Приливно-отливной насос

Изобретение относится к области морской гидротехники, а именно к приливно-отливному насосу. Насос состоит из трех емкостей 1, 2, 3, находящихся на определенной высоте относительно друг друга, двух обратных клапанов 6, 7, соединительных труб 8, 9 и заборной трубы 5. Емкости 1-3 установлены неподвижно. Нижняя емкость 1 установлена в области изменения уровня морской воды, в нижней части сообщена с морем, а в верхней – через трубу 8 с верхней частью средней емкости 2. В нижней части емкости 2 расположена труба 5 с клапаном 6. Верхняя емкость 3 соединена с нижней частью емкости 2 трубой 9 с клапаном 7. Такое расположение труб 5, 8, 9 обеспечивает наличие в емкостях 1, 2 воздушной пробки, которая является передаточным телом и перетекает при приливе из емкости 1 в емкость 2 и обратно при отливе. Изобретение направлено на обеспечение простоты конструкции и возможности в качестве нижней емкости использовать береговые сооружения. 3 ил.

 

Область техники.

Приливно-отливной насос относится к области морской гидротехники, является даровым двигателем и преобразует энергию изменения уровня морской воды (волнение, приливы и т.д.) в потенциальную энергию подъема воды.

Уровень техники.

Прототипом является волновая электростанция, Патент РФ 2459974 (Роспатент, «Официальный бюллетень изобретений и полезных моделей №24 от 2012 года). Принцип работы: из пневмогидравлической камеры вытесняемый водой воздух через напорный воздуховод приводит во вращение турбину и генератор. Для эффективной работы турбины необходимо расположить пневмогидравлическую камеру в области волновых воздействий. Это обеспечено механизмом вертикального перемещения, закрепленным на неподвижном основании.

Отличия предлагаемой конструкции:

- использует и волновую, и приливо-отливную энергию моря;

- работает как водяной насос;

- в конструкции отсутствуют кинетические связи и вращающиеся детали;

- при работе не нуждается в обслуживании и регулировках.

Раскрытие изобретения.

Состоит из трех емкостей, находящихся на определенной высоте относительно друг друга, двух обратных клапанов и соединительных труб. Емкости установлены неподвижно, нижняя в области изменения уровня воды и сообщается в своей нижней части с источником забора воды (морем), а в верхней - через трубу с верхней частью средней емкости. В нижней части средней емкости расположена заборная труба с обратным клапаном. Верхняя емкость также расположена на определенной высоте относительно средней и соединена с нижней частью средней емкости трубой с обратным клапаном.

Закачка воды осуществляется в два этапа: при отливе в среднюю емкость и при приливе из средней в верхнюю. В начале отлива нижняя емкость заполнена водой, средняя - воздухом, используемым как передаточное тело (воздушная пробка). Понижение уровня воды в нижней емкости вызывает понижение давления воздуха в средней, под действием чего открывается обратный клапан заборной трубы в нижней части и средняя емкость заполняется водой. При приливе уровень воды в нижней емкости повышается, давление воздуха в нижней и средней емкостях увеличивается, происходит сжатие воздушной пробки. Клапан в заборной трубе закрывается, открывается обратный клапан в трубе, соединяющей нижнюю часть средней емкости с верхней емкостью. Происходит закачка воды в последнюю.

Краткое описание рисунков.

Фиг. 1. Работа насоса при отливе.

Фиг. 2. Работа насоса при приливе.

Фиг. 3. Частный случай применения приливо-отливного насоса.

Обозначения на Фиг. 1, 2, 3.

- нижняя емкость;

- средняя емкость;

- верхняя емкость;

- труба, соединяющая нижнюю емкость с морем;

- заборная труба;

6, 7 - обратные клапаны;

8, 9 - соединительные трубы;

10 - промежуточная емкость.

Фиг. 1. Отлив. Рабочим телом является вода, поступающая в емкость 1 через трубу 4; передаточным телом - воздушная пробка, перетекающая из емкости 1 в емкость 2 и обратно, что обеспечивается взаимным расположением труб 8 и 9 и работой клапанов 6 и 7. Емкость 1 в начале отлива заполнена водой. Клапаны закрыты. При понижении уровня воды в ней через трубу 4 происходит отток воздуха из емкости 2 через трубу 8. Под действием понижения давления обратный клапан 6 открывается и через заборную трубу 5 емкость 2 заполняется водой.

Фиг. 2. Прилив. Уровень воды в емкости 1 повышается. Происходит перетекание воздушной пробки из емкости 1 в емкость 2 через трубу 8, давление повышается. Клапан 6 закрывается, открывается клапан 7. Через трубу 9 вода поднимается в емкость 3. С началом отлива процесс повторяется.

Для эффективной работы насоса необходимо обеспечить оптимальное соотношение объемов нижней и средней емкостей с учетом высоты их взаимного расположения и высоты прилива.

Поскольку масса воздуха в воздушной пробке в течение одного рабочего цикла неизменна, давление меняется медленно и незначительно, температура при этом не меняется - процесс можно считать изотермическим. Применим закон Бойля-Мариотта: при одной и той же массе газа и температуре изменение объема пропорционально изменению давления. (БСЭ, том 3, стр. 468, Москва, «Советская энциклопедия», 1971 г.)

1. P1V1=P2V2, где в данном случае Р1, V1 - давление и объем воздушной пробки в нулевых точках прилива и отлива; Р2, V2 - давление и объем воздушной пробки при приливо-отливных воздействиях в нижней емкости.

Принято:

- разность высот между нижней и средней, средней и верхней емкостями h=1,0 м;

- средняя высота прилива 2 м;

- порог срабатывания клапанов не учитывается;

- нижняя емкость - куб со сторонами 1,0 м и объемом 1,0 м3;

- при полном отливе нижняя емкость в нижней части сообщается с атмосферой;

- вода морская с плотностью ρ=1030 кг/м3 (А. Барашков, Физика, стр. 268, «Слово», Москва, 1995 г.);

- атмосферное давление при t=0°С, Р0=101325 Па (БСЭ, том 5, стр. 252, «Советская энциклопедия», Москва, 1971 г.).

Определение давления столба воды при hст=0,5 м.

Давление водяного столба определяется по формуле: Рст=ρgh (А. Барашков, Физика, стр. 79, «Слово», Москва, 1995 г.), где g - ускорение свободного падения.

Рст=1030×9,8×0,5=5047 (Па).

Для подъема воды на эту высоту необходимо давление в воздушной пробке Р20ст. (При отливе знак "-").

Определение необходимого изменения объема воздушной пробки при приливе.

В нулевой точке прилива нижняя емкость заполнена воздухом, давление равно атмосферному: P10=101325 Па; V1=1,0 м3.

В момент начала закачки воды Р20ст=101325+5047=106372 (Па).

Из формулы 1

V2=P1V1/P2=101325×1,0/106372=0,95 (м3).

Разность объемов ΔV=V1V2=1,0-0,95=0,05 (м3), что по высоте составляет:

Δh=ΔV/S, где S - площадь основания нижней емкости: S=1,0×1,0=1,0 (м2).

Δh=0,05/1,0=0,05 (м).

Таким образом, уровень воды в нижней емкости будет больше (при приливе) или меньше (при отливе) уровня воды в море на величину Δh.

Высота прилива (отлива), необходимая для подъема воды, равна высоте водяного столба. Т.е. для подъема воды на высоту h=1,0 м необходимо, чтобы высота прилива (отлива) или волны была той же высоты без учета потерь (порог срабатывания клапанов, объем трубопроводов, вязкость воды).

Эффективность работы насоса обеспечивается точным соотношением объемов емкостей и высот их взаимного расположения. Рассчитывается для конкретных условий.

Расчет мощности насоса при полусуточном приливе.

N=A/t, где А - работа, t - время (А. Барашков, Физика, стр. 224, «Слово», Москва, 1995 г.).

Работой в данном случае является потенциальная энергия поднятой на 1 м морской воды, равной по объему средней емкости:

А=mgh (А. Барашков, Физика, стр. 289, «Слово», Москва, 1995 г.), где m - масса воды,

m = ρV2 = 1030×0,95=978,5 (кг),

А = 978,5×9,8×1=9599,3 (Дж),

N = 9599,3/43200≈0,22 (Вт).

При объеме нижней емкости 1 м3 и высоте между емкостями 1 м при полусуточном приливе насос развивает мощность 0,22 Вт.

Увеличение мощности без увеличения объема емкостей может быть достигнуто:

- размещением заборной трубы 5 ниже уровня полного отлива;

- заменой воздушной пробки жидкостной (из жидкости легче воды и с водой не смешиваемой).

На Фиг. 3 приведен частный случай применения насоса, более приемлемый для практического использования. Если забор воды в среднюю емкость производить непосредственно из моря, что происходит при отливе, высота подъема воды будет постоянно расти, а это существенно снизит эффективность насоса. Для устранения этого недостатка вводится дополнительная промежуточная емкость 10, расположенная, например, под емкостью 1. Она имеет большой объем, заполняется водой при полных приливах, не имеет обратного стока и обеспечивает относительно постоянный уровень воды. Забор воды в среднюю емкость производится из нее, т.е. практически из уровня полного прилива. Остальные емкости при этом работают по прежнему принципу.

Практическое применение:

- для обеспечения циркуляции воды в береговых закрытых бассейнах при выращивании марикультур и пр.;

- как источник получения электроэнергии при обратном сливе воды.

Основными преимуществами являются простота и возможность в качестве нижней емкости использовать береговые сооружения с большими объемами (стацпричалы, молы и прочее).

Приливно-отливной насос, использующий энергию изменения уровня воды в море, состоящий из неподвижной емкости, находящейся в области воздействия морских волн и приливов, в нижней части сообщающейся с морем, работающей для сжатия или разрежения водой воздуха, отличающийся тем, что имеет дополнительные емкости: среднюю, расположенную на определенной высоте относительно нижней, и верхнюю, расположенную на определенной высоте относительно средней, при этом средняя емкость в верхней части соединена с верхней частью нижней емкости через трубу, а в нижней части соединена с верхней емкостью через трубу с обратным клапаном, что создает воздушную пробку, являющуюся передаточным телом, перетекающую из нижней емкости в среднюю при приливе и обратно при отливе, причем средняя емкость в нижней части соединена с источником забора воды через трубу с обратным клапаном, открытым при понижении давления в воздушной пробке и закрытым при повышении, что обеспечивает заполнение ее водой при отливе, и также в нижней части через трубу с обратным клапаном, открытым при повышении давления в воздушной пробке и закрытым при понижении, - с верхней емкостью, что обеспечивает вытеснение воды из средней емкости в верхнюю при приливе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам, преобразующим энергию морских волн в возвратно-поступательное движение. Устройство содержит гибкую связь 1, связанную с полотнищем 3 в форме треугольника и имеющую участок 15, посредством блока 14 соединенный с устройством натяжения гибкой связи 1.

Изобретение относится к области прямого низкотемпературного преобразования энергии и может быть использовано для подсветки водопадов. Устройство для подсветки водопадов содержит два диэлектрических канала 1, 2, каждый из которых снабжен ионизатором 3 и коллектором 4 зарядов.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для преобразования механической энергии движения водной среды в электрическую энергию. Устройство для преобразования энергии движения водной среды 1 в электрическую энергию содержит опору 2, герметизированное гибкое полотнище 3, вмонтированные в ткань полотнища 3 элементы-преобразователи механических воздействий на полотнище 3 в электрические сигналы, вмонтированные в ткань полотнища 3 элементы-преобразователи этих электрических сигналов в однополярный электрический ток, который подается потребителю 4.

Изобретение относится к области гидромашиностроения. Гидропульсор содержит подвод 1, направляющий аппарат 2 с лопатками, образующими центростремительные сливные каналы 4, размещенными над каналами 4 лопатками, образующими центростремительные напорные каналы 6, с завихрителями потока 15 в них и установленное на валу 28 рабочее колесо 8 с лопастями 10, образующими сливные каналы, и лопастями, образующими напорные центростремительные каналы 14.

Изобретение относится к береговой гидроэлектрической установке для генерирования электрической энергии. Установка расположена над потоком и содержит корпусную секцию, секцию водяного колеса, подвижную секцию передачи энергии, соединенную с водяным колесом, и секцию генерирования электрической энергии.

Группа изобретений относится к гидроэнергетике и может использоваться в гидроэнергетических установках, преобразующих кинетическую энергию свободного потока воды без сооружения напорного тракта.

Изобретение относится к способу эксплуатации гидроэлектрической турбинной системы. Способ содержит следующие этапы: размещают турбину 12 на морском дне в зоне водоема, подверженной действию приливов и отливов; прокладывают электрический кабель для передачи электрической энергии от турбины 12 к удаленному пункту; обеспечивают возможность вращения турбины 12 и выработки электрической энергии за счет энергии приливно-отливного потока воды, проходящего через турбину 12; и перед электрическим соединением кабеля с турбиной 12 поглощают электрическую энергию посредством блока нагрузки 16.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области возобновляемых источников энергии в гидроэнергетике, в частности к низконапорным и свободнопоточным гидроэлектростанциям, и может быть использовано для энергоснабжения поселений и предприятий малого и среднего бизнеса на берегах рек.

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности для преобразования энергии водного потока в электрическую энергию. Бесплотинная инерционная гидроэлектростанция содержит каркас.

Изобретение относится к области гидроэнергетики и конкретно к гидроэлектростанциям. Предлагаемое техническое решение заключается в искусственном сужении грунтовой перемычкой русла реки и создании концентрации кинетической энергии потока воды и дальнейшем использовании в работе вертикальной ярусной ковшевой гидротурбины.

Изобретение относится к способу эксплуатации гидроэлектрической турбинной системы. Способ содержит следующие этапы: размещают турбину 12 на морском дне в зоне водоема, подверженной действию приливов и отливов; прокладывают электрический кабель для передачи электрической энергии от турбины 12 к удаленному пункту; обеспечивают возможность вращения турбины 12 и выработки электрической энергии за счет энергии приливно-отливного потока воды, проходящего через турбину 12; и перед электрическим соединением кабеля с турбиной 12 поглощают электрическую энергию посредством блока нагрузки 16.

Изобретение относится к способу эксплуатации гидроэлектрической турбинной системы. Способ содержит следующие этапы: размещают турбину 12 на морском дне в зоне водоема, подверженной действию приливов и отливов; прокладывают электрический кабель для передачи электрической энергии от турбины 12 к удаленному пункту; обеспечивают возможность вращения турбины 12 и выработки электрической энергии за счет энергии приливно-отливного потока воды, проходящего через турбину 12; и перед электрическим соединением кабеля с турбиной 12 поглощают электрическую энергию посредством блока нагрузки 16.

Изобретение относится к области гидроэнергетики. Энергетический модуль приливной электростанции включает по меньшей мере одну пару заполняемых емкостей 10, соединенных между собой гибкой связью, связанной с приводом, обеспечивающим движение вала электрогенератора.

Группа изобретений относится к водяной мельнице. Мельница содержит водонаправляющее средство с по меньшей мере одним проточным каналом 54а, в котором установлено по меньшей мере два лопастных колеса 67а1 и 67а2, имеющих вал вращения 68а1 и 68а2 соответственно, ориентированный в рабочем состоянии перпендикулярно направлению потока, и по меньшей мере три лопасти, и средства передачи вращательного движения вала 68а1 и 68а2 на генератор.

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для преобразования кинетической энергии потоков воды в электроэнергию. Гидроэнергетическая установка содержит установленные на водоизмещающем основании две гидротурбины 1, размещенные симметрично относительно продольной оси 4, вдоль которой ориентированы оси 3 их вращения, выполненные с возможностью вращения в противоположные стороны, кинематически связанные с электрогенератором 5, якорное устройство 6, балластные емкости 7.

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к использованию энергии прибойного потока у берегов морей, океанов и крупных водоемов путем ее преобразования в электроэнергию.

Изобретение относится к области водного транспорта и касается способа транспортировки системы (12) гидроэлектрической турбины, а также судна (10), пригодного для использования при реализации указанного способа, причем судно включает в себя секцию (28), которая выполнена с возможностью подъема и которая обеспечивает возможность прохождения судна над частью основания (16) указанной системы (12) гидроэлектрической турбины при нахождении в заполненном водой сухом доке, при этом указанная часть основания (16) выступает над уровнем воды в доке.

Изобретение относится к системе использования динамической силы текучей среды на плавучей конструкции и судну, приводимому в движение ветром, в котором используется система динамической силы текучей среды.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и гидроэнергетики. Существующее устройство предназначено для технологичного создания на приливной акватории напора между морем и бассейном, отсекаемым плотиной, и пропуска расхода воды через четыре водовода энергоблока с установленными последовательно в три ряда по 4 штуки недорогих и легкозаменяемых вододвигателей с изменяемой геометрией лопасти, чтобы напор от толщи приливной и отливной воды использовался многократно.

Группа изобретений относится к установке и методу для генерирования энергии из потока жидкости. Установка для монтажа поперек пласта воды, в которой используется падение напора от напорной стороны к ненапорной стороне для генерирования электричества с использованием потока воды, содержит комплект элементов, расположенных на расстоянии друг от друга.

Группа изобретений относится к кессонному волнолому и, в частности, к блоку кессонного волнолома, содержащему колебательный водяной столб. Блок 100 кессонного волнолома имеет наветренную и подветренную стороны 110 и 120 и содержит колебательный водяной столб.

Изобретение относится к области морской гидротехники, а именно к приливно-отливному насосу. Насос состоит из трех емкостей 1, 2, 3, находящихся на определенной высоте относительно друг друга, двух обратных клапанов 6, 7, соединительных труб 8, 9 и заборной трубы 5. Емкости 1-3 установлены неподвижно. Нижняя емкость 1 установлена в области изменения уровня морской воды, в нижней части сообщена с морем, а в верхней – через трубу 8 с верхней частью средней емкости 2. В нижней части емкости 2 расположена труба 5 с клапаном 6. Верхняя емкость 3 соединена с нижней частью емкости 2 трубой 9 с клапаном 7. Такое расположение труб 5, 8, 9 обеспечивает наличие в емкостях 1, 2 воздушной пробки, которая является передаточным телом и перетекает при приливе из емкости 1 в емкость 2 и обратно при отливе. Изобретение направлено на обеспечение простоты конструкции и возможности в качестве нижней емкости использовать береговые сооружения. 3 ил.

Наверх