СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТУРБИНЫ
SYSTEM AND METHOD OF MOUNTING HYDROELECTRIC TURBINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к системе и способу размещения гидроэлектрической турбины и, в частности, к системе и способу, посредством которых значительно упрощается транспортировка данной гидроэлектрической турбины и связанного с ней основания к месту размещения, а также последующее размещение данной турбины и основания на морском дне.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В связи с тем, что сгорание ископаемого топлива наносит значительный ущерб окружающей среде, в последнее время большое внимание уделяется разработке возобновляемых источников энергии. При этом многие из подобных проектов основаны на использовании энергии солнца, ветра или приливов. Среди указанных альтернативных видов энергии наибольший интерес вызывает энергия приливов, поскольку приливы полностью прогнозируемы и постоянны, тогда как энергия солнца и ветра носит относительно неустойчивый характер и, как следствие, ее источники менее надежны.
Однако использование энергии приливов создает свои собственные проблемы, в частности проблемы, касающиеся установки и технического обслуживания генераторов приливных электростанций, например гидроэлектрических турбин, принцип работы которых таков, что они должны быть расположены в сравнительно быстротекущих потоках приливов, и по возможности, на морском дне. Кроме того, экономически выгодно, чтобы такие турбины имели большой размер. Все это приводит к тому, что турбины и соответствующие им основания/опоры являются крупными и громоздкими компонентами и для их установки требуется довольно массивное грузоподъемное и транспортное оборудование. В подобных случаях использование оборудования большой грузоподъемности обычно сопряжено с определенным риском, а его применение на море, в сложных и нестабильных условиях, считается даже опасным.
Процесс подобной установки дополнительно усложняется вследствие увеличивающегося дефицита на рынке подходящих судов и оборудования для выполнения работы по бурению, а также чрезвычайной опасности для водолазов, работающих в местах максимального приливного течения.
Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в упрощении процесса размещения гидроэлектрических турбин и решается посредством разработки системы и способа для размещения гидроэлектрической турбины, предварительно установленной на основание.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается система для размещения гидроэлектрической турбины, содержащая основание, гидроэлектрическую турбину, выполненную с возможностью опоры на указанное основание, и морское судно, обеспечивающее, когда судно находится на плаву, удержание с возможностью отсоединения, под ним указанного основания, причем судно предусматривает возможность отсоединения от судна основания для опускания основания, и/или подъема основания в положение снизу судна и его соединения с судном, причем основание содержит опору, которая проходит вверх через судно, когда основание соединено с судном снизу судна, отличающаяся тем, что указанное судно имеет проем, через который проходит опора, когда основание установлено снизу судна, выполненный с возможностью прохода через него установленной на опоре турбины.
Предпочтительно, данное судно содержит грузоподъемные средства, выполненные с возможностью подъема и/или опускания основания относительно данного судна.
Предпочтительно, грузоподъемные средства содержат по меньшей мере одну лебедку.
Предпочтительно, судно содержит по меньшей мере пару соединенных вместе корпусов судна.
Предпочтительно, указанная система предусматривает возможность крепления к основанию балласта, когда основание закреплено снизу судна.
Предпочтительно, данное судно является модульным.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается способ размещения гидроэлектрической турбины, включающий следующие этапы:
закрепление основания для турбины снизу судна;
крепление турбины к опоре основания, которая проходит вверх через судно;
транспортировку судна к месту размещения;
отсоединение основания от указанного судна, осуществляемое снизу судна;
отличающийся тем, что на этапе отсоединения основания от судна турбину пропускают через судно.
Предпочтительно, данный способ на этапе закрепления основания включает следующие этапы:
расположение основания на дне водоема,
расположение судна над основанием, и
подъем основания в положение под судном.
Предпочтительно, согласно данному способу, перед расположением основания на дне водоема к основанию крепят по меньшей мере один подъемный канат.
Предпочтительно, согласно данному способу, на этапе подъема основания в положение снизу судна используют грузоподъемные средства, содержащиеся на судне.
Предпочтительно, согласно данному способу, после закрепления основания (12) под судном (14) на основании (12) размещают балласт.
Предпочтительно, согласно данному способу, после закрепления основания (12) снизу судна (14) к указанному основанию (12) крепят опору (32).
Предпочтительно, согласно данному способу, перед размещением основания (12) на предназначенном для его размещения месте, проводят испытания различных рабочих параметров основания (12) и/или турбины (10) на месте для проведения испытаний.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 показано основание для турбины, находящееся на причале;
на фиг.2 показано основание, показанное на фиг.1, опущенное на морское дно рядом с причалом;
на фиг.3 показано судно, используемое для размещения турбины, находящееся на плаву над основанием и рядом с причалом;
на фиг.4 показано судно, показанное на фиг.3, после подъема основания в положение непосредственно под судном;
на фиг.5 показано судно и основание, показанные на фиг.4, причем к основанию прикреплена пара опор, проходящих через судно;
на фиг.6 показано судно и основание, показанные на фиг.5, после присоединения к опорам гидроэлектрической турбины; и
на фиг.7 показано судно, расположенное на месте размещения турбины, осуществляющее опускание основания и турбины на морское дно.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На чертежах показана система и способ размещения гидроэлектрической турбины 10 (турбина показана только на фиг.6 и 7), причем данная система предусматривает использование основания 12 для турбины 10 и судна 14, к которому может быть присоединено основание 12, как подробно описано ниже. Как видно из нижеследующего описания, применение предлагаемой системы и способа в значительной степени позволяет избежать необходимости использования оборудования большой грузоподъемности при размещении гидроэлектрической турбины 10 и, соответственно, значительно упрощает процесс размещения турбины.
В проиллюстрированном варианте осуществления основание 12 содержит треугольную раму 16 с тремя ножками 18, хотя из последующего описания предлагаемой системы и способа понятно, что такая форма основания 12 соответствует примерному варианту осуществления и основание может иметь любую другую форму и/или конфигурацию. Для того чтобы начать размещение турбины, основание 12 располагают на причале Q рядом с водоемом W, например морем. Основание 12 может быть доставлено к причалу Q в полностью собранном виде, или предпочтительнее может быть собрано на причале Q из составляющих его компонентов.
Как показано на фиг.2, основание 12 поднимают с причала Q и опускают на морское дно B рядом с причалом Q. В этот момент рама 12 является относительно легкой и ее можно переместить с причала Q, используя сравнительно небольшой грузоподъемный кран (не показан) или подобное ему оборудование. К каждому углу основания 12, предпочтительно перед тем как опустить основание 12 на морское дно B, присоединяют подъемный канат 20 с соединенным с ним буем 22. Количество подъемных канатов 20 может изменяться в зависимости от размера и формы основания 12, или в зависимости от любых других эксплуатационных требований.
Как показано на фиг.3, судно 14 перемещают в положение непосредственно над основанием 12 рядом с причалом Q. Судно 14 снабжено грузоподъемными средствами в виде трех лебедок 24, к каждой из которых может быть прикреплен один из подъемных канатов 20. Таким образом, лебедки 24 могут использоваться для подъема основания 12 в положение снизу судна 14, как показано на фиг.4. Очевидно, может использоваться любое другое эквивалентное лебедкам 24 средство, а при необходимости количество лебедок 24 и их расположение может быть изменено. Судно 14 и/или основание 12 может быть оснащено крепежными средствами (не показаны), предназначенными для крепления основания 12 к нижней части судна 14 после перемещения его лебедками в заданное положение. В этом случае после закрепления основания 12 в заданном положении груз будет удален с лебедок 24. Однако в качестве таких крепежных средств могут выступать сами лебедки 24.
Можно видеть, что в проиллюстрированном варианте осуществления судно 14 состоит из двух корпусов в виде понтонов 26, которые соединены друг с другом парой поперечных элементов 28. Промежуток между поперечными элементами 28 остается пустым и определяет границы проема 30 в судне 14. Соответственно, доступ к основанию 12 может осуществляться через проем 30 сверху судна 14. Обратившись теперь к фиг.5, можно увидеть, что к основанию 12 присоединены две опоры 32, что можно осуществить с борта судна 14. Предполагается, что используемый в данном документе термин «опора» обозначает любую систему или устройство, подходящее для обеспечения соединения турбины 10 с основанием 12. Таким образом, обозначаемое этим термином средство не обязательно представляет собой вертикальный элемент, подобный стойкам, иллюстрирующим пару опор 32.
Поскольку теперь основание 12 надежно закреплено под судном 14, то при необходимости к основанию 12 можно добавить балласт, чтобы довести вес основания 12 до такого уровня, который позволит осуществить надежную посадку основания 12 и турбины 10 на морское дно под действием их собственного веса. Так как этот балласт добавляют только на данном этапе, то при подъеме основания 12 в заданное положение под судном 14 отсутствует дополнительная нагрузка на лебедки 24. Также, благодаря тому, что добавление балласта происходит на этом этапе, при подъеме основания с причала Q и его опускании на морское дно можно использовать сравнительно небольшой подъемный кран, поскольку не придется поднимать краном дополнительную массу, связанную с наличием балласта.
На фиг.6 показана турбина 10, поднятая на основание 12 и, в частности, на опоры 32, также с использованием сравнительно небольшого подъемного крана, расположенного на причале Q. Турбину 10 затем прикрепляют к опорам 32 и, таким образом, она готова для транспортировки к месту размещения в море.
Очевидно, что по мере развития технологии турбины будут увеличиваться в размере и, соответственно, то же самое будет происходить с расстоянием между корпусами или понтонами 26 судна. Однако в таком случае лебедка 24, которая расположена посередине переднего поперечного элемента 28, будет испытывать значительную нагрузку, не имея поддержки. Поэтому предусматривается, что конструкция судна 14 для более крупных турбин (или возможно, при установке двух или более турбин 10 рядом на одно основание 12) будет принимать форму, отличную от конструкции катамарана, например форму тримарана. Модульная конструкция судна 14 обеспечивает возможность простого осуществления подобной модификации.
Кроме того, модульная конструкция судна 14 позволяет легко его демонтировать и транспортировать в любое место земного шара к месту последующей установки в корпусе крупного грузового судна. Такое решение может способствовать экономии времени, так как крупные грузовые суда могут преодолевать большие расстояния в значительно худших условиях, чем указанное судно 14. Модульная конструкция также подразумевает, что судно 14 может быть перестроено в будущем под основания 12, имеющие другую форму, т.е. при размещении крупной турбины может понадобиться расширение расстояния между корпусами 26, которое можно легко осуществить удлинением поперечных элементов 28. Очевидно, что это обстоятельство обеспечит экономию в расходах, поскольку не будет необходимости в постройке полностью нового судна.
Другое преимущество, обусловленное формой судна 14, заключается в легкости буксирования вследствие наличия весьма малого сопротивления, поскольку поперечные элементы 28 расположены вне воды и, следовательно, в воде находятся только понтоны 26. Такая конструкция будет самостоятельно выравниваться с приливным течением по сравнению с другой конструкцией, в которой поперечные элементы погружены в воду. Последняя конструкция будет менее обтекаемой и менее вероятно, что она будет находиться на одной линии с указанным течением. Эта особенность является важной при размещении турбины 10, когда прилив происходит во время опускания турбины 10, при этом судно 14 будет ориентировано правильно относительно прилива и, соответственно, автоматически будет обеспечиваться надлежащая ориентация турбины 10.
Модульное решение конструкции судна 14 также позволяет выполнять быстрый и простой монтаж на судне 14 дополнительного оборудования, используемого во время установки. Посредством обычных модульных соединителей (не показаны) к судну 14 могут быть легко присоединены платформы (не показаны), поддерживающие подобное оборудование.
Как показано на фиг.7, после расположения судна 14, основания 12 и турбины 10 над местом размещения основание 12 и турбина 10 могут быть опущены в заданное положение. Это осуществляется путем простого травления каната с помощью лебедок 24, благодаря чему основание 12 опускается под судно 14. Если на основании 12 и/или судне 14 имеются какие-либо крепежные средства (не показаны), то перед травлением они должны быть отсоединены. Форма и размеры проема 30 в судне 14 предусматривают возможность прохода турбины 10 вниз через проем 30 и, таким образом, соединенные турбина 10 и основание 12 могут быть вместе опущены с судна 14. При этом, когда основание 12 расположено на морском дне B, не потребуется проводить дополнительную работу для их скрепления, соответственно, процесс размещения значительно упрощается. Кроме того, не потребуется использовать такое грузоподъемное оборудование, как подъемные краны или подобные им средства для управления с борта судна 14.
Указанная возможность соединения основания 12 и судна 14 также позволяет осуществить вышеупомянутый процесс в обратном порядке для того, чтобы обеспечить подъем основания 12 и турбины 10 с морского дна B. Судно 14 располагают над основанием 12 и соединяют с ним. Затем основание может быть с помощью лебедки перемещено в положение снизу судна 12 и прочно зафиксировано под ним для транспортировки обратно к берегу или другому требуемому месту.
Перед транспортировкой турбины 10 к месту размещения предпочтительно провести различные испытания турбины 10 и основания 12 в то время, когда они расположены рядом с причалом Q. Таким образом, как показано на фиг.6 после прикрепления турбины 10 к основанию 12, основание 12 и турбину 10 опускают на морское дно B, в то время как судно остается расположенным рядом с причалом Q. Во время расположения основания 12 на морском дне B подъемные канаты 20 остаются закрепленными между основанием 12 и судном 14, чтобы обеспечить быстрый и легкий возврат основания в положение под судном 14 для транспортировки к месту размещения, показанному на фиг.7. Когда основание 12 расположено на морском дне B, можно провести различные испытания, например испытание/калибровку телеметрических датчиков (не показаны), или им подобных, расположенных на основании 12 и/или турбине 10. После завершения указанного испытания основание 12 возвращают с помощью лебедки обратно в положение снизу судна 14, а турбину 10 затем снова располагают выше палубы судна 14. Затем судно 14 может быть оттранспортировано к месту размещения, как описано выше со ссылкой на фиг.7. Если в ходе этих испытаний будут выявлены какие-либо проблемы, связанные с турбиной 10 или основанием 12, то оба могут быть быстро извлечены из воды W благодаря тому, что они расположены близко к причалу Q. Кроме того, если выявленная проблема касается только турбины 10, тогда турбину 10 можно легко отсоединить от основания 12 и поднять на причал для дополнительного испытания и/или ремонта. При этом основание 12 может оставаться прикрепленным под судном 14 до тех пор, пока на него не будет возвращена отремонтированная турбина 10.
Предусмотрено, что предлагаемая система может быть использована для размещения основания 12 на морском дне B без прикрепленной к нему турбины 10, которая затем будет подходящим способом присоединена к основанию 12.
Таким образом, очевидно, что предлагаемые система и способ позволяют обеспечить упрощенное и высокоэффективное средство размещения гидроэлектрической турбины 10, а также минимизировать требования к оборудованию большой грузоподъемности, устраняя необходимость использования подобного оборудования на борту судна 14, в частности на месте размещения.