RU2413091C2 - Horizontal vane hydroelectric power station - Google Patents

Horizontal vane hydroelectric power station Download PDF

Info

Publication number
RU2413091C2
RU2413091C2 RU2008115899/06A RU2008115899A RU2413091C2 RU 2413091 C2 RU2413091 C2 RU 2413091C2 RU 2008115899/06 A RU2008115899/06 A RU 2008115899/06A RU 2008115899 A RU2008115899 A RU 2008115899A RU 2413091 C2 RU2413091 C2 RU 2413091C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blades
vanes
horizontal
hydroelectric power
flow
Prior art date
Application number
RU2008115899/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008115899A (en
Inventor
Александр Леонидович Яковенко (RU)
Александр Леонидович Яковенко
Анна Александровна Яковенко (RU)
Анна Александровна Яковенко
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет природообустройства" (МГУП)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет природообустройства" (МГУП) filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет природообустройства" (МГУП)
Priority to RU2008115899/06A priority Critical patent/RU2413091C2/en
Publication of RU2008115899A publication Critical patent/RU2008115899A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2413091C2 publication Critical patent/RU2413091C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

FIELD: power industry. ^ SUBSTANCE: horizontal vane hydroelectric power station of underwater deployment includes vanes composing a unit at least of five vanes and current generator. Vanes are located in horizontal plane, their shape is neutral to the medium flow and they are equipped with assemblies with movable rigid or elastic vanes arranged on lower and upper surfaces of vane, which at impact of incoming flow of the medium are made so that they open in operating position, thus creating moment of force, or close when the vane enters the shadow zone of the flow. Units of vanes are installed so that they rotate to opposite sides through one unit and are arranged in tiers on support vertical axial pin or units of vanes are arranged apart from the main for example floating housing, and are connected to it by means of flexible shaft - cardan. ^ EFFECT: invention is aimed at universalisation of horizontal vane hydroelectric power station. ^ 10 dwg

Description

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для преобразования широкого диапазона энергии водной среды и морских, речных потоков в электрическую энергию.The invention relates to hydropower and is intended to convert a wide range of energy of the aquatic environment and marine, river flows into electrical energy.

Из уровня техники известна горизонтально-лопастная ГЭС подводного базирования, содержащая корпус, рабочие лопасти, расположенные вертикально к набегающему потоку, с горизонтальной осью вращения, донные опоры, площадки обслуживания и машинные залы, генераторы тока, при этом лопасти составляют блок, из минимум пяти лопастей, которые размещены ярусами, патент US 7352078 В2, 01.04.2008, F03B 13/00, который является прототипом.From the prior art, a horizontal-bladed subsea-based hydropower plant is known, comprising a casing, working blades located vertically to the incoming flow, with a horizontal axis of rotation, bottom supports, service platforms and machine rooms, current generators, while the blades comprise a block of at least five blades , which are placed in tiers, patent US 7352078 B2, 01/01/2008, F03B 13/00, which is a prototype.

Недостатком прототипа является то, что:The disadvantage of the prototype is that:

- весь комплекс стационарный и требует больших глубин, т.к. для снятия энергии подводных течений используются пропеллерные винты, где глубина воды для одного пропеллера должна быть больше диаметра вращения пропеллера от 2 до 10 метров, как безопасная часть глубины, учитывая в т.ч. волновые колебания. Например, английские турбины диаметром до 19 метров устанавливаются на глубине в 25 метров;- the whole complex is stationary and requires great depths, because Propellers are used to remove the energy of the underwater currents, where the water depth for one propeller must be greater than the diameter of the propeller rotation from 2 to 10 meters, as a safe part of the depth, including wave vibrations. For example, English turbines with a diameter of up to 19 meters are installed at a depth of 25 meters;

- при вертикальном размещении вращающих лопастей, при диаметре от 6 метров, лопасти испытывают разные нагрузки от потока течения, донного течения, скорость отличается от течения, выше оси вращения. Это ведет к удорожанию конструкций лопастей и трансмиссий;- when the rotating blades are vertically placed, with a diameter of 6 meters or more, the blades experience different loads from the flow stream, bottom flow, the speed differs from the flow, above the axis of rotation. This leads to an increase in the cost of blade designs and transmissions;

- донные фронтальные пропеллерные турбины должны иметь систему ориентации по потоку, особенно при приливных течениях, т.е. дополнительно должна быть система разворота всей турбины по потоку или на 180 градусов;- bottom frontal propeller turbines should have a flow orientation system, especially in tidal currents, i.e. Additionally, there must be a system for turning the entire turbine downstream or 180 degrees;

- при наличии нескольких гидротурбин усложняется отбор мощности и требуются отдельные отводящие электрические кабели, что усложняет и удорожает электросхему;- in the presence of several hydraulic turbines, power take-off is complicated and separate outlet electric cables are required, which complicates and increases the cost of the electrical circuit;

- ГЭС и ветроэлектростанция пропеллерного типа создают вибрацию, что требует массивной донной опоры, а ультразвук опасен для фауны моря, изменяя миграцию животных и рыб.- HPPs and a propeller-type wind farm generate vibration, which requires massive bottom support, and ultrasound is dangerous for the fauna of the sea, changing the migration of animals and fish.

Заявленное изобретение лишено большей части недостатков прототипа, а главное использует широкий диапазон глубин от 1 м и выше, разное направление и скорости течений.The claimed invention is devoid of most of the disadvantages of the prototype, and most importantly uses a wide range of depths from 1 m and above, different directions and speeds.

Задачей изобретения является универсализация горизонтально-лопастной ГЭС, расширение диапазона применения рабочего органа предлагаемого устройства, универсального для ГЭС, как по силе, направлению и глубине использованных потоков, особенно резко и часто меняющихся в море, облегчающего установку станций на рабочее место и их ремонта, или даже самостоятельного поиска наиболее удобного базирования, т.е. есть возможность создания плавающего и самоходного варианта горизонтально-лопастных ГЭС, а также возможность комбинирования ГЭС с другими энергоустановками типа ВЭС в один блок (Гидро-ВЭС), даже с раздельными генераторами тока, с одинаковой схемой горизонтальных турбин. Единственное общее для всех лопастных ГЭС - это недопущение судоходства и нахождение людей в зоне работы лопастей для поверхностных течений. Появилась возможность создания систем комбинированных ВЭС с ГЭС, т.е. унифицированная схема Гидро-ВЭС, размещенная в акваториях морей, в донных течениях или приливных потоках, в проливах между островами, или в затопленных поймах больших рек, в том числе под мостами.The objective of the invention is the universalization of a horizontal-bladed hydroelectric power station, expanding the range of application of the working body of the proposed device, universal for hydroelectric power stations, both in strength, direction and depth of the used flows, especially sharply and often changing at sea, facilitating the installation of stations at the workplace and their repair, or even an independent search for the most convenient basing, i.e. there is the possibility of creating a floating and self-propelled version of horizontal-bladed hydroelectric power stations, as well as the possibility of combining hydroelectric power stations with other power plants of the wind farm type in one unit (Hydro-wind farm), even with separate current generators, with the same horizontal turbine design. The only thing common for all paddle hydropower plants is the prevention of navigation and the presence of people in the area of operation of the blades for surface currents. It became possible to create systems of combined wind farms with hydroelectric power stations, i.e. a unified Hydro-wind farm scheme located in the waters of the seas, in bottom currents or tidal streams, in straits between islands, or in flooded floodplains of large rivers, including under bridges.

Указанная задача достигается в горизонтально-лопастной ГЭС подводного базирования, содержащей лопасти, составляющие блок, минимум, из пяти лопастей и генератор тока, в которой согласно изобретению лопасти расположены горизонтально, своей формой нейтральны к потоку среды и снабжены сменными узлами с подвижными жесткими или эластичными лопатками, размещенными на нижней и верхней поверхностях лопасти, которые при воздействии набегающего потока среды выполнены раскрывающимися в рабочем положении, создавая момент сил, или закрывающимися при вхождении лопатки в теневую зону потока, при этом блоки лопастей установлены с вращением в разные стороны через один блок и размещены ярусами на опорном вертикальном осевом стержне или блоки лопастей вынесены от основного, например, плавающего корпуса, и соединены с ним гибким валом - карданом.This task is achieved in a horizontally-bladed hydropower plant of underwater base, containing blades comprising a block of at least five blades and a current generator in which, according to the invention, the blades are horizontal, their shape is neutral to the medium flow and equipped with replaceable units with movable rigid or elastic blades placed on the lower and upper surfaces of the blades, which, when exposed to an incoming flow of the medium, are made to open in the working position, creating a moment of force, or to close when the blade enters the shadow zone of the flow, while the blocks of blades are mounted with rotation in different directions through one block and placed in tiers on a supporting vertical axial rod or the blocks of blades are removed from the main, for example, floating body, and connected to it by a flexible shaft - cardan.

Изобретение поясняется схемами.The invention is illustrated by diagrams.

На фиг.1 изображен вид горизонтально-лопастной ГЭС на подводном течении в море,Figure 1 shows a view of a horizontal-bladed hydroelectric power station on an underwater stream in the sea,

на фиг.2 - вид горизонтально-лопастной ГЭС на подводном течении,figure 2 is a view of a horizontal-bladed hydroelectric power station in the underwater stream,

на фиг.3 - лопасть с откидными жесткими лопатками,figure 3 - blade with folding rigid blades,

на фиг.4 - откидная жесткая лопатка,figure 4 - folding rigid blade,

на фиг.5 - лопасть с эластичными лопатками (карманами).figure 5 - blade with elastic blades (pockets).

на фиг.6 - эластичная лопатка,figure 6 - elastic blade,

на фиг.7 - ГЭС башенного типа, стоящая на дне, использующая поверхностное течение моря,Fig.7 - hydroelectric station tower type, standing at the bottom, using the surface current of the sea,

на фиг.8 - ГЭС башенного типа, стоящая на дне, вид сверху, где показаны качающие опоры для блоков лопастей и где видно рациональное расположение блоков, относительно направления потока,on Fig - hydroelectric station tower type, standing at the bottom, top view, which shows the swinging supports for the blocks of the blades and where you can see the rational arrangement of the blocks relative to the direction of flow,

фиг.9 - ГЭС плавающего типа, на якорной стоянке, в поверхностном течении потока.Fig.9 - hydroelectric power station of a floating type, at anchorage, in the surface flow of the stream.

фиг.10 - ГЭС плавающего типа, на якорной стоянке, вид сверху.figure 10 - hydroelectric power station floating type, anchored, top view.

Для ГЭС лопасти, не менее пяти (более пяти лопастей не эффективно, но возможно), вращаются в горизонтальной плоскости на вертикальной оси в потоке воды, на независимой втулке на опорном стержне в несколько ярусов, связанной определенным для данной схемы приводом отбора мощности с генератором тока, размещенном в придонном корпусе комплекса или на платформе выше уровня моря, причем лопасти снабжены на обеих своих плоскостях специальными подвижными лопатками, жесткими или эластичными, наполняемыми потоком среды, являющиеся основным элементом, передающим силу водного потока на лопасть и далее через нее и редукцию на генератор тока. Лопасть своей формой нейтральна к потоку, является только передающим устройством энергии воздействия среды через лопатки дальше к генератору тока (фиг.3, 4, 5, 6).For HPS, the blades, at least five (more than five blades are not effective, but possible), rotate in a horizontal plane on a vertical axis in the water flow, on an independent sleeve on a support rod in several tiers, connected by a power take-off drive defined for this circuit with a current generator placed in the bottom housing of the complex or on a platform above sea level, and the blades are equipped on both their planes with special movable blades, rigid or elastic, filled with the flow of medium, which are the main element Ohm, transmitting the force of the water flow to the blade and then through it and reduction to the current generator. The blade in its shape is neutral to the flow, it is only a transmitting device of the energy of the medium through the blades further to the current generator (Figs. 3, 4, 5, 6).

При использовании поверхностных потоков воды, в море или в реке, группа лопастей с откидными лопатками может быть вынесена за пределы основного корпуса станции, стационарного или плавающего (фиг.8, 9, 10), и крепится на выносной, качающейся в вертикальной плоскости ферме и кинематически связана с генератором тока, находящимся в корпусе, через гибкий вал или кардан, причем эти фермы с блоком лопастей, как гидродвигатели, могут размещаться по периметру корпуса ГЭС (стационарного, стоящего на дне, или плавающего, стоящего на якоре, так, чтобы максимально использовать водный поток (фиг.7, 8, 9, 10)).When using surface water flows, in the sea or in a river, a group of hinged blades can be moved outside the station’s main body, stationary or floating (Figs. 8, 9, 10), and is mounted on a remote farm swinging in the vertical plane and kinematically connected to the current generator located in the housing through a flexible shaft or cardan, and these farms with a block of blades, like hydraulic motors, can be placed around the perimeter of the hydroelectric power station (stationary, standing at the bottom, or floating, anchored, so that max it is reasonable to use a water stream (Figs. 7, 8, 9, 10)).

Горизонтально-лопастная турбина, и на ее основе ГЭС, работает следующим образом. На втулках 4 размещены, горизонтально, конструкции лопастей 5, составляющие блок лопастей 8 и порядок размещения сменных узлов с жесткими лопатками 6 (фиг.4) или эластичными лопатками 7 (фиг.6) на обеих плоскостях лопасти 5, без создания подъемной силы, равномерно вращаются вокруг оси и передают через основной вал (фиг.1, 2) или карданную систему фиг.7, 8, 9, 10, силу вращения внутрь корпуса 2 (фиг.1.2) через стержень 1, на редукцию и генератор тока (фиг.7, 8, 9, 10). Блоки лопастей 8 (минимум пять для ГЭС) устанавливаются на вертикальном стержне 1, как вариант, четным количеством с вращением в разные стороны, через один блок, или по одному блоку вокруг стационарного корпуса искусственного острова 10 (фиг.7. 8), или вокруг, например, плавающего корпуса 11 (фиг 9. 10), но стоящего на якорях 14 в зоне поверхностных течений. Блоки лопастей 8 (фиг.7, 8, 9, 10) имеют возможность перемещаться вверх и вниз на штангах 9, чтобы была возможность укрываться от больших волн, в глубину (примерно до 3-4 м) или выходить над поверхностью воды для осмотра и ремонта блока (фиг.7, 9).The horizontal-blade turbine, and on its basis a hydroelectric power station, operates as follows. On the bushings 4 are placed, horizontally, the design of the blades 5, comprising a block of blades 8 and the placement of removable nodes with rigid blades 6 (figure 4) or elastic blades 7 (figure 6) on both planes of the blade 5, without creating a lifting force, uniformly rotate around the axis and transmit through the main shaft (Figs. 1, 2) or cardan system of Figs. 7, 8, 9, 10, the rotation force into the housing 2 (Fig. 1.2) through the rod 1, to the reduction and current generator (Fig. 7, 8, 9, 10). Blades of blades 8 (at least five for hydroelectric power plants) are installed on a vertical rod 1, as an option, in an even amount with rotation in different directions, through one block, or one block around the stationary building of the artificial island 10 (Fig. 7. 8), or around , for example, a floating body 11 (Fig 9. 10), but anchored 14 in the area of surface currents. Blade blocks 8 (Figs. 7, 8, 9, 10) have the ability to move up and down on the rods 9, so that it is possible to hide from large waves, in depth (up to about 3-4 m) or go above the surface of the water for inspection and block repair (Fig.7, 9).

Почему в блоке для ГЭС указывается минимум пять лопастей, эксперимент показал, что при такой компоновке блока 4 и 8 с лопастями 5 наиболее оптимально снимается нагрузка воды, при увеличении количества лопастей для ГЭС, мощность увеличивается всего на 2-3%, а стоимость блока увеличивается гораздо больше. Для ветровой турбины, расположенной выше уровня моря, количество лопастей можно не ограничивать, но в разумных конструктивных размерах.Why at least five blades are indicated in the block for hydroelectric power plants, the experiment showed that with this arrangement of blocks 4 and 8 with blades 5, the water load is optimally removed, with an increase in the number of blades for hydroelectric power, the power increases by only 2-3%, and the cost of the block increases much more. For a wind turbine located above sea level, the number of blades can not be limited, but in reasonable design dimensions.

Донные стационарные ГЭС с горизонтальными лопастями опираются на дно и закреплены анкерами-шпунтами 3 (фиг.1, 7). Плавающие ГЭС (фиг.9, 10) крепятся ко дну якорями 14 на фалах 13, а сам корпус 11, как машинный зал, имеет выходной люк 12.Bottom stationary hydropower plants with horizontal blades rest on the bottom and are secured with anchors-dowels 3 (Figs. 1, 7). Floating hydroelectric power plants (Figs. 9, 10) are attached to the bottom by anchors 14 on the halyards 13, and the building 11 itself, like a machine room, has an exit hatch 12.

Технический результат, получаемый от изобретения, состоит в том, что широк диапазон использования горизонтально-лопастных ГЭС, особенно комбинированных с ВЭС. Резко возрастает общая мощность станций. Затраты на строительство невысокие, по сравнению с нынешними подводными аналогичными установками, тем более в комбинации с ветровыми установками, а комбинированных установок подобного типа сейчас почти нет. Предлагаемая схема горизонтальной лопастной ГЭС, в одинарном блоке (как микро-ГЭС), может использоваться в урезе речного берега, с некоторыми строительными конструкциями и зданием для машинного зала или для получения энергии от бегущих волн и приливов. Для плавающих ГЭС можно использовать отслужившие свой срок подводные лодки или бывшие железнодорожные цистерны.The technical result obtained from the invention is that a wide range of uses of horizontal-bladed hydroelectric power plants, especially combined with wind power plants. The total power of the stations increases sharply. Construction costs are low compared to current underwater similar installations, especially in combination with wind turbines, and now there are almost no combined installations of this type. The proposed scheme of a horizontal-bladed hydroelectric power station, in a single unit (as a micro-hydroelectric power station), can be used in the river bank edge, with some building structures and a building for the machine room, or for receiving energy from traveling waves and tides. For floating hydropower plants, you can use outdated submarines or former railway tanks.

Claims (1)

Горизонтально-лопастная ГЭС подводного базирования, содержащая лопасти, составляющие блок, минимум, из пяти лопастей, и генератор тока, отличающаяся тем, что лопасти расположены горизонтально, своей формой нейтральны к потоку среды и снабжены сменными узлами с подвижными жесткими или эластичными лопатками, размещенными на нижней и верхней поверхностях лопасти, которые при воздействии набегающего потока среды выполнены раскрывающимися в рабочем положении, создавая момент сил, или закрывающимися при вхождении лопатки в теневую зону потока, при этом блоки лопастей установлены с вращением в разные стороны через один блок и размещены ярусами на опорном вертикальном осевом стержне, или блоки лопастей вынесены от основного, например плавающего, корпуса и соединены с ним гибким валом - карданом. A horizontal-bladed hydropower subsea-based hydroelectric station containing blades comprising a block of at least five blades and a current generator, characterized in that the blades are horizontal, their shape is neutral to the medium flow and equipped with replaceable nodes with movable rigid or elastic blades placed on the lower and upper surfaces of the blade, which, when exposed to an incoming flow of medium, are made to open in the working position, creating a moment of force, or to close when the blade enters the shadow zone Single, the blade unit mounted with rotation in different directions in one unit and placed on a supporting tiers vertical axial rod or blocks taken out from the main lobes eg floating, the body and connected thereto a flexible shaft - hob.
RU2008115899/06A 2008-04-24 2008-04-24 Horizontal vane hydroelectric power station RU2413091C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008115899/06A RU2413091C2 (en) 2008-04-24 2008-04-24 Horizontal vane hydroelectric power station

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008115899/06A RU2413091C2 (en) 2008-04-24 2008-04-24 Horizontal vane hydroelectric power station

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008115899A RU2008115899A (en) 2009-10-27
RU2413091C2 true RU2413091C2 (en) 2011-02-27

Family

ID=41352669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008115899/06A RU2413091C2 (en) 2008-04-24 2008-04-24 Horizontal vane hydroelectric power station

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2413091C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2619969C1 (en) * 2015-12-22 2017-05-22 Анистрад Григорьевич Васильев All-season micro run-of-river plant
RU2813937C1 (en) * 2023-03-19 2024-02-19 Борис Петрович Хозяинов Autonomous mobile floating hydroelectric power plant

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B 2434410 A, 25.07.2007. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2619969C1 (en) * 2015-12-22 2017-05-22 Анистрад Григорьевич Васильев All-season micro run-of-river plant
RU2813937C1 (en) * 2023-03-19 2024-02-19 Борис Петрович Хозяинов Autonomous mobile floating hydroelectric power plant

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008115899A (en) 2009-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Elghali et al. Marine tidal current electric power generation technology: State of the art and current status
EP1366287B1 (en) Apparatus for production of energy from currents in bodies of water, a foundation, and a method for the installation of the apparatus.
AU2002318086B2 (en) Plant, generator and propeller element for generating energy from watercurrents
AU2002318086A1 (en) Plant, generator and propeller element for generating energy from watercurrents
CA2934984C (en) A paddlewheel device for generating hydro-electric energy
US20120086207A1 (en) Simplified Paddlewheel Energy Device
WO2007129049A1 (en) Turbine for extracting energy from a flowing fluid
US9309861B1 (en) Ocean wave kinetic energy conversion method and system
NO20150133A1 (en) Liquid wind turbines
US8002523B2 (en) Turbine system and method for extracting energy from waves, wind, and other fluid flows
KR101232332B1 (en) Variable location type power plant using tidal current
RU2413091C2 (en) Horizontal vane hydroelectric power station
US20120086208A1 (en) Environmentally Safe Flowing Water and Air Energy Device With Power Output Optimization
US10473084B2 (en) Device for generating hydro-electric energy
US20100045043A1 (en) System for generating electric power
Kedar et al. A review on under water windmill
CA2694150A1 (en) The helical pathway system and method for harvesting electrical power from water flows using oval helical turbines
US20100013230A1 (en) Flowing Water Energy Device
JP2012241702A (en) Underwater power generating device
Coiro Development of innovative tidal current energy converters: from research to deployment
RU2392492C2 (en) Turbine for conversion of force of flow of two media to rotation energy
Fischer et al. Converting energy from ocean currents
KR20120041030A (en) Apparatus for generating power using the flow of water having self-buoyancy force
KR101116408B1 (en) Current Power Generation System
GB2549283A (en) Ocean wave kinetic energy conversion method and system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140425