Преобразователь энергии потока воды в электрическую энергию

Преобразователь энергии потока воды в электрическую энергию

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области гидроэнергетики, а именно к преобразователям энергии морских волн и постоянных течений, а также речных потоков в электрическую энергию, выполняющим одновременно функцию успокоителя волн и защиты берегов.

Известно много установок, трансформирующих энергию морских волн и приливных течений в электрическую энергию.

К таким преобразователям относится «Пневмобуй Масуда», выполненный в виде открытой снизу трубы, вертикально погруженной в воду и имеющей в средней части корпуса пневматическую турбину, на которую подают в одну сторону воздух пневматические клапаны, и кинематически связанную с электрогенератором (В.А.Коробков. Преобразователи энергии океана. - Л.: Судостроение. 1986 г., с.149-150).

Недостатком известного устройства является его низкая эффективность, связанная с тем, что на всасывание и вытеснение воздуха используется незначительная часть статического давления проходящей волны, а само устройство материалозатратное.

Известен двигатель для утилизации энергии текущей среды, содержащий погруженную в последнюю каркас с проходными окнами, валы, один из которых кинематически связан с электрогенератором, гибкий элемент, охватывающий упомянутые валы и снабженный лопастями, закрепленными на нем с возможностью поворота вокруг оси лопасти, каркас размещен своей продольной стороной поперек потока текущей среды, а с лопастями взаимодействует среда для изменения их положения относительно упомянутого гибкого элемента на противоположное (RU, №2166664, М.Кл.⁷: F03B 9/00, 2000 г.).

Известное устройство не может быть использовано в качестве волновой гидроэлектростанции, в связи с тем, что оно не приспособлено для работы в условиях воздействия приливных и противоположно направленных отливных волн или требуется дополнительные механизмы разворота устройства на 180 град.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототита, является пневматический преобразователь, содержащий корпус с турбогенератором и волноприемным отверстием в нижней части боковой стены, где в зонах вероятного удара волн выполнены отверстия, заканчивающиеся гидравлическими затворами в виде V-образных желобов (RU №2230852. М. Кл.⁷: Е02В 9/08, 2000 г.).

Недостатком известного устройства является то, что это стационарная конструкция, привязанная к берегу и сложная по изготовлению, имеющая низкий КПД пневмогидравлического преобразования энергии волн.

Также преобразователь энергии потока воды в электрическую энергию, который может быть использован как при приливе, так и отливе, установленный своей длиной вдоль направления потока, и имеет бесконечный элемент, запасованный в колеса-барабаны, валы которых кинематически связаны с электрогенератором, по внешней стороне бесконечного элемента равномерно установлены складывающиеся лопасти (JP 2004138015 A, 13/05/2004, F03B/900).

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности устройства за счет более высокого КПД преобразования энергии волн, упрощение конструкции и эксплуатации устройства, расширение диапазона использования, в море на приливах и отливах и в реках на постоянном течении любой доступной глубины или в искусственных каналах, отводимых параллельно природному руслу.

Предложенное устройство заметно расширяет область его применения, делая возможным его размещение, даже подо льдом.

Сущность изобретения заключается в том, что преобразователь энергии потока воды в электрическую энергию содержит корпус с проходными окнами в нижней его части при отливе и верхней его части при приливе, бесконечную ленту, расположенную внутри корпуса и запасованную в барабаны. Рабочие лопатки в виде двуплечих пластин, согнутых относительно друг друга, с шарниром в месте изгиба, закреплены на внешней стороне бесконечной ленты по всей ее длине. Стабилизаторы установлены на валах барабанов за бортами корпуса и обеспечивают опускание бесконечной ленты с лопатками относительно дна корпуса для включения в работу части лопаток на верхней части бесконечной ленты при приливе или ее подъем для включения в работу части лопаток на нижней части бесконечной ленты при отливе, при этом в корпусе выполнены вертикальные прорези, регулирующие высоту опускания и подъема. На торце корпуса закреплен подвижный затвор, направляющий поток в верхнюю часть бесконечной ленты при приливе и принимающий горизонтальное положение для беспрепятственного прохождения потока при отливе.

Преобразователь предназначен для приливных течений, содержит установленные под определенным углом к линии движения волны на осях барабанов стабилизаторы, а сами оси барабанов свободно перемещаются вверх и вниз по вертикальным прорезям в корпусе устройства на величину раскрытия лопастей в нижнем проходном окне устройства.

В целях более полного использования наиболее энергичных поверхностных фаз волн устройство имеет вертикальные прорези 8, где помещены на осях 4 барабаны 3, на осях 4 также закреплены стабилизаторы.

Между барабанами размещается герметичная полость для установки в ней генераторов и другого оборудования, а верхняя и нижняя плоскости полости дополнительно выполняют функции подпорных направляющих для ленты с лопатками, исключая прогибы ленты под весом воды.

Предлагаемый преобразователь энергии морских волн в электрическую энергию поясняется чертежами, где:

Фиг.1 - общий вид с боку преобразователя в положении, соответствующем приливной волне с опущенным направляющим затвором.

Фиг.2 - вид с боку соответствует отливной волне, когда поток воды проходит в нижней части корпуса, а затвор в горизонтальном плавающем положении;

Фиг.3 - вид преобразователя с торца со стороны прилива, где видны стабилизаторы на осях валов.

Преобразователь состоит из корпуса 1, имеющего в торцах сверху и снизу, относительно оси барабанов, проходные окна 2, за которыми размещен запасованный в барабаны 3, установленные на осях 4, кинематически связанные с электрогенератором, бесконечный элемент виде эластичной ленты. На последнем, по всей его длине, по наружной поверхности, установлены лопасти 6 в виде двуплечих пластин, согнутых под углом 110-120°, со стороны напорного потока, с шарниром в точке изгиба, выполненным из условия складывания лопаток на гибком элементе при ее движении против направления волн.

В целях более полного использования наиболее энергичных поверхностных фаз волн преобразователь имеет вертикальные прорези 8, где помещены на осях 4 барабаны 3, на осях 4, с внешних сторон корпуса, также закреплены стабилизаторы 9, автоматически обеспечивающие расчетную высоту прижатия устройства ко дну корпуса при приливной волне и подъем устройства вверх при пропускании по низу отливной волны. Между барабанами 3 размещена герметичная полость 10, где верхняя 11 и нижняя 12 пластины служат поддерживающими направляющими для бесконечной ленты 5 (фиг.3) с лопатками 6. В торце корпуса 1 на уровне оси 4 барабана 3 со стороны прилива крепится подвижный горизонтальный затвор 13 на стенке 14 с верхним фигурным сливом 15 со стороны прилива, а со стороны отлива окно открыто полностью.

На осях барабанов 3 установлены под расчетным углом к горизонту стабилизаторы 9, из условия обеспечения погружения или всплытия вращающей части преобразователя относительно дна корпуса на заданный прорезью 8 уровень. При прохождении волны сверху вращающая часть устройства прижимается на расчетную величину ко дну корпуса, не мешая проходу пассивных лопастей, а при отливной волне вращающая часть поднимается относительно корпуса на высоту, достаточную для движения раскрытых лопастей 6 в потоке воды. Для этого на боковых стенках корпуса, в зоне выхода осей вращающихся барабанов 3, сделаны вертикальные прорези 8.

На уровне оси барабана 3, на торце корпуса 1, со стороны прилива, размещен горизонтальный затвор нейтральной плавучести 13, с возможностью опускания до упора в дно при приливе и принятия автоматически горизонтального положения при отливе для беспрепятственного прохождения отливной волны (фиг.1, 2, 3).

Работает преобразователь следующим образом.

При действии на устройство приливной волны, последняя, протекая в верхнем проходном окне 2 через фигурный слив 15, между стенками корпуса 1, отдает всю свою энергию через лопасти 6 бесконечному элементу 5, вращая барабаны 3 на осях 4, и через них и редукцию вращает электрогенераторы, размещенные в герметичной полости 10. При этом подвижный затвор 13 прижат потоком приливной волны ко дну, создавая направление потока в верхнюю часть ленты на лопатки 6 в рабочем положении. Лопатки, попадающие в нижнюю часть преобразователя, с помощью специального ролика и частичного воздействия встречного потока, автоматически складываются в проходной полости по направляющей 12, уменьшая сопротивление потоку в этой части корпуса 1. При движении в обратном направлении (при отливе), навстречу волне, лопатки 6 в верхней части бесконечного элемента 5 складываются с помощью шарнира 7, оказывая минимальное сопротивление движению элемента 5, а вся вращающая часть устройства под воздействием гидродинамического давления потока на стабилизаторы 9 приподнимается так, чтобы полностью раскрылись в рабочее положение лопатки 6 в нижней части корпуса, вращая элемент 5 в том же направлении. Уровень осей обеих барабанов и высота подъема вращающей части зависят от размеров прорезей 8 на боковых стенках корпуса. Энергия вращения барабанов любым известным способом передается в герметическую полость 10 на электрогенераторы. При использовании силы прилива и отлива устройство может иметь габариты, например, в длину от 3 до 12 м, а в ширину до 2,5 м, при любом количестве установленных агрегатов в потоке, ограниченным только гидрологическими условиями лагуны моря или руслом реки.

В варианте устройства, предназначенного для постоянного потока в реках и донных течениях или искусственных каналах, устройству не нужны стабилизаторы 13 прорези 8, так как нет надобности в подъеме вращающей части устройства относительно корпуса. В этом случае изготовление и эксплуатация устройства упрощаются. За счет передней стенки 14 и фигурной направляющей 15 поток направляется непосредственно на лопатки 6, где порция воды, заключенная между бортами корпуса и бесконечным элементом 5, давит на лопасть, вращая барабаны, которые в свою очередь передают энергию вращения через приводы (не показаны) генераторам тока, размещенным в герметической полости 10.

Если поток реки очень маленький, преобразователь может за счет подпорной стенки одного или нескольких устройств, размещенных в ряд поперек потока, создать искусственный необходимый подпор уровня воды и обеспечить себе нормальную работу генератора. При очень малых напорах в речках или на быстротоках устройство может работать, как при отливе, т.е. входит вода в нижнюю часть корпуса и рабочие лопасти располагаются снизу, а пассивное положение сложенных лопаток, находятся в верхней части корпуса, выше уровня воды в речке, при таком положении устройство может использовать высоту потока даже от 0,1 м (не показано). По ширине реки (или речки) можно размещать несколько устройств, перегораживая хоть все русло, а если необходимо использовать только одно устройство, то используется устройство с искусственным подпором. Рабочая лопатка 6 при складывании в пассивной части корпуса, опирается на впереди находящуюся лопатку, т.е. на ее опорную часть, а чтобы уменьшить сопротивление воды на опорную часть лопатки, в ней размещены пропускные окна.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в высоком КПД устройства и широком диапазоне использования за счет более полного использования энергии как приливных и отливных волн, донных морских течений, так и речных потоков любой высоты уровня потока, вращающих электрогенератор в одну и ту же сторону. При этом свою кинетическую энергию водный поток отдает непосредственно без каких-либо механических дополнительных преобразователей энергии с соответствующими потерями КПД.

Предложенное устройство заметно расширяет область его применения, делая возможным размещения, даже подо льдом.

Преобразователь энергии потока воды в электрическую энергию, содержащий корпус с проходными окнами в нижней его части при отливе и верхней его части при приливе, бесконечную ленту, расположенную внутри корпуса и запасованную в барабаны, рабочие лопатки в виде двуплечих пластин, согнутых относительно друг друга, с шарниром в месте изгиба, закрепленные на внешней стороне бесконечной ленты по всей ее длине, стабилизаторы, установленные на валах барабанов за бортами корпуса и обеспечивающие опускание бесконечной ленты с лопатками относительно дна корпуса для включения в работу части лопаток на верхней части бесконечной ленты при приливе или ее подъем для включения в работу части лопаток на нижней части бесконечной ленты при отливе, при этом в корпусе выполнены вертикальные прорези, регулирующие высоту опускания и подъема, а на торце корпуса закреплен подвижный затвор, направляющий поток в верхнюю часть бесконечной ленты при приливе и принимающий горизонтальное положение для беспрепятственного прохождения потока при отливе.