УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ПРИЛИВНЫХ ТЕЧЕНИЙ
UNIT FOR TIDAL FLOW ENERGY UTILISATION

Изобретение относится к области гидроэнергетики и предназначено для использования энергии приливных морских течений.
Известна установка для использования энергии приливных течений фирмы Hammerfest Strom, введенная в опытную эксплуатацию в Шотландии в 2012 г., состоящая из капсульного гидроагрегата с поворотно-лопастной турбиной, расположенного на вершине рамы из труб, установленной на морском дне (http://www.hammerfeststrom.com/ HS 1000 installed in Orkney). Ось гидроагрегата ориентирована по направлению течения. Глубина морского дна выбирается из условия обеспечения судоходства.
К недостаткам такой установки относятся: сложность конструкции поворотно-лопастной турбины, снижение эффективности ее работы при расположении турбины ниже по течению относительно несущей конструкции, необходимость использования плавучего крана большой грузоподъемности при монтаже и демонтаже установки.
Известна установка, работающая независимо от направления течения и включающая ротор, содержащий лопасти сегментного профиля, выполненные в виде пространственной спирали, соединенные траверсами с валом, ось вращения которого расположена под углом, близким к прямому, по отношению к направлению потока, нижний конец вала соединен с возможностью вращения с платформой, и установленный на ней генератор, опирающейся на фундамент с возможностью наклона в любую сторону (патент РФ №2461733, МПК: F03D 5/00, опубл. 20.09.2012 г.).
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.
Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной цели, являются: необходимость установки на массивном фундаменте для предотвращения опрокидывания и сдвига от воздействия течения, наличие узла, обеспечивающего наклон ротора установки в любую сторону, наличие упругих элементов для безударного изменения наклона ротора при изменении направления течения.
Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, снижение затрат при изготовлении, монтаже и эксплуатации установки.
Для достижения указанного технического результата в установке для использования энергии приливных течений, включающей ротор, состоящий из спиралевидных лопастей сегментного профиля, скрепленных траверсами с валом, и соединенным с ним генератором, установленным на платформе, нижний конец вала ротора и соединенный с ним генератор помещены в герметичную капсулу, которая посредством двух цапф, выступающих с противоположных сторон ее внешней поверхности, оперта с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной направлению течения, на две опорные балки, скрепленные с цилиндрическими корпусами, оконечности которых связаны между собой соединительными балками с поперечным сечением в виде сегмента, обращенного выпуклостью вниз и образующего с горизонтом угол α, обеспечивающий возникновение подъемной силы, направленной в сторону дна.
Отличительными признаками предлагаемого изобретения является размещение нижнего конца вала ротора и соединенного с ним генератора в герметичной капсуле, опирание герметичной капсулы посредством двух цапф, выступающих с противоположных сторон ее внешней поверхности с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной направлению течения, на две опорные балки, скрепление опорных балок с цилиндрическими корпусами, оконечности которых связаны между собой соединительными балками с поперечным сечением в виде сегмента, обращенного выпуклостью вниз и образующего с горизонтом угол α, обеспечивающий возникновение подъемной силы, направленной в сторону дна.
Благодаря наличию этих признаков расширяется область применения предлагаемой установки, в которую включаются акватории с крупнотоннажным судоходством и покрытые льдом.
Предлагаемая установка для использования энергии приливных течений иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.
На фиг.1 показан вид сбоку, совмещенный с разрезом опорных и соединительных балок.
На фиг.2 - вид установки сверху.
На фиг.3 - разрез А-А с видом на соединительную балку.
На фиг.4 - вид спереди за соединительной балкой.
Установка для использования энергии приливных течений содержит ротор 1, герметичную капсулу 2, две цапфы 3, опорные балки 4, цилиндрические корпусы 5, пилоны 6 обтекаемой формы, соединительные балки 7, внешний балласт 8.
Предлагаемая установка работает следующим образом.
Изготовленная на судоверфи установка с помощью буксира доставляется к месту работы и ориентируется по направлению течения. Затем цилиндрические корпусы 5 равномерно заполняют водой во избежание крена и опрокидывания, чему также способствует подвеска внешнего балласта 8, в результате чего предлагаемая установка садится на дно.
Электрический кабель, подключенный к установке, прокладывается на берег, удаляются устройства, фиксирующие ротор 1 в вертикальном положении во время буксировки и погружения установки на дно.
При достижении приливным течением определенной скорости ротор 1 совместно с герметичной капсулой 2 за счет поворота на цапфах 3, закрепленных с возможностью поворота на опорных балках 4, соединенных с цилиндрическими корпусами 5, наклоняется по направлению течения и на его спиралевидных лопастях сегментного профиля возникает подъемная сила, создающая крутящий момент, приводящий ротор 1 и соединенный с ним генератор во вращение. На соединительной балке 7, расположенной со стороны набегающего потока, благодаря ее поперечному сечению в виде сегмента, обращенного выпуклостью вниз и образующего с горизонтом угол α, возникает подъемная сила, прижимающая цилиндрические корпусы 5 ко дну. На соединительной балке 7 на противоположном конце установки также возникает подъемная сила, направленная ко дну, если отрицательный угол α не превышает некоторого значения порядка 1,5°~2°.
Для предотвращения размыва дна под соединительными балками 7 и для более плавного обтекания их течением, а также для снижения нагрузки от ударов волн при буксировке соединительные балки 7 приподняты над цилиндрическими корпусами 5 и соединены с ними посредством пилонов 6 обтекаемой формы.
Благодаря этому удержание установки от сдвига и опрокидывания обеспечивается в значительной степени за счет гидродинамических сил, возникающих при обтекании соединительных балок 7, прижимающих установку ко дну, а не только за счет веса.
Для проведения профилактического ремонта производится удаление воды из цилиндрических корпусов 5, например, с помощью сжатого воздуха, подаваемого с буксира по шлангам. По этой причине цилиндрические корпусы 5 и опорные балки 4 выполнены в форме цилиндров, хорошо работающих на внутреннее давление. После всплытия установка может быть отбуксирована к месту ремонта.
Благодаря большой вязкости и плотности воды по сравнению с воздухом отпадает необходимость в упругих элементах, имеющихся у прототипа для возвращения ротора 1 в вертикальное положение при его остановке и безударного наклона в другую сторону. Направление вращения ротора 1 не зависит от направления течения и оптимальная ориентация ротора 1 относительно течения достигается простыми средствами, как, например, шарнирным соединением герметичной капсулы 2 с опорными балками 4.