ТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2013 года по МПК F03B17/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к турбинной установке и, более конкретно, к турбинной установке, предназначенной для получения энергии из потока воды. Данная установка содержит шнековую (винтовую) турбину, оборудованную средством для крепления с изменяемым наклоном, компонент, обеспечивающий плавучесть, и донную опору, а также элементы, необходимые для передачи энергии на энергетическую машину.

Уровень техники

Хорошо известно, что в течениях, например приливных, содержатся значительные количества энергии. Однако оказалось, что ее извлечение из указанных течений в более или менее практически важном объеме связано с существенными проблемами.

В соответствии с уровнем техники применяют так называемые приливные мельницы, в которых на морское дно помещена похожая на ветряную мельницу конструкция с лопастями, перекрывающими относительно большую зону. В процессе работы возникают существенные усилия, которые должны гаситься большой и тяжелой конструкцией башни. Кроме того, некоторые башенные конструкции, известные из уровня техники, выступают над морской поверхностью, а это может производить неприятное впечатление и затрудняет прохождение судов.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в устранении или уменьшении, по меньшей мере, одного из указанных недостатков, свойственных уровню техники.

Согласно изобретению эта задача решается посредством признаков, изложенных в приведенном далее описании и в прилагаемой формуле.

Предлагается турбинная установка, предназначенная для выделения энергии из потока воды и содержащая шнековую турбину, оборудованную средством для крепления с изменяемым наклоном, компонент, обеспечивающий плавучесть, донную опору и элементы, необходимые для передачи энергии на энергетическую машину. При этом предлагаемая турбинная установка содержит, по меньшей мере, две параллельные шнековые турбины.

Особенность указанной турбинной установки заключается в том, что соседние шнековые турбины имеют противоположные направления шага спирали шнека и расположены с взаимным перекрыванием. Наличие трансмиссионного соединительного узла между турбинами гарантирует, что они будут вращаться с одинаковой скоростью.

Такое расположение позволяет сделать межцентровое расстояние между соседними турбинами меньше их диаметра, т.е. уменьшить проточное сечение между ними, а это улучшает использование потока воды. Две шнековые турбины вращаются в противоположных направлениях, т.е. подвергаются симметричному воздействию текущей воды.

Предусмотрена возможность установить энергетическую машину, например, соосно относительно центральной оси шнековой турбины или в другое положение. Скорость вращения энергетической машины относительно скорости шнековой турбины можно задать, используя передаточное отношение трансмиссионного узла, передающего энергию от турбины на машину.

Другой особенностью турбинной установки является прикрепление ее к донной опоре с возможностью поворота. Благодаря этому установка автономно устанавливается по направлению потока воды. Кроме того, относительно горизонтальной плоскости она расположена под углом, что оказывает благоприятное влияние на выбор шага спирали шнека турбины. Указанным углом управляют, регулируя плавучесть установки в зависимости от гидродинамического усилия, прикладываемого к ней потоком воды.

Следующая особенность турбинной установки заключается в том, что компонент, обеспечивающий плавучесть, образован шнековой турбиной. Например, данная турбина может быть, по меньшей мере, частично изготовлена из материала, имеющего плотность, меньшую плотности воды.

Еще одна особенность турбинной установки заключается в том, что для сопряжения с турбиной донная опора снабжена быстроразъемным соединительным узлом. В результате всю установку, за исключением донной опоры, можно относительно легко отсоединить и переместить между указанной опорой и поверхностью, например, вдоль одного или более направляющих тросов.

Донная опора может быть образована основанием известной конструкции, например, присасывающимся якорем. Эта опора должна быть оборудована необходимыми узлами для передачи энергии от энергетической машины. В предпочтительном варианте энергетическая машина является электрическим генератором, но может представлять собой, например, насос.

Предусмотрена возможность поддерживать желаемый угол между шнековой турбиной и горизонтальной плоскостью посредством управления выходной мощностью энергетической машины. Пониженная выходная мощность, создающая эффект повышения плавучести, будет пытаться повернуть турбинную установку в вертикальное положение с увеличением угла установки относительно горизонтальной плоскости.

Вследствие того что турбинная установка удерживается в наклонном положении за счет плавучести и автономно согласовывает свое положение с направлением потока, воздействие изгибающих моментов на донную опору незначительно. Усилия, передающиеся на опору, формируются главным образом за счет растягивающих усилий, передающихся от крепления с изменяемым наклоном.

Вода, протекающая по направлению к обращенным к водяному потоку участкам шнековой турбины, постоянно оказывает давление на данную турбину. Такое давление прикладывается главным образом к участкам турбин, расположенным со смещением от центральной оси турбины в сторону соседней турбины. За счет указанного взаимодействия между двумя турбинами будет обеспечено симметричное распределение энергии, приводящее к тому, что турбинная установка самостоятельно требуемым образом согласовывает свое положение с направлением потока.

Предпочтительно придать поперечному сечению шнековой турбины аэродинамический профиль. В этом случае вода, протекающая вдоль шнековой турбины, при взаимодействии с указанным профилем создает подъемную силу, причем соответствующая составляющая этой силы стремится вращать турбину вокруг ее оси.

По сравнению с уровнем техники турбинная установка по изобретению обеспечивает существенное упрощение проблемы получения энергии из потока морской воды. Поскольку донная опора не подвергается воздействию изгибающих моментов, конструкция значительно упрощается. Кроме того, турбинная установка по изобретению хорошо подходит для использования в относительно мелководных зонах и поэтому предположительно могла бы найти применение также и на реках.

Краткое описание чертежей

Далее описан пример предпочтительного варианта осуществления изобретения, наглядно представленный на прилагаемых чертежах, из которых:

фиг.1 схематично иллюстрирует турбинную установку по изобретению,

фиг.2 схематично иллюстрирует турбинную установку по изобретению на виде сбоку,

фиг.3 схематично иллюстрирует установку, показанную на фиг.2, на виде по стрелкам II-II (показанным на фиг.2), т.е. с торца,

фиг.4 иллюстрирует шнековую турбину в сечении.

Осуществление изобретения

На перечисленных чертежах цифровое обозначение 1 соответствует турбинной установке, содержащей первую шнековую турбину 2 и вторую шнековую турбину 4. Указанные турбины выполнены с возможностью вращения вокруг своих осей 6 и 8 соответственно.

Турбины 2, 4 поддерживаются средством 10 для крепления с изменяемым наклоном, присоединенным к установленной в морском дне 14 донной опоре 12. Средство 10 выполнено с возможностью поворота вокруг вертикальной оси 16 относительно опоры 12, а также вокруг поворотной горизонтальной оси 18.

Две шнековые турбины 2, 4, имеющие противоположные направления шага спирали шнека и вращающиеся в противоположных направлениях, соединены друг с другом трансмиссионным узлом 20.

Каждая из указанных турбин 2, 4 присоединена к соответствующей энергетической машине 22, которая в данном примере предпочтительного варианта осуществления представляет собой электрический генератор. Необходимые для него провода на чертежах не показаны.

В донной опоре 12 размещено поворотное средство 24 для крепления, снабженное быстроразъемным замковым узлом для соединения с опорой 12 относительно несложным образом, известным per se, и размыкания с перемещением между опорой 12 и поверхностью воды посредством направляющих тросов, не показанных на чертежах.

На фиг.4 показано поперечное сечение 26 первой шнековой турбины 2. Указанному сечению 26 придан аэродинамический профиль, который заставляет воду, проходящую приблизительно параллельно сечению 26, создавать приложенную к турбине 2 подъемную силу. В результате возникает момент вращения вокруг оси 6 первой турбины 2.

Шнековые турбины 2, 4 выполнены с S-образным подъемом спирали шнека и с углом "а" подъема спирали (см. фиг.2).

Данные турбины 2, 4 изготовлены из относительно легкого материала и, таким образом, обладают плавучестью.

Если вода, окружающая турбинную установку 1, является стоячей, плавучесть шнековых турбин 2, 4 будет стремиться повернуть установку 1 вокруг горизонтальной оси 18 в такое положение, в котором оси 6, 8 турбин принимают вертикальное направление.

При увеличении потока воды положение турбинной установки 1 регулируется относительно направления потока путем ее поворота вокруг вертикальной оси 16. Одновременно усилия, прикладываемые потоком, стремятся развернуть установку 1 (типа турбина-турбина) вокруг горизонтальной оси 18 таким образом, чтобы оси 6, 8 турбин составили с горизонтальной плоскостью угол "b" (см. фиг.2).

В предпочтительном варианте угол "b" приблизительно равен углу "а" подъема спирали шнека.

Усилие, прикладываемое текущей водой и воздействующее на шнековые турбины 2, 4, переводит их в режим вращения вокруг своих осей 6, 8, в результате чего на энергетические машины 22 передается энергия.

Изобретение относится к турбинной установке, предназначенной для получения энергии из потока воды. Турбинная установка 1 для получения энергии из потока воды содержит, по меньшей мере, две параллельные шнековые турбины 2, 4 со средством 10 для крепления с изменяемым наклоном, компонент, обеспечивающий плавучесть, донную опору 12 и элементы, необходимые для передачи энергии на энергетическую машину 22. Две смежные шнековые турбины 2, 4 имеют противоположные направления шага спирали шнека и расположены с взаимным перекрыванием. Изобретение направлено на упрощение получения энергии из потока воды, на упрощение конструкции, на обеспечение использования в относительно мелководных зонах. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Турбинная установка (1) для получения энергии из потока воды, содержащая шнековую турбину (2, 4) со средством (10) для крепления с изменяемым наклоном, компонент, обеспечивающий плавучесть, донную опору (12) и элементы, необходимые для передачи энергии на энергетическую машину (22), причем турбинная установка (1) содержит, по меньшей мере, две параллельные шнековые турбины (2, 4), отличающаяся тем, что две смежные шнековые турбины (2, 4) имеют противоположные направления шага спирали шнека и расположены с взаимным перекрыванием.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что компонент, обеспечивающий плавучесть, образован шнековой турбиной (2, 4).

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что турбинная установка (1) присоединена к донной опоре (12) с возможностью поворота.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что донная опора (12) снабжена быстроразъемным соединительным узлом для сопряжения с установкой (1).

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что установлена с возможностью перемещения между поверхностью и морским дном (14).

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что поперечному сечению (26) шнековой турбины (2, 4) придан аэродинамический профиль.