RU200508U1

RU200508U1 - Pneumohydraulic power plant

Info

Publication number: RU200508U1
Application number: RU2020119109U
Authority: RU
Inventors: Валерий Вильгельмович Петрашкевич; Павел Александрович Михеев; Александр Валерьевич Петрашкевич; Павел Александрович Корниенко
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2020-10-27

Abstract

Полезная модель относится к гидроэнергетике и может найти применение для преобразования энергии ветровых волн на поверхности акваторий, характеризующихся значительными колебаниями уровня водной поверхности из-за приливно-отливных или сгонно-нагонных явлений, в электрическую энергию. Пневмогидравлическая электростанция, включающая корпус, рабочий орган с механизмом вращения вокруг вертикальной оси, размещенный с зазором внутри корпуса, источник сжатого воздуха, кольцевой распределитель сжатого воздуха и электрогенератор, причем она снабжена поплавком с тросами и якорями на дне моря, корпус в форме цилиндра, нижнее основание которого открыто, а верхнее основание выполнено в виде конуса, рабочий орган выполнен в виде отрезка трубы прямоугольного поперечного сечения с отношением сторон а:2а, закрученного по винтовой линии на 180°, механизм вращения рабочего органа вокруг вертикальной оси выполнен с использованием шестеренчатых обгонных муфт, переходника, паразитной шестерни и мультипликатора, источник сжатого воздуха выполнен в виде патрубка, размещенного на вершине конуса и оборудованного входным клапаном, который сообщается с запорным клапаном ресивера и полостью корпуса, кольцевой распределитель сжатого воздуха размещен с зазором у нижнего основания корпуса и соединен трубопроводом с ресивером. Рабочий орган размещен ниже среднего уровня воды в море. Механизм вращения рабочего органа размещен выше среднего уровня воды в море. Кольцевой распределитель сжатого воздуха имеет водонепроницаемый экран, к которому крепятся кольцевая и радиальные трубы с отверстиями для выхода сжатого воздуха. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to hydropower and can be used to convert the energy of wind waves on the surface of water areas, characterized by significant fluctuations in the water surface level due to tidal or surge phenomena, into electrical energy. A pneumohydraulic power plant, including a body, a working body with a mechanism for rotation around a vertical axis, placed with a gap inside the body, a source of compressed air, an annular compressed air distributor and an electric generator, and it is equipped with a float with cables and anchors on the seabed, a body in the form of a cylinder, lower the base of which is open, and the upper base is made in the form of a cone, the working body is made in the form of a piece of pipe of rectangular cross-section with the aspect ratio a: 2a, twisted along a helical line by 180 °, the mechanism of rotation of the working body around the vertical axis is made using gear overrunning clutches , adapter, parasitic gear and multiplier, the compressed air source is made in the form of a branch pipe located at the top of the cone and equipped with an inlet valve that communicates with the receiver shut-off valve and the housing cavity, the annular compressed air distributor is located with a gap at the lower base of the housing and the connection not piping with a receiver. The working body is located below the average water level in the sea. The mechanism of rotation of the working body is located above the average water level in the sea. The annular compressed air distributor has a waterproof shield to which annular and radial pipes with holes for the compressed air outlet are attached. 3 C.p. f-ly, 3 dwg

Description

Полезная модель относится к гидроэнергетике и может найти применение для преобразования энергии ветровых волн на поверхности акваторий, характеризующихся значительными колебаниями уровня водной поверхности из-за приливно-отливных или сгонно-нагонных явлений, в электрическую энергию.The utility model relates to hydropower and can be used to convert the energy of wind waves on the surface of water areas, characterized by significant fluctuations in the water surface level due to tidal or surge phenomena, into electrical energy.

Известна волновая электростанция, содержащая неподвижную опору, пневмогидравлическую камеру, подводная часть которой сообщена через открытый нижний торец с водоемом, а надводная - с атмосферой через закрепленный на верхнем торце камеры напорный воздуховод, поперек воздуховода установлена турбина с лопастями крыловидного профиля, турбина кинематически связана с генератором, установленном на верхнем торце камеры, на противоположных внутренних поверхностях воздуховода выполнены выступы с вогнутыми стенками, выступы примыкают с зазором к цилиндрической поверхности, сметаемой лопастями, на опоре размещен вращающийся привод, кинематически связанный с камерой, которая закреплена на опоре с возможностью вертикального перемещения в соответствии с колебаниями среднего уровня водной поверхности (Патент RU №2459974, 2012).Known wave power plant, containing a fixed support, a pneumohydraulic chamber, the underwater part of which is communicated through the open lower end with the reservoir, and the above water - with the atmosphere through the pressure duct fixed on the upper end of the chamber, a turbine with wing-shaped blades is installed across the air duct, the turbine is kinematically connected to the generator installed on the upper end of the chamber, on the opposite inner surfaces of the air duct there are projections with concave walls, the projections adjoin with a gap to the cylindrical surface swept away by the blades, a rotating drive is placed on the support, kinematically connected to the chamber, which is fixed on the support with the possibility of vertical movement in accordance with with fluctuations in the average level of the water surface (Patent RU No. 2459974, 2012).

Недостаток аналога - для преобразования волновой энергии в электрическую используется только сжатый атмосферный воздух.The disadvantage of the analogue is that only compressed atmospheric air is used to convert wave energy into electrical energy.

Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является энергоизвлекающая установка водометного типа, содержащая корпус, закрепленный в грунте ниже уровня воды, рабочий орган, размещенный с зазором внутри корпуса, и источник сжатого воздуха для взаимодействия с рабочим органом, причем она снабжена генератором, корпус закреплен в грунте при помощи свай, а рабочий орган выполнен в виде цилиндрического стакана, установленного с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и соединенного с генератором (Патент RU №2024780, 1994).The closest to the proposed utility model is a water-jet-type energy-extracting installation containing a body fixed in the ground below the water level, a working body located with a gap inside the body, and a source of compressed air for interacting with the working body, and it is equipped with a generator, the body is fixed in the ground with the help of piles, and the working body is made in the form of a cylindrical cup, installed with the possibility of rotation around a vertical axis and connected to the generator (Patent RU No. 2024780, 1994).

Недостаток прототипа - для преобразования волновой энергии в электрическую используется искусственно созданный источник сжатого воздуха, что приводит к усложнению конструкции и повышает затраты на получение электроэнергии.The disadvantage of the prototype is that an artificially created source of compressed air is used to convert wave energy into electrical energy, which leads to a more complex design and increases the cost of generating electricity.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в с упрощении конструкции и снижение затрат на получение электроэнергии за счет использования возобновляемых источников: волнения поверхности моря и атмосферного воздуха.The technical result of the proposed utility model is to simplify the design and reduce the cost of generating electricity through the use of renewable sources: sea surface waves and atmospheric air.

Для решения указанной проблемы и достижения заявленного технического результата пневмогидравлическая электростанция, содержащая корпус, рабочий орган с механизмом вращения вокруг вертикальной оси и размещенный с зазором внутри корпуса, источник сжатого воздуха, кольцевой распределитель сжатого воздуха и электрогенератор, дополнительно снабжена поплавком с тросами и якорями, корпус имеет форму цилиндра, нижнее основание которого открыто, а верхнее выполнено в виде конуса, рабочий орган выполнен в виде отрезка трубы прямоугольного поперечного сечения, стороны которого относятся как а:2а, стенка которой закручена по винтовой линии на 180°, механизм вращения рабочего органа вокруг вертикальной оси выполнен с использованием шестеренчатых обгонных муфт, переходника, паразитной шестерни и мультипликатора, источник сжатого воздуха выполнен в виде патрубка, размещенного на вершине конуса и оборудованного входным клапаном, который сообщается с запорным клапаном ресивера и полостью корпуса, кольцевой распределитель сжатого воздуха размещен с зазором у нижнего основания корпуса и соединен трубопроводом с ресивером.To solve this problem and achieve the claimed technical result, a pneumohydraulic power plant containing a body, a working body with a mechanism for rotation around a vertical axis and placed with a gap inside the body, a compressed air source, an annular compressed air distributor and an electric generator, is additionally equipped with a float with cables and anchors, a body has the shape of a cylinder, the lower base of which is open, and the upper one is made in the form of a cone, the working body is made in the form of a pipe segment of rectangular cross-section, the sides of which are referred to as a: 2a, the wall of which is twisted along a helical line by 180 °, the mechanism of rotation of the working body around the vertical axis is made using gear overrunning clutches, an adapter, a parasitic gear and a multiplier, the compressed air source is made in the form of a branch pipe located at the top of the cone and equipped with an inlet valve that communicates with the receiver shut-off valve and the body cavity, rings The new compressed air distributor is located with a gap at the lower base of the housing and is connected by a pipeline to the receiver.

Кроме того, заявляемое техническое решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, а именно:In addition, the claimed technical solution has optional features characterizing its particular cases, namely:

рабочий орган размещен ниже среднего уровня воды в море;the working body is located below the average water level in the sea;

механизм вращения рабочего органа размещен выше среднего уровня воды в море;the mechanism of rotation of the working body is located above the average water level in the sea;

кольцевой распределитель сжатого воздуха имеет водонепроницаемый экран, к которому крепятся кольцевая и радиальные трубы с отверстиями для выхода сжатого воздуха.The annular compressed air distributor has a waterproof shield to which annular and radial pipes with holes for the compressed air outlet are attached.

Отличительными признаками предлагаемого устройства является то, что оно снабжено поплавком с тросами и якорями на дне моря, корпус имеет форму цилиндра, нижнее основание которого открыто, а верхнее основание выполнено в виде конуса, рабочий орган выполнен в виде отрезка трубы прямоугольного поперечного сечения, стороны которого относятся как а:2а, стенка которой закручена по винтовой линии на 180°, механизм вращения рабочего органа вокруг вертикальной оси выполнен с использованием шестеренчатых обгонных муфт, переходника, паразитной шестерни и мультипликатора, источник сжатого воздуха выполнен в виде патрубка, размещенного на вершине конуса и оборудованного входным клапаном, который сообщается с запорным клапаном ресивера и полостью корпуса, кольцевой распределитель сжатого воздуха размещен с зазором у нижнего основания корпуса и соединен трубопроводом с ресивером.Distinctive features of the proposed device is that it is equipped with a float with cables and anchors at the bottom of the sea, the body has the shape of a cylinder, the lower base of which is open, and the upper base is made in the form of a cone, the working body is made in the form of a piece of pipe of rectangular cross-section, the sides of which are referred to as a: 2a, the wall of which is twisted along a helical line by 180 °, the mechanism of rotation of the working body around the vertical axis is made using gear overrunning clutches, an adapter, a parasitic gear and a multiplier, the compressed air source is made in the form of a pipe located at the top of the cone and equipped with an inlet valve, which communicates with the receiver shut-off valve and the housing cavity, the annular compressed air distributor is located with a gap at the lower base of the housing and is connected to the receiver by a pipeline.

Благодаря наличию этих признаков применение поплавковой пневмогидравлической электростанции позволит использовать для преобразования волновой энергии в электрическую возобновляемый источник сжатого воздуха.Due to the presence of these features, the use of a float pneumohydraulic power plant will make it possible to use a renewable compressed air source to convert wave energy into electrical energy.

Предлагаемая пневмогидравлическая электростанция иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, 2 и 3.The proposed pneumohydraulic power plant is illustrated by the drawings shown in FIG. 1, 2 and 3.

На фиг. 1 показан вертикальный разрез пневмогидравлической электростанции.FIG. 1 shows a vertical section of a pneumohydraulic power plant.

На фиг. 2 - поперечный разрез А - А рабочего органа активной пневмогидравлической электростанции.FIG. 2 - cross section A - A of the working body of the active pneumohydraulic power plant.

На фиг. 2 - поперечный разрез Б-Б кольцевого распределителя сжатого воздуха поплавковой пневмогидравлической электростанции.FIG. 2 - cross section BB of the annular compressed air distributor of the float pneumohydraulic power plant.

Пневмогидравлическая электростанция содержит: дно моря - 1; якоря - 2; тросы - 3; водонепроницаемый экран - 4; крестовины - 5; решетку - 6; трубопровод - 7; поплавок - 8; шестеренчатую обгонную муфту - 9; паразитную шестерню - 10; ресивер - 11; запорный клапан - 12; патрубок - 13; входной клапан - 14; цилиндрический корпус - 15; электрогенератор - 16; мультипликатор - 17; шестеренчатую обгонную муфту - 18; переходник - 19; шестеренчатую обгонную муфту - 20; рабочий орган - 21; вал - 22; подшипниковые узлы - 23; кольцевую трубу - 24; радиальные трубы - 25; отверстия - 26, связи крепления - 27; электрический кабель - 28; герметический короб - 29.The pneumohydraulic power plant contains: the seabed - 1; anchors - 2; cables - 3; waterproof screen - 4; crosses - 5; lattice - 6; pipeline - 7; float - 8; gear overrunning clutch - 9; parasitic gear - 10; receiver - 11; shut-off valve - 12; branch pipe - 13; inlet valve - 14; cylindrical body - 15; electric generator - 16; multiplier - 17; gear overrunning clutch - 18; adapter - 19; gear overrunning clutch - 20; working body - 21; shaft - 22; bearing units - 23; annular pipe - 24; radial pipes - 25; holes - 26, fastening connections - 27; electric cable - 28; sealed box - 29.

Пневмогидравлическая электростанция работает следующим образом.Pneumohydraulic power plant works as follows.

Рассмотрим два цикла работы: цикл всасывания - в полости цилиндрического корпуса 15 размещена подошва волны (фиг. 1); цикл сжатия - в полости цилиндрического корпуса 15 размещен гребень волны.Consider two cycles of operation: a suction cycle - in the cavity of the cylindrical body 15 is placed the base of the wave (Fig. 1); compression cycle - a wave crest is placed in the cavity of the cylindrical body 15.

Цикл всасывания пневмогидравлической электростанции. В полости цилиндрического корпуса (в верхней части) имеет место пониженное давление (разряжение) за счет увеличения объема пустоты при спаде гребня волны до ее подошвы. В это пространство под атмосферным давлением через открытый входной клапан 14 поступает атмосферный воздух. Запорный клапан 12 ресивера 11 закрыт под действием атмосферного давления плюс столб воды в трубопроводе 7. Объем морской воды при спаде гребня до подошвы волны в цилиндрическом корпусе 15 движется вниз и, взаимодействуя с поверхностью рабочего органа 21, образует крутящий момент на валу 22 рабочего органа, выполненного в виде отрезка трубы прямоугольного поперечного сечения с отношением сторон а:2а, закрученного по винтовой линии на 180°. Большая площадь поверхности рабочего органа 21 способствует созданию значительного крутящего момента. Рабочий орган 21 (со связями крепления 27 к валу 22) и вращается в подшипниковых узлах 23 по часовой стрелке, которые размещены в крестовинах 5, прикрепленных к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 15. Вал 22 вращает шестеренчатую обгонную муфту 20, переходник 19, шестеренчатую обгонную муфту 18, мультипликатор 17 и электрогенератор 16, который вырабатывает электрический ток, поступающий по электрическому кабелю 28, проложенному по дну 1 моря на берег. Морская вода рабочим органом 21 выбрасывается в зону водонепроницаемого экрана 4 проходит сквозь решетку 6 и поступает в море. При этом решетка 6 очищается потоком воды. Поплавок 8 обеспечивает плавучесть электростанции, а тросы 3 с якорями 2 ее местоположение.Suction cycle of a pneumohydraulic power plant. In the cavity of the cylindrical body (in the upper part) there is a reduced pressure (vacuum) due to an increase in the volume of the void during the decay of the wave crest to its base. In this space under atmospheric pressure through the open inlet valve 14 enters atmospheric air. The shut-off valve 12 of the receiver 11 is closed under the influence of atmospheric pressure plus a column of water in the pipeline 7. The volume of seawater when the crest falls to the bottom of the wave in the cylindrical body 15 moves downward and, interacting with the surface of the working body 21, generates a torque on the shaft 22 of the working body, made in the form of a pipe segment of rectangular cross-section with a side ratio a: 2a, twisted along a helical line by 180 °. The large surface area of the working body 21 contributes to the creation of significant torque. The working body 21 (with connections of fastening 27 to the shaft 22) and rotates in the bearing assemblies 23 clockwise, which are located in the crosses 5 attached to the inner surface of the cylindrical body 15. The shaft 22 rotates the gear overrunning clutch 20, the adapter 19, the gear overrunning clutch 18, a multiplier 17 and an electric generator 16, which generates an electric current flowing through an electric cable 28 laid along the bottom 1 of the sea to the shore. Sea water by the working body 21 is thrown into the zone of the waterproof screen 4 passes through the grate 6 and enters the sea. In this case, the grate 6 is cleaned with a stream of water. The float 8 ensures the buoyancy of the power plant, and the cables 3 with anchors 2 ensure its location.

Цикл сжатия пневмогидравлической электростанции. Морская вода с волной поступает через решетку 6, взаимодействует с рабочим органом 21 и вращает вал 22 против часовой стрелки, далее вращение передается на шестеренчатую обгонную муфту 9 (переходник 19 работает вхолостую), паразитную шестерню 10, шестеренчатую обгонную муфту 18, мультипликатор 17 и электрогенератор 16, который вырабатывает электрический ток, поступающий по электрическому кабелю 28, проложенному по дну 1 моря на берег. Таким образом, механизм вращения рабочего органа 21, размещенный выше среднего уровня воды в море, обеспечивает вращение электрогенератора 16 в одном направлении при вращении рабочего органа 21 в двух направлениях. Гребень волны в полости цилиндрического корпуса 15 выполняет функцию поршня, который сжимает воздух в зоне выше рабочего органа 21, при этом входной клапан 14 закрывается, запорный клапан 12 в патрубке 13 открывается и сжатый воздух поступает в ресивер 11. По мере его накопления и повышения давления в ресивере 11 сжатый воздух по трубопроводу 7 поступает в кольцевую трубу 24 и радиальные трубы 25 и выходит через отверстия 26 в море. Поскольку диаметр водонепроницаемого экрана 4 больше диаметра цилиндрического корпуса 15, то всплывающий сжатый воздух из отверстий 26 кольцевой трубы 24 образует завесу из пузырьков воздуха, объем которых увеличивается при всплытии. Эта завеса выполняет функцию отпугивающего фактора для рыб и является рыбозащитным устройством. Сжатый воздух, всплывающий из радиальных труб 25, поступает в полость цилиндрического корпуса 15, по мере всплытия он увеличивается в объеме захватывает частицы морской воды, увеличивая скорость их движения и с большей интенсивность смесь воздействует на рабочий орган 21, увеличивая его крутящий момент. Это способствует увеличению выработки электрического тока электрогенератором 16. Процессу подсоса сжатого воздуха в полость цилиндрического корпуса 15 способствует пониженное давление в зоне решетки 6 в период прохода морской воды с повышенной скоростью. Циклы сменяют друг друга.Compression cycle of a pneumohydraulic power plant. Sea water with a wave enters through the grate 6, interacts with the working body 21 and rotates the shaft 22 counterclockwise, then the rotation is transmitted to the gear overrunning clutch 9 (adapter 19 is idling), parasitic gear 10, gear overrunning clutch 18, multiplier 17 and an electric generator 16, which generates an electric current flowing through an electric cable 28 laid along the bottom 1 of the sea to the shore. Thus, the mechanism of rotation of the working body 21, located above the average water level in the sea, ensures the rotation of the electric generator 16 in one direction when the working body 21 rotates in two directions. The wave crest in the cavity of the cylindrical body 15 performs the function of a piston that compresses the air in the area above the working member 21, while the inlet valve 14 closes, the check valve 12 in the branch pipe 13 opens and the compressed air enters the receiver 11. As it accumulates and increases pressure in the receiver 11, the compressed air through the pipeline 7 enters the annular pipe 24 and the radial pipes 25 and leaves through the openings 26 into the sea. Since the diameter of the waterproof screen 4 is greater than the diameter of the cylindrical body 15, the emerging compressed air from the holes 26 of the annular tube 24 forms a curtain of air bubbles, the volume of which increases upon ascent. This curtain acts as a frightening factor for fish and is a fish protection device. The compressed air emerging from the radial pipes 25 enters the cavity of the cylindrical body 15, as it ascends, it increases in volume, captures the particles of seawater, increasing the speed of their movement, and with greater intensity the mixture acts on the working body 21, increasing its torque. This contributes to an increase in the generation of electric current by the electric generator 16. The process of sucking compressed air into the cavity of the cylindrical body 15 is facilitated by the reduced pressure in the area of the grate 6 during the passage of sea water at an increased speed. The cycles replace each other.

Использование пневмогидравлической электростанции позволит получать электрическую энергию за счет возобновляемых источников: волнения поверхности моря и сжатия атмосферного воздуха.The use of a pneumohydraulic power plant will make it possible to obtain electric energy from renewable sources: sea surface waves and compression of atmospheric air.

Claims

1. Pneumohydraulic power plant, including a body, a working body with a mechanism for rotation around a vertical axis, placed with a gap inside the body, a source of compressed air, an annular compressed air distributor and an electric generator, characterized in that it is equipped with a float with cables and anchors at the bottom of the sea, a body made in the form of a cylinder, the lower base of which is open, and the upper base is made in the form of a cone, the working body is made in the form of a piece of pipe of rectangular cross-section with the aspect ratio a: 2a, twisted along a helical line by 180 °, the mechanism of rotation of the working body around the vertical axis is made using gear overrunning clutches, an adapter, a parasitic gear and a multiplier, the compressed air source is made in the form of a branch pipe located at the top of the cone and equipped with an inlet valve that communicates with the receiver shut-off valve and the body cavity, the annular compressed air distributor is located with a gap at the bottom about the base of the case and is connected with a pipeline to the receiver.

2. Pneumohydraulic power plant according to claim 1, characterized in that the working body is located below the average water level in the sea.

3. Pneumohydraulic power plant according to claim 1, characterized in that the mechanism for rotating the working body is located above the average water level in the sea.

4. Pneumohydraulic power plant according to claim 1, characterized in that the annular compressed air distributor has a waterproof screen to which annular and radial pipes with openings for the compressed air outlet are attached.