ГАЗОВОДОМЁТНЫЙ ПРИВОД ВОЛНОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
GAS-WATERJET DRIVE OF WAVE POWER PLANT

Газоводометный привод волновой электростанции плавучего завода сжиженного природного газа (СПГ) относится к отрасли морской энергетики и предназначен для извлечения электрической энергии из морских волн.
Известен механический привод волновой электростанции плавучего дата центра, содержащий секцию из четырех шарнирно соединенных понтонов с механическим приводом, установленным в зоне шарнирного соединения понтонов, которые в момент изгиба шарнирного соединения на волнах прокачивают поршневыми насосами машинное масло и вращают электрогенератор, электроэнергия от которого идет на насосы, подающие холодную морскую воду в систему охлаждения аппаратуры плавучего дата центра (Патент США №7525207, F03B 13/10, Н02Р 9/04, 2009). Этот механический привод волновой электростанции принят в качестве аналога.
Недостаток аналога - неэффективная и ненадежная работа механического привода в условиях повышенного волнения моря.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является проточный газоводометный движитель, содержащий профилированный водозаборный канал с входным и выходным диффузорными отверстиями, газоподводящий тракт, цилиндрическую вставку в канале, расположенную за входным диффузором, в район которой по газоподводящему тракту подается воздух, и устройство подачи и повышения скорости воздуха, размещенное в корпусе газоподводящего тракта и включающее в себя по меньшей мере два сужающихся сопла, герметично соединенных между собой, при этом каждое сопло коаксиально введено в следующее по ходу движения воздуха сопло с образованием между соплами полости или полостей, причем по меньшей мере одна полость снабжена средствами ионизации воздуха, обеспечивающими ионизацию воздуха в полости и его движение в ускорителе с эжекцией воздуха из внешней среды через входное отверстие, при этом в упомянутой полости размещены впускные клапаны на ее стенке для подачи в полость воздуха, а по меньшей мере одна полость сообщена с устройствами подачи и отсоса воздуха для регулировки мощности движителя (Патент на изобретение РФ №2285636, М63Н 11/12, 2006). Этот проточный газоводометный движитель принят в качестве прототипа.
Недостаток прототипа - проточный газоводометный движитель нельзя использовать в качестве привода электрогенератора волновой электростанции плавучего завода СПГ.
Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в получении электроэнергии за счет снабжения прототипа ротором-приводом мультипликатора и электрогенератора волновой электростанции плавучего завода СПГ.
Для достижения указанного технического результата газоводометный привод волновой электростанции содержит входной конфузор, канал-трубу, газоподводящую трубу, устройство подачи и повышения скорости воздуха, причем он снабжен модулем-понтоном, который включает в себя по меньшей мере четыре газоводометных привода, каждый из которых содержит входную решетку, выходное колено, мультипликатор, электрогенератор и ротор, который размещен в полости канала-трубы, устройство подачи и повышения скорости воздуха выполнено в виде камеры, коаксиально размещенной вокруг канала-трубы, в которой выполнены отверстия для прохода атмосферного воздуха, ротор выполнен в виде полой винтовой трубы прямоугольного поперечного сечения с горизонтальным валом, от которого вращающий момент передается к мультипликатору, увеличивающему частоту вращения электрогенератора.
Кроме того, заявляемое техническое решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частный случай, а именно:
- выходное колено размещено в направлении дна моря;
- ротор имеет прямоугольное поперечное сечение, а стенки-лопасти ротора имеют двойной заход и закручены вдоль центрального продольного вала от 0° до 180° с проходом вращающейся водовоздушной смеси к выходному колену;
- модуль-понтон размещен с заглублением продольной оси ротора под средний уровень воды в море.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше, наиболее близкого к нему, являются: привод снабжен модулем-понтоном, который включает в себя по меньшей мере четыре газоводометных привода, каждый из которых содержит входную решетку, выходное колено, мультипликатор, электрогенератор и ротор, который размещен в полости канала-трубы, устройство подачи и повышения скорости воздуха выполнено в виде камеры, коаксиально размещенной вокруг канала-трубы, в которой выполнены отверстия для прохода атмосферного воздуха, ротор выполнен в виде полой винтовой трубы прямоугольного поперечного сечение с горизонтальным валом, от которого вращающий момент передается к мультипликатору, увеличивающему частоту вращения электрогенератора.
Благодаря наличию этих признаков применение этого устройства позволит увеличить выработку электроэнергии из возобновляемого источника энергии - морских волн и сохранить жизнеспособность гидробионтов, которые без травм проходят по каналу-трубе при работе ротора.
Предлагаемое устройство - газоводометный привод волновой электростанции, иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, 2, 3 и 4.
На фиг. 1 показан план волновой электростанции плавучего завода СПГ, на фиг. 2 - продольный разрез А-А волновой электростанции плавучего завода СПГ, на фиг. 3 - модуль-понтон, на фиг. 4 - продольный разрез Б-Б газоводометного привода.
Газоводометный привод волновой электростанции включает: плавучий завод СПГ 1; модуль-понтон 2, который при помощи тросов 3 крепится к якорям 4 на дне моря 5; продольные тросы 6; электрические кабели 7 и электрическую станцию 8, размещенную на судне 1 завода СПГ. Стрелкой показано направление распространения волны (фиг. 1 и 2). Изменение формы волновой поверхности таково, что наблюдается поступательное движение, хотя сама волна не перемещается в направлении распространения волны. Это кажущееся перемещение есть результат наблюдения фаз смещения последовательного расположения частиц жидкости; как только одна частица в гребне опускается, другая занимает ее место, обеспечивая сохранение формы гребня и распространения волнового движения вперед. Мощность Р, переносимая волнами, на единицу ширины волнового фронта в чисто синусоидальной волне на глубокой воде прямо пропорциональна квадрату амплитуды h и периоду Т:
2
2
P=ρghT/8π, где ρ - плотность морской воды; g=9.81; π=3.14. Для Атлантики: длина волны 100 м, h=1.5 м, Р=73 кВт/м (Дж. Твайделл, А. Уэйр. Возобновляемые источники энергии. Энергоатомиздат, М., 1990, с. 307). В натуре, как правило, морские волны не синусоидальные, поэтому извлекаемая мощность будет меньше. На фиг. 2 приняты обозначения: h - амплитуда волны; ω - угловая скорость кругового движения частиц жидкости. Модуль-понтон 2 включает: решетку 9; входной конфузор 10; входной подшипниковый узел 11; канал-трубу 12; газоподводящую трубу 13; камеру 14; отверстия 15; ротор 16 имеет прямоугольное поперечное сечение, а стенки-лопасти имеют двойной заход, закручены вдоль продольной оси от 0° до 180°; электрогенератор 17; мультипликатор 18; выходной подшипниковый узел 19; горизонтальный вал 20; выходное колено 21 (стрелка указывает направление водовоздушной смеси) (фиг. 3 и 4).
Работа газоводометного привода волновой электростанции плавучего завода СПГ осуществляется следующим образом. Максимальное значение мощности Р имеет место, когда волна перекрывает входное отверстие конфузора 10. Далее морская вода проходит сквозь решетку 9 и ускоряется в конфузоре 10, омывает входной подшипниковый узел 11 и входит в канал-трубу 12 и давит на поверхность ротора 16, горизонтальный вал 20 которого начинает вращаться в входном 11 и выходном 19 подшипниковых узлах. Закрученная морская вода продвигается вдоль ротора 16, омывает выходной подшипниковый узел 19 и через выходное колено 21 выходит вниз в направлении дна 5 моря. Крутящий момент с горизонтального вала 20 предается на мультипликатор 18, который увеличивает частоту вращения электрогенератора 17. Увеличение частоты вращения ротора 16 обеспечивает камера 14, из которой при работе ротора 16 происходит подсос (эжектирование) атмосферного воздуха, который по газоподводящей трубе 13 и отверстиям 15 поступает в полость канала-трубы 12. Смешиваясь с водой, воздух расширяется и ускоряет полученную смесь, которая выталкивается через выходное колено 21 в море. В процессе выхода водовоздушной смеси через выходное колено 21 образуется реактивная сила, которая поднимает корму модуля-понтона 2 и заглубляет нос модуля-понтона 2 ниже среднего уровня воды моря. Это положение благоприятно сказывается на эксплуатации модуля-понтона 2. Такие смещения модуля-понтона 2 возможны, поскольку он посредством тросов 3 крепится к якорям 4 и плавучему заводу СПГ 1, а смежные модули-понтоны 2 крепятся продольными тросами 6. Выработанная электроэнергия от электрогенераторов 17 передается по электрическим кабелям 7 на электрическую станцию 8.
Внедрение газоводометного привода волновой электростанции плавучего завода СПГ позволит вырабатывать электрическую энергию из возобновляемого источника энергии - морских волн и сохранять жизнеспособность гидробионтов, которые могут без травм проходить через канал-трубу при работе ротора.