СИСТЕМА ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2017 года по МПК E02D27/52 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к системе гидроэлектрической турбины, закрепляемой в месте установки, например на дне моря, на участке со значительным приливным течением, при этом указанная система обеспечивает возможность надежного расположения турбины без опасности опрокидывания, в частности, во время экстремальных погодных или приливных явлений, без необходимости использования крепления с помощью свай или других сложных операций крепления, что значительно упрощает установку системы турбины.

Уровень техники

Установка гидроэлектрических приливных турбин, смонтированных на основании, обычно включает в себя погружение сваи на дно моря, затем на этой свае может быть расположена турбина или вторичная рама, на которой располагаются одна или несколько турбин. Однако погружение сваи на дно моря на участке с сильным приливным течением представляет собой довольно сложную и в целом опасную операцию. Кроме того, к месту установки необходимо транспортировать большое количество оборудования по бурению и производству свайных работ, что значительно усложняет работу и повышает стоимость выполняемой операции. Выполнение работ в море с помощью крупногабаритного и тяжелого оборудования является опасной и требующей значительного времени операцией, в связи с чем большое значение имеют любые попытки упростить решение данной задачи и/или сократить потраченное время.

В последние годы были разработаны альтернативные системы и способы установки гидроэлектрических турбин на дне моря, а также на других подводных опорных поверхностях, в которых используют "гравитационный фундамент", на котором выполняют установку турбины; при этом гравитационный фундамент с помощью совокупного веса основания и турбины обеспечивает прижимание ко дну моря посредством множества стоек с целью фиксации положения и поддержания устойчивости системы турбины без использования свай и других сложных механизмов крепления. Однако для обеспечения достаточной устойчивости вес основания и турбины должен быть значительным, причем подобная конструкция должна выдерживать воздействие значительных приливных течений, что, однако, возникает весьма нечасто. В результате этого система, в частности основание, получается слишком сложной для обычных условий эксплуатации. Таким образом, турбина и связанное с ней основание представляют собой крупные и громоздкие компоненты и требуют использования мощного подъемного и транспортного оборудования, необходимого для установки и подъема турбины с целью выполнения технического обслуживания. Использование подобного тяжелого подъемного оборудования, как правило, является опасным, оно становится еще более опасным, когда это оборудование используется в море в сложных и нестабильных условиях.

В связи с этим предметом данного изобретения является система гидроэлектрической турбины, обеспечивающей решение указанных проблем.

Раскрытие изобретения

В соответствии с изобретением предложена система гидроэлектрической турбины, имеющая основание, содержащее раму, множество стоек, проходящих от рамы, и по меньшей мере один несущий нагрузку элемент, проходящий от основания в положении, обеспечивающем при использовании противодействие опрокидыванию основания.

Предпочтительно основание определяет ось опрокидывания, проходящую между парой стоек, при этом указанный по меньшей мере один несущий нагрузку элемент установлен для противодействия опрокидывающему моменту, действующему вокруг оси опрокидывания.

Предпочтительно несущий нагрузку элемент имеет расположение и размеры, обеспечивающие его приподнятое положение над поверхностью места установки, когда множество стоек находится в контакте с указанной поверхностью и поддерживается ею.

Предпочтительно несущий нагрузку элемент имеет несущую нагрузку поверхность, расположенную вне оси опрокидывания.

Предпочтительно несущий нагрузку элемент содержит стойку, прикрепленную к основанию, и несущую нагрузку поверхность, расположенную на свободном конце стойки.

Предпочтительно указанная несущая нагрузку поверхность ориентирована, так чтобы быть по существу параллельной морскому дну, или другой поддерживающей поверхности, контактирующей с морским дном, или поддерживающей поверхности во время опрокидывания.

Предпочтительно рама является по существу треугольной, а основание содержит три стойки, по одной на каждой вершине треугольной рамы или смежно с каждой вершиной.

Предпочтительно система содержит несущий нагрузку элемент, проходящий от каждой из трех сторон треугольной рамы.

Предпочтительно система содержит множество несущих нагрузку элементов, проходящих от одной стороны треугольной рамы.

Предпочтительно система содержит гидроэлектрическую турбину, установленную на основании.

Предпочтительно турбина представляет собой турбину с открытым центром.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан вид в аксонометрии системы гидроэлектрической турбины в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения;

на фиг. 2 показано альтернативное положение установки несущего нагрузку элемента, образующего часть системы гидроэлектрической турбины в соответствии с настоящим изобретением; и

на фиг. 3 показан вид сбоку конструкции, показанной на фиг. 2, когда система гидроэлектрической турбины расположена на дне моря.

Осуществление изобретения

Обратимся теперь к прилагаемым чертежам, на них показана система гидроэлектрической турбины, обозначенная в целом номером позиции 10, которая предназначена для установки на дне моря или на другой подходящей подводной опорной поверхности с целью получения энергии от течения воды, предпочтительно приливного течения воды, проходящего через систему 10, как известно из уровня техники.

Система 10 содержит основание 12, предназначенное для размещения на дне моря или на другой подходящей подводной опорной поверхности, при этом система 10 предпочтительно дополнительно содержит гидроэлектрическую турбину 14, устанавливаемую, предпочтительно, с возможностью последующего демонтажа, на основание 12 с помощью соответствующих средств. Таким образом, основание 12 выступает в роли поддерживающего элемента, предназначенного для крепления турбины 14 в вертикальном положении таким образом, чтобы приливное течение воды проходило через турбину 14 с целью генерирования электроэнергии, способом, известным из уровня техники.

В показанном варианте осуществления изобретения основание 12 содержит треугольную раму, поддерживаемую тремя стойками 18, каждая из которых находится в вершине треугольной рамы 16. Рама 16 содержит три поперечных элемента 20, каждый из которых расположен между парой стоек 18. Каждая стойка 18, кроме того, предпочтительно содержит коническую ножку 22, ориентированную вниз от нижней стороны соответствующей стойки 18. Во время эксплуатации эта ножка 22 контактирует и предпочтительно протыкает поверхность дна моря или другую подходящую подводную опорную поверхность с целью фиксации системы 10 в заданном положении и предотвращения ее соскальзывания по дну моря под действием сил приливного течения. Рама 16 и стойки 18 могут быть изготовлены из любого подходящего материала, например они могут быть изготовлены из трубчатой стали, размер которой достаточен для поддержания турбины 14 и выдерживания нагрузки, прилагаемой к системе 10 во время эксплуатации. Кроме того, основание 12 может иметь любую другую подходящую форму и конструкцию, оно может, например, включать в себя более трех стоек 18 и ножек 22.

Во время эксплуатации в случае, когда основание 12 имеет треугольную форму, как в показанном варианте осуществления изобретения, предпочтительно устанавливать систему 10 на дно моря или на другую подходящую подводную опорную поверхность таким образом, чтобы направление оси вращения турбины 14 по существу было выровнено с преобладающим направлением приливного течения. В показанном варианте осуществления изобретения турбину 14 устанавливают таким образом, чтобы направление оси вращения по существу совпадало с направлением продольной оси АА основания 12, и, таким образом, во время эксплуатации продольная ось АА по существу выровнена с преобладающим направлением приливного течения.

С целью обеспечения максимальной мощности, генерируемой турбиной 14 во время эксплуатации, необходимо, чтобы передняя и задняя открытые поверхности турбины 14 были расположены перпендикулярно направлению приливного течения. Однако это приводит к формированию значительной площади поверхности, на которую действует приливное течение, что приводит к возникновению значительной горизонтальной нагрузки, действующей на систему 10. Поскольку конические ножки 22 используются для предотвращения соскальзывания системы 10 в боковом направлении по дну моря, указанная горизонтальная нагрузка, возникающая под действием приливного течения и действующая на турбину 14 и, в меньшей степени, на основание 12, может привести к возникновению опрокидывающего момента, действующего на систему 10. В то время как этот опрокидывающий момент учитывается при проектировании системы 10, вес которой при нахождении на дне моря позволяет компенсировать действие опрокидывающего момента в обычных условиях, в случае экстремального приливного течения значение этого опрокидывающего момента может превысить значение момента, создаваемого весом системы 10. В подобных условиях опрокидывающий момент приводит к приподниманию ножки или ножек 22 на входной стороне системы 10 по отношению к направлению приливного течения, что в конце концов приводит к опрокидыванию системы 10.

С целью уравновешивания действия такого экстремального опрокидывающего момента систему 10 предпочтительно оснащают по меньшей мере одной, а более предпочтительно множеством несущих нагрузку элементов в форме выносных несущих элементов 26, прикрепленных и проходящих от основания 12, как описано ниже. Каждый выносной несущий элемент 26 предпочтительно содержит стойку 28, которая оканчивается, на ее свободном конце, поверхностью 30, увеличивающей площадь поверхности, вступающей в контакт с дном моря в случае возникновения опасности опрокидывания. Выносные несущие элементы 26 могут проходить от любого подходящего положения на основании 12, например от одного или нескольких поперечных элементов 20 и/или одной или нескольких стоек 18.

Выносные несущие элементы 26 имеют такие расположение и размеры, чтобы при нахождении основания 12 в нормальном рабочем положении на дне моря, что означает по существу горизонтальную ориентацию, поверхность 30 каждого выносного несущего элемента 26 была приподнята над дном моря, как показано на фиг. 3. Этим обеспечивается то, что во время установки и/или извлечения системы 10 выносные несущие элементы 26 не контактируют с дном моря, что могло бы усложнить установку/извлечение, а также могло бы привести в результате к повреждению выносных несущих элементов 26. Однако, если основание 12 начинает опрокидываться, например, вследствие поворота основания 12 вокруг оси опрокидывания ВВ, определенной парой стоек 18, расположенных ниже по потоку, и соответствующими ножками 22, это может привести к контакту поверхности 30 каждой выносной несущие элементы 26 с дном моря, что позволяет предотвратить дальнейшее опрокидывание системы 10.

Следует учесть, что величина, форма и размеры выносных несущих элементов 26 могут быть изменены с целью обеспечения большего или меньшего сопротивления опрокидыванию системы 10. Кроме того, при необходимости количество и местоположение выносных несущих элементов 26 могут быть изменены в случае, когда поверхность 30 расположена с внешней стороны от стоек 18/рамы 16, иными словами, ниже по потоку от оси опрокидывания ВВ по отношению к направлению приливного течения. Например, как показано на фиг. 2, один или несколько выносных несущих элементов 26 может проходить от одной или нескольких стоек 18 основания 12. Горизонтальное расстояние, на котором расположена поверхность 30 каждого выносного несущего элемента 26 по отношению к соответствующей оси опрокидывания основания 12, также оказывает влияние на способность выносных несущих элементов 26 противостоять опрокидывании системы 10. Предполагается также, что, например, вследствие различия площадей поверхности системы 10, на которую действует приливное течение, в различных направлениях, величина опрокидывающего момента может оказаться больше в одном из направлений приливного течения. В связи с этим может оказаться необходимым соответствующим образом устанавливать выносные несущие элементы 26 и выполнять их с соответствующими размерами.

Кроме того, угол, под которым расположена поверхность 30 каждого выносного несущего элемента, может быть выбран таким образом, чтобы, в случае контакта поверхности 30 со дном моря во время опрокидывания, поверхность 30 была по существу параллельном дну моря или другой опорной поверхности. Таким образом, практически вся площадь поверхности 30 может контактировать с дном моря с целью максимизации сопротивления опрокидывающему моменту.

В связи с этим следует отметить, что путем использования одного или нескольких выносных несущих элементов 26 конструкция системы 10 в целом, в частности основание 12, может быть сделана более легкой, а значит, и менее дорогостоящей, в связи с чем с ней можно легче обращаться и маневрировать ею, как на берегу во время выполнения работ по техническому обслуживанию и транспортировке, так и при погружении на дно моря или поднятии со дна моря.

Изобретение относится к строительству, а именно к системам гидроэлектрических турбин, закрепляемых в месте установки. Система гидроэлектрической турбины, имеющая основание, содержащее раму, множество стоек, проходящих от рамы, и по меньшей мере один несущий нагрузку элемент, проходящий от основания в положении, обеспечивающем при использовании противодействие опрокидыванию основания. Несущий нагрузку элемент имеет расположение и размеры, обеспечивающие ему приподнятое положение над поверхностью места установки, когда множество стоек находится в контакте с указанной поверхностью и поддерживается ею. Технический результат состоит в обеспечении надежного расположения турбины без опасности опрокидывания без необходимости использования крепления, упрощении установки и обслуживании системы турбины. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система гидроэлектрической турбины, имеющая основание, содержащее раму, множество стоек, проходящих от рамы, и по меньшей мере один несущий нагрузку элемент, проходящий от основания в положении, обеспечивающем при использовании противодействие опрокидыванию основания, причем несущий нагрузку элемент имеет расположение и размеры, обеспечивающие ему приподнятое положение над поверхностью места установки, когда множество стоек находится в контакте с указанной поверхностью и поддерживается ею.

2. Система по п. 1, в которой основание определяет ось опрокидывания, проходящую между парой стоек, при этом указанный по меньшей мере один несущий нагрузку элемент установлен для противодействия опрокидывающему моменту, действующему вокруг оси опрокидывания.

3. Система по п. 1, в которой несущий нагрузку элемент имеет несущую нагрузку поверхность, расположенную вне оси опрокидывания.

4. Система по п. 1, в которой несущий нагрузку элемент содержит стойку, прикрепленную к основанию, и несущую нагрузку поверхность, расположенную на свободном конце стойки.

5. Система по п. 4, в которой указанная несущая нагрузку поверхность ориентирована так, чтобы быть по существу параллельной морскому дну или другой поддерживающей поверхности, контактирующей с морским дном, или поддерживающей поверхности во время опрокидывания.

6. Система по п. 1, в которой рама является по существу треугольной, а основание содержит три стойки, по одной на каждой вершине треугольной рамы или смежно с каждой вершиной.

7. Система по п. 6, содержащая несущий нагрузку элемент, проходящий от каждой из трех сторон треугольной рамы.

8. Система по п. 6, содержащая множество несущих нагрузку элементов, проходящих от одной стороны треугольной рамы.

9. Система по п. 1, содержащая гидроэлектрическую турбину, установленную на основании.

10. Система по п. 8, в которой турбина представляет собой турбину с открытым центром.