СИСТЕМА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 2006 года по МПК F03B13/00 F03B17/00 

Настоящее изобретение относится к системе для выработки электроэнергии, в основном за счет использования морских течений, которая содержит тело вращения, имеющее переднюю входную сторону и заднюю выходную сторону, и по меньшей мере один элемент передачи, соединяющий входную сторону с генератором.

Известные ранее способы и системы для выработки электроэнергии за счет использования морских течений оказались дорогостоящими. Кроме того, их эффективность была низкой из-за того, что энергия, вырабатываемая с использованием таких систем, часто не оправдывала затраченные капиталовложения.

Задачей настоящего изобретения является создание системы для выработки электроэнергии в основном за счет морских течений, которая является более эффективной и экономичной и может быть изготовлена при относительно низких расходах. Эта система содержит тело вращения, которое обеспечивает получение существенно больше энергии, чем это было возможно в известных ранее системах. Благодаря хорошей приспособляемости эта система может быть установлена в таких местах в море, где имеются наиболее сильные морские течения. Отличительные характеристики настоящего изобретения изложены в формуле изобретения.

Технический результат достигается посредством системы для выработки электроэнергии, в основном за счет использования морских течений, которая содержит тело вращения, имеющее переднюю входную сторону и заднюю выходную сторону, по меньшей мере один элемент передачи, соединяющий входную сторону с генератором и проходящий в направлении входной стороны от по существу цилиндрического узкого участка, по меньшей мере один участок, сужающийся в виде конуса и/или луковицы, при этом узкий участок имеет расположенные с промежутками друг от друга по окружности турбинные лопатки, которые выполнены с возможностью обеспечения вращения тела вращения, свободный передний конец которого прикреплен к элементу передачи и служит для передачи движения вращения на генератор, и внутренняя поверхность внешней стенки тела вращения имеет лопатки, расположенные по окружности и предназначенные для устранения трения, создаваемого находящейся внутри тела вращения жидкостью.

Тело вращения согласно изобретению может иметь коническую и/или вогнутую или плоскую секцию, проходящую в направлении, противоположном выходной стороне.

Предпочтительно, входные углы турбинных лопаток выполнены переменными.

Предпочтительно, тело вращения содержит элемент подачи жидкости, выполненный с возможностью удержания тела вращения в правильном плавучем положении при изменении интенсивности морских течений.

Согласно варианту осуществления изобретения тело вращения установлено в имеющий вид сопла кожух, который по существу имеет форму песочных часов, причем стенки кожуха расходятся от суженной центральной секции кожуха, при этом тело вращения установлено в кожухе с возможностью вращения. Кожух имеет квадратное поперечное сечение.

Лопатки, установленные на внутренней поверхности внешней стенки тела вращения, одновременно являются ребрами для повышения жесткости внешней стенки.

Предпочтительно, узкий участок тела вращения содержит усеченное коническое тело, поддерживаемое турбинными лопатками и проходящее вокруг узкого участка, причем сходящиеся стороны конического тела, обращенные к узкому участку, образуют туннельный элемент, ограниченный конусным участком тела вращения и передней стороной усеченного тела и сужающийся в направлении лопаток, захватывающий морские течения и направляющий их к лопаткам через промежутки между ними.

Согласно изобретению тело вращения является основной существенной особенностью изобретения, которое приводится во вращение при помощи морских течений в том месте, где будет размещена система.

Вращение тела вращения может быть оптимизировано за счет регулировки углов лопаток, которые расположены вокруг узкого участка тела вращения. Тело вращения удерживается на заданном уровне погружения в море при помощи элемента передачи, который также передает движение вращения на генератор. За счет специальной формы тела вращения получают очень высокую эффективность преобразования медленных течений больших объемов воды. Передача энергии вращения от тела вращения на генератор производится при помощи элемента передачи, либо за счет прямой передачи выработанной электрической энергии, либо при помощи накопления этой энергии. Система содержит насос или компрессор, которые поддерживают тело вращения в правильном положении, обеспечиваемом за счет вырабатываемой энергии, в сочетании с лопатками, которые расположены по окружности тела вращения. Такой насос или компрессор используется для регулировки степени заполнения водой тела вращения, что оказывает влияние на положение вращения тела вращения в море. Для исключения трения жидкости, которая находится внутри тела вращения и для регулировки его степени заполнения, внутренняя поверхность внешней стенки тела вращения снабжена обращенными внутрь лопатками, которые обеспечивают вращение жидкости, находящейся внутри, вместе с телом вращения, а не создавать трение относительно внутренних стенок. В такой схеме расположения лопатки также выполняют функцию ребер, которые повышают жесткость всего тела вращения.

Некоторые предпочтительные варианты настоящего изобретения будут описаны далее со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг.1 схематично изображен вид сбоку системы в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.2 изображен альтернативный вариант использования системы в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.3 схематично изображено поперечное сечение вида сбоку тела вращения, которое является частью системы в соответствии с настоящим изобретением и установлено с возможностью вращения внутри имеющего вид сопла кожуха.

На фиг.4 изображен вид с торца тела вращения и его кожух в соответствии с фиг.3.

На фиг.5 схематично изображен вид сбоку другого варианта системы в соответствии с настоящим изобретением, где показано тело вращения, имеющее переднюю входную сторону с коническим участком и заднюю выходную сторону с плоским участком.

На фиг.6 схематично изображено являющееся частью системы тело вращения, а также изменение положения по высоте (глубине) тела вращения за счет изменения степени заполнения тела вращения.

На фиг.7 изображено поперечное сечение узкого участка тела вращения в направлении его входной стороны и изображены турбинные лопатки.

На фиг.8a-8d изображены различные формы входной и выходной сторон тела вращения, а также изображены осевое и радиальное местоположения турбинных лопаток в узком участке тела вращения.

На фиг.9a-9d изображены различные возможные виды стороны впуска и выпуска воды.

На фиг.10 схематично изображен вид сбоку шарнирного элемента передачи вращения, который обеспечивает устранение влияния движения волн.

На фиг.11 изображена передача жесткой радиальной силы при помощи элемента передачи, с использованием шарнирного соединения и генератора электрического тока, который установлен внутри тела, причем элемент передачи образован при помощи жесткого вала передачи.

На фиг.12 изображен вид сбоку другого варианта, в соответствии с которым тело вращения вокруг своего узкого участка образует усеченный конус, наклонные боковые поверхности которого сходятся в направлении узкого участка и погружаются в него через расположенные вокруг узкого участка лопатки или лопасти, которые расположены на заданном расстоянии друг от друга.

На фиг.13 изображен вид с торца тела вращения, показанного на фиг.12.

На фиг.14 схематично изображено тело вращения в соответствии с настоящим изобретением, а также концентрация потоков.

На чертежах показана система 1 для выработки электроэнергии, в основном за счет использования морских течений. Эта система содержит тело 4 вращения, имеющее переднюю входную сторону 2 и заднюю выходную сторону 3, а также по меньшей мере один элемент 6 передачи, соединяющий входную сторону 2 с генератором 5. Элемент 6 передачи может быть выполнен в виде гибкого или жесткого вала.

Тело 4 (4',4'',4''') вращения имеет конический участок 8 (8',8'',8'''), который проходит от по существу цилиндрического узкого участка 7 (7',7'',7''') в направлении входной стороны 2 и имеет форму конуса и/или луковицы. Различные формы тела 4 вращения у входной 2 и выходной 3 сторон, соответственно, показаны более подробно на фиг.8a-8d и 9a-9d. Форма луковицы и туннеля, а также осевое и радиальное расположение лопаток, которые обеспечивают вращение тела вращения 4 (4',4'',4'''), выбраны с учетом факторов, определяемых средним течением, средней температурой и содержанием соли в воде, причем эти факторы индивидуально рассчитываются для каждого выбранного положения установки. В непосредственной близости от тела 4 (4',4'',4''') вращения потоки концентрируются у его наружного диаметра, после чего они возвращаются к своей исходной форме. Высота лопаток рассчитывается таким образом, чтобы они точно учитывали это явление. Подходящие формы внешней стенки тела 4 вращения показаны на фиг.8a-8d и 9a-9d. Эти формы выбираются таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность с учетом совместного влияния различной плотности воды, содержания соли в воде и скорости течения.

Тело 4 вращения вокруг его узкого участка 7 снабжено лопатками 10, которые расположены с различными промежутками друг от друга и служат для обеспечения вращения тела вращения. Свободный передний конец тела 4 вращения соединен с элементом передачи 6 для того, чтобы передавать движение вращения на генератор 5. Лопатки 10 имеют регулируемые входные углы атаки, позволяющие устанавливать лопатки таким образом, чтобы получать максимально возможную выходную мощность.

В соответствии с альтернативным вариантом, который показан более подробно на фиг.12 и 13, узкий участок 7 тела вращения содержит усеченное коническое тело 26, которое поддерживается при помощи лопаток или лопастей 10. Сходящиеся стороны 27, 28 этого тела обращены к узкому участку 7, в результате чего образуется элемент 29 в виде туннеля, захватывающего морские течения и направляющего их к лопаткам 10 через промежутки 30 между ними. В соответствии с предпочтительным вариантом, угол установки лопаток 10 составляет около 45°. В этом случае мощность, полученная за счет вращения тела вращения, может быть увеличена ориентировочно на 30%.

Для ориентации в море тела 4 вращения, последнее должно иметь элемент 11 подачи жидкости, например, в виде насоса или компрессора, которые удерживают тело в правильном положении потребления энергии, совместно со средством регулировки угла лопаток в зависимости от интенсивности морских течений. Для дальнейшего повышения эффективности тела вращения, последнее может быть установлено в кожухе 12, имеющем вид сопла, форма которого может соответствовать форме песочных часов и стенки которого расходятся от суженной центральной секции 13 кожуха, в котором тело вращения установлено с возможностью вращения на подшипниках 14, которые закреплены соответственно на входе 15 и выходе 16 кожуха 12. В соответствии с предпочтительным вариантом кожух 12 имеет квадратное поперечное сечение с большей площадью, чем в случае круглого поперечного сечения. Следовательно, такой кожух обеспечивает максимальную скорость течения, что, в свою очередь, обеспечивает максимальную скорость вращения тела 4 вращения.

Внешняя стенка 17 тела 4 вращения (фиг.7) на своей внутренней поверхности имеет расположенные по окружности лопатки 18, предназначенные для устранения трения жидкости, например воды, которая находится внутри тела 4 вращения. Одновременно лопатки 18 играют роль ребер, которые повышают жесткость внешней стенки 17 тела 4 вращения. За счет такой конструкции, вода, заполняющая внутренний объем тела 4 вращения, будет участвовать в движении вращения.

На фиг.1 показано, каким образом может быть выполнена система 1 в соответствии с настоящим изобретением. В этом случае система 1 имеет якорь 20, который лежит на дне моря и от которого отходит якорная цепь 21, соединенная с плавающим элементом 22. Элемент 22 имеет аккумулятор 23 для накопления энергии от тела 4 вращения, которая передается от тела вращения при помощи элемента передачи 6 и генератора 5. С плавающим элементом 22 также связан кабель 24, который предназначен для транспортирования энергии на берег. В другом варианте накопленная в аккумуляторе 23 энергия передается на суда различного типа, которые транспортируют накопленную энергию в требуемое место ее потребления.

На фиг.2 схематично показана система 1 в соответствии с настоящим изобретением, в которой тело 4 вращения поддерживается в морском течении при помощи якорного элемента 20, снабженного рамой 25. Последняя помогает удерживать тело 4 вращения в заданном положении в морском течении. Элемент передачи шарнирно соединен с рамой 25, с которой соединен также кабель 24 для передачи энергии на берег.

На фиг.10 и 11 показана система 1 в соответствии с настоящим изобретением, которая имеет другую связь между телом 4 вращения и плавающим элементом 22. На фиг.10 показан шарнирный элемент передачи энергии, который устраняет влияние морских волн. На фиг.11 показано жесткое радиальное соединение, которое содержит шарнирное соединение и генератор электрического тока 5, установленный внутри тела 4 вращения. Имеется также кабель для транспортирования выработанной генератором 5 энергии через элемент 6 передачи, который в данном случае выполнен в виде жесткого вала.

Описанные здесь различные конструкции обеспечивают возможность создания системы, имеющей тело вращения, окружная скорость которого может быть увеличена радиально. При этом большие объемы воды с малой скоростью течения могут быть сконцентрированы для того, чтобы добавлять усилие по окружности.

На фиг.14 схематично показано, как концентрируются потоки у внешнего диаметра тела 4 вращения, в особенности в зоне узкого участка 7. После прохождения тела вращения потоки вновь объединяются и возвращаются в свою исходную форму. Поэтому размер лопаток рассчитывается таким образом, чтобы точно учитывать этот факт, что позволяет добиться эффективности, соответствующей 16 кВт/м², что в 4 раза больше по сравнению с известными ранее техническими решениями.

Система для выработки электроэнергии в основном за счет использования морских течений, которая содержит тело вращения, имеющее переднюю входную сторону и заднюю выходную сторону, по меньшей мере, один элемент передачи, соединяющий входную сторону с генератором. Тело вращения имеет сужающийся в виде конуса и/или луковицы участок, который проходит в направлении входной стороны от по существу цилиндрического узкого участка, а также участок конического и/или вогнутого или плоского сечения, проходящий в противоположном направлении от выходной стороны. Узкий участок тела вращения имеет расположенные с промежутками друг от друга по окружности турбинные лопатки, которые выполнены с возможностью обеспечения вращения тела вращения, свободный передний конец которого прикреплен к элементу передачи и служит для передачи движения вращения на генератор. Внутренняя поверхность внешней стенки тела вращения имеет лопатки, расположенные по окружности и предназначенные для устранения трения, создаваемого находящейся внутри тела вращения жидкостью. Конструкция системы позволяет повысить КПД при относительно низких расходах. 7 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Система (1) для выработки электроэнергии в основном за счет использования морских течений, которая содержит тело (4) вращения, имеющее переднюю входную сторону (2) и заднюю выходную сторону (3), по меньшей мере, один элемент (6) передачи, соединяющий входную сторону (2) с генератором (5) и проходящий в направлении входной стороны от по существу цилиндрического узкого участка (7), по меньшей мере, один участок (8, 9), сужающийся в виде конуса и/или луковицы, при этом узкий участок имеет расположенные с промежутками друг от друга по окружности турбинные лопатки (10), которые выполнены с возможностью обеспечения вращения тела вращения, свободный передний конец которого прикреплен к элементу передачи (6) и служит для передачи движения вращения на генератор (5), а внутренняя поверхность внешней стенки (17) тела вращения имеет лопатки (18), расположенные по окружности и предназначенные для устранения трения, создаваемого находящейся внутри тела вращения жидкостью (19).2. Система по п.1, отличающаяся тем, что тело (4) вращения имеет коническую, и/или вогнутую, или плоскую секцию, проходящую в направлении, противоположном выходной стороне.3. Система по п.1, отличающаяся тем, что входные углы лопаток (10) выполнены переменными.4. Система по п.1, отличающаяся тем, что тело (4) вращения содержит элемент подачи (11) жидкости, выполненный с возможностью удержания тела вращения в правильном плавучем положении при изменении интенсивности морских течений.5. Система по п.1, отличающаяся тем, что тело (4) вращения заключено в имеющий вид сопла кожух (12), который по существу имеет форму песочных часов, причем стенки кожуха расходятся от суженной центральной секции (13) кожуха (12), при этом тело (4) вращения установлено в кожухе с возможностью вращения.6. Система по п.4, отличающаяся тем, что кожух имеет квадратное поперечное сечение.7. Система по п.1, отличающаяся тем, что лопатки (18) одновременно являются ребрами для повышения жесткости внешней стенки (17).8. Система по п.1, отличающаяся тем, что узкий участок (7) тела (4) вращения содержит усеченное коническое тело (26), поддерживаемое турбинными лопатками (10) и проходящее вокруг узкого участка, причем сходящиеся стороны (27, 28) конического тела, обращенные к узкому участку (7), образуют туннельный элемент (29), ограниченный конусным участком (8, 9) тела вращения и передней стороной (27) усеченного тела (26) и суживающийся в направлении лопаток (10), захватывающий морские течения и направляющий их к лопаткам (10) через промежутки (30) между ними.