Автономная передвижная плавучая ГЭС Российский патент 2024 года по МПК F03B17/06 F03D3/02 

Изобретение относится к области гидроэнергетики, а точнее к бесплотинным гидроэлектростанциям, предназначенным для преобразования скорости движения водного потока в электрическую энергию.

Известна плавучая ГЭС, использующая энергию речного и морского потока в электроэнергию, содержащая понтоны катамарана. Понтоны катамарана имеют форму равнобедренных трапеций. Носовая часть катамарана выполнена в виде сопла, стенки которого установлены под прямым углом относительно друг друга. Малые основания трапеций обращены к продольной оси устройства. Поперечные турбины установлены между понтонами. Днище установлено между понтонами и редуктором для соединения валов турбин и генераторов, размещенных на понтонах. Сопло выполнено раскладным. Кормовая часть катамарана снабжена управляемыми створками (SU 1753008 A1, 07.08.1992).

Недостатком указанного устройства является то, что водяной поток, проходящий через всю длину судна, резко теряет скорость, попадая на лопасти последовательно установленных нескольких гидротурбин, работает неэффективно.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в том, что повышается эффективность использования энергетического потенциала течений воды и силы ветра.

Технический результат достигается в плавучей ГЭС, содержащей катамаран с понтонами, между которыми установлены турбины, согласно изобретению, между понтонами выше ватерлинии установлены поддерживающие рамы, выполненные из металлических труб, внутри которых установлены металлические клетки с турбинами с вертикальной осью вращения и регулируемые по углу поворота направляющие экраны, причем каждая клетка выполнена с вертикальными шарнирными элементами, имеющими удлинения, выполненными с возможностью опускания и подъема клетки с турбинами и направляющими экранами относительно ватерлинии, и зафиксирована поддерживающей рамой, при этом турбины выполнены с возможностью их демонтажа, а катамаран установлен поперек направления движения гидропотока.

Кроме того, удлинение при опускании клетки с турбинами и направляющими экранами ниже ватерлинии выполнено с возможностью расположения в объеме поддерживающей рамы и обеспечения неизменяемости положения клетки при работе турбин в подводном положении.

Кроме того, направляющие экраны выполнены с возможностью выполнения функций плоских ветропарусов или гидропарусов для обеспечения движения катамарана.

Удлинение вертикальных шарнирных элементов при опускании турбины ниже ватерлинии остается в объеме поддерживающей рамы и обеспечивает неизменяемость положения клетки с турбинами и направляющими экранами при работе турбин в подводном положении. Что очень важно для ритмичной работы автономной передвижной ГЭС. Так обеспечивается стабильность и устойчивость конструкции в работе, что позволяет наиболее производительно и эффективно использовать энергию водного потока.

При поднятии клетки с турбиной и направляющими экранами выше ватерлинии, турбина (гидротурбина), заменяется ветротурбиной тех же размеров, а направляющие экраны выполняют функцию регулируемых ветронаправляющих экранов. Использование направляющих экранов в подводном положении, а затем одновременное использование их при поднятии в надводном положении, как ветронаправляющих, повышает эффективность работы автономной передвижной ГЭС в целом. Одно устройство позволяет одновременно использовать в определенных ситуациях силу воды, а в других ситуациях силу ветра. Таким образом повышается эффективность использование разных природных источников энергии.

Регулируемые по углу поворота направляющие экраны выполняют функцию плоских ветропарусов, с предварительным демонтажем ветротурбин, обеспечивая движение катамарана.

Регулируемые направляющие экраны выполняют функцию плоских гидропарусов, обеспечивая движение катамарана, при этом турбины с верхними ригелями клетки подняты выше ватерлинии. Такое решение позволяет максимально использовать энергетический потенциал воды.

Работа предлагаемого изобретения основана на известных законах гидродинамики и аэродинамики.

Дополнительный усиливающий эффект придают направляющие экраны. Усиливается воздействие ветра, а значит и интенсивность работы всей ГЭС. За счет использования их в конструкции плавучей автономной передвижной ГЭС достигается повышение эффективности использования энергетического потенциала природных источников энергии.

Указанный выше технический результат достигается также и тем, что турбины располагаются не последовательно, а во фронт, где каждая турбина подставлена под первоначальную скорость водяного потока и обеспечена направляющими экранами, расположенными при подводе водного потока и при его отведении. Что позволяет в полной мере использовать кинетическую энергию воды и ветра, передавая ее на лопасти турбин и совершая полезную работу.

В отличии от прототипа плавучая ГЭС усилена направляющими экранами. Использование направляющих экранов позволяет усилить скорость потоков (воздушных или водных), что повышает эффективность работы автономной передвижной ГЭС.

Слаженная работа всех элементов позволяет достичь заявленный технический результат.

Поддерживающая рама, выполненная из металлических труб с жесткими узлами, позволяет стабильно удерживать металлические клетки с расположенными в них турбинами и направляющими экранами в проектном положении.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами:

на фиг.1 представлен катамаран в плане с двумя понтонами, между которыми располагаются гидротурбины с направляющими экранами;

на фиг 2 представлен катамаран сбоку в походном состоянии, где клетки с ветротурбинами и направляющими экранами подняты выше ватерлинии;

на фиг. 3 представлен катамаран с боку в рабочем состоянии, где клетки с гидротурбинами и направляющими экранами опущены ниже ватерлинии;

на рис. 4 представлен катамаран в плане с расположенными на ригелях поддерживающей рамы мультипликаторами и генераторами:

на фиг.5 показано расположение верхних и нижних ригелей клетки ветротурбины;

на фиг. 6 представлено расположение верхних ригелей рамы с мультипликатором и генератором

на фиг. 7 представлен катамаран в походном состоянии со снятыми ветротурбинами, а направляющие экраны выполняют роль регулируемых по углу поворота парусов, обеспечивая движение катамарана.

на фиг. 8 катамаран в плане с направляющими экранами, расположенными ниже ватерлинии с использованием их в качестве гидравлического паруса, обеспечивая движение катамарана, а гидротурбины подняты выше ватерлинии.

Автономная передвижная плавучая ГЭС содержит катамаран, состоящий из двух понтонов 1, шлицевого составного вала 4, обеспечивающего вращение вала при подъеме и опускании клеток, состоящих из вертикальных шарнирных элементов 5 и ригелей 6 клетки, содержащих турбины 2 и направляющие экраны 3, поддерживающие рамы, состоящие из вертикальных стоек 7 и горизонтальных ригелей 8 рамы, обеспечивающие уровень опускания и подъема клетки по ватерлинии 11, мультипликатор 9, обеспечивающий увеличение угловой скорости вращения вала и генератор 10.

Автономная передвижная плавучая ГЭС работает следующим образом. Катамаран устанавливается поперек движения водного потока. Опускаются клетки с турбинами 2 с вертикальной осью вращения с лопастями, использующими принцип дифференциального лобового сопротивления лопастей, и направляющими экранами 3, задействовав все турбины 2 природной скоростью движения водного потока, который усиливается направляющими экранами 3 для повышения эффективности работы турбин 2 при использовании энергии речного и морского потока для выработки электроэнергии. В походном положении клетки с турбинами 2 и направляющими экранами 3 поднимаются выше ватерлинии 11, не препятствуя ходу катамарана.

Вертикальные шарнирные элементы 5 имеют удлинение, остающееся в объеме поддерживающей рамы, обеспечивающее неизменяемость положения клетки с турбинами 2 и направляющими экранами 3 в подводном рабочем положении.

При поднятии клетки с турбиной 2 и направляющими экранами 3 выше ватерлинии, турбина 2 (гидротурбина) заменяется ветротурбиной тех же размеров, а направляющие экраны 3 выполняют функцию регулируемых ветронаправляющих экранов. Турбины 2 вырабатывают электроэнергию в качестве ветротурбин.

В походном положении, при необходимости, регулируемые по углу поворота направляющие экраны 3, выполняют функцию плоских ветропарусов, обеспечивая движение катамарана.

В походном положении, при необходимости, регулируемые по углу поворота направляющие экраны 3, выполняют функцию плоских гидропарусов, обеспечивая движение катамарана, при этом турбина 2 с верхними ригелями клетки располагается выше ватерлинии 11.

Изобретение предполагает универсальное устройство в качестве автономной передвижной плавучей ГЭС. Плавучая ГЭС универсальна в использовании. Что позволяет обеспечить выработку энергии в условиях использования скорости водного потока или в условиях использования скорости ветрового потока. Одновременно повышается эффективность использования энергетического потенциала природных источников энергии и воды и ветра.

Все признаки предлагаемого изобретения в комплексе позволяют достичь заявленный технический результат, наличие направляющих экранов усиливают общий эффект, позволяя получить дополнительный эффект от использования энергетического потенциала течений воды и силы ветра. Согласованная работа всех элементов автономной передвижной ГЭС позволяет наиболее эффективно использовать энергетический потенциал природных источников энергии и получать электроэнергию повышая коэффициент полезного действия. Предлагаемая плавучая ГЭС может работать в разное время года.

Предлагаемое изобретение находится на стадии проектирования и НИОКР.

Изобретение относится к области гидроэнергетики, а точнее к бесплотинным гидроэлектростанциям, предназначенным для преобразования скорости движения водного потока в электрическую энергию. Плавучая ГЭС содержит катамаран с понтонами 1. Между понтонами 1 выше ватерлинии 11 установлены поддерживающие рамы, выполненные из металлических труб, внутри которых установлены металлические клетки с турбинами 2 с вертикальной осью вращения и регулируемые по углу поворота направляющие экраны. Каждая клетка выполнена с вертикальными шарнирными элементами 5, имеющими удлинения, выполненными с возможностью опускания и подъема клетки с турбинами 2 и направляющими экранами относительно ватерлинии 11, и зафиксирована поддерживающей рамой. Турбины 2 выполнены с возможностью их демонтажа. Катамаран установлен поперек направления движения гидропотока. Изобретение направлено на повышение эффективности использования энергетического потенциала течений воды и силы ветра. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Плавучая ГЭС, содержащая катамаран с понтонами, между которыми установлены турбины, отличающаяся тем, что между понтонами выше ватерлинии установлены поддерживающие рамы, выполненные из металлических труб, внутри которых установлены металлические клетки с турбинами с вертикальной осью вращения и регулируемые по углу поворота направляющие экраны, причем каждая клетка выполнена с вертикальными шарнирными элементами, имеющими удлинения, выполненными с возможностью опускания и подъема клетки с турбинами и направляющими экранами относительно ватерлинии, и зафиксирована поддерживающей рамой, при этом турбины выполнены с возможностью их демонтажа, а катамаран установлен поперек направления движения гидропотока.

2. Плавучая ГЭС по п. 1, отличающаяся тем, что удлинение при опускании клетки с турбинами и направляющими экранами ниже ватерлинии выполнено с возможностью расположения в объеме поддерживающей рамы и обеспечения неизменяемости положения клетки при работе турбин в подводном положении.

3. Плавучая ГЭС по п. 1, отличающаяся тем, что направляющие экраны выполнены с возможностью выполнения функций плоских ветропарусов или гидропарусов для обеспечения движения катамарана.