BG65182B1

BG65182B1 - Хидродинамична генераторна касета

Info

Publication number: BG65182B1
Application number: BG104572A
Authority: BG
Inventors: Атанас АТАНАСОВ
Original assignee: Атанас АТАНАСОВ
Priority date: 2000-07-03
Filing date: 2000-07-03
Publication date: 2007-05-31
Also published as: BG104572A

Abstract

Касетата е приложима в океанологията, във воднотостопанство за трансформацията на енергията на вълновите потоци в бреговата зона, както и на откритии закрити водни потоци в електрическа енергия. Касетата трансформира енергията на орбиталните вълнови циркулации в бреговата зона със занижени хидродинамични загуби, както и със занижени загуби от триене в механично движещите се елементи, като на генератора се осигурява равномерен режим на работа. Състои се от генератор (1) с котва (11), разположена на неподвижна ос (12), в двата края във вътрешността на която са разположени водонепроницаеми куплунги (13), чиито входове са съответно свързани с изходите на неподвижната котва (11). В двата края на оста (12) са разположени носещи съединителни муфи (3), прикрепени към стационарни опори в бреговата зона, и полюси (14), разположени по вътрешната страна на касета (15), която е лагерувана на оста (12) и е херметизирана с гумени пръстени (17). Капакът (18) е прикрепен към касетата (15) с болтове (181), като втори приемни лопатки (27) са разположени по външната страна на приемната касета (2), установена във водния поток на бреговата зона. По външната страна на въртящата се касета (15) са изградени приемни лопатки (19), включващи конзоли (191), на които посредством ос (193) са прикрепени подвижни лопатки (192). Вътрешността на приемната касета (2) е съставена от два еднотипни корпуса (21), свързани с болтовете (22), които фиксират и гумениуплътнители (23), разположени

Description

Изобретението се отнася до хидродинамична генераторна касета за трансформиране на вълновата енергия на водното тяло в плитководието в електрическа енергия и може да намери приложение в океанологията, във водното стопанство и в енергетиката за преобразуване на енергията на открити и на закрити водни потоци в електрическа енергия.

Предшестващо състояние на техниката

Известни са хидроелектростанции, разположени в дълбоководието на морската среда, които използват колебанията на водната повърхност (преди всичко подемната сила на вълнението) при трансформирането на енергията, носена от водното тяло, в електрическа енергия [6] и [7]. Тежките работни режими типични за плитководието са причина за неприложимостта на подобен вид хидроелектростанции в тази зона.

Сведения за сложната хидродинамична картина на водното тяло в плитководието се получава от описанията на орбиталните и на преносните вълнови скорости [1], [2] и [3]. Нерегулярното циклично натоварване в тази зона създава тежък експлоатационен режим на стационираните морски съоръжения и технически средства в нея. Периодичната промяна на посоката на вектора на орбиталните вълнови скорости прави неприложими хидравличните генератор- машини с приемни турбини, витла и хидрометрични крила за директна трансформация на вълновата енергия в плитководието в електрическа енергия.

Не е известен генератор с приемно хидрометрично крило, витло или с турбина, което да позволява директно трансформирането на вълновата енергия на водното тяло в плитководието в електрическа енергия.

Известна е приливна електростанция, която работи в плитководието, съставена от стационарно хидротехническо съоръжение (дамба) с резервоар , в който по канал приливните вълни (или ветровите вълни) транспортират водни маси. Вследствие на градиента на хидроста тичните налягания, получен като разликата между водните нива на резервоара и на морската вода, от резервоара по водопропускащ отвор водният поток постъпва в хидравличния тракт, в който ориентирано е стационирана витлова хидравлична машина-генератор. Движението на водния поток в хидравличния тракт (от резервоара към морската среда) завърта витлото на хидравлична машинагенератор, която на изхода си генерира електрическа енергия [4].

При това оста на приемната турбина (витлото) на хидравличната машина генератор, може да бъде ориентирана успоредно или перпендикулярно на посоката на вектора на скоростта на водния поток в хидравличния тракт [5].

Приливните хидроелектростанции са скъпи хидротехнически съоръжения, не притежават мобилност и гъвкавост спрямо посоката на вълновия лъч. Те не работят в режим на директна трансформация, което води до хидравлични загуби по хидравличните канали. Използването на приемна турбина (витло) налага поддържането на постоянна посока на водния поток, като се елиминира и влиянието на ветровото вълнение върху работата на хидравличния тракт. Това се постига със създаването на определени съотношения в геометричните размери на хидравличната линия при отчитането на дълбочинния профил [4].

Техническа същност на изобретението

Хидродинамичната генераторна касета за трансформиране на енергията на водното тяло в плитководието в електрическа включва генератор с неподвижна котва и с полюси, като неподвижната котва на генератора е разположена на ос, която завършва с носещи муфи за стациониране в плитководието. В оста е разположен водонепроницаем куплунг, свързан с неподвижната котва. По вътрешната повърхност на подвижната генераторна касета, която е прикрепена към оста с лагери са установени полюсите, а вътрешността й е запълнена с трансформаторна течност и е херметизирана с гумени пръстени, фиксирани от капак, прикрепен към нея с болтове. По външната повърхност на подвижната генераторна касета са разположени приемните лопатки, всяка от които е съставена от конзола, на която посредством ос е прикрепена подвижна лопатка, движението на която е ограничено от разположена по едната й повърхност фиксаторна планка, и ограничители. Подвижната генераторна касета е с възможност за въртене във вътрешността на разч- 5 леняваща се приемна касета, съставена от два огледално разположени еднакви корпуса с гумен уплътнител между тях, които са свързани с болтове и са прикрепени към неподвижната ос с лагери. Вътрешността на разчленяващата 10 се приемна касета също е запълнена с течност и е херметизирана с гумени пръстени (оринги), фиксирани от капаци, които са прикрепени към разчленяващата се приемна касета с болтове.

По вътрешната повърхност на разчленяващата 15 се приемна касета, съставена от двата корпуса, са установени работни лопатки, а по външната повърхност на разчленяващата се приемна касета са разположени втори приемни лопатки.

Хидродинамичната касета притежава гьв- 20 кавост, която й позволява постигането на оптимална работа при промяна на посоката на вълновия лъч, респективно на посоката на вектора на вълновите скорости спрямо неподвижната ос. При определено съотношение между 25 гъстотата на течностите, разположени във вътрешността на подвижната генераторна касета и тази на разчленяващата се приемна касета, се намаляват загубите от триене в лагерите от теглото на подвижната генераторна касета, раз- 30 положена върху неподвижната ос.

Описание на приложените фигури

Фигура 1 - поглед отстрани на хидродинамичната генераторна касета; 3 $

Фигура 2 - поглед отпред на хидродинамичната генераторна касета;

Фигура За - поглед отстрани на приемната лопатка;

Фигура Зв - поглед отпред на приемната лопатка.

Пример на изпълнение на изобретението

Примерното изпълнение на хидродинамичната генераторна касета, показана на фигури 1 и 2, включва генератор 1 с неподвижна котва 11, която е разположена върху неподвижната ос 12, в която е вграден водонепроницаем куплунг 13, който е свързан с неподвижната котва 11. Неподвижната ос 12 завършва с но сещи муфи 3, с помощта на които хидродинамичната генераторна касета се позиционира в плитководието, и подвижна генераторна касета 15, която е закрепена към оста 12 с помощта на лагери 16. По вътрешната повърхност на касетата 15 са разположени полюси 14 на генератора 1. Вътрешността на подвижната генераторна касета 15 е запълнена с трансформаторна течност 111 и е херметизирана с гумени пръстени 17, които са фиксирани от капак 18, който е прикрепен към касетата 15 с болтове 181. По външната повърхност на подвижната генераторна касета 15 са разположени приемни лопатки 19, които са показани на фигури За и Зв. Приемната лопатка 19 включва конзола 191, към която посредством ос 193 е прикрепена подвижна лопатка 192, движението на която се ограничава от разположена по едната й повърхност фиксаторна планка 195 и ограничители 194. Подвижната генераторна касета 15 на генератора 1 е разположена и се върти във вътрешността на разчленяваща се приемна касета 2, която е съставена от два огледално разположени еднакви корпуса 21 с гумен уплътнител 23 между тях, които са свързани с болтове 22 и са прикрепени към неподвижната ос 12 с лагери 24. Вътрешността на разчленяващата се приемна касета 2 е запълнена с течност 211 и е херметизирана с помощта на гумените пръстени (оринги) 25, които са фиксирани от капаци 26, прикрепени към разчленяващата се приемна касета 2 с болтовете 181. По вътрешната повърхност на разчленяващата се приемна касета 2 са установени работни лопатки 28, а по външната й повърхност са разположени втори приемни лопатки 27, обтекаемостта на които позволява поддържането на постоянна посока на въртене на подвижната генераторна касета 15 на генератора 1 при периодичната промяна на посоката на вектора на орбиталните вълнови скорости в плитководието.

Използване на изобретението

Хидродинамичната генераторна касета се позиционира в плитководието към стационарно съоръжение с помощта на носещите муфи 3, които са разположени в двата края на неподвижната ос 12, така че оста 12 да остава перпендикулярна на посоката на вълновия лъч, при което се постига оптимална трансформация на енергията на водното тяло в електрическа енергия.

Развитието на орбиталната вълнова скорост (V₊) от дълбоководието към бреговата зона, в диапазона от V₊= V_o= 0, до V₊= V_+max, е съпроводено с хидравличен напор върху приемните лопатки 27 на разчленяващата се касета 2, разположени над осевата линия, преминаваща през неподвижната ос 12 (фигура 1), които приемни лопатки 27 се оказват активни от ансамбъла. Добре обтекаемите приемни лопатки 27, разположени под осевата линия, остават пасивни (фиг.1). При това разчленяващата се приемна касета 2, която е прикрепена към неподвижната ос 12 посредством лагерите 24, се завърта по посока на часовниковата стрелка. Работни лопатки 28, разположени по вътрешната повърхност на разчленяващата се приемна касета 2, увличат и завъртат течността 211, разположена във вътрешността на касетата 2 по посока на часовниковата стрелка. Приемните лопатки 19 (фиг. За и Зв), разположени по външната повърхност на подвижната генераторна касета 15, се отделят от ограничителя 194. Съставените им подвижни лопатки 192, разположени на конзолата 191, се завъртат в същата посока около оста 193, докато фиксаторната планка 195 ограничи движението им, при което върху тях започва да действа напорът на завъртяната течност 211 във вътрешността на разчленяващата се приемна, касета 2 (фиг.1). Този напор расте с развитието на орбиталната вълнова скорост до стойност V₊=V_+max, при което подвижната генераторна касета 15 се развърта до скорост пропорционална на V_+max. Полюсите 14, разположени по вътрешната повърхност на подвижната генераторна касета 15, създават променливо магнитно поле, което индуктира е.д.н. в неподвижната котва 11.

При развитието на орбиталната вълнова скорост (V₊) от дълбоководието към бреговата зона, в диапазона от V = V, до V = V = 0 хидравличният напор върху вторите приемни лопатки 27 на разчленяващата се касета 2, разположени над осевата линия, остава и непрекъснато намалява. Добре обтекаемите втори приемни лопатки 27, разположени под осевата линия, продължават да остават пасивни (фиг. 1). Разчленяващата се приемна касета 2 продължава да се върти по посока на часовниковата стрелка, като намалява своята ъглова скорост на въртене (f₂), при което работните й лопатки 28 променят хидродинамичната картина на течността 211, разположена във вътрешността й.

Подвижната генераторна касета 15 с полюсите 14, като маховик акумулирал кинетична енергия, продължава да се върти по посока на часовниковата стрелка и да индуктира е.д.н. в котвата 11. Когато ъгловата скорост на въртене (f₁₅) на подвижната генераторна касета 15 се изравни с тази на разчленяващата се приемна касета 2 (f₂), респективно и с ъгловата скорост на въртене на течността, разположена в нея (f₂₁₁), подвижните лопатки 192, разположени на конзолите 191, се завъртат в посока обратна на часовниковата стрелка около осите 193, като се установяват на ограничителите 194. Независимо от това, че V₊ клони към V₊= V_o= 0 и отсъства хидравличен напор върху приемните лопатки 27 на разчленяващата се приемна касета 2, подвижната генераторна касета 15 с полюсите 14 продължавала се върти по посока на часовниковата стрелка и да индуктира е.д.н. в котвата 11 на генератора 1.

Развитието на орбиталната вълнова скорост (V) от бреговата зона към дълбоководието в диапазона от V = V_o = 0 до V = V_max е свързано с промяна на посоката на вълновия лъч, респективно с промяната на посоката на орбиталната вълнова скорост, което води до появата на хидравличен натиск върху вторите приемни лопатки 27, разположени под осевата линия (активни) напор, който непрекъснато расте. Вторите приемни лопатки 27, разположени над осевата линия, се оказват обтекаеми за вълновата скорост (V ), като остават пасивни (фиг. 1).

Разчленяващата се приемна касета 2, която е прикрепена към оста 12 с помощта на лагерите 24, започва да увеличава скоростта си на въртене по посока на часовниковата стрелка, като работните й лопатки (28) увличат течността 211, установена в нея, при което растат ъгловата скорост на въртене на приемната касета 2 (f₂) и ъгловата скорост на въртене на течността, разположена в нея (f₂₁₁). Когато ъгловите скорости на приемната касета 2 (f₂), респективно и на течността 211, разположена в нея (f₂₁₁), станат по-големи от ъгловата скорост на въртене (f₁₅) на подвижната генераторна касета 15, подвижните лопатки 192, разположени на конзолата 191, се отделят от ограничителя 194 и се завъртат по посока на часовниковата стрелка около оста 193, докато фиксаторната планка 195 ограничи движението им (фиг. 1). Върху подвижни лопатки 192 започва да действа хидравличният напор на завъртяната течност 211, разположена във вътрешността на разчленяващата се приемната касета 2, в резултат на което започва да се увеличава скоростта на въртене на подвижната генераторна касета 15 заедно с полюсите 14, като расте кинетичната енергия на “маховика”, а в неподвижната котва 11 се индуктира е.д.н.

Развитието на орбиталната вълнова скорост (V ) от бреговата зона към дълбоководието в диапазона от V = V към V = V_o= 0 поддържа хидравличния натиск върху вторите приемни лопатки 27, разположени под осевата линия. Вторите приемни лопатки 27, разположени над осевата линия остават все още пасивни (фиг. 1). Скоростта на въртене на разчленяващата се приемна касета 2, респективно скоростта на въртене на течността 211 в нея започва да намалява и се стреми към тази на подвижната генераторна касета 15 в резултат на намаляващия хидравличен напор върху вторите приемни лопатки 27. Когато ъгловата скорост на въртене (f₁₅) на подвижната генераторна касета 15 се изравни с тази на разчленяващата се приемна касета 2 (£,), респективно и с ъгловата скорост на въртене на течността 211, разположена в нея (f₂₁₁), подвижните лопатки 192 от структурата на приемните лопатки 19 (фиг. 3 а, в), разположени на конзолите 191, се завъртат в посока обратна на часовниковата стрелка около осите 193, като се установяват на ограничителите 194. Въпреки че орбиталната вълнова скорост V клони към V = V_o = 0 и че липсва хидравличен напор върху вторите приемни лопатки 27 на разчленяващата се приемна касета 2, “маховикът” - подвижната генераторна касета 15 с полюсите 14, продължава да се върти по посока на часовниковата стрелка и да индуктира е.д.н. в котвата 11 на генератора 1.

Когато орбиталната вълнова скорост V приеме стойността V = V_o = 0 вълновият лъч променя посоката си, при което следва развитието на орбиталната вълнова скорост (V₊) от дълбоководието към бреговата зона, в диапазона от V = V = 0, до V = V_ , който е съпроводен с хидравличен напор върху вторите приемни лопатки 27 на разчленяващата се касета 2, разположени над осевата линия, преминаваща през неподвижната ос 12 (фиг. 1). Добре обтекаемите втори приемни лопатки 27, разположени под осевата линия, стават пасивни (фиг. 1). При това, описаните цикли на развитие на орбиталната вълнова скорост (V₊ ) се повтарят.

Завъртането на хидродинамичната генераторна касета на ъгъл от 180°, така че неподвижната ос 12 да остане перпендикулярна на посоката на вълновия лъч не пречи на работата на генератора 1. Промени ще настъпят в условната посока на въртене (обратно на часовниковата стрелка), като и в това, че тези приемни лопатки, които са били активни, стават пасивни и обратно.

Хидродинамичната генераторна касета позволява директна трансформация на енергията, носена от водното тяло в плитководието, в електрическа енергия. Мобилността и гъвкавостта са предпоставка за оптимална работа на генератора 1 при промяна на посоката на вълновия лъч, респективно на посоката на вектора на вълновите скорости. Независимо от цикличните промени в посоката на вектора на орбиталните вълнови скорости (от дълбоководието към бреговата зона и обратно), хидродинамичната генераторна касета запазва посоката на индуктираното е.д.н в неподвижната котва. Маховикът съставен от подвижната генераторна касета 15 с установените по вътрешната й повърхност полюси 14 позволяват постигането на равномерен режим на работа на генератора при цикличните промени в посоката на вектора на орбиталните вълнови скорост.

Патентни претенции

Claims

1. Хидродинамична генераторна касета, състояща се от генератор (1) с котва (И) и полюси (14), характеризираща се с това, че неподвижната котва (11) на генератора (1) е разположена на ос (12), която завършва с носещи муфи (3) и в която ос (12) е разположен водонепроницаем куплунг (13), свързан с неподвижната котва (11), като по вътрешната повърхност на подвижна генераторна касета (15), която е закрепена към оста (12) с лагери (16), са установени полюсите (14), а вътрешността й е запълнена с трансформаторна течност (111) и е херметизирана с гумени пръстени (17), фиксирани от капака (18), прикрепен към нея с болтове (181), като по външната повърхност на подвижната генераторна касета (15) са разположени приемни лопатки (19), съставени от конзола (191), на която посредством ос (193) е прикрепена подвижна лопатка (192), движението на която е ограничено от разположена по едната й повърхност фиксаторна планка (195) и ограничители (194), при което подвижната касета (15) е с възможност за въртене във вътрешността на разчленяваща се приемна касета (2), съставена от два огледално разположени еднакви корпуса (21) с гумен уплътнител (23) между тях, които са свързани с болтове (22) и са прикрепени към оста (12) с лагери (24), като оста 12 е запълнена с течност ( 211) и е херметизирана с гумени пръстени (25), фиксирани от капаци (26), които са прикрепени към разчленяващата се приемна касета (2) с болтовете (161), при което по вътрешната повърхност на разчленяващата се приемна касета (2) са установени работни лопатки (28), а по външната повърхност на разчленяващата се приемна касета (2) са установени втори приемни лопатки (27).

Приложение: 3 фигури

Литература