Мобильная гидроэлектростанция с направляющими подводными парашютами

УДК 621.22

МОБИЛЬНАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С НАПРАВЛЯЮЩИМИ ПОДВОДНЫМИ ПАРАШЮТАМИ

© 2015 г. Л.П. Андрианова, И.В. Осипова

Строительство мобильных гидроэлектростанций, использующих энергию морских течений, позволяет получить экологически чистую электроэнергию для электроснабжения объектов, расположенных вблизи моря. Основу мобильной гидроэлектростанции, как правило, составляет плавсредство, ниже которого расположен конвейер с системной подводных парашютов, а вал конвейера связан с генератором электрической энергии. К недостаткам существующих морских гидроэлектростанций следует отнести: низкую вырабатываемую мощность, низкую эффективность, пониженную надежность работы электростанции. Для устранения указанных недостатков и повышения мощности, эффективности и надежности в статье рассмотрены принципы усовершенствования морских мобильных гидроэлектростанций данного класса на примере оригинальной конструкции. В статье описывается оригинальная конструкция морской мобильной гидроэлектростанции с системой направляющих подводных парашютов. В усовершенствованной конструкции мобильной ГЭС конвейер выполнен в виде вертикального треугольника, две стороны которого имеют вертикальный наклон ветвей углубления и выглубления, а третья сторона конвейера расположена горизонтально на плавсредстве. При этом направляющая система подводных парашютов выполнена в виде жестких лопастей, закрепленных на конвейере шарнирно и снабженных ограничительными упорами. Использование данного принципа построения морской мобильной гидроэлектростанции позволит получать неограниченную вырабатываемую мощность. Кроме того, неограниченная мощность данных станций позволяет строить опреснительные установки в прибрежных засушливых района. Электроэнергия, вырабатываемая мобильной гидроэлектростанцией, может быть использована для электроснабжения собственных нужд морских нефтедобывающих платформ, что позволит экономить углеводородное топливо и не загрязнять атмосферу.

Ключевые слова: гидроэлектростанция, плавсредство, подводные парашюты, гидравлическая лопасть, гидропривод, направляющий гидроаппарат, горизонтальный цепной конвейер, электрогенератор, морская энергия.

Building mobile hydroelectric power plants using ocean currents energy allows to obtain green electricity for electric power facilities located near the sea. Mobile hydroelectric devices are typically based on watercraft below which there are located the conveyor system with underwater parachutes and conveyor shaft connected to the electricity generator. The disadvantages of existing marine mobile hydropower plants include low power output, low efficiency, low reliability of the power plant functioning. To eliminate these disadvantages and increase the capacity, efficiency and reliability in article there are considered the principles of improving marine mobile hydropower plants of this class on the example of an original design. The article describes the original design of the maritime mobile hydropower plant with a system of directing underwater parachutes. The improved design of mobile conveyor hydropower plants consists designed as a vertical triangle with two sides having a vertical slope of the branches of deepening, and the third side of the conveyor being positioned horizontally on the boats. Thus, directing system of underwater parachutes is executed in the form of rigid blades pivotally mounted on the conveyor and provided with limiting abutments. Application of this principle of hydroelectric power station construction will enable maritime mobile get unlimited power output. In addition, the unlimited capacity of these plants allows to build desalination plants in coastal drylands. Electricity generated by hydroelectric power stations mobile, can be used for auxiliary power supply of offshore oil platforms, which will save the hydrocarbon fuel and will not pollute the atmosphere.

Key words: hydroelectric power plant, flotation device, underwater parachutes, hydraulic blade, hydraulic drive, guide hydro apparatus, horizontal chain conveyor, an electric generator, marine energy.

Введение. Строительство мобильных гидроэлектростанций, использующих

энергию морских течений, позволяет получить экологически чистую

электроэнергию для электроснабжения объектов, расположенных вблизи моря [ 1].

Основу мобильной

гидроэлектростанции, как правило,

составляет плавсредство, ниже которого расположен конвейер с системной подводных парашютов, а вал конвейера связан с генератором электрической энергии.

К недостаткам существующих морских гидроэлектростанций следует отнести [2]:

- низкую вырабатываемую мощность, так как подводные парашюты следуют друг за другом по течению в одном потоке;

- низкую эффективность, так как конвейер расположен в поверхностном слое воды, что при глубинных течениях или при встречном ветре, тормозит течение поверхностных вод;

- пониженную надежность работы электростанции за счет сложности конструкции парашютов.

Для устранения указанных недостатков и повышения мощности, эффективности и надежности в статье рассмотрены принципы

усовершенствования морских мобильных

гидроэлектростанций данного класса на примере оригинальной конструкции.

Описание технического решения. В усовершенствованной конструкции мобильной гидроэлектростанции конвейер выполнен в виде вертикального треугольника, две стороны которого имеют вертикальный наклон ветвей углубления и выглубления, а третья сторона конвейера расположена горизонтально на плавсредстве. При этом направляющая система подводных парашютов выполнена в виде жестких лопастей, закрепленных на конвейере шарнирно и снабженных ограничительными упорами. Схема устройства данной конструкции показана на рисунке 1.

1 - понтон; 2 - передняя перекладина; 3, 5 - якорные кольца; 4 - задняя перекладина; 6 - палуба; 7, 8, 9 - зубчатые колеса; 10 - кронштейн; 11 - цепной конвейер; 12 - лопасти;

13 - упоры; 14 - электрогенератор Рисунок 1 - Мобильная гидроэлектростанция

Мобильная гидроэлектростанция состоит из двух параллельных понтонов, которые жестко соединены между собой передней перекладиной 2 с якорным кольцом 3 и задней перекладиной 4 с якорным кольцом 5. Понтоны 1 оба герметично закрыты сверху и снабжены общей палубой 6. Между понтонами 1, на цепных передних и задних зубчатых колесах 7 и 8, расположенных под палубой 6, и зубчатым колесом 9, расположенным ниже понтонов 1, образующих вертикальный треугольник, размещен цепной конвейер 11. На конвейере находятся поворотные вогнутые водяные

лопасти 12, имеющие, по ходу конвейера 11 упоры 13. Цепной конвейер 11 может быть снабжен натяжными роликами.

Размещение зубчатых колес 9, образующих с колесами 7 и 8 вертикальный цепной конвейер 11 в виде вертикального треугольника, может быть любым, например, от нижнего угла треугольника от 00 до 90 ° между первым зубчатым колесом 7 и задним 8. На валу передних зубчатых колес 7 цепного конвейера 11 установлены один или два генератора 14 электрической энергии.

Мобильная гидроэлектростанция (рисунок 2) работает следующим образом.

При движении воды, которая набегает на вогнутые водные лопасти 12 между зубчатыми колесами 7 и 9 конвейера 11. Водные колеса 12, опираясь на упоры 13, стоят поперек течению воды. Вода кинетической энергией движения своей массы набегает на лопасти 12, и своей энергией перемещает их по течению. Одновременно, в другой ветви треугольника цепного конвейера 11 между зубчатыми колесами 9 и 8 вода натекает на

наклонные вогнутые водные лопасти 12 и, не изменяя своего движения, перемещает их вверх. Лопасти 12, поднимаясь до верхнего заднего зубчатого колеса 8; поворачиваются на своих осях и ложатся на цепной конвейер 4, который транспортирует до переднего зубчатого колеса 7, на котором эти лопасти 12 на своих осях разворачиваются в другую сторону до упоров 13, занимают рабочее место в воде и т.д.

1 - понтон; 2 - передняя перекладина; 3, 5 - якорные кольца; 4 - задняя перекладина; 6 - палуба; 7, 8, 9 - зубчатые колеса; 10 - кронштейн; 11 - цепной конвейер; 12 - лопасти;

13 - упоры; 14 - электрогенератор Рисунок 2 - Мобильная гидроэлектростанция

Под влиянием суммарного движения всех лопастей 12 конвейер 11 приводится во вращательное движение по треугольнику зубчатых колес 7, 8 и 9. Вал зубчатых колес приводит во вращение электрогенератор 14, вырабатывающий электрическую энергию, передаваемую по электрическому кабелю к потребителям.

В основном электростанция собирается в доке без монтажа цепного конвейера 11 и его кронштейнов 10, которые при буксировке в собранном виде могут сесть на отмель, риф, скалу и т.д., так как станция рассчитана для работы на глубине. Без упомянутых деталей станция в собранном виде буксируется к месту установки, то есть на выбранное водное течение. С помощью якорных колец 3 и 5

устанавливается, по течению на одном якорном кольце 3 или на обоих 3 и 5. Монтируются кронштейны 10 с зубчатыми колесами 9 и цепной конвейер 1. Далее электростанция пускается в эксплуатацию.

Заглубленные в воду лопасти 12 конвейера подвергаются воздействию течения воды. Лопасти 12 под действием своего веса и течения воды поворачиваются на шарнирах до упоров 13. Под напором воды лопасти 12 приводят в действие конвейер, вращающий генератор, который вырабатывает электрическую энергию. На верхней ветви плавсредства лопасти складываются и транспортируются конвейером в лежачем положении.

Использование данного принципа построения морской мобильной

гидроэлектростанции позволит получать неограниченную вырабатываемую

мощность. Кроме того, неограниченная мощность данных станций позволяет строить опреснительные установки в прибрежных засушливых районах.

Электроэнергия, вырабатываемая мобильной гидроэлектростанцией, может быть использована для электроснабжения собственных нужд морских

нефтедобывающих платформ, что позволит экономить углеводородное топливо и не загрязнять атмосферу [3, 4].

Литература

1. Филиппова, Т.А. Гидроэнергетика: учебное пособие / Т.А. Филиппова, М.Ш. Мисриханов, Ю.М. Сидоркин, А.Г. Русина. - 3-е изд., перераб. - Новосибирск: Издательство НГТУ, 2013. - 619 с.

2. Современная электроэнергетика / под ред. А.П. Бурмана, В.А. Строева. -Москва: Издательство МЭИ, 2008. - 632 с.

3. Абдрахманов, Р.Р. Возобновляемые источники энергии. - Уфа: Башгосагроуниверситет, 2008. - 168 с.

4. Кашарин, Д.В. Исследование условий работы мобильных гидроэлектростанций и создание алгоритма расчета их оптимальных параметров / Кашарин Д.В., Годин П.А., Шиян СИ // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. -2009. - № 13. - С. 174-179.

References

1. Filippova, T.A., Misrihanov M.Sh., Sidorkin Ju.M., Rusina A.G. Gidrojenergetika [Hydropower industry], Novosibirsk, Izdatel'stvo NGTU, 2013, 619 р.

2. Sovremennaja jelektrojenergetika [Modern electric power industry], pod red. Burmana A.P., Stroeva V.A., Moscow, Izdatel'stvo MJel, 2008, 632 p.

3. Abdrahmanov, R.R. Vozobnovlja-emye istochniki jenergii [Renewable sources of energy], Ufa, Bashgosagrouniversitet, 2008, 168 p.

4. Kasharin D.V., Godin P.A., Shijan S.I Issledovanie uslovij raboty mobil'nyh gidrojelektrostancij i sozdanie algoritma rascheta ih optimal'nyh parametrov [Research operating conditions of mobile hydroelectric power plants and the creation of an algorithm for calculating the optimal parameters], Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Serija: Stroitel'stvo i arhitektura, 2009, No. 13, pp. 174-179.

Сведения об авторах

Андрианова Людмила Прокопьевна - доктор технических наук, профессор кафедры электроснабжения и применения электрической энергии в сельском хозяйстве, ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет» (г. Уфа, Россия). Тел.: 8(347)252-66-10.

Осипова Ирина Владимировна - старший преподаватель кафедры электроснабжения и применения электрической энергии в сельском хозяйстве, ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет» (г. Уфа, Россия). Тел.: 8(347)252-66-10. E-mail: iraosipova83@list.ru.

Information about the authors

Andrianova Lyudmila Prokopievna - Doctor of Technical Sciences, professor of Power supply and application of electricity in agriculture, FSBEI HE "Bashkir State Agrarian University" (Ufa, Russia). Phone: 8(347)252-66-10.

Osipova Irina Vladimirovna - senior lecturer of Power supply and application of electricity in agriculture, FSBEI HE "Bashkir State Agrarian University" (Ufa, Russia). Phone: 8(347)252-66-10. E-mail: iraosipova83@list.ru.