ВОЛНО-ПОТОЧНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2009 года по МПК F03B13/22 F03B7/00 

Изобретение относится к области гидроэнергетического строительства и может быть использовано при сооружении низконапорных речных или волновых энергетических установок.

Известна гидротурбинная установка, содержащая две горизонтально соосно установленные в водоводе турбины и один электрогенератор (см. авт. свидетельство SU №1280178, кл. F03B 13/10, 30.12.1986).

В данной энергетической установке соосные валы турбин ориентированы вдоль водовода и связаны мультипликатором, размещенным в герметичной капсуле в центре водовода, с вертикальным валом генератора, установленного вне водовода. Однако это приводит к низкой эффективности использования энергии водного потока, проходящего через сечение водовода. Это обусловлено тем, что турбины, в данном случае пропеллерного типа работают поочередно в зависимости от направления потока, и тем, что капсула с мультипликатором, размещенная в центре рабочего сечения водовода, частично перекрывает направленный вдоль валов турбин рабочий поток.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является энергетическая установка, содержащая две ортогональные турбины с лопастями гидродинамического профиля, горизонтально соосно установленные в конфузорно-диффузорном водоводе, и электрогенератор, при этом турбины выполнены ортогональными поперечно-струйными, их валы ориентированы поперек водовода установки и один из концов валов каждой ортогональной турбины закреплен в стенке водовода, электрогенератор расположен между ортогональными турбинами, кинематически связан с валами ортогональных турбин и размещен в герметичной полости (см. патент RU №2216644, кл. F03B 13/00, 20.11.2003).

Однако конструкция данной энергетической установки представляет собой, по существу, стационарную энергетическую установку, которую можно вплавь доставить к месту ее использования с последующей установкой на дно водоема, например в прибрежной зоне морей и океанов или на дне реки, что сужает возможности ее использования, а выполнение электрогенератора со сквозным валом, соединяющим валы ортогональных турбин, не позволяет в более полной мере использовать энергию потока воды для выработки электрической энергии.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение функциональных возможностей использования энергетической установки.

Технический результат заключается в том, что достигается повышение эффективности использования энергии водной среды, проходящей через проточную часть конфузорно-диффузорного водовода.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что волно-поточная энергетическая установка содержит две турбины с лопастями гидродинамического профиля, горизонтально-соосно установленные в конфузорно-диффузорном водоводе, и электрогенератор, при этом турбины выполнены ортогональными, их валы ориентированы поперек водовода установки и один из концов валов каждой ортогональной турбины может быть закреплен в стенке водовода, электрогенератор расположен между ортогональными турбинами, кинематически связан с валами ортогональных турбин и размещен в полости, при этом установка снабжена поплавком, водовод установлен под поплавком на кронштейне, снабженном шарниром с возможностью поворота водовода для ориентации осей ортогональных турбин перпендикулярно потоку, лопасти одной ортогональной турбины ориентированы в противоположном направлении по отношению к лопастям второй ортогональной турбины для вращения ортогональных турбин в противоположных, неизменных направлениях, независимо от направления течения потока через ортогональные турбины; индуктор электрогенератора выполнен неподвижным двухстороннего действия и расположен между соединенными каждый со своим валом ортогональной турбины роторами (например, короткозамкнутыми), вращающимися в противоположных направлениях и установленными с малыми зазорами относительно индуктора, фиксированными прокладками из материала с низким трением скольжения.

В ходе проведенного исследования была выявлена возможность расширения функциональных возможностей энергоустановок с ортогональными турбинами за счет установки водовода с ортогональными турбинами и электрогенератором под водой на кронштейне, прикрепленном к поплавку. В результате снимаются какие-либо ограничения по рельефу дна в месте расположения энергетической установки и отпадает необходимость проведения работ по подготовке дна в месте установки энергетической установки, а выполнение кронштейна с шарниром, позволяющим поворачивать и фиксировать водовод в направлении течения потока воды, позволяет использовать энергоустановку как поточную энергетическую установку или как волновую энергетическую установку. Дополнительные возможности по увеличению выработки электрической энергии электрогенератором достигаются за счет того, что лопасти ориентированы в противоположных направлениях для вращения ортогональных турбин в противоположных, неизменных направлениях, независимо от направления течения через ортогональные турбины, индуктор электрогенератора выполнен неподвижным, двухстороннего действия и расположен между соединенными каждый со своим валом ортогональной турбины короткозамкнутыми роторами, вращающимися в противоположных направлениях и установленными с малыми зазорами относительно индуктора, фиксированными прокладками из материала с низким трением скольжения.

На фиг.1 схематически представлен продольный разрез волно-поточной энергетической установки с вертикально установленным водоводом.

На фиг.2 схематически представлен продольный разрез волно-поточной энергетической установки с горизонтально установленным водоводом.

Волно-поточная энергетическая установка содержит две турбины 1 и 2 с лопастями гидродинамического профиля, горизонтально-соосно установленные в конфузорно-диффузорном водоводе 3, и электрогенератор 4. Турбины 1 и 2 выполнены ортогональными, их валы 5 и 6 ориентированы поперек водовода 3 установки и один из концов валов 5 и 6 каждой ортогональной турбины 1 и 2 закреплен в стенке водовода 3. Электрогенератор 4 расположен между ортогональными турбинами 1 и 2, кинематически связан с валами 5 и 6 ортогональных турбин 1 и 2 и размещен в полости 7, образованной корпусом 8, причем полость 7 при необходимости обеспечения повышенной надежности может быть выполнена герметичной (в обычных условиях герметичную полость 7 и корпус 8 использовать нет необходимости). Установка снабжена поплавком 9. Водовод 3 установлен под поплавком 9 на кронштейне 10, снабженном шарниром 11 с возможностью поворота водовода для ориентации осей ортогональных турбин 1 и 2 перпендикулярно потоку. Лопасти одной ортогональной турбины 1 ориентированы в противоположном направлении по отношению к лопастям второй ортогональной турбины 2 для вращения ортогональных турбин 1 и 2 в противоположных, неизменных направлениях, независимо от направления течения потока, например потока воды в реке, через ортогональные турбины 1 и 2. Индуктор 12 электрогенератора 4 выполнен неподвижным, двухстороннего действия и расположен между соединенными каждый со своим валом 5 и 6 ортогональной турбины, соответственно 1 и 2, роторами 13 и 14, вращающимися в противоположных направлениях и установленными с малыми зазорами относительно двухстороннего индуктора 12, фиксированными прокладками (на чертеже не показаны) из материала с низким трением скольжения. Через кронштейн 10 от электрогенератора 4 пропущен электрический кабель 15.

Волно-поточная энергетическая установка работает следующим образом.

При использовании волно-поточной энергетической установки в качестве волновой энергетической установки водовод 3 устанавливают вертикально (см. фиг.1). При перемещении установки вместе с волной вверх и вниз через водовод создается поток воды, окружающей водовод 3, что вызывает вращение ортогональных турбин 1 и 2. Это вращение передается валам 5 и 6, а от последних - роторам 13 и 14. В результате вращения роторов 13 и 14 относительно двухстороннего индуктора 12 электрогенератор 4 вырабатывает электрическую энергию, которая по кабелю 15 передается от электрогенератора 4 потребителю.

В случае использования волно-поточной энергетической установки в качестве поточной энергетической установки с помощью шарнира 11 водовод 3 устанавливают горизонтально (см. фиг.2). Волно-поточную установку устанавливают, например, на реке, причем водовод 3 автоматически, под действием потока располагается вдоль течения реки. Далее работа волно-поточной энергетической установки аналогична тому, как это описано выше. Поток воды, протекая через водовод 3, вызывает вращение турбин 1 и 2 и соответственно их роторов 13 и 14 относительно двухстороннего индуктора 12, а вырабатываемая электрогенератором 4 электрическая энергия по кабелю 15 передается от электрогенератора 4 потребителю.

Настоящее изобретение может быть использовано для создания экологически чистых энергоустановок на реках, в прибрежных районах, а также в местах размещения платформ для подводной добычи полезных ископаемых.

Изобретение относится к области гидроэнергетического строительства. Выполнение кронштейна с шарниром, позволяющим поворачивать и фиксировать водовод в направлении течения потока воды, позволяет использовать энергоустановку как поточную энергетическую установку или как волновую энергетическую установку. За счет установки водовода с ортогональными турбинами и электрогенератором под водой на кронштейне, прикрепленном к поплавку, расширяются функциональные возможности энергоустановки с ортогональными турбинами. Дополнительные возможности по увеличению выработки электрической энергии электрогенератором достигаются за счет того, что лопасти ориентированы в противоположных направлениях для вращения ортогональных турбин в противоположных, неизменных направлениях, независимо от направления течения через ортогональные турбины. Индуктор электрогенератора выполнен неподвижным, двухстороннего действия и расположен между соединенными каждый со своим валом ортогональной турбины короткозамкнутыми роторами, вращающимися в противоположных направлениях и установленными с малыми зазорами относительно индуктора, фиксированными прокладками из материала с низким трением скольжения. В результате достигается повышение эффективности использования энергии водной среды, проходящей через проточную часть конфузорно-диффузорного водовода. 2 ил.

Волно-поточная энергетическая установка, содержащая две турбины с лопастями гидродинамического профиля, горизонтально-соосно установленные в конфузорно-диффузорном водоводе, и электрогенератор, при этом турбины выполнены ортогональными, их валы ориентированы поперек водовода установки и один из концов валов каждой ортогональной турбины закреплен в стенке водовода, электрогенератор расположен между ортогональными турбинами, кинематически связан с валами ортогональных турбин и размещен в полости, отличающаяся тем, что она снабжена поплавком, водовод установлен под поплавком на кронштейне, снабженном шарниром с возможностью поворота водовода для ориентации осей ортогональных турбин перпендикулярно потоку, лопасти одной ортогональной турбины ориентированы в противоположном направлении по отношению к лопастям второй ортогональной турбины для вращения ортогональных турбин в противоположных, неизменных направлениях, независимо от направления течения потока через ортогональные турбины, индуктор электрогенератора выполнен неподвижным, двухстороннего действия и расположен между соединенными каждый со своим валом ортогональной турбины роторами, вращающимися в противоположных направлениях и установленными с малыми зазорами относительно индуктора, фиксированными прокладками из материала с низким трением скольжения.