EA014951B1 - Система генерирования электроэнергии с использованием энергии потока воды - Google Patents

Abstract

Создана система генерирования электроэнергии из потока воды, содержащая группу камер для обеспечения плавучести, соединенных посредством корпусной конструкции; группу балластных цистерн, соединенных посредством корпусной конструкции; группу генерирующих узлов индукционного типа, расположенных внутри корпусов, связанных с одной или более камерами для обеспечения плавучести, балластными камерами или корпусной конструкцией, и группу рабочих колес, связанных с генерирующими узлами индукционного типа. В одном предпочтительном варианте каждое из рабочих колес, связанных с генерирующими узлами индукционного типа, содержит один или более концентрично расположенных кольцевых пластинчатых блоков разных диаметров. Каждый из этих блоков выполнен с внутренним и наружным кольцевыми элементами и содержит множество криволинейных пластинчатых элементов, прикрепленных симметрично по окружности между внутренним и наружным кольцевыми элементами, и разделенных зазорами. Разработаны также способы и средства для сборки, позиционирования, обслуживания, контроля и приведения в действие данной системы. Подробно описаны новые генераторы индукционного типа, используемые для получения энергии из быстрых водных потоков, а также камеры для обеспечения плавучести, обеспечивающие натяжение компонентов системы, связывающих ее с якорным устройством, закрепленным в соответствующем участке морского дна. Описаны также балластные цистерны, заполненные текучей средой и разделенные на секции, которые позволяют обеспечить точную и плавную настройку положения системы.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системам получения (генерирования) энергии из возобновляемых источников и в своем конкретном неограничивающем варианте - к погружным (подводным) или плавучим (надводным) системам для получения энергии, отбираемой от быстрых водных потоков (течений) с использованием генераторных систем индукционного типа, снабженных одним или более рабочими колесами с кольцевыми пластинчатыми блоками пластин. Рассматриваемые далее рабочие колеса этого типа пригодны также для применения в системах, использующих традиционные приводы генераторов, и в других средствах получения энергии.

Предшествующий уровень техники

В связи с ростом цен на ископаемые топлива и растущей потребностью в энергии со стороны мировой экономики и промышленности ведется постоянный поиск новых и более эффективных способов разработки источников энергии. Особый интерес представляют альтернативные возобновляемые источники энергии, такие как устройства на основе солнечных батарей, ветрофермы и системы, извлекающие энергию из выделенного водорода.

Однако такие источники энергии не всегда способны постоянно обеспечивать энергией в коммерчески выгодных объемах значительные территории. Более того, некоторые из предложенных технологий, такие как системы, работающие на водороде, получаемом путем обработки морской воды, реально потребляют больше энергии в процессе ее преобразования, чем энергия, поступающая на выход подобных систем. Другие системы, например на основе водорода, получаемого из метана, дают такое же или большее количество вредных выбросов, чем традиционные технологии на базе нефти, на замену которых направлены новые технологии. Системы, основанные на применении солнечных батарей или ветроферм, требуют присутствия солнечного света или ветров в столь значительных объемах, что коммерческая эффективность таких систем принципиально ограничена.

Одна из предложенных альтернативных энергетических систем предусматривает практическое использование гидроэнергии, извлекаемой из быстрых водных потоков (потоков водных масс), например из течений с пиковыми скоростями 2 м/с или более.

Однако на практике существующие подводные устройства для получения энергии оказались неудовлетворительными даже при их установке в местах с постоянно высокими скоростями течения. Это обусловлено, по меньшей мере частично, отсутствием как эффективных средств для получения энергии, так и совместимых средств переноса энергии, поступающей от подводных систем получения энергии, к промежуточным наземным или плавучим станциям.

Существующие конструкции рабочих колес и плавучих механизмов для получения энергии также оказались практически неприемлемыми, т. е. неспособными обеспечить либо эффективное получение достаточных объемов энергии, либо достаточную стабильность при максимальных скоростях течений.

Другая значительная проблема связана с проблемами защиты окружающей среды, ассоциированными с получением энергии из водного потока без нанесения вреда окружающей морской среде, например рифам, морской растительности, стаям рыб и т. д.

Как следствие, существует значительная и пока не удовлетворенная потребность в системе получения энергии из водного потока, которая способна преодолеть проблемы, свойственные известным решениям, и которая генерирует и передает на промежуточную станцию значительное количество энергии безопасным, надежным и экологичным способом.

Сущность изобретения

Обеспечено создание системы генерирования электроэнергии из потока воды с использованием рабочего колеса (пропеллера). Система содержит камеру для обеспечения плавучести, генерирующий узел индукционного типа, расположенный внутри корпуса, связанного с указанной камерой, и рабочее колесо, связанное с указанным генерирующим узлом. Рабочее колесо содержит один или более концентрично расположенных кольцевых пластинчатых блоков разных диаметров, каждый из которых выполнен с внутренним и наружным кольцевыми элементами и множеством криволинейных пластинчатых элементов, прикрепленных симметрично по окружности между внутренним и наружным кольцевыми элементами и разделенных зазорами.

Предложен также другой вариант системы генерирования электроэнергии из потока воды с использованием рабочего колеса. Система в данном варианте содержит группу камер для обеспечения плавучести, соединенных посредством корпусной конструкции; группу балластных цистерн, соединенных посредством корпусной конструкции; группу генерирующих узлов индукционного типа, расположенных внутри корпусов, связанных с одной или более камерами для обеспечения плавучести, балластными камерами или корпусной конструкцией и группу рабочих колес, связанных с генерирующими узлами индукционного типа. Рабочие колеса содержат один или более концентрично расположенных кольцевых пластинчатых блоков разных диаметров, каждый из которых выполнен с внутренним и наружным кольцевыми элементами и множеством криволинейных пластинчатых элементов, прикрепленных симметрично по окружности между внутренним и наружным кольцевыми элементами и разделенных зазорами.

Перечень фигур, чертежей

Предлагаемые варианты изобретения, а также решаемые им задачи, его свойства и преимущества

- 1 014951 станут понятны специалистам из нижеследующего описания при его рассмотрении совместно с прилагаемыми чертежами.

На фиг. 1 представлена на виде сбоку система получения энергии из водного потока в соответствии с одним из вариантов изобретения.

На фиг. 2 представлена на виде спереди система получения энергии из водного потока в соответствии со вторым вариантом изобретения.

На фиг. 3 представлена схема балластной трубы, снабженной изолирующими камерами лабиринтного типа согласно третьему варианту изобретения.

На фиг. 4А представлена на виде сверху система получения энергии из водного потока в соответствии с четвертым вариантом изобретения.

На фиг. 4В представлен на виде сверху тот же вариант, что и на фиг. 4А, но дополнительно снабженный якорным устройством.

На фиг. 5 показан вариант рабочего колеса, пригодного для использования в погружной или плавучей системе получения энергии.

На фиг. 6 вариант рабочего колеса по фиг. 5 представлен в перспективном изображении с выделением части колеса для представления в увеличенном масштабе.

На фиг. 7 показана часть рабочего колеса, соответствующая варианту по фиг. 5 и 6.

На фиг. 8 представлен на виде сбоку пример системы получения энергии из водного потока с рабочими колесами, установленными с созданием эффекта торможения.

На фиг. 9 на виде сзади представлен пример системы получения энергии по фиг. 8, использование в котором четного количества рабочих колес облегчает ослабление вращающих усилий при установке рабочих колес в задней части системы.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

В нижеследующем описании в качестве примеров рассмотрены различные варианты систем и способов их использования, которые обладают преимуществами, свойственными настоящему изобретению. Однако специалистам будет понятно, что описанные варианты могут быть реализованы на практике без включения в них некоторых описанных особенностей. В других примерах с целью обеспечения ясности изложения хорошо известные компоненты подводного и генерирующего оборудования, протоколы, конструкции или технологии приводятся без излишних подробностей.

На фиг. 1 представлен в качестве примера первый вариант системы 101 получения энергии из водного потока. В этом простейшем варианте система содержит трубу 102 для придания плавучести, балластную трубу 103 и торцевую секцию 104 с генерирующим узлом индукционного типа, снабженным рабочим колесом 105 (пропеллером).

Фиг. 1, на которой изображены одна труба 102 для придания плавучести, одна балластная труба 103 и одна торцевая секция 104, соответствует виду сбоку более крупной системы, и далее будут рассмотрены ее коммерческие варианты, содержащие большое количество труб и генерирующих узлов. Таким образом, специалистам должно быть понятно, что вариант системы, ограниченный использованием только по одному компоненту каждого типа, рассматривается лишь в качестве примера, не ограничивающего объем изобретения.

Новизна системы заключается в конструкции генерирующего узла индукционного типа, который обеспечивает простоту конструкции и надежность функционирования и при этом производит энергию, которая может передаваться к связанной с ним промежуточной станции (не изображена) с преобразованием ее в переменный ток или без такого преобразования. Благодаря этому система по изобретению способна производить в коммерчески приемлемых масштабах энергию в форме переменного тока, которая может продаваться близлежащим электрическим сетям и потребляться ими.

Генераторы индукционного типа (индукционные генераторы), как правило, механически и электрически проще, чем синхронные электрические генераторы переменного тока других типов или генераторы постоянного тока. Кроме того, они являются более прочными и надежными и обычно не требуют ни щеток, ни коммутаторов.

В частности, трехфазная асинхронная индукционная электрическая машина (например, с короткозамкнутым ротором) при вращении со скоростью, меньшей ее синхронной скорости, функционирует как мотор; однако та же самая машина при вращении со скоростью, превышающей ее синхронную скорость, будет функционировать как индукционный генератор.

Таким образом, индукционные генераторы могут применяться для производства электрической энергии переменного тока при условии, что их скорость вращения превышает синхронную скорость. Согласно настоящему изобретению вращение вала генератора обеспечивается посредством связанного с ним рабочего колеса 105, находящегося в относительно быстром водном потоке.

Энергия, получаемая от системы, в большинстве случаев будет предназначена для питания близлежащих силовых сетей; как следствие, частота соответствующей сети будет определять частоту, на которой работает система получения энергии. Например, для многих современных сетей номинальная частота составляет 50-60 Гц.

Индукционные генераторы не обладают самовозбуждением. Поэтому для своей работы они требу

- 2 014951 ют подачи энергии от внешнего источника (эта энергия может быть легко получена от близлежащей сети по кабелю, проложенному через воду или под соответствующим участком морского дна). Альтернативно, может использоваться мягкий запуск с помощью стартера, работающего от пониженного напряжения и обеспечивающего создание начального вращающегося магнитного момента. Подобные стартеры могут придать системе важные преимущества, включая быстрое определение подходящих рабочих частот и возможность повторного запуска без использования внешнего источника, например в случае нарушения контакта с сетью в результате повреждений.

Другим важным фактором для крупных плавучих систем получения энергии является установление хорошо сбалансированного, равновесного состояния плавучести, обеспечивающего длительное сохранение динамического положения независимо от скоростей окружающих течений. Даже если предположить, что эти скорости остаются в некоторых допустимых пределах таких скоростей, равновесию системы, тем не менее, могут угрожать особенно мощные ураганы и аналогичные явления. Однако размещение системы существенно ниже уровня действия типичных волновых сил, например на глубине 30-50 м, существенно уменьшит возможные возмущения. Различные возмущающие эффекты со стороны гравитационных сил, сил плавучести, сил сопротивления и торможения также будут влиять на стабильность системы непрерывного получения энергии из водного потока.

Труба 102 для придания плавучести, показанная на фиг. 1, имеет основную цилиндрическую часть, механически связанную по меньшей мере с одной торцевой секцией 104, в которой размещены вышеупомянутые индукционные генераторы. В состав генератора и связанной с ним торцевой секции входят приводной вал и, в некоторых вариантах, связанная с ним планетарная зубчатая передача к рабочему колесу 105.

В некоторых вариантах труба 102 для придания плавучести имеет форму кубоида или шестигранника, хотя изобретение может быть эффективно реализовано и с другими конфигурациями данной трубы. В варианте, который представляется предпочтительным, труба 102 для придания плавучести имеет форму, близкую к цилиндрической, и заполнена газом под давлением (например, воздухом или другим безопасным газом, способствующим плавучести). Благодаря этому объединенные силы, действующие на систему получения энергии из океанского течения, удерживаемую закрепленным фалом 106, будут создавать первичное подъемное усилие.

Соответственно, данная система может быть поднята на поверхность для ее обслуживания или инспекции при отключении генераторов и уменьшении тем самым силы торможения, действующей на систему, что и позволит системе подниматься к поверхности. Открывая трубу (трубы) для придания плавучести и/или эвакуируя текучую среду из балластной трубы (балластных труб), можно обеспечить безопасное и надежное удерживание системы на поверхности с обеспечением тем самым возможности обслуживания или инспекции.

Для перемещения системы можно освободить фал 106, после чего плавучая конструкция может быть отбуксирована или перемещена иным способом к берегу или к другой точке ее использования.

Вариант, представленный в качестве примера на фиг. 2 (где система 201 получения энергии показана на виде спереди), снабжен относительно большими, медленно вращающимися рабочими колесами 202, 203, 206, механически связанными с валами индукционных генераторов 204 и 205. Как более подробно показано на фиг. 4А, генераторы размещены внутри торцевых секций, входящих в состав труб 102 для придания плавучести, а также по периферии решетчатой конструкции, образующей среднюю часть системы, расположенную между трубами для придания плавучести.

На фиг. 3 иллюстрируется внутренний объем балластных труб, обозначенных на фиг. 1, как 103. Внутри этих труб изолирующие камеры лабиринтного типа соединены одна с другой таким образом, чтобы обеспечить возможность разделения и смешивания различных газов для достижения намного более точного управления балансом в системе, чем то, которое достигается с помощью труб 102 для придания плавучести.

Как показано применительно к представленному варианту, внутренняя балластная система 301, образованная балластными трубами, содержит средство 302 управления источником воздуха, сообщающееся с обратным клапаном (ОК) избыточного давления и с первой изолирующей камерой 303. Данная камера содержит как сухой газ (например, воздух под давлением, равным давлению воды, окружающей систему), находящийся в верхней части камеры, так и жидкость (например, морскую воду, поступившую снаружи изолирующей камеры), находящуюся в нижней части камеры.

Первая изолирующая камера 303 содержит также вспомогательную линию 305 подачи воздуха, чтобы распределять воздух по другим заполненным газом отсекам конструкции, а также линии для подачи смеси газа и жидкости из первой изолирующей камеры 303 во вторую изолирующую камеру 304. Вторая изолирующая камера 304, в свою очередь, имеет верхнюю часть, содержащую воздух, и нижнюю часть, содержащую воду или другую жидкость. При этом обе части разделены изолирующим цилиндром и заслонкой. В других вариантах изолирующий цилиндр содержит морскую воду, на поверхности которой плавает барьерная жидкость, чтобы обеспечить более эффективное разделение воздуха и морской воды.

В других вариантах первая или вторая изолирующая камера 303, 304 снабжена соответствующими

- 3 014951 приборами (например датчиками давления или датчиками дифференциального давления), чтобы определять, жидкость или воздух находится в конкретной камере системы. В другой группе вариантов такие датчики подключены к системе управления (не изображена), используемой для слежения и управления балансом и измерениями, связанными с определением усилий.

Процесс продвижения воздуха через систему по верхним частям камер (или баков) при сохранении морской воды 310 или иных жидкостей в нижних частях камер (баков) продолжается до тех пор, пока не будут достигнуты желательный баланс и другие контролируемые характеристики. При этом в системе имеется также конечная изолирующая камера 306, которая в представленном варианте снабжена выпускным воздушным клапаном 309, служащим для выпуска воздуха из системы и, в некоторых обстоятельствах, для впуска в нее воды.

Имеются также предохранительный клапан 307 для сброса давления (КСД) с целью предотвращения повреждения системы управления в ситуации, когда внутреннее давление становится слишком высоким, и расположенный в нижней части изолирующего бака клапан 308 для свободного впуска воды, снабженный экраном, чтобы предотвратить случайное попадание в указанные камеры каких-либо морских организмов.

Как уже упоминалось, чтобы уменьшить взаимодействие между воздухом и водой, могут быть применены барьерные текучие среды или иные средства. Если система снабжена средствами контроля плавучести, плавающими по поверхности морской воды 310, барьерная среда может удерживаться в системе после выведения всей воды.

На фиг. 4А представлен на виде сверху вариант системы 401, которая в данном варианте содержит первую и вторую трубы 402, 403 для придания плавучести; среднюю, соединяющую эти трубы часть 404 в форме корпусной решетчатой конструкции, индукционные генераторы 405, 406, расположенные в стратегических точках на периферии указанных труб и средней части системы; рабочие колеса 407, механически связанные с генераторами, и удерживающие элементы 408, 409, механически прикрепленные к трубам 402, 403 для придания плавучести.

В другой модификации данного варианта, представленной на фиг. 4В, удерживающие элементы 408 и 409 соединены друг с другом с образованием единого удерживающего фала 410, который прикреплен известным способом к якорному устройству 411.

В различных вариантах системы удерживающий фал 410 снабжен также средствами для регулирования усилия удерживания и освобождения системы. В других вариантах этот фал заканчивается у якорного устройства 411, снабженного оконечным устройством для крепления фала (не изображено). Якорное устройство 411 содержит якорь любого типа (например, грузовой или аналогичный якорь), пригодный для сохранения заданного положения внутри быстрых течений, которые обычно имеют место на участках с каменистым дном, формирующимся в результате эрозии под действием таких течений.

В другой группе вариантов положение представленной части системы может фиксироваться посредством прикрепления удерживающего фала 410 к надводному судну или к другому устройству получения энергии из океанского течения, или к другому, центральному удерживающему устройству, такому как динамически позиционируемый плавучий буй.

Далее будут рассмотрены варианты рабочих систем (систем на основе рабочих колес), которые выше были описаны только весьма схематично. На фиг. 5-7 представлен конкретный (но неограничивающий) пример такой системы, пригодный для использования в системе получения энергии из водного потока. Специалистам в соответствующих областях техники будет, однако, понятно, что, хотя представленные варианты рабочих систем рассматриваются в описании применительно к системе получения энергии из водного потока, использующей генераторы индукционного типа, эти варианты могут использоваться и в других погружных или плавучих системах получения энергии с обеспечением многих преимуществ, обсуждающихся далее.

На фиг. 5 представлен на виде спереди пример рабочей системы, пригодный для использования совместно с погружной или плавучей системой получения энергии.

Можно видеть, что рабочее колесо 501 содержит комплекты лопастей в виде чередующихся пластин и охватывающие их кольцевые элементы. Такая конфигурация далее будет именоваться, как конфигурация с кольцевыми пластинчатыми блоками. Рабочие колеса такой конструкции, как правило, будут изготавливаться по индивидуальному проекту для каждого конкретного применения, причем их эффективность может быть существенно улучшена за счет оптимального подбора диаметра, длины окружности, кривизны пластин, их эксцентриситета, материала и других характеристик в зависимости от требуемой рабочей частоты индукционных генераторов. Должны также учитываться скорости окружающих водных потоков, другие факторы окружающей среды (например, нужно ли снабжать рабочие колеса отверстиями или полостями, через которые могут проходить рыбы или другие морские организмы). Кроме того, смежные рабочие колеса могут вращаться в противоположных направлениях (например, по часовой и против часовой стрелки, как это схематично показано на фиг. 2), чтобы способствовать созданию перед рабочими колесами вихрей или мертвых зон, которые смогут отводить морские организмы или обеспечивать их защиту, повышать эффективность вращения рабочих колес и т.д.

В случае их применения в составе системы получения энергии из водного потока, использующей

- 4 014951 генераторы индукционного типа, единственное обязательное требование к рабочим колесам состоит в том, что они должны быть способны вращать связанные с ними валы генераторов со скоростями, достаточными для обеспечения работы генераторов на требуемых частотах. Вместе с тем, крайне желательно, чтобы система в целом оставалась пассивной в части взаимодействия с местными морскими организмами, а оптимальные результаты достигались, когда система генерирует требуемую мощность, оставаясь экологически нейтральной.

Рассматривая рабочее колесо 501 от центра к краю, можно видеть, что оно расположено вокруг несущего компонента 502, например ступицы. Ступица жестко и надежно связана с рабочим колесом 501 (например, посредством механического крепления, в частности использующего инкапсулированные, устойчивые к ржавчине крепежные элементы или приваривание рабочего колеса или его отдельных частей к валу с образованием цельной детали). Несущий компонент передает момент вращения, пропорциональный угловому моменту рабочего колеса, валу для передачи его генератору. В некоторых вариантах несущий компонент 502 дополнительно содержит компонент для обеспечения плавучести, чтобы улучшить механическую связь рабочего колеса, снабженного кольцевыми пластинчатыми блоками, с валом. В данной области техники известны подходящие конструкции как крепежных средств, так и приводных валов, пригодных для использования совместно с подобными рабочими колесами, например снабженных различными зубчатыми передачами и/или муфтами, тормозными устройствами и другими элементами, необходимыми для эффективной передачи углового момента от рабочего колеса к валу генератора.

В одном конкретном варианте удаляют с конца приводного вала крепежный элемент, такой как болт, С-образная шайба и т.д., и насаживают на открытый конец вала рабочее колесо. Затем возвращают на свое место крепежный элемент, фиксируя тем самым рабочее колесо на основе кольцевых пластинчатых блоков. В оптимальном варианте после этого закрывают крепежный элемент водонепроницаемым колпаком, обозначенным на фиг. 6, как 601, или другим аналогичным элементом.

В других вариантах центральный несущий компонент снабжен узлом, обеспечивающим его прикрепление к основному валу. Этот узел может устанавливаться, сниматься или заменяться как одно целое, что позволяет обеспечить удобное обслуживание рабочего колеса в подводном положении. В других вариантах несущий компонент дополнительно содержит прикрепленные к нему средства обеспечения плавучести, противодействующие направленной вниз нагрузке со стороны вала и рабочего колеса. Аналогичным образом, рабочие колеса (особенно передние рабочие колеса погружной системы, которые поглощают основное усилие со стороны водного потока) могут быть установлены так, чтобы они были способны преодолевать сопротивление, обусловленное кумулятивным давлением воды на конструкцию в виде кольцевых пластинчатых блоков.

Независимо от способа крепления рабочего колеса к валу и наличия или отсутствия его поддержки с помощью фиксированного средства обеспечения плавучести, представленный вариант конструкции с кольцевыми пластинчатыми блоками будет в основных чертах аналогичен другим вариантам, пригодным для использования в системе по изобретению. В частности, в варианте рабочего колеса 501 по фиг. 5 его несущий компонент 502 в виде ступицы концентрично окружен первым кольцевым элементом 503, за которым (т.е. на большем удалении от ступицы) расположен второй кольцевой элемент 506. Между первым и вторым кольцевыми элементами 503, 506 находится множество пластинчатых элементов 504, каждый из которых отделен от смежного элемента зазором 505. Размеры зазоров между пластинчатыми элементами 504 будут варьировать в различных приложениях. Однако, как правило, зазоры между пластинами будут увеличиваться при переходе от внутреннего кольцевого пластинчатого блока (где зазоры обычно будут минимальными) к самым крупным кольцевым пластинчатым блокам (где зазоры будут самыми большими). Возможны конфигурации, где зазоры имеют близкие размеры или где зазоры во внутренних кольцевых пластинчатых блоках даже больше, чем в наружных. Однако использование внутренних кольцевых пластинчатых блоков, особенно наименьшего блока, у которого почти всю кольцевую поверхность занимают пластины, а не зазоры, имеет то преимущество, что такая конструкция будет способствовать отводу усилия, создаваемого давлением жидкости, от центральной зоны конструкции к наружным кольцевым пластинчатым блокам и далее за пределы периметра рабочей системы.

Такой подход способствует более легкому вращению рабочего колеса и существенно повышает экологическую безопасность системы, поскольку морские организмы и другие объекты, которые могут приблизиться к конструкции снаружи системы, будут отводиться от нее и, следовательно, они вообще могут избежать попадания в рабочее колесо или прохождения через один из больших зазоров в наружных кольцевых пластинчатых блоках. Поскольку при этом уменьшается сопротивление движению рабочего колеса и приводным валам передается больший крутящий момент при пониженных торможении и потерях, рабочее колесо может вращаться с меньшей скоростью (например, в одном из вариантов, продемонстрировавших удовлетворительные результаты в реальных условиях, рабочее колесо вращается с угловой скоростью, соответствующей всего 8 об/мин). Это также повышает вероятность того, что морские организмы смогут избежать попадания в конструкцию, т.е. усиливает экологическую нейтральность и безопасность. Низкие скорости вращения, кроме того, делают систему более прочной и долговечной, а также менее подверженной риску выхода из строя при контакте с какими-либо обломками или объектами, плавающими в погруженном состоянии.

- 5 014951

Последовательные концентричные кольцевые пластинчатые блоки, образованные пластинами 507 и зазорами 508, расположенными внутри соответствующих, по существу, круглых кольцевых пластинчатых блоков 509, также прикрепляют к несущей конструкции, формируя очередные кольцевые пластинчатые блоки 510-512 с пластинами и зазорами, до тех пор, пока не будет достигнута желательная длина окружности колеса. В варианте, который представляется предпочтительным, размеры зазоров 514 в самом крупном кольцевом пластинчатом блоке являются самыми большими в пределах системы, т.е. обеспечивающими наибольшее расстояние между смежными пластинами 513. Завершающий кольцевой элемент 515 охватывает рабочее колесо по его периферии, тем самым дополнительно повышая его экологическую безопасность. Действительно, рыбы и другие морские организмы, случайно столкнувшиеся с кольцевым элементом 515, будут испытывать только легкий скользящий удар о медленно движущуюся конструкцию, причем безопасность дополнительно повышается за счет того, что движение и давление воды будут направлены, насколько это возможно, от конструкции.

Как можно видеть внутри выделенного прямоугольника 603 на фиг. 6 (на которой также представлен вариант по фиг. 5, но со ступицей, закрытой водонепроницаемым колпаком 601 или аналогичным элементом), имеется возможность изменять наклон пластин 602 относительно плоскости закрепления кольцевых пластинчатых блоков (например, кольцевые элементы могут устанавливаться с возрастающим эксцентриситетом) по мере их удаления от первого кольцевого элемента, охватывающего центральную ступицу, к наружным кольцевым элементам. Установка пластин 602 внутренних кольцевых пластинчатых блоков под меньшим углом наклона и установка пластин в наружных кольцевых пластинчатых блоках более эксцентрично (т.е. в плоскости, расположенной под увеличенным углом к плоскости закрепления пластин и кольцевых элементов) будут способствовать формированию более плоского и плавного потока воды вокруг рабочего колеса. Тем самым будут улучшены характеристики течения жидкости (что приведет к минимизации вибрации системы) и уменьшено сопротивление движению рабочего колеса, а также увеличена центробежная сила в потоке окружающей колесо жидкости (что будет способствовать отведению морских организмов от рабочей системы).

В варианте системы 701, представленном на фиг. 7 (показана только ее зона, соответствующая прямоугольнику 603 на фиг. 6), установлены группы пластин 702, 704, 706, 708, разделенных зазорами 703, 705, 707, 709 увеличивающегося размера (следует отметить, что ступица, которую охватывают концентричные кольцевые пластинчатые блоки пластин наименьшего диаметра, располагалась бы над показанной на фиг. 7 зоной, т. е. над пластиной 702 и зазором 703). В представленном варианте пластины 702, 704, 706, 708 установлены с эксцентриситетом, увеличивающимся по мере удаления от ступицы. Как следствие, угол наклона у пластины 708 относительно плоскости крепления будет больше, чем у пластин 702, 704, 706, расположенных ближе к ступице.

Вариант, представленный на фиг. 8, соответствует удерживаемой погружной системе получения энергии из водного потока, в которой все рабочие колеса установлены в задней части системы с возможностью создания эффекта торможения. Благодаря этому устраняются возмущения, которые имеют место при установке рабочих колес в передней части системы, обеспечиваются более высокие стабильность и энергетическая эффективность системы. Из фиг. 8 видно, что данная конфигурация позволяет установить одно или более рабочих колес в верхней задней части системы, а также в ее нижней задней части. Однако возможны и варианты установки большего или меньшего количества рабочих колес на большем или меньшем количестве уровней.

Из фиг. 9, которая, по существу, соответствует виду сзади на вариант, альтернативный варианту по фиг. 8, можно видеть, что данный конкретный (неограничивающий) вариант содержит десять рабочих колес. При этом группа 902 из шести рабочих колес расположена на нижнем уровне, а группа 901 из четырех рабочих колес - на верхнем уровне. Рабочие колеса на верхнем уровне дополнительно распределены попарно с каждой стороны системы получения энергии. Было обнаружено, что этот конкретный вариант позволяет достичь улучшенных характеристик получения энергии при одновременной стабилизации конструкции системы благодаря минимизации вибраций. При этом он позволяет использовать попарно согласованные рабочие колеса, вращающиеся во взаимно противоположных направлениях. Хотя подобные конфигурации являются оптимальными для некоторых вариантов системы получения энергии, вместо них можно использовать практически бесконечное количество других комбинаций групп колес и их расположения, если такие варианты могут представляться эффективными в конкретных рабочих условиях.

С практической точки зрения, конструкцию рабочего колеса с кольцевыми пластинчатыми блоками пластин желательно сделать, по возможности, однородной, например целиком изготовленной из стойкого, снабженного покрытием или устойчивого к коррозии легкого металла. Однако для пластин и кольцевых элементов могут быть использованы и различные композиции материалов. При этом, не выходя за пределы изобретения, безусловно, можно использовать такие различные материалы, как, например, металлические композиты, твердые углеродные композиты или керамика.

При практическом осуществлении изобретения важны и другие его аспекты, в типичном случае связанные с различными вспомогательными устройствами, которые обычно используются в подводных системах получения энергии (например, такими как вспомогательные источники энергии, оптоволокон

- 6 014951 ные системы управления и связи, дистанционно управляемые транспортные средства, используемые для обслуживания подводной электростанции, и т.д.) в качестве вспомогательных средств для позиционирования, управления и приведения системы в действие. Однако представляется, что в подробном описании подобных систем и подсистем нет необходимости, поскольку они уже хорошо известны специалистам соответствующих областей.

Хотя изобретение было подробно описано применительно к нескольким вариантам (приведенным в качестве примеров), специалистам будет понятно, что без выхода за пределы идеи и объема изобретения в него могут быть внесены различные небольшие изменения и модификации, в том числе с исключением или добавлением некоторых элементов.

Claims (20)

1. Система генерирования электроэнергии из потока воды, содержащая камеру для обеспечения плавучести;

генерирующий узел индукционного типа, расположенный внутри корпуса, связанного с указанной камерой;

рабочее колесо, связанное с указанным генерирующим узлом и содержащее один или более концентрично расположенных кольцевых пластинчатых блоков разных диаметров, каждый из которых выполнен с внутренним и наружным кольцевыми элементами и множеством криволинейных пластинчатых элементов, прикрепленных симметрично по окружности между внутренним и наружным кольцевыми элементами и разделенных зазорами.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит группу камер для обеспечения плавучести, соединенных посредством корпусной конструкции.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит балластную цистерну.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что содержит группу балластных цистерн.

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что балластные цистерны указанной группы связаны посредством корпусной конструкции.

6. Система по п.2, отличающаяся тем, что указанная корпусная конструкция несет по меньшей мере один генерирующий узел индукционного типа.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что содержит группу рабочих колес, механически связанных по меньшей мере с одним из указанных генерирующих узлов.

8. Система по п.3, отличающаяся тем, что балластная цистерна содержит по меньшей мере одну изолирующую камеру лабиринтного типа.

9. Система по п.8, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна изолирующая камера лабиринтного типа имеет верхнюю часть, в которой находится газ.

10. Система по п.8, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна изолирующая камера лабиринтного типа имеет нижнюю часть, в которой находится жидкость.

11. Система по п.8, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна изолирующая камера лабиринтного типа разделена на верхнюю и нижнюю части, посредством промежуточного цилиндра, сообщающегося с барьерной текучей средой.

12. Система по п.9, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна изолирующая камера лабиринтного типа содержит клапан впуска газа.

13. Система по п.9, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна изолирующая камера лабиринтного типа содержит выпускной газовый клапан.

14. Система по п.9, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна изолирующая камера лабиринтного типа содержит предохранительный клапан для сброса давления газа.

15. Система по п.10, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна изолирующая камера лабиринтного типа содержит клапан впуска/выпуска жидкости, снабженный экраном для предотвращения попадания в указанные камеры морских организмов.

16. Система по п.10, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна изолирующая камера лабиринтного типа содержит предохранительный клапан, который при превышении допустимого давления обеспечивает выпуск воды из одной или более изолирующих камер.

17. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере один удерживающий элемент.

18. Система по п.17, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один удерживающий элемент связан с концевым удерживающим элементом.

19. Система по п.18, отличающаяся тем, что концевой удерживающий элемент связан с якорным устройством.

20. Система генерирования электроэнергии из потока воды, содержащая группу камер для обеспечения плавучести, соединенных посредством корпусной конструкции; группу балластных цистерн, соединенных посредством корпусной конструкции;

группу генерирующих узлов индукционного типа, расположенных внутри корпусов, связанных с

- 7 014951 одной или более камерами для обеспечения плавучести, балластными камерами или корпусной конструкцией; и группу рабочих колес, связанных с генерирующими узлами индукционного типа и содержащих один или более концентрично расположенных кольцевых пластинчатых блоков разных диаметров, каждый из которых выполнен с внутренним и наружным кольцевыми элементами и множеством криволинейных пластинчатых элементов, прикрепленных симметрично по окружности между внутренним и наружным кольцевыми элементами и разделенных зазорами.