RU2800340C1 - Device for generating electricity in aquatic environment - Google Patents

Device for generating electricity in aquatic environment Download PDF

Info

Publication number
RU2800340C1
RU2800340C1 RU2023100303A RU2023100303A RU2800340C1 RU 2800340 C1 RU2800340 C1 RU 2800340C1 RU 2023100303 A RU2023100303 A RU 2023100303A RU 2023100303 A RU2023100303 A RU 2023100303A RU 2800340 C1 RU2800340 C1 RU 2800340C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
column
blades
barrel
water
shaft
Prior art date
Application number
RU2023100303A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ануар Райханович Кулмагамбетов
Original Assignee
Ануар Райханович Кулмагамбетов
Filing date
Publication date
Application filed by Ануар Райханович Кулмагамбетов filed Critical Ануар Райханович Кулмагамбетов
Application granted granted Critical
Publication of RU2800340C1 publication Critical patent/RU2800340C1/en

Links

Abstract

FIELD: power generation.
SUBSTANCE: device for generating electricity in the aquatic environment contains a watercraft, barrel 8 with blades 10, generator 1 connected to barrel 8 via gearbox 2, a support bearing for attaching barrel 8 located at its upper end, a clutch. Blades 10 are made with the capability of delaying the flow of water on one side and washing with water on the other side. Body 6 of the craft is secured from movement along the flow of the aquatic environment by means of an anchor and cables with tubes and is made with at least one through recess 11, in which at least one movable flat rectangular support is installed for attaching column 7, in which the barrel is installed by means of detachable connection 8 with blades 10. Column 7 separates the filtered sea water from the unfiltered one and is fixed by cables with tubes at the bottom of the aquatic environment. Column 7 and barrel 8 are made of pipes connected through a sleeve. A support bearing, filter 4, box 2, generator 1 and control unit 5, as well as tower 12 or a crane with an engine are installed on the deck of the watercraft, designed to ensure the lowering/lifting of column 7 and shaft 8 and moving along the deck.
EFFECT: improved reliability of the device and simplified design.
4 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к получению электрической энергии и может быть использовано для получения электрической энергии для бытовых и производственных нужд.The invention relates to the production of electrical energy and can be used to obtain electrical energy for domestic and industrial needs.

Задача использования альтернативных источников энергии и преобразовании ее в электрическую, в условиях быстро растущего энергопотребления как промышленностью, так и населением остается одной из самых актуальных на сегодняшний день. Стоимость электроэнергии тут же отражается на стоимости всех товаров, продуктах питания и условиях жизни и работы - вода, воздух и комфорт в жилых и промышленных помещениях.The task of using alternative energy sources and converting it into electrical energy, in the face of rapidly growing energy consumption by both industry and the population, remains one of the most urgent today. The cost of electricity is immediately reflected in the cost of all goods, food and living and working conditions - water, air and comfort in residential and industrial premises.

Наиболее распространено использование в качестве альтернативного источника энергии воздуха и солнца, а также воды. The most common use as an alternative source of energy is air and the sun, as well as water.

Под водой использование взаимно-движущихся механических элементов ограничено. Это связано с тем, что на любых твердых элементах осаждаются мельчайшие частицы, которые в большем количестве присутствуют в морской воде. Эти частицы разрастаются и блокируют любое движение. Поэтому ветроподобные электрогенерирующие установки под водой перестают работать, через довольно короткое время. Гидроэлектростанции работают на пресной воде - нет солей, ионов, кораллов и т.д. Однако они очень дороги, требуют перекрытия рек, строительства плотин и создания больших водоемов, что нарушает экосистемы (миграция рыб, водообмен). Приливные электростанции также весьма дороги как в строительстве, так и в эксплуатации. Требуют перекрытия больших прибрежных площадей.Under water, the use of mutually moving mechanical elements is limited. This is due to the fact that the smallest particles are deposited on any solid elements, which are present in greater quantities in sea water. These particles grow and block any movement. Therefore, wind-like power generating installations under water stop working after a fairly short time. Hydroelectric power plants operate on fresh water - no salts, ions, corals, etc. However, they are very expensive, require river closures, construction of dams and the creation of large reservoirs, which disrupt ecosystems (fish migration, water exchange). Tidal power plants are also quite expensive to build and operate. Requires covering large coastal areas.

Известно устройство для получения энергии от природных процессов, содержащее вертикальный вал с насаженными на нем цилиндрическими секциями, состоящими из верхних и нижних держателей и закрепленных между ними параллельно валу равномерно расположенных лопастей, причем секции установлены на валу последовательно друг над другом без нарушения целостности соседних секций, суммарная высота секций не превышает глубину потока, обеспечивающего получение энергии, для преобразования получаемой энергии в электрическую оно сопряжено с помощью механизма передачи вращения с генератором, обеспечивающим передачу электроэнергии по кабелю через блок преобразования к потребителю, отличающееся тем, что профиль каждой лопасти выполнен по радиусу, центр которого расположен на прямой, соединяющей наружный конец лопасти с осью вала на расстоянии, определяемом перпендикуляром, проведенным через центр хорды, соединяющей концы лопасти, причем внутренний конец лопасти расположен на расстоянии 2/3 от наружного конца на прямой, соединяющей наружный конец соседней лопасти с осью вала (RU 2121600 C1, F03B 3/12, 10.11.1998). A device for obtaining energy from natural processes is known, containing a vertical shaft with cylindrical sections mounted on it, consisting of upper and lower holders and uniformly spaced blades fixed between them parallel to the shaft, and the sections are installed on the shaft sequentially one above the other without violating the integrity of adjacent sections, the total height of the sections does not exceed the depth of the flow that provides energy generation, to convert the received energy into electrical energy, it is associated with a rotation transmission mechanism with a generator that provides electricity transmission via cable through the conversion unit to the consumer. RU 2121600 C1, F03B 3 /12, 11/10/1998).

Известно устройство с лопастями в один ряд для отбора энергии текучей среды, содержащее вертикальный вал с насаженными на нем цилиндрическими секциями, состоящими из верхних и нижних держателей и закрепленных между ними параллельно валу лопастей, отличающееся тем, что все секции имеют свои верхние и нижние держатели, секции унифицированы, насаживаются на вал и снимаются с него последовательно друг за другом без нарушения целостности соседних секций, секции на валу имеют суммарную высоту, не превышающую глубину потока, энергию которого отбирают, для преобразования отбираемой энергии в электроэнергию оно сопряжено с генератором с помощью механизма передачи энергии вращения, для получения энергии в необходимых объемах устройства устанавливают рядом друг с другом, электроэнергию от генераторов подают по кабелям в блок, где она преобразуется, суммируется, синхронизируется с действующей сетью и далее подается в сеть потребителям (RU 2094649 С1, F03B 13/02, 27.10.1997).A device with blades in one row for extracting fluid energy is known, containing a vertical shaft with cylindrical sections mounted on it, consisting of upper and lower holders and blades fixed between them parallel to the shaft, characterized in that all sections have their upper and lower holders, the sections are unified, mounted on the shaft and removed from it sequentially one after another without violating the integrity of adjacent sections, the sections on the shaft have a total height not exceeding the depth flow, the energy of which is taken, for converting the taken energy into electric power, it is coupled with the generator using the rotation energy transfer mechanism, to obtain energy in the required volumes, the devices are installed next to each other, the electric power from the generators is supplied via cables to the unit, where it is converted, summed, synchronized with the existing network and then fed into the network to consumers (RU 2094649 C1, F03B 13/02, 10/27/1997).

Известно плавучее устройство для генерирования электроэнергии за счет использования кинетической энергии воды, содержащее корпус плавсредства, внутри которого в продольном направлении выполнен сквозной водопроводящий канал с входным конфузорным водозаборником, лопастные колеса с криволинейными лопастями, закрепленные на валах, установленных последовательно поперек канала с кинематически связанных с электрогенератором, при этом под водопроводящим каналом выполнены дополнительные водозаборники для колес, отличающееся тем, что входной водозаборник выполнен с верхним наклонным растекателем, образованным корпусом плавсредства, а дополнительные водозаборники установлены через одно рабочее колесо (RU 2049924 С1, F03B 7/00, 10.12.1995).A floating device for generating electricity by using the kinetic energy of water is known, containing a body of a floating craft, inside which in the longitudinal direction there is a through water-carrying channel with an inlet confusing water intake, impellers with curved blades mounted on shafts installed in series across the channel with kinematically connected with an electric generator, while additional water intakes for the wheels are made under the water-conducting channel, characterized in that the inlet water intake is made with an upper inclined spreader formed by the body of the water craft, and additional water intakes are installed through one impeller (RU 2049924 C1, F03B 7/00, 10.12.1995).

Известен преобразователь энергии гидротока. Устройство имеет первичный трубчатый корпус, герметичный конический вторичный корпус, установленный внутри трубчатого корпуса, причем вторичный корпус содержит электрический генератор. Вторичный корпус имеет коническую концевую часть и расположен внутри и вдоль внешнего корпуса в продольном направлении. Ротор, приводящий в действие генератор, соединен со вторичным корпусом, имеющим лопасти, расположенные на пути поступления воды в первичный корпус. Внутренний корпус жестко прикреплен к внешнему корпусу с помощью опорных панелей, которые также действуют как направляющие лопатки для потока воды через внешний корпус по конической части внутреннего корпуса, тем самым увеличивая скорость потока воды. К задней части указанного конуса жестко прикреплены дополнительные направляющие лопатки под углом, приближающимся к сорока пяти градусам. Ротор имеет жестко закрепленные лопасти, расположенные примерно под углом сорок пять градусов к ротору. Таким образом, поток воды, поступающий в переднюю часть внешнего корпуса, обтекает конический внутренний корпус и направляется к лопастям, прикрепленным к задней части конического внутреннего корпуса, ударяясь о ротор под углом примерно девяносто градусов для максимальной эффективности, таким образом, поворачивая ротор и приводя в движение генератор. Третий корпус установлен внутри внешнего корпуса вдоль продольной оси и на выходе из внешнего корпуса после ротора. Торцевые поверхности внешнего корпуса содержат концентрические круглые защитные панели, которые используются для предотвращения попадания посторонних предметов в основной корпус. Внутри конического корпуса расположен другой ротор турбины и зубчатая передача, обеспечивающие вращение двигателя с оптимальной частотой, независимо от частоты вращения ротора, а также жидкость, которая может служить как смазкой, так и охлаждающей жидкостью для оборудования во вторичном корпусе. Система может быть установлена на платформе, опирающейся на дно моря / реки, или спущена на воду на заранее выбранных глубинах с помощью плавучей системы (US 4524285 A, F03B 17/06, 18.06.1985).Known energy converter hydrocurrent. The device has a primary tubular body, sealed conical secondary body installed inside the tubular body, and the secondary body contains an electric generator. The secondary body has a conical end part and is located inside and along the outer body in the longitudinal direction. The rotor driving the generator is connected to a secondary housing having blades located in the path of water inflow into the primary housing. The inner shell is rigidly attached to the outer shell by support panels, which also act as guide vanes for the flow of water through the outer shell along the tapered portion of the inner shell, thereby increasing the water flow rate. Additional guide vanes are rigidly attached to the rear part of said cone at an angle approaching forty-five degrees. The rotor has rigidly fixed blades located at approximately a forty-five degree angle to the rotor. Thus, the flow of water entering the front of the outer casing flows around the conical inner casing and is directed to the blades attached to the rear of the conical inner casing, hitting the rotor at an angle of approximately ninety degrees for maximum efficiency, thus turning the rotor and driving the generator. The third housing is installed inside the outer housing along the longitudinal axis and at the outlet of the outer housing after the rotor. The end surfaces of the outer casing contain concentric circular protective panels that are used to prevent foreign objects from entering the main body. Inside the conical housing is another turbine rotor and gear train to ensure that the engine rotates at the optimum speed, regardless of the rotor speed, as well as a fluid that can serve as both a lubricant and a coolant for equipment in the secondary housing. The system can be installed on a platform resting on the bottom of the sea / river, or launched at pre-selected depths using a floating system (US 4524285 A, F03B 17/06, 06/18/1985).

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является устройство для получения электроэнергии в водной среде, содержащее плавсредство, ствол с лопастями, генератор электроэнергии, соединенный со стволом, опорный подшипник для крепления ствола, расположенный на верхнем его конце, муфту, при этом лопасти выполнены с возможностью задерживания потока воды с одной стороны и омывания водой - с другой стороны, а корпус плавсредства закреплен от движения вдоль течения водной среды посредством якоря (RU 95752 U1, 10.07.2010, F03B17/06).The closest analogue of the claimed invention is a device for generating electricity in the aquatic environment, containing a floating craft, a barrel with blades, an electric power generator connected to the barrel, a thrust bearing for fastening the barrel located at its upper end, a clutch, while the blades are made with the possibility of delaying the flow of water on one side and washing with water on the other hand, and the body of the craft is secured from movement along the flow of the aquatic environment by means of an anchor (RU 95752 U1, 10.07.20 10, F03B17/06).

Основными недостатками приведенных выше аналогов является то, что все конструкции патентуемых устройств вместе с лопастями, подшипниками, вращающимися валами, электрогенератором погружаются под воду на дно водоема. Это ведет к удорожанию за счет того, что требуется полная герметизации всего оборудования, частый ремонт (прокладки, фильтры требуют непрерывный контроль состояния), перепады давления провоцируют протечки и поступление воды в оборудование, влияние придонного ила и водорослей на засорение лопастей. Контакт лопасти (которые находятся в воде) - ротор генератора (должен быть сухим) и разделяющий герметик, который подвержен разрушению в морской воде особенно быстро изнашивается, поскольку непрерывно находится под воздействием трущихся поверхностей и солей. Кроме того, провода и прокладки могут быть съедены морскими обитателями, микрокристаллы могут проникать в любые щели, особенно при повышенном давлении, т.к. каждые 10 метров погружения дают увеличение давления на 1 атмосферу. Глубина морских течений в среднем от 100 - 200 метров.The main disadvantages of the above analogs is that all designs of patented devices, together with blades, bearings, rotating shafts, and an electric generator, are submerged under water to the bottom of a reservoir. This leads to an increase in cost due to the fact that complete sealing of all equipment is required, frequent repairs (gaskets, filters require continuous monitoring of the condition), pressure drops provoke leaks and water ingress into the equipment, the effect of bottom silt and algae on clogging of the blades. The blade contact (which are in the water) - the generator rotor (must be dry) and the separating sealant, which is subject to destruction in sea water, wears out especially quickly, since it is constantly under the influence of rubbing surfaces and salts. In addition, wires and gaskets can be eaten by marine life, microcrystals can penetrate into any cracks, especially at high pressure, because. every 10 meters of immersion gives an increase in pressure of 1 atmosphere. The depth of sea currents is on average from 100 - 200 meters.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение является создание устройства для получения электроэнергии в водной среде, которое должно быть простым, крепким, надежным, а также взять максимальное количество энергии, которое конструкция позволит выдержать, и не имеющего указанных недостатков.The technical problem to be solved by the claimed invention is the creation of a device for generating electricity in the aquatic environment, which should be simple, strong, reliable, and also take the maximum amount of energy that the design will withstand, and not having these disadvantages.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности устройства и упрощение конструкции.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of the device and simplify the design.

Технический результат достигается тем, что устройство для получения электроэнергии в водной среде, содержащее плавсредство, ствол с лопастями, генератор электроэнергии, соединенный со стволом, опорный подшипник для крепления ствола, расположенный на верхнем его конце, муфту, при этом лопасти выполнены с возможностью задерживания потока воды с одной стороны и омывания водой - с другой стороны, а корпус плавсредства закреплен от движения вдоль течения водной среды посредством якоря, согласно изобретению корпус плавсредства закреплен от движения вдоль течения водной среды дополнительно посредством тросов с трубками и выполнен с по меньшей мере одной сквозной выемкой, в которой установлена по меньшей мере одна подвижная плоская прямоугольная опора для крепления колонны, в которой посредством разъемного соединения установлен ствол с лопастями, расположенный внутри колонны, отделяющей фильтрованную морскую воду от нефильтрованной и закреплённой за счет тросов с трубками ко дну водной среды, причем колонна и ствол выполнены из соединенных через муфту труб, при этом на палубе плавсредства установлен опорный подшипник для крепления ствола и поддержания его вращения без соприкосновения с колонной, фильтр морской воды, коробка передач, генератор электроэнергии и блок управления, а также вышка или кран с двигателем, выполненный с возможностью обеспечения спуска/подъема колонны и ствола и перемещения по упомянутой палубе плавсредства, причем генератор электроэнергии соединен со стволом посредством коробки передач.The technical result is achieved by the fact that a device for generating electricity in the aquatic environment, containing a floating craft, a barrel with blades, an electric power generator connected to the barrel, a thrust bearing for fastening the barrel, located at its upper end, a clutch, while the blades are made with the possibility of delaying the flow of water on the one hand and washing with water on the other hand, and the body of the floating craft is secured from movement along the flow of the aquatic environment by means of an anchor, according to the invention, the body of the floating craft is secured from movement along the flow of the aquatic environment additionally by means of cables with pipes and is made with at least one through recess, in which at least one movable flat rectangular support for fastening the column is installed, in which, by means of a detachable connection, a shaft with blades is installed, located inside the column separating filtered sea water from unfiltered and fixed by means of cables with tubes to the bottom of the aquatic environment, moreover, the column and the shaft are made of pipes connected through a coupling, while a support bearing is installed on the deck of the floating craft to fasten the shaft and support its rotation without contact with the column, a sea water filter, a gearbox, an electric power generator and a control unit, as well as a derrick or a crane with an engine, made with the possibility of lowering / lifting the column and the shaft and moving along the mentioned deck of the floating craft, moreover, the electric power generator is connected to the shaft by means of a gearbox.

Дополнительно лопасти расположены на двух, трех и более уровнях.Additionally, the blades are located on two, three or more levels.

Дополнительно устройство содержит подвижные плоские прямоугольные опоры для крепления колонн.Additionally, the device contains movable flat rectangular supports for attaching columns.

Дополнительно вдоль палубы плавсредства выполнены рельсы, обеспечивающие перемещение вышки с двигателем. Additionally, rails are made along the deck of the floating craft, ensuring the movement of the tower with the engine.

Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

На фиг. 1 показан поперечный разрез баржи с опущенной колонной и стволом, находящимся внутри колонны, и с лопастями, которыми заканчивается ствол. In FIG. 1 shows a cross-section of a barge with a lowered column and a shaft located inside the column, and with blades that terminate the shaft.

На фиг. 2 показан общий вид баржи сверху.In FIG. 2 shows a general view of the barge from above.

На фиг. 3 показан общий вид баржи в водном разрезе с удерживающими тросами и аварийным освобождением колонны от баржи.In FIG. 3 shows a general view of the barge in the water section with holding cables and emergency release of the column from the barge.

На фиг.4 показан разрез баржиFigure 4 shows a section of the barge

На фиг. 5А показан вид сверху на варианты строения лопастей - двухлопастнойIn FIG. 5A shows a top view of the options for the structure of the blades - two-bladed

На фиг. 5В показан вид сверху на варианты строения лопастей - шестилопастной, In FIG. 5B shows a top view of the options for the structure of the blades - six-bladed,

На фиг. 5С показан вид со стороны на вариант 5А.In FIG. 5C shows a side view of option 5A.

На фиг. 6 показаны двухуровневые лопасти.In FIG. 6 shows two-level blades.

На фиг. 7 показан пример размещения четырех генераторов на палубе баржи.In FIG. 7 shows an example of placing four generators on the deck of a barge.

На фиг. 8 показан пример размещения восьми колонн на палубе баржи.In FIG. 8 shows an example of placing eight columns on the deck of a barge.

На фиг. 9 показан пример системы стационарного крепления для баржи с фиг. 7.In FIG. 9 shows an example of a fixed attachment system for the barge of FIG. 7.

На фиг. 10 показан пример системы стационарного крепления для баржи с фиг. 8.In FIG. 10 shows an example of a fixed attachment system for the barge of FIG. 8.

Для получения электроэнергии предлагается использовать следующую конструкцию устройства:To obtain electricity, it is proposed to use the following design of the device:

- Используется плавающее средство со сквозной выемкой в корпусе 6 (например, баржа) необходимое для размещения всей конструкции. Выемка в корпусе 6 позволяет сохранить значительную подвижность колонны со стволом относительно корпуса баржи (фиг.2).- A floating means with a through recess in the hull 6 (for example, a barge) is used, which is necessary to accommodate the entire structure. The recess in the body 6 allows you to save a significant mobility of the column with the barrel relative to the body of the barge (figure 2).

- Подвижная часть подводная часть состоит из одного цельного элемента - ствола и лопастей 10 (см. фиг. 1).- The movable part of the underwater part consists of one solid element - the barrel and blades 10 (see Fig. 1).

- Ствол 8 находится внутри колонны 7, которая отделяет фильтрованную морскую воду от не фильтрованной. Колонна 7 используется и как направляющая и удерживающая составляющая ствола 8. На ствол в местах расширения (крепления составляющих ствола) могут надеваться полимерные кольца с зазорами для снижения трения между колонной и стволом. Эту же функцию могут нести и другие направляющие, например, полимерные болты в корпусе колонны 7. Колонна 7 крепится к подвижной опоре легко снимаемым соединением, например, так как соединяются вагоны железнодорожного состава. На верхнем конце ствола расположен опорный подшипник, предназначенный для крепления ствола и поддержания его вращения без соприкосновения с колонной.- The stem 8 is located inside the column 7, which separates the filtered sea water from the unfiltered one. Column 7 is used both as a guiding and retaining component of the shaft 8. Polymeric rings with gaps can be put on the shaft at the expansion points (attachment of the shaft components) to reduce friction between the column and the shaft. The same function can be carried by other guides, for example, polymer bolts in the body of the column 7. The column 7 is attached to the movable support with an easily removable connection, for example, as the train cars are connected. At the upper end of the shaft there is a support bearing designed to fasten the shaft and maintain its rotation without contact with the string.

- Генератор 1 электроэнергии расположен на барже и соединен со стволом на поверхности через коробку передач 2 (гибкий вал силовой передачи вращения).- The power generator 1 is located on the barge and is connected to the shaft on the surface through the gearbox 2 (flexible shaft of the power transmission of rotation).

- Фильтр 4 морской воды и блок управления 5 также расположены на палубе баржи.- Sea water filter 4 and control unit 5 are also located on the deck of the barge.

- Вышка 12 с двигателем, необходимая для спуска/подъема колонны и ствола.- Tower 12 with an engine, necessary for lowering / raising the string and shaft.

На фиг. 1 показан поперечный разрез баржи с опущенной колонной 7 и стволом 8, находящимся внутри колонны 7, и с лопастями 10, которыми заканчивается ствол. Баржа изготавливается в форме катамарана для удобства размещения и крепления в воде одного или нескольких вращающихся стволов, уходящих вертикально под баржу. Крепится тросами в трубках (для снижения колебаний) ко дну через скобы стационарных бетонных плит 21, 22, 23, лежащих на дне см. фиг. 9, 10. Баржа фиксируется в направлении носом против течения. Это необходимо для снижения влияния волн на работу установок и работы со спущенными в воду колоннами 7. В носовой части 13 баржи-катамарана располагается рассекатель волн для отбрасывания их за пределы баржи. Обе внутренние стороны баржи имеют небольшой наклон 19 (см. фиг. 4), который необходим для предотвращения ударов колонны 7 по корпусу баржи 6 в процессе работы. Лопасти 10 представляют собой полые полусферы, удобные для «ловли» потока воды. От соприкосновения с подводной частью берега они защищены прутьями, сваренными в виде колец. В случае отсутствия угрозы соприкосновения, кольца могут отсутствовать.In FIG. 1 shows a cross-section of a barge with a lowered column 7 and a shaft 8 located inside the column 7, and with blades 10, which ends the shaft. The barge is made in the form of a catamaran for the convenience of placing and fixing one or more rotating shafts in the water, extending vertically under the barge. Fastened with cables in tubes (to reduce vibrations) to the bottom through the brackets of stationary concrete slabs 21, 22, 23, lying on the bottom, see Fig. 9, 10. The barge is fixed in the direction of the bow against the current. This is necessary to reduce the effect of waves on the operation of installations and work with lowered columns 7. In the bow 13 of the catamaran barge there is a wave divider to throw them outside the barge. Both inner sides of the barge have a slight slope 19 (see Fig. 4), which is necessary to prevent the column 7 from hitting the hull of the barge 6 during operation. The blades 10 are hollow hemispheres, convenient for "catching" the flow of water. From contact with the underwater part of the coast, they are protected by rods welded in the form of rings. In the absence of a threat of contact, the rings may be absent.

Вышка 12 с двигателем (дизельный) см. фиг.2 обеспечивает спуск/подъем колонны 7 и ствола 8. Работает также, как и при классическом бурении скважин - секция за секцией трубы последовательно опускаются/поднимаются и закручиваются/откручиваются при спуске или подъеме. При этом секции труб укладываются на палубе. Вышка перемещается вдоль баржи по рельсам. Это обеспечивает ее устойчивость и мобильность. Вышка или кран со стрелой определяется весом рабочей подводной конструкции, условиями работы, размерами и мощностью колонны со стволом.The tower 12 with an engine (diesel), see figure 2, provides lowering / lifting of the string 7 and the trunk 8. It works the same as in classical well drilling - section by section of the pipe is successively lowered / raised and twisted / unscrewed when lowering or lifting. In this case, pipe sections are laid on the deck. The tower moves along the barge along the rails. This ensures its stability and mobility. A tower or crane with an arrow is determined by the weight of the working underwater structure, working conditions, dimensions and power of the column with the barrel.

Колонна 7 и ствол 8 опускаются в проем (выемку) 11 баржи 6 (см. фиг. 2 и 4). В катамаране проем 11 может проходить по всей длине баржи в зависимости от цели проектирования устройства: выработка электроэнергии, получение пресной воды, получения водорода и кислорода при электролизе. Колонна 7 пропускается через подвижную плоскую прямоугольную опору 18 (фиг. 4), над которой формируется разъемное соединение колонны 7, удерживающее ее от снижения. Опора 18 предохраняет работника от падения в воду и имеет небольшое ограждение. Колонна 7 и ствол 8 формируются по технологии бурения нефтяных скважин - состоят из отдельных завинчивающихся через муфты или непосредственное труба в трубу. На стыках труб колонны устанавливается плотное полимерное кольцо с небольшим зазором примерно в 10-30 мм для свободного вращения ствола 8 внутри колонны 7. Ствол 8 находится в состоянии непрерывного вращения, только в нефтяной скважине он принудительно вращается сверху за счет двигателя, а в нашем случае он принудительно вращается снизу за счет движения потока воды. На нижнем конце ствола 8 расположены лопасти 10, вариантов проектирования которых множество и все они испытаны на ветровых установках генерации электроэнергии. Одной из наиболее перспективных конструкций лопастей является ротор Савониуса см. фиг. 5А и 5В. Лопасти 10 представляют собой плоские длинные прямоугольные выгнутые пластины, закрепленные вертикально и вращающиеся вокруг ствола. Лопасти 10, встречающие поток воды, могут иметь различную форму, но они все должны с одной стороны задерживать поток воды, в с другой стороны легко омываться водой. Площадь лопастей 10, расстояние до ствола 8 определяют мощность и скорость вращения ствола 8, которая определяет мощность энергетической установки. Все элементы конструкции должны соответствовать мощности водного потока, который «ловят» лопасти 10 и прежде всего это прочности ствола с лопастями, колонны, тросов и всех креплений. Что всегда заранее известно и хорошо рассчитывается.The column 7 and the barrel 8 are lowered into the opening (recess) 11 of the barge 6 (see Fig. 2 and 4). In a catamaran, opening 11 can run along the entire length of the barge, depending on the purpose of designing the device: generating electricity, obtaining fresh water, obtaining hydrogen and oxygen during electrolysis. The column 7 is passed through a movable flat rectangular support 18 (Fig. 4), above which a detachable connection of the column 7 is formed, which keeps it from lowering. Support 18 protects the worker from falling into the water and has a small fence. Column 7 and shaft 8 are formed according to the technology of drilling oil wells - they consist of separate ones screwed through couplings or directly pipe into pipe. At the joints of the pipes of the string, a dense polymer ring is installed with a small gap of about 10-30 mm for free rotation of the barrel 8 inside the string 7. The barrel 8 is in a state of continuous rotation, only in an oil well it is forced to rotate from above due to the engine, and in our case it is forced to rotate from below due to the movement of the water flow. At the lower end of the shaft 8 there are blades 10, the design options of which are many and all of them have been tested on wind power generation plants. One of the most promising blade designs is the Savonius rotor, see FIG. 5A and 5B. The blades 10 are flat long rectangular curved plates, fixed vertically and rotating around the barrel. The blades 10, which meet the flow of water, may have different shapes, but all of them must, on the one hand, delay the flow of water, and on the other hand, be easily washed by water. The area of the blades 10, the distance to the barrel 8 determine the power and rotation speed of the barrel 8, which determines the power of the power plant. All structural elements must correspond to the power of the water flow that the blades 10 "catch" and, above all, the strength of the barrel with blades, columns, cables and all fasteners. What is always known in advance and well calculated.

Поскольку условия работы лопастей с ветром значительно отличаются от работы с водой, то требуются дополнительные испытания и расчеты их прочности к нагрузкам. Ветрогенераторы начинают работать с ветром более 1,5 м/сек в то время как скорость течения воды значительно ниже, но энергию она несет многократно большую, поскольку плотность воды примерно в 800 раз плотнее плотности воздуха.Since the operating conditions of the blades with wind are significantly different from those with water, additional tests and calculations of their strength to loads are required. Wind generators start to work with wind more than 1.5 m/s, while the speed of water flow is much lower, but it carries many times more energy, since the density of water is about 800 times denser than that of air.

В целях повышения мощности устройства строятся многоуровневые конструкции из многолопастных частей, что значительно увеличивает общую площадь лопастей. Уровни отделяются пластинами прочности, что придает всей конструкции жесткость. Площадь лопастей, их количество и количество уровней лопастей определяют мощность всего устройства отбора кинетической энергии у водного потока. In order to increase the power of the device, multi-level structures are built from multi-blade parts, which significantly increases the total area of the blades. The levels are separated by strength plates, which gives the whole structure rigidity. The area of the blades, their number and the number of levels of the blades determine the power of the entire device for extracting kinetic energy from the water flow.

Передача этой энергии генератору 1 обеспечивается прочностью ствола 8, который надежно крепится к лопастям 10 и представляет собой вращающуюся под напором воды конструкцию. В отличии от классических турбин здесь отсутствуют взаимно подвижные детали, находящиеся под водой. А на палубу над водой вынесены все основные движущиеся элементы устройства - генератор; подшипники, поддерживающие вращение ствола; коробка передач и др. элементы креплений и обеспечения работы, такие как провода, фильтры, выключатели, элементы соединения и т.д. The transfer of this energy to the generator 1 is ensured by the strength of the barrel 8, which is securely attached to the blades 10 and is a structure rotating under the pressure of water. Unlike classical turbines, there are no mutually moving parts under water. And all the main moving elements of the device - a generator - are placed on the deck above the water; bearings that support the rotation of the barrel; gearbox and other fastening and operation elements, such as wires, filters, switches, connection elements, etc.

На одной барже можно расположить несколько независимых стволов с генерацией электроэнергии. При этом возможно использование одного фильтра воды 4, одного блока управления 5 и одной вышки 12 для спуска/подъема колонны 7 и ствола 8. Установив один ствол с колонной, вышка сдвигается для установки второго и т.д. К одному электрогенератору 1 может подключаться как один, так и несколько стволов 8 (подсоединяются к одному валу). Использование двух колонн 7 с одним генератором 1 потребует более сложной трансмиссии (например, гидротрансформатор).On one barge, you can place several independent shafts with electricity generation. In this case, it is possible to use one water filter 4, one control unit 5 and one tower 12 for lowering / lifting the column 7 and the shaft 8. Having installed one shaft with the column, the tower moves to install the second one, etc. One or several trunks 8 can be connected to one electric generator 1 (they are connected to one shaft). The use of two columns 7 with one generator 1 will require a more complex transmission (eg torque converter).

Колонна, также, как и баржа крепится тросами с трубками ко дну (укрепленным стенкам берега) см. фиг. 3. Здесь показаны два троса крепления баржи 6 и два троса крепления колонны 7. Пунктиром показана схема падения колонны со стволом при верхнем отсоединении колонны 7 и ствола 8, что может потребоваться при экстренном уходе баржи (цунами, шторм). В верхней части колонн при их экстренном сбросе крепятся надувные поплавки 16 со световой сигнализацией 15 (извлекаются из аварийного набора и карабинами цепляются к колонне), подъемная сила которых не позволяет колонне опуститься ниже заданной глубины (20-40 метров ниже уровня моря). Кроме того, все тросы 17 имеют дополнительные контрольные веревки, закрепленные в верхней части троса колонны/колонн и ведущие напрямую к рейке плавучей платформы см. фиг.10 здесь показана контрольная веревка только для якорного троса точки С-D, остальные веревки не указаны, чтобы не загружать чертеж. Она необходима для подтягивания троса к платформе, для последующего повторного крепления колонны при ее новом монтаже к барже. При установке колонн 7 на барже необходимые тросы 17 будут доставляться от плавучих платформ на лодке. Их должно быть на барже не менее двух (резерв). Баржи и колонна/колонны зафиксированы тросами, проложенными внутри трубок. Трубки необходимы, чтобы предотвратить обратное движение вдоль тросов.The column, as well as the barge, is attached by cables with tubes to the bottom (reinforced shore walls), see Fig. 3. Shown here are two cables for fastening the barge 6 and two cables for fastening the column 7. The dotted line shows a diagram of the fall of the column with the barrel when the column 7 and barrel 8 are disconnected from the top, which may be required in case of an emergency departure of the barge (tsunami, storm). In the upper part of the columns, during their emergency release, inflatable floats 16 with light signaling 15 are attached (removed from the emergency kit and cling to the column with carabiners), the lifting force of which does not allow the column to fall below a given depth (20-40 meters below sea level). In addition, all cables 17 have additional control ropes fixed at the top of the column/columns cable and leading directly to the floating platform rail, see Fig. 10, the control rope is shown here only for the anchor cable of point C-D, the remaining ropes are not indicated so as not to download the drawing. It is necessary for pulling the cable to the platform, for the subsequent re-attachment of the column during its new installation to the barge. When installing columns 7 on a barge, the necessary cables 17 will be delivered from the floating platforms by boat. There must be at least two of them on the barge (reserve). The barges and the column/columns are fixed with cables laid inside the tubes. The tubes are necessary to prevent reverse movement along the cables.

На фиг. 10 тяжелые плиты 20, 21 и 22 являются стационарными точками фиксации баржи с колоннами 7. Плиты оснащены широкими кольцами/кольцом для пропускания вспомогательных тросов. Носовая 23 и бортовая 24 плавучие платформы служат для управления процессами спуска/подъема колонн и при фиксации тросов в лебедках обеспечивают фиксацию баржи и колонн в продольном и поперечном направлениях (относительно направления течения). In FIG. 10 heavy plates 20, 21 and 22 are fixed fixing points for the barge with columns 7. The plates are equipped with wide rings/ring for the passage of auxiliary cables. Bow 23 and side 24 floating platforms are used to control the processes of lowering / lifting columns and when fixing the cables in the winches provide fixation of the barge and columns in the longitudinal and transverse directions (relative to the direction of flow).

В точке D носовой платформы на рейке с лебедкой зафиксированы все тросы. В нашем случае 9 тросов - один якорный трос (точки А-В) для баржи и 8 удерживающих тросов для колонн (D-B-E). Якорный трос для баржи зацеплен дополнительным тросом (D-C) в точке С широким кольцом. При отплытии баржи в точке А отцепляют якорный трос и его бросают. Он повисает в точке С и подтягивающим тросом С-D устанавливается на рейке носовой платформы.At point D of the bow platform, all cables are fixed on the rack with a winch. In our case, 9 cables - one anchor cable (points A-B) for the barge and 8 holding cables for the columns (D-B-E). The barge anchor line is hooked with an additional line (D-C) at point C with a wide ring. When the barge sets sail at point A, the anchor cable is unhooked and thrown. It hangs at point C and is installed on the bow platform rail with a pull-up cable C-D.

Удерживающие тросы для колонн (8 тросов) выходят из точки D (на рейке), проходят через кольцо/кольца плиты 1 в точке В, доходят до точки Е, где первый трос крепится к первой колонне, в точке F второй трос крепится к второй колонне, третий крепится в точке К и т.д.The support cables for the columns (8 cables) exit from point D (on the rail), pass through the ring(s) of slab 1 at point B, reach point E where the first cable is attached to the first column, at point F the second cable is attached to the second column, the third is attached at point K, etc.

Бортовая платформа используется для управления боковыми удерживающими тросами (8 тросов). На фиг. 8 показаны две стационарные плиты - плита 21 и плита 22 (с кольцом/кольцами) для тросов. Все восемь удерживающих тросов выходят от рейки боковой платформы (точка G) и идут к плите 21 (трос G-H) и плите 22 (трос G-I) по 4 троса к каждой плите, проходят через кольца и крепятся независимо к восьми колоннам в точках E, F, K и т.д.The onboard platform is used to control the side restraint cables (8 cables). In FIG. 8 shows two fixed plates - plate 21 and plate 22 (with ring/rings) for cables. All eight retaining cables exit from the side platform rail (point G) and go to plate 21 (cable G-H) and plate 22 (cable G-I) 4 cables to each plate, pass through rings and are attached independently to eight columns at points E, F, K, etc.

Таким образом, в фиксированном (рабочем) состоянии тросы ограничивают:Thus, in a fixed (working) state, the cables limit:

- движение баржи вдоль течения;- movement of the barge along the current;

- произвольные поперечные и продольные движения колонн относительно баржи, поскольку колонны имеют помимо бокового крепления тросами еще и верхнее крепление к палубе баржи, то сами колонны ограничивают поперечные колебания баржи;- arbitrary transverse and longitudinal movements of the columns relative to the barge, since the columns, in addition to lateral fastening with cables, also have an upper fastening to the barge deck, the columns themselves limit the transverse oscillations of the barge;

- в случае необходимости, можно дополнительно ограничить поперечное движение баржи - боковой борт может крепиться тросом/тросами (на чертеже не показаны) через плиту/плиты к плавучей платформе. - if necessary, it is possible to further limit the transverse movement of the barge - the side board can be fastened with a cable / cables (not shown in the drawing) through the slab / slabs to the floating platform.

В процессе спуска/подъема колонн на рейках платформ крепления лебедок ослабляется и тросы отпускаются, чтобы не мешать движению колонн. In the process of lowering / lifting columns on the rails of the platforms, the winches are loosened and the cables are released so as not to interfere with the movement of the columns.

Все участки тросов, которые ведут от плит к барже и колоннам, помещаются в трубы - это ограничивает обратные движения вдоль натянутых тросов.All sections of cables that lead from the slabs to the barge and columns are placed in pipes - this limits the reverse movements along the tensioned cables.

Вода, движущаяся по течению пролива, вращает лопасти 10 (пример, рис. 5в) вместе со стволом 8 внутри колонны 7 (фиг. 1). Далее вращательное движение ствола 8 передается через коробку передач 2 на генератор электроэнергии 1, который и вырабатывает электроэнергию. На палубе баржи 6 расположена емкость 3 для фильтрации морской воды от мельчайших частиц. Отфильтрованная вода самостоятельно, за счет положительной разницы давления воды (превышения над уровнем моря), небольшой струей поступает внутрь колонны, образуя внутри колонны слабое течение фильтрованной воды, что значительно замедляет образование наростов на стволе. Сам ствол 8 и колонна 7 выкрашены специальной краской, противостоящей наростам, так как это делается на корпусах кораблей. В нижней части колонны расположен «фартук» 9 в виде гибкого кольца из резины или полимерного соединения, которое охватывает ствол, сохраняя небольшой зазор у ствола, для стока воды и препятствования забрасыванию в колонну морской воды.The water moving downstream of the strait rotates the blades 10 (example, Fig. 5c) together with the shaft 8 inside the column 7 (Fig. 1). Next, the rotational movement of the barrel 8 is transmitted through the gearbox 2 to the power generator 1, which generates electricity. On the deck of the barge 6 there is a container 3 for filtering sea water from the smallest particles. The filtered water independently, due to the positive difference in water pressure (elevation above sea level), enters the inside of the column in a small stream, forming a weak flow of filtered water inside the column, which significantly slows down the formation of growths on the trunk. The barrel 8 itself and the column 7 are painted with a special paint that resists growths, as is done on the hulls of ships. In the lower part of the column there is an "apron" 9 in the form of a flexible ring made of rubber or a polymer compound, which covers the shaft, keeping a small gap at the shaft, to drain water and prevent sea water from being thrown into the column.

Баржа с колоннами фиксируется от сноса по течению системой удерживающих тросов 17 (фиг. 8). Колонна 7 и ствол 8 - недорогие элементы конструкции. Они, в порядке техобслуживания, легко снимаются, чистятся и могут быть заново установлены. Вся предлагаемая система электрогенерации проста, проста в обслуживании и легко тиражируется.The barge with columns is fixed from drift downstream by a system of retaining cables 17 (Fig. 8). Column 7 and barrel 8 are low-cost structural elements. They can be easily removed, cleaned and reinstalled for maintenance purposes. The entire proposed power generation system is simple, easy to maintain and easily replicated.

Claims (4)

1. Устройство для получения электроэнергии в водной среде, содержащее плавсредство, ствол с лопастями, генератор электроэнергии, соединенный со стволом, опорный подшипник для крепления ствола, расположенный на верхнем его конце, муфту, при этом лопасти выполнены с возможностью задерживания потока воды с одной стороны и омывания водой - с другой стороны, а корпус плавсредства закреплен от движения вдоль течения водной среды посредством якоря, отличающееся тем, что корпус плавсредства закреплен от движения вдоль течения водной среды дополнительно посредством тросов с трубками и выполнен с по меньшей мере одной сквозной выемкой, в которой установлена по меньшей мере одна подвижная плоская прямоугольная опора для крепления колонны, в которой посредством разъемного соединения установлен ствол с лопастями, расположенный внутри колонны, отделяющей фильтрованную морскую воду от нефильтрованной и закреплённой за счет тросов с трубками ко дну водной среды, причем колонна и ствол выполнены из соединенных через муфту труб, при этом на палубе плавсредства установлены упомянутый опорный подшипник для крепления ствола и поддержания его вращения без соприкосновения с колонной, фильтр морской воды, коробка передач, генератор электроэнергии и блок управления, а также вышка или кран с двигателем, выполненный с возможностью обеспечения спуска/подъема колонны и ствола и перемещения по упомянутой палубе плавсредства, причем генератор электроэнергии соединен со стволом посредством коробки передач.1. A device for generating electricity in the aquatic environment, containing a floating craft, a barrel with blades, an electric power generator connected to the barrel, a thrust bearing for attaching the barrel, located at its upper end, a clutch, while the blades are made with the possibility of delaying the flow of water on one side and washing with water on the other hand, and the body of the floating craft is fixed from movement along the flow of the aquatic environment by means of an anchor, characterized in that the body of the floating craft is secured from movement along the flow of the aquatic environment additionally by means of cables with tubes and is made with at least one through recess, in which at least one movable flat rectangular support is installed for attaching the column, in which, by means of a detachable connection, a shaft with blades is installed, located inside the column separating filtered sea water from unfiltered and fixed by cables with tubes to the bottom of the aquatic environment, wherein the column and shaft are made of pipes connected through a coupling, while the said support bearing is installed on the deck of the floating craft for attaching the shaft and supporting its rotation without contact with the column, a sea water filter, a gearbox, an electric power generator and a control unit, as well as a derrick or a crane with an engine, made with the possibility of lowering / lifting the column and the shaft and moving along the mentioned deck of the floating craft, moreover, the electric power generator is connected to the shaft by means of a gearbox. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что лопасти расположены на двух, трех и более уровнях.2. The device according to claim 1, characterized in that the blades are located on two, three or more levels. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит две подвижные плоские прямоугольные опоры для крепления колонн.3. The device according to claim. 1, characterized in that it contains two movable flat rectangular supports for attaching columns. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вдоль палубы плавсредства выполнены рельсы, обеспечивающие перемещение вышки или крана с двигателем.4. The device according to claim 1, characterized in that rails are made along the deck of the watercraft, ensuring the movement of the tower or crane with the engine.
RU2023100303A 2023-01-11 Device for generating electricity in aquatic environment RU2800340C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2800340C1 true RU2800340C1 (en) 2023-07-20

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU95752U1 (en) * 2009-01-27 2010-07-10 Александр Сергеевич Баделин FLOAT POWER PLANT
CN102490874A (en) * 2011-11-16 2012-06-13 贾正跃 Method for constructing combined platform of floating seawave power generation base and ocean floating airport
CN203098136U (en) * 2013-03-15 2013-07-31 浙江海洋学院 Marine wave auxiliary power generator
KR20140132514A (en) * 2013-05-08 2014-11-18 대우조선해양 주식회사 Tidal current power device
WO2018008798A1 (en) * 2016-07-07 2018-01-11 주식회사 미래에너지 Blade structure for generator
CN113606080A (en) * 2021-08-06 2021-11-05 浙江海洋大学 Efficient ocean power generation platform

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU95752U1 (en) * 2009-01-27 2010-07-10 Александр Сергеевич Баделин FLOAT POWER PLANT
CN102490874A (en) * 2011-11-16 2012-06-13 贾正跃 Method for constructing combined platform of floating seawave power generation base and ocean floating airport
CN203098136U (en) * 2013-03-15 2013-07-31 浙江海洋学院 Marine wave auxiliary power generator
KR20140132514A (en) * 2013-05-08 2014-11-18 대우조선해양 주식회사 Tidal current power device
WO2018008798A1 (en) * 2016-07-07 2018-01-11 주식회사 미래에너지 Blade structure for generator
CN113606080A (en) * 2021-08-06 2021-11-05 浙江海洋大学 Efficient ocean power generation platform

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2018214114B2 (en) Coastal Protection and Wave Generation System
US20130313833A1 (en) Water-powered generator
US20050017513A1 (en) Hydro-power generating system
US7602076B1 (en) Hydro-power generating system and method
US20090022597A1 (en) Apparatus For The Generation Of Power From A Flowing Fluid
US20210246866A1 (en) Systems and methods for hydro-based electric power generation
CA2935485C (en) Hydrokinetic system
CN103498458B (en) A kind of water surface floater interception system
WO2005057006A1 (en) Water turbine capable of being lifted out of the water
KR20230014066A (en) Offshore wind turbine with a fluid supply assembly
GB2445284A (en) A hydro-electric generator arrangement for underwater placement
CA2413850A1 (en) System for the exploitation of tidal- and river current energy
US8002523B2 (en) Turbine system and method for extracting energy from waves, wind, and other fluid flows
RU2800340C1 (en) Device for generating electricity in aquatic environment
WO1999002853A1 (en) Stream turbine
KR20080070179A (en) Simultaneous Power Generation of Small Hydropower and Wind Power
KR101232332B1 (en) Variable location type power plant using tidal current
JP6721886B2 (en) Axial structure of floating body support shaft and floating power generation apparatus having the axial structure of the floating body support shaft
CN203625863U (en) Stopping system for overwater floating objects
US20130333372A1 (en) High-efficiency wind power generators used as hydrokinetic energy converters on bridge and other structures
KR20130110238A (en) Floating hydro power and wind power system
JP2000297737A (en) Power generating system structure boat
CA2694150A1 (en) The helical pathway system and method for harvesting electrical power from water flows using oval helical turbines
JP2004293352A (en) Power generation barge of tidal current power generation apparatus and mooring method of power generation barge
KR101936696B1 (en) Ship type tidal power generator