"Энергетическая платформа для плавания во льдах "Земсан" Советский патент 1993 года по МПК F03B13/10 B63B35/44 

Изобретение относится к гидроэнергетике. .

Оно позволяет расширить функциональные возможности платформы путем использования энергии подводных течений с любого румба.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем использования энергии подводных течений.

На фиг.1 представлена предлагаемая платформа, общий вид; на фиг.2 - то же, в вертикальном разрезе; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 -сечение Б-Б на фиг.1; на фиг,5 - сечение В-В на фиг.1; фиг.б дает схему вращения вектора кренящей силы; на фиг.7 - график изменений угловых скоростей.

Энергетическая платформа для плавания во льдах содержит корпус 1 с ледораз- рушающим поясом а и гидродвигатель 2, расположенный на вертикальной оси платформы внизу. Корпус же состоит из конической надводной части 3 и чечевицеобразной подводной части 4, которые соединены между собой упомянутым поясом.

Тидродвигатель при этом содержит закрепленную на подводной части корпуса проточную вертикальную шахту 5 с круговым водозаборнмком б на ее верхнем срезе и водоотводящим оголовком в на нижнем торЦе, размещенную в шахте турбину с крыльчаткой 6, имеющей вертикальную ось вращения, и электрогенератор 7. Последний установлен в центральном гермо- отсеке 8 подводной части и кинематически связан с турбиной.

Водозаборник выполнен в виде коно- идального патрубка 9, концентрически охваченного раструбом 10 и соединенного с ним посредством изогнутых по спирали вертикальных перегородок 11. Тем самым обра- зованы суживающиеся вниз каналы, переходящие в единый тракт 12. Причем упомянутый патрубок соединен большим торцом с нижней частью корпуса, а малым торцом с верхним срезом шахты.

Водоотвода щий оголовок выполнен в виде двух коаксиальных обечаек 13 и 14, которые суживаются вниз и соединены между собой при помощи вертикальных радиальных ребер 15 (фиг.4). При этом обечайки охватывают нижнюю часть шахты, а их нижние срезы и нижний торец шахты расположены заподлицо в горизонтальной плоскости.

Наружный диаметральный размер 0 d водозаборника по его входам меньше наружного диаметра 0 D чечевицеобразной части корпуса. Круговая кромка о раструба утолщена и скруглена, а патрубок снабжен струеповоротным кольцом 16. Последнее в поперечном сечении серповидно и обращено выпуклой частью наружу. Причем данное кольцо расположено концентрично кромке о и снабжено перегородками 17, которые плоские, вертикальные и радиальные. Расположены они по окружности равномерно и сопряжены с вогнутой частью кольца, а также с нижними кромками спиральных перегородок.

Ледоразрушающий пояс выполнен суживающимся вниз и снабжен двумя горизонтальными ярусами спиральной нарезки, выполненными: верхний в виде шарового слоя 18, нижний в виде конической зенковки 19, Угол подъема нарезки шарового слоя а 45°. Ее шаг - больше шага нарезов конического участка. Вершины ю выступов нарезки шарового слоя притуплены, как показано на фиг.б. При этом спиральные нарезы на шаровом и коническом участках выполнены в противоположном направлении. .

Надводная коническая часть корпуса оборудована узлом 20 прецессионного кре- нования. Этот узел представляется кольцевым рельсовым путем с вагонетками В и двумя локомотивами Л, Причем локомотивы расположены оппозитно друг другу и предусматривают раздельное срабатывание. Вагонетки снабжены тормозами группового действия. На рельсовом пути они размещены сплошным кольцом.

По периферии чечевицеобразной подводной части корпуса размещены цистерны 21 водобалластиой системы платформы. Тут же могут располагаться брашпильные трюмы и шлюзовые камеры. Не исключены здесь и горизонтальные туннели для размещения маневровых двигателей.

Для выработки электрической энергии в процессе, например, пассивного плавания платформа доставляется в регион с глубинными течениями, где акватория покрыта тяжелыми льдами. Последние при этом могут дрейфовать со скоростью, существенно отличающейся от перемещений водных масс.

Корпус 1 находится в строго вертикальном положении, причем изначально оно достигается лишь посредством цистерн 21 балластной системы и так, чтоб спиральные нарезы посредством шарового слоя 18 приходились на уровень ледового покрова водоема. Горизонтальные потоки воды в 5 данном случае набегают на гидродвигатель 2, образуя повышенный динамический напор с фронтальной стороны конструкции и пониженное давление в теневой зоне.

Поток и воздействует на передний сектор водозаборника б. Поток к захва0

5

0

5

0

5

0

5

0

тывается задним сектором кольца 16 снизу, а поток м вторгается во фронтальные каналы оголовка в. В результате этого в каналах заборника возникают водяные струи, часть из которых закручивается сразу; часть же струй сперва меняет направление тока только в вертикальных плоскостях, повертываясь вокруг кромки о раструба 10. Следом данные струи эжектируют водную среду в заборник со стрелке ш.

Все из упомянутых струй сливаются в тракте 12 в единый крученный поток, который поступает на лопатки турбинной крыльчатки 6. Одновременно из каналов фронтального сектора водоотводящего оголовка вниз истекает широкая струя, она деформируется набегающим потоком и преобразуется в ложкоподобную струю - козырек у. Этот жидкий козырек и эжекти- рует воду из шахты 5 по стрелке н. Под воздействием перепада давлений на указанной крыльчатке последняя быстро вращается и осуществляет привод электрогенератора 7.

Для лучшей направленности водопото- ков в заборник двигателя и более эффективного действия системы балласта, подводная часть корпуса увеличена в диаметре. Особенность же электродвигателя данной схемы та, что он способен использовать энергию водных токов, поступающих с любых румбов и на различных глубинах. Чтоб сохранять при этом вертикальность платформы во время ледовых сжатий и экстремальных ситуаций, предусмотрены защитные функции ледоразрушающего пояса а и узла 20.

В периоды сжатия льдов верхний ярус 18 данного пояса автоматически срабатывает как центростремительная турбина. Корпус платформы при этом приподнимается и, медленно провертываясь вокруг своей вертикальной оси, разделывает под надводной частью посредством зубьев зенковки 19 ледяное гнездо правильной формы.

Чтобы лед во взаимодействии с шаровым слоем преждевременно не скалывался, нарезы верхнего яруса укрупнены, притуплены по вершинам и уподоблены спиральным лопастям. Угол подъема этих спиральных нарезов уменьшен (а 45,

Потере остойчивости платформы за счет чрезмерного выскальзывания шарового слоя из ледовых объятий вверх тут воспрег пятствует противонаправленное спиральной нарезки на шаровом и коническом участках пояса а.

Для устранения остаточного крена платформы при одностороннем навале торосов на коническую надводную часть корпуса достаточно все вагонетки В растормозить и ввести в действие один из локомотивов Л. Подвижной состав узла 20 обретает угловую скорость а (фиг.б). При 5 этом под воздействием локомотивной тяги Т на радиусе R возникает вращающая пара сил Т-Т и силовой вектор Т. Данный вектор вращается с упомянутой скоростью и заставляет платформу выполнять круго0 вую раскачку. Цикл кратковременный.

В результате такой прецесии нарезы ледоразрушающего пояса восстанавливают гнездо в покрове льда и платформа занимает строго вертикальное положение. Если ж

5 к нарезке пояса с одного бока примерзнет обломок ледяного поля и платформа обретает устойчивый крен, то узел 20 сработает в другом режиме.

Здесь вагонеточный состав плавно раз0 гоняет сразу двумя локомотивами до максимальной скорости й)р (фиг.7). Следом все вагонетки разом резко затормаживаются. В течение времени г, что,ограничено заштрихованным участком, возникает прокрутка

5 корпуса с угловой скоростью О. Скорость эта небольшая, недостаточная, чтоб нарезы ледоразрушающего пояса сработали как коническая фреза. Корпус не испытает значительной тряски. Примерзшая же льдина

0 отделится и платформа встанет на ровный киль ((Or - торможение).

При выносе платформы на чистую воду использование энергии подводных течений может быть продолжено путем заякорения

5 корпуса за дно бассейна.

Формула и зобретени я 1. Энергетическая платформа для плаг вания во льдах, содержащая корпус с кони0 ческой надводной и снабженной гермоотсеком чечевицеобразной подводной частями, соединенными ледоразрушаю- щим поясом, водобалластную систему, расположенную в подводной части корпуса,

5 и узел прецессионного кренования, выполненный в виде рельсового пути с вагонетками, расположенный в надводной части корпуса, отличающаяся тем, что платформа снабжена гидродвигателем, со0 держащим закрепленную на подводной части корпуса проточную вертикальную шахту с круговым водозаборником на ее верхнем торце и водоотводящим оголовком на нижнем, размещенную в шахте турбину с

5 крыльчаткой, имеющей вертикальную ось вращения, и электрогенератор, установленный в гермоотсеке и кинематически связанный с крыльчаткой турбины, ледораз- рушающий пояс выполнен суживающимся

вниз и снабжен двумя горизонтальными ярусами спиральной нарезки, выполненными верхний - в виде шарового слоя, нижний - в виде конической зенковки, а вагонетки размещены на рельсовом пути сплошным кольцом.

.2. Платформа по п.1, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что водозаборник выполнен в виде коноидального патрубка с большим и малым торцами, раструба, охватывающего концен- трически патрубок и соединенного с ним при помощи изогнутых по спирали вертикальных перегородок с образованием суживающихся вниз каналов, при этом патрубок соединен большим торцем с нижней частью корпуса, а малым - с верхним торцем шахты, водоотводящий оголовок выполнен в виде двух коаксиальных обечаек, суживающихся вниз и соединенных между собой при помощи вертикальных радиаль- ных ребер, при этом обечайки охватывают нижнюю часть шахты, а их нижние торцы и нижний торец шахты расположены заподлицо в горизонтальной плоскости.

3. Платформа по пп.1 и 2, о т л и ч а ю- щаяся тем, что наружный диаметр водрзаборника меньше наружного диаметра нижней части корпуса, кромка раструба снабжена округленным утолщением, а патрубок - струёповоротным кольцом с серповидным поперечным сечением, выпуклая часть которого обращена наружу, снабженным вертикальными радиальными плоскими перегородками, расположенными равномерно по окружности и сопряженными с вогнутой частью кольца и нижними кромками спиральных перегородок.

4. Платформа по пп.1 - 3, о т л и ч а ю- щаяся тем, что спиральные нарезы на шаровом и коническом участках ледоразру- шающего пояса выполнены в противоположном направлении, угол подъема нарезки шарового слоя - меньше 45°, ее шаг - больше шага нарезки конического участка, а вершины выступов нарезки - притупленными.

5. Платформа по пп.1 -4, отличаю: щаяся тем, что вагонетки снабжены тормозами группового действия, а две из них, расположенные оппозитно друг другу, выполнены в виде локомотивов с раздельным срабатыванием.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению. Платформа содержит корпус (К) 1 и гидродвигатель 2. К 1 сострит из конической и чечевицеобразной частей 3 и 4, крыльчатка 6 размещена а шахте 5. Электродвигатель 7 установлен в гермоотсеке 8, Патрубок 9 охвачен раструбом 10. Перегородки 11 соединены с раструбом 10 и образуют тракт 12. Обечайки 13 и 14 соединены между собой при помощи,ре- бер 15. Патрубок 9 снабжен струепово- ротным кольцом 16 с перегородками 17. Верхний ярус ледоразрушающего пояса выполнен в. виде шарового слоя 18, нижний в виде конической зенковки 19. Надводная часть К 1. снабжена узлом прецессионного кренования. По периферии подводной части К 1 размещены цистерны 21. Такое выполнение платформы, позволит расширить ее функциональные возможности путем использования энергии подводных течений, 4 з.п, ф-лы, 7 ил.

ОнЩаид