повышение эффективности и снижение массогабаритных характеристик электростанции. 1 ил.
Наверх