Патент на изобретение: № 2361038 от 04.10.2007
Авторы изобретения:
Яковенко Александр Леонидович (RU),
Шаров Виктор Васильевич (RU),
Навернюк Антон Михайлович(RU),
Балабаев Алексей Сергеевич (RU),
Власов Сергей Геннадьевич (RU)
Патентообладатель:
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Московский государственный университет природообустройства»
(МГУП)
©, 2007 г.,
МТК «Изобретатель» при МГУП
мастерская «Фантазеры»
ГБОУ ЦО № 1811 «Измайлово»
Реферат:
Изобретение предназначено для преобразования энергии морских приливов.
Электростанция содержит корпус с открытым входом и выходом установленных на вертикальных валах вращения, связанных с электрогенераторами, гидротурбин виде барабанов, на наружных поверхностях которых закреплены лопасти. На входе и выходе корпуса установлены вертикальные щиты, направляющие приливный поток на лопасти гидротурбин с обеспечением их вращения.
Представляющий гидротурбину барабан состоит из соединенных основаниями двух конусов, на наружных поверхностях которых по винтовой линии прикреплены лопасти таким образом, что начало каждой лопасти на нижней вершине конуса барабана смещено по ходу его вращения относительно конца лопасти на второй верхней вершине барабана на 1-2 шага лопастей. На нижней конусной части барабана лопасти имеют форму вращения виде цилиндра, а в верхней части барабана лопасти повторяют при вращении форму конуса, увеличенную на двойную величину лопасти. На нижней конусной части барабана, которая составляет 1/3 всего барабана, количество лопастей больше в два раза, а ширина проходного отверстия между барабанами в нижней части равна двойному размеру лопасти в месте соединения оснований конусов барабана. Поворотные вертикальные штанги приливных щитов установлены от продольной оси симметрии корпуса по обе стороны на расстоянии, не большем диаметра вращения нижней части барабана, а отливных щитов — от бокового борта корпуса на расстоянии, равном радиусу вращения нижней части барабана. Изобретение повышает эффективность преобразования энергии приливов в электрическую энергию. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для преобразования энергии морских приливов и постоянных течений в электрическую энергию, а также может использоваться на неглубоких реках как русловая ГЭС.
Известны гидроэлектрические станции, преобразующие энергию водных потоков в электрическую энергию (Гидроэлектрические станции. Под ред. Ф.Ф.Губина и Г.И.Кривченко. М.: Энергия, 1980), или приливная электростанция, включающая машинный зал с гидроагрегатными блоками, содержащими турбины и генераторы, соединенный с морем резервуаром, заполняемым водой при приливе и вырабатывающим электрическую энергию при отливе (RU 2012714, М. кл.5 Е02В 9/08, 1990 г.).
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является заявка Великобритании 2435908, МПК F03B 13/26, опубликованная 12.09.2007.
Недостатки известной электростанции заключаются в ее конструктивной сложности, особенно механизмов разворота турбин по изменяемому потоку, низком КПД, из-за значительных гидравлических потерь на транспортировку жидкости, и ограниченной эффективности, из-за производства электроэнергии только во время отлива.
Цель изобретения заключается в повышении эффективности работы приливной электростанции.
Цель достигается тем, приливная электростанция содержит корпус с открытым входом и выходом установленных на вертикальных валах вращения, связанных с электрогенераторами, гидротурбин в виде барабанов, на наружных поверхностях которых закреплены лопасти.
На входе и выходе корпуса установлены вертикальные щиты, которые направляют приливный поток на лопасти гидротурбин и обеспечивают их вращение. Представляющий гидротурбину барабан состоит из соединенных основаниями двух конусов, на наружных поверхностях которых по винтовой линии прикреплены лопасти. Начало каждой лопасти на нижней вершине конуса барабана смещено по ходу его вращения относительно конца лопасти на второй верхней вершине барабана на 1-2 шага лопастей. На нижней конусной части барабана лопасти имеют форму вращения в виде цилиндра, а в верхней части барабана лопасти повторяют при вращении форму конуса, увеличенную на двойную величину лопасти. На нижней конусной части барабана, которая составляет 1/3 всей высоты барабана, количество лопастей больше в два раза, а ширина проходного отверстия между барабанами в нижней части равна двойному размеру лопасти в месте соединения оснований конусов барабана. Поворотные вертикальные штанги приливных щитов установлены от продольной оси симметрии корпуса по обе стороны на расстоянии, не большем диаметра вращения нижней части барабана, а отливных щитов — от бокового борта корпуса на расстоянии, равном радиусу вращения нижней части барабана.
На днище корпуса приливной электростанции установлены стопорные фиксаторы, обеспечивающие расчетные углы положения щитов относительно продольной оси корпуса, а на концах щитов по всей вертикальной плоскости установлены подвижные закрылки, способствующие перемещению щитов под действием гидродинамического давления потока.
Электрогенераторы размещены в верхней части корпуса на валах турбин посредством редукционных приводов, а весь блок электрогенераторов защищен «колоколом».
Устройство поясняется чертежами, где:
- фиг.1 — общий вид заявленного предложения в плане с отмеченными направлениями потоков при приливе и отливе и примерный вид барабанов;
- фиг.2 — вид ГЭС по поперечной оси устройства, где левый барабан показан по форме вращения своей вертикальной оси, а правый барабан показан с примерным размещением лопастей на конусных частях;
- фиг.3 — положения ГЭС в моменты максимального безопасного для генераторов уровня прилива и минимального рабочего уровня отлива.
Корпус 1 устанавливается на дне пролива или лагуны, где обеспечиваются устойчивые по высоте приливы и отливы или постоянные по уровню потоки воды, например в русле реки. В каркасе 1 на поперечной оси в вертикальных валах 2 вращения установлены конусные барабаны 3, состоящие из двух сочлененных подошвами конусов, на боковых наружных поверхностях которых по винтовой линии прикреплены лопасти 4 таким образом, что начало каждой лопасти на одном торце барабана смещено по ходу его вращения относительно конца лопасти на втором торце барабана на 1-2 шага размещения лопастей на барабане.
Со стороны прилива по продольной оси установки на вертикальных осях вращения 5 установлены щиты-затворы 6 в виде плоских пластин. На концевых частях щитов 6 на осях 7 закреплены гидродинамические закрылки 8, способствующие под действием силы потока перемещать щиты в необходимое, по условиям направления потоков, положение. Над верней рампой 9 корпуса 1 размещены машинные отделения над каждой из турбин, где установлены генераторы 11 тока с редукторами, а все машинное отделение закрыто специальным колоколом 12.
Работает приливная электростанция следующим образом.
Водный поток приливной волны, раскрывая своим гидродинамическим давлением закрылки 8, перемещает щиты 6, поворачивая их вокруг осей 5, прижимая к краю бортов корпуса 1 в положение, способствующее усилению приливного потока. Напор воды воздействует на лопасти 4 конусного барабана 3, уравновешивая скорость вращения барабанов 3, т.е. ускоренный поток прилива равномерно распределяется по расширенному протоку между верхними конусными частями барабана. Валы 2 связаны кинематически с электрогенераторами 11, размещенными в специальной камере 10 (машинный зал). В это время щиты 6, установленные за барабанами, автоматически (под действием потока) принимают нейтральное положение относительно проходящего между барабанами потока. После того как прилив достигнет своего максимального уровня и начинается обратное движения потока на отлив, сила давления отливной волны действует на закрылки 8 щитов 6, прекращая доступ потока по оси станции, и направляет его в боковые полости между корпусом и барабанами, причем последние вращаются в ту же сторону (отливное направление потоков показано на схеме пунктиром). В это время щиты 6 со стороны прилива приобретают нейтральное положение. На днище корпуса установлены стопорные фиксаторы (не указаны) положения всех щитов 6 относительно продольной оси под расчетным углом, обеспечивающем беспрепятственное закрытие затворов, не создавая «мертвой» точки.
Отливный поток идет по периферии корпуса, воздействуя на наружные части барабанов 3, вращая барабаны в ту же сторону, что и приливная волна. При этом щиты 6, со стороны прилива, поворачиваются под давлением отливной волны вокруг оси 5 в положение, при котором они оказывают минимальное гидравлическое сопротивление потоку.
Вместо описанного самодействующего гидравлического привода направляющих щитов-затворов 6 могут использоваться принудительные, например электрические, устройства закрытия и открытия затворов.
Новые технические результаты предложенного устройства заключаются в следующем:
- устройство одинаково эффективно утилизирует энергию как приливной, так и отливной волны; а также постоянного потока в морских проливах или в реке;
- заявленное предложение имеет более простую конструкцию и более просто в эксплуатации и ремонте или замене частей, чем аналоги, а также имеет более расширенный диапазон использования, включая реки;
- при благоприятных гидрологических условиях в лагуне или в реке предложенное устройство может собираться в энергетический пояс, перекрывающий большое пространство приливного потока или реку, что значительно увеличивает мощность получаемой электроэнергии. Одна станция может дать энергии от 50 кВт до 350 и более кВт в зависимости от интенсивности приливов, размеров станции и мощности применяемых генераторов.
Формула изобретения
- Приливная электростанция, содержащая корпус с открытым входом и выходом установленных на вертикальных валах вращения, связанных с электрогенераторами, гидротурбин виде барабанов, на наружных поверхностях которых закреплены лопасти, причем на входе и выходе корпуса установлены вертикальные щиты, направляющие приливный поток на лопасти гидротурбин с обеспечением их вращения, отличающаяся тем, что представляющий гидротурбину барабан состоит из соединенных основаниями двух конусов, на наружных поверхностях которых по винтовой линии прикреплены лопасти таким образом, что начало каждой лопасти на нижней вершине конуса барабана смещено по ходу его вращения относительно конца лопасти на второй верхней вершине барабана на 1-2 шага лопастей, причем на нижней конусной части барабана лопасти имеют форму вращения в виде цилиндра, а в верхней части барабана лопасти повторяют при вращении форму конуса, увеличенную на двойную величину лопасти, причем на нижней конусной части барабана, которая составляет 1/3 всей высоты барабана, количество лопастей больше в два раза, а ширина проходного отверстия между барабанами в нижней части равна двойному размеру лопасти в месте соединения оснований конусов барабана, кроме того, поворотные вертикальные штанги приливных щитов установлены от продольной оси симметрии корпуса по обе стороны на расстоянии, не большем диаметра вращения нижней части барабана, а отливных щитов — от бокового борта корпуса на расстоянии, равном радиусу вращения нижней части барабана.
- Приливная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что на днище корпуса установлены стопорные фиксаторы, обеспечивающие расчетные углы положения щитов относительно продольной оси корпуса, а на концах щитов по всей вертикальной плоскости установлены подвижные закрылки, способствующие перемещению щитов под действием гидродинамического давления потока.
- Приливная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что электрогенераторы размещены в верхней части корпуса на валах турбин посредством редукционных приводов, а весь блок электрогенераторов защищен колоколом.
