ПРИБОЙНАЯ ГИДРОВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
INSHORE HYDRAULIC WIND-POWERED PLANT

Изобретение относится к энергетике, в частности к прибойным гидроветроэлектростанциям, и предназначено для выработки электроэнергии за счет преобразования энергии прибойного потока и энергии отливов у берегов морей, океанов и крупных водоемов, а также энергии воздушного потока.
Известна мобильная гидроветроэлектростанция, содержащая роторные ветроэнергетические установки, расположенные на палубах параллельно установленных лодок, между которыми расположены магнитно-электрические генераторы, кинематически связанные с ветроэнергетическими установками, что обеспечивает выработку электроэнергии одновременно от скоростного напора ветра и воды, а при отсутствии ветра гидроветроэлектростанция работает как гидроэлектростанция (см. патент РФ на полезную модель №107828, МПК F03D 3/00, опубл. 27.08.2011).
Недостатками известной гидроветроэлектростанции являются сложность конструкции и как следствие ненадежность ее работы.
Известна прибойная гидроэлектростанция, содержащая расположенную под водой волноприемную лопасть, установленную с возможностью качания вокруг оси, гидравлический насос и гидравлический двигатель с электрогенератором. Волноприемная лопасть выполнена со встроенным в ее средней части гидроаккумулятором и сливным баком, а гидравлический насос выполнен мембранным и двухсторонним. Упругие мембраны расположены с внешних сторон волноприемной лопасти (см. патент РФ №2291985, МПК F03B 13/14, опубл. 2007).
Недостатками известной прибойной гидроэлектростанции являются сложность конструкции и как следствие ненадежность ее работы.
Известна также принятая за прототип прибойная гидроэлектростанция, содержащая волноприемную лопасть, установленную с возможностью качания относительно оси, поршневой насос и гидротурбину (гидродвигатель) с электрогенератором, причем лопасть и поршневой насос расположены под уровнем воды и установлены с возможностью качания вокруг вертикальных осей, а рабочая поверхность лопасти выполнена переменной с помощью силового гидроцилиндра (см. патент РФ №2009367, МПК F03B 13/12, опубл. 1994).
Недостатками данной гидроэлектростанции являются сложность конструкции, необходимость установки уплотнений на поршневом насосе и прерывистая подача рабочей жидкости на гидромотор, связанная с характером работы поршневого насоса, что затрудняет промышленную выработку электроэнергии.
Задачей настоящего изобретения является повышение полноты совместного использования энергии прибойного потока, отливов и воздушного потока, а также упрощение конструкции прибойной гидроветроэлектростанции и ее эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что прибойная гидроветроэлектростанция содержит платформу с прорезью, закрепленную на поверхности моря в его прибрежной полосе, роторную установку, размещенную в прорези платформы с нахождением ее части под водой и состоящую из двух роторов, зеркально расположенных на общем валу, механически связанном с валом электрогенератора, каждый из которых выполнен в виде диска с лопастями в форме аэродинамических крыльев, расположенными с зазором относительно общего вала, двух обтекателей, каждый из которых установлен на общем валу перед соответствующим ротором и охватывает зазор между внутренними кромками лопастей, и двух конфузоров, и дополнительную притопленную платформу, закрепленную перед платформой со стороны моря, причем торцы лопастей роторов выполнены скошенными к оси общего вала, а конфузоры установлены на периферийных частях торцов лопастей роторов с образованием зазора с соответствующим обтекателем.
Поставленная задача решается также тем, что роторная установка может быть снабжена инерционным колесом, размещенным на общем валу между дисками роторов.
Поставленная задача решается также тем, что платформа может быть закреплена на поверхности моря при помощи опор или понтонов.
Поставленная задача решается также тем, что роторная установка размещена в прорези платформы с нахождением до 1/3 ее под водой.
Поставленная задача решается также тем, что дополнительная платформа притоплена на глубину 0,3-1 м от поверхности моря.
Поставленная задача решается также тем, что торцы лопастей каждого ротора скошены к оси общего вала под углом, составляющим 15-20 градусов, площадь поперечного сечения обтекателя составляет 25%-35% площади диска соответствующего ротора, а площадь проекции конфузора на диск составляет 35%-45% площади диска соответствующего ротора.
На фиг.1 представлена предлагаемая прибойная гидроветроэлектростанция.
На фиг.2 - вид А фиг.1.
На фиг.3 - вид Б фиг.1.
На фиг.4 - вид В фиг.1.
Предлагаемая гидроветроэлектростанция (фиг.1) содержит платформу 1 с прорезью 2, закрепленную на поверхности моря в его прибрежной полосе, роторную установку 3, размещенную в прорези 2 платформы 1 с нахождением ее части под водой, и дополнительную притопленную платформу 4, закрепленную перед платформой 1 со стороны моря и предназначенную для концентрации энергии потока прибойной волны. Роторная установка 3 состоит из двух роторов 5 (фиг.2, 3, 4), зеркально расположенных на общем валу 6, механически связанном через редуктор 7 с валом электрогенератора 8, каждый из которых выполнен в виде диска 9 с лопастями 10 в форме аэродинамических крыльев, расположенными с зазором относительно общего вала 6, двух обтекателей 11, каждый из которых установлен на общем валу 6 перед соответствующим ротором 5 и охватывает зазор между внутренними кромками лопастей 10, и двух конфузоров 12. Торцы лопастей 10 роторов 5 выполнены скошенными к оси общего вала 6, а конфузоры 12 установлены на периферийных частях торцов лопастей 10 роторов 5 с образованием зазора с соответствующим обтекателем 11. Для прохождения «мертвых» точек прибойной волны роторная установка 3 может быть снабжена инерционным колесом 13, размещенным на общем валу 6 между дисками 9 роторов 5. Платформа 1 может быть закреплена на поверхности моря при помощи опор 14 или понтонов 15. Роторная установка 3 размещена в прорези 2 платформы 1 с нахождением до 1/3 ее под водой. Нахождение установки 3 более ее 1/3 под водой снижает скорость вращения роторов 5 за счет увеличения трения. Нахождение установки 3 менее ее 1/3 под водой снижает эффективность влияния потока воды на ее производительность. Дополнительная платформа 4 притоплена на глубину 0,3-1 м от поверхности моря. Увеличение глубины притопления дополнительной платформы 4 более 1 м уменьшает концентрацию энергии водного потока. Так, на глубине 10 м энергия потока практически отсутствует. Уменьшение глубины притопления дополнительной платформы 4 менее 0,3 м также снижает концентрацию энергии водного потока за счет ее рассеивания на глубине до 0,3 м. Торцы лопастей 10 каждого ротора 5 скошены к оси общего вала 6 под углом, составляющим 15-20 градусов. Площадь поперечного сечения обтекателя 11 составляет 25%-35% площади диска 9 соответствующего ротора 5. Площадь проекции конфузора 12 на диск 9 составляет 35%-45% площади диска 9 соответствующего ротора 5. Такие геометрические соотношения получены экспериментально. Угол от 15 до 20 градусов обусловлен тем, что 15 градусов обеспечивают достаточную концентрацию потока ветра и потоков прибойной и приливной волн (скорость), увеличение больше 20 градусов будет положительно влиять на увеличение скорости потока ветра и воды, но потребуется неоправданное увеличение высоты лопастей 10. Уменьшение укрываемой площади дисков 9 обтекателями 11 меньше 25% уменьшает эффективность использования энергии потоков ветра и воды и усложняет конструкцию роторов 5, а увеличение больше 35% уменьшает рабочую поверхность дисков 9 и также снижает скорость вращения роторов 5. Укрытие конфузорами 12 по потоку ветра и воды дисков 9 меньше 35% приведет к резкому уменьшению скорости вращения роторов 5, а увеличение укрытия больше 45% площади дисков 9 сократит требуемый зазор между соответствующими конфузорами 12 и обтекателями 11 и также приведет к снижению скорости вращения роторов 5. Установка на ветер и прибойную волну не производится из-за параллельного ее движения берегу. Выход нагрузки электрогенератора 8 производится через преобразователь (условно не показан) и регулятор 16, электрически связанный с распределительным щитом 17. Кроме того, электрогенератор 8 связан с аккумуляторной батареей 18 (при малой мощности гидроветроэлектростанции). Редуктор 7, электрогенератор 8, преобразователь, регулятор 16, распределительный щит 17 и аккумуляторная батарея 18 размещены на платформе 1.
Работа описываемой прибойной гидроветроэлектростанции осуществляется следующим образом.
Поток ветра поступает на обтекатель 11 и в конфузор 12 ротора 5, обращенного в сторону моря, одновременно усиленный притопленной платформой 4 поток прибойной волны поступает в находящуюся под водой часть конфузора 12 этого ротора 5. В конфузоре 12 оба потока ускоряются и с большой скоростью попадают сразу на все лопасти 10 ротора 5, обращенного в сторону моря. Отдав часть своей кинетической энергии лопастям 10, воздушный поток и поток прибойной волны попадают на диск 9 ротора 5, где происходит их торможение о лопасти 10 и диск 9. Здесь оба потока меняют свое направление движения на 90 градусов, а затем покидают объем ротора 5 через расширяющиеся отверстия, образованные смежными лопастями 10 и внутренней поверхностью конфузора 12. Кинетическая энергия обоих потоков, преобразованная в механическую энергию общего вала 6, запасается инерционным колесом 13, поддерживающим вращение вала 6 при прохождении «мертвых» точек прибойной волны, и передается через редуктор 7 на вал электрогенератора 8 для выработки электроэнергии. При движении прибойной волны от берега в море поток прибойной волны поступает в находящуюся под водой часть конфузора 12 ротора 5, обращенного в сторону берега, лопасти 10 которого закручены в противоположную сторону. Кинетическая энергия этого потока, преобразованная в механическую энергию общего вала 6, также запасается инерционным колесом 13 и передается через редуктор 7 на вал электрогенератора 8 для выработки электроэнергии. Аналогично преобразуется энергия отливов.
Таким образом, использование предлагаемой прибойной гидроветроэлектростанции позволит повысить полноту использования энергии ветрового, прибойного и отливного потоков, а также существенно упростить ее конструкцию и эксплуатацию.