RU2372518C2 - Hydrogenerator of sea currents - Google Patents

Abstract

FIELD: power engineering. ^ SUBSTANCE: hydrogenerator of sea currents comprises two underwater bodies arranged as spindle-shaped and connected to each other as catamaran with a binding compartment. In front part of each body there is a ring of hydrodynamic speed-up installed for water current with confusor, diffuser, working zone, which represents a cylinder outside, and having convex surface inside, arc inwards. Speedup ring in body is installed on pylons, front and back, horizontal and vertical ones. Pylons in section have hydrodynamic profile, front ones act as confusor, back ones - as diffuser, at speed section between front and back pylons there is a blade hydroturbine installed, being coaxially connected to electric generator via step-up planetary reduction gear. Hydroturbines and electric generators of both bodies have opposite rotation. Emergency plant of double purpose is installed in tail part of bodies. Nose cones of bodies and their binding compartment include nose and stern anchor devices with mechanisms for control of length and force of anchor chain tension. Transfer of produced hydrogen and components of electrolysis is done with the help of replaceable transport means. ^ EFFECT: increased aggregate capacity, efficiency factor and reliability.

Description

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к гидрогенераторам, использующим энергию морских течений и применяемым для выработки электроэнергии в промышленных масштабах с целью уменьшения влияния на окружающую среду традиционных энергоустановок ТЭЦ, ГЭС, АЭС.The invention relates to hydropower, in particular to hydrogenerators using the energy of sea currents and used to generate electricity on an industrial scale in order to reduce the environmental impact of traditional power plants of thermal power plants, hydroelectric power stations, nuclear power plants.

Известно устройство гидрогенератора, включающее механизм преобразования давления воды морского течения во вращательное движение гидропривода, оборудованного лопастями, ступицей, механизмом разворота лопастей, корпусными отсеками, ротором генератора, имеющим диаметр более 50 м, что позволяет достичь нужной скорости прохождения полюсов перед обмотками статора, а статор установлен по всей окружности своего отсека. Фиксация гидрогенератора на месте эксплуатации осуществляется с помощью телескопических шарнирных опор, закрепленных на бетонном блоке, устанавливаемом на морском дне /Пат. 2070987 Российская Федерация, МПК 6 F03B 13/00. Электростанция для использования энергии морского течения./ В.Ф.Шемяков. - №93015110/06; заявл. 23.03.1993; опубл. 27.12.1996/ [1].A device for a hydrogenerator is known, including a mechanism for converting sea water pressure into a rotary motion of a hydraulic drive equipped with blades, a hub, a blade turning mechanism, housing compartments, a generator rotor having a diameter of more than 50 m, which makes it possible to achieve the desired pole passage speed before the stator windings, and the stator installed around the circumference of its compartment. Fixation of the hydrogenerator at the place of operation is carried out using telescopic articulated supports mounted on a concrete block mounted on the seabed / Pat. 2070987 Russian Federation, IPC 6 F03B 13/00. Power plant for using the energy of the sea current. / V.F.Shemyakov. - No. 93015110/06; declared 03/23/1993; publ. 12/27/1996 / [1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве предполагаются габариты электрогенератора диаметром более 50 м и крепление всей установки на телескопических шарнирных опорах, закрепленных на морском дне, на бетонном основании. Такая конструкция гидрогенератора ненадежна, имеет жесткие ограничения по месту установки и практически неосуществима.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device include the fact that the dimensions of the electric generator with a diameter of more than 50 m and the mounting of the entire installation on telescopic articulated supports mounted on the seabed on a concrete base are assumed in the known device. This design of the hydrogenerator is unreliable, has severe restrictions on the installation site and is practically impracticable.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству по совокупности признаков является гидрогенератор морских течений /WO 81/00595 A1, 05.03.1981, F03B 13/10/ [2], принятый за прототип. Данное устройство содержит два подводных корпуса с носовыми обтекателями и лопастными гидротурбинами с горизонтальными осями вращения, совпадающими с направлением морского течения, электрогенераторы, пилоны, якорную систему, а также конфузоры - участки сужения на входе водного потока, и диффузоры - участки расширения на выходе водного потока, при этом в рабочих зонах между конфузорами и диффузорами водный поток обладает наибольшей скоростью и энергоемкостью.The closest device of the same purpose to the claimed device for the totality of signs is a hydrogenerator of sea currents / WO 81/00595 A1, 03/05/1981, F03B 13/10 / [2], adopted as a prototype. This device contains two underwater hulls with nose fairings and vane hydraulic turbines with horizontal axes of rotation that coincide with the direction of the sea current, electric generators, pylons, the anchor system, as well as confusers - narrowing areas at the inlet of the water stream, and diffusers - expansion areas at the outlet of the water stream Moreover, in the working areas between confusers and diffusers, the water flow has the highest speed and energy intensity.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве нет схемы установки турбины в корпусе и схемы передачи ее вращения на генератор; нет внутренней емкости, обеспечивающей плавучесть станции. Такая конструкция гидрогенератора морских течений практически неосуществима и не способна стать альтернативой традиционным энергоустановкам для выработки электроэнергии в промышленных масштабах.For reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted as a prototype, the known device does not have a turbine installation scheme in the housing and a transmission circuit for rotating it to the generator; there is no internal tank that provides buoyancy of the station. Such a design of an offshore hydrogenerator is practically impracticable and is not able to become an alternative to traditional power plants for generating electricity on an industrial scale.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

Заявляемое изобретение направленно на решение задачи повышения надежности работы и увеличения агрегатной мощности гидрогенератора. Этим обеспечивается решение задачи по вовлечению для энергоснабжения потребителей экологически чистых установок, работающих от возобновляемых источников энергии. Кроме этого, устройство способного обеспечить выработку промышленного тока с целью сокращения влияния на окружающую среду традиционных энергоустановок ТЭЦ, ГЭС, АЭС.The claimed invention is directed to solving the problem of increasing the reliability and increasing the aggregate power of a hydrogenerator. This provides a solution to the problem of involving environmentally friendly installations operating from renewable energy sources for energy supply to consumers. In addition, a device capable of generating industrial current in order to reduce the environmental impact of traditional power plants of thermal power plants, hydroelectric power stations, and nuclear power plants.

Технический результат - увеличение агрегатной мощности, КПД и надежности гидрогенератора.The technical result is an increase in aggregate power, efficiency and reliability of the hydrogenerator.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, включающем два подводных корпуса с носовыми обтекателями и лопастными гидротурбинами с горизонтальными осями вращения, совпадающими с направлением морского течения, электрогенераторы, пилоны, якорную систему, а также конфузоры - участки сужения на входе водного потока, и диффузоры - участки расширения на выходе водного потока, при этом в рабочих зонах между конфузорами и диффузорами водный поток обладает наибольшей скоростью и энергоемкостью, особенностью предлагаемого устройства является то, что гидрогенератор снабжен надстройкой управления, причальной площадкой, сменной транспортной емкостью, аварийной установкой, планетарным редуктором, а корпусы выполнены веретенообразными и соединены между собой по типу катамарана связующим отсеком, причем в передней части каждого корпуса смонтировано кольцо гидродинамического разгона водного потока с конфузором, диффузором, рабочей зоной, представляющей собой с наружной стороны цилиндр, с внутренней стороны имеющий выпуклую поверхность, дугой вовнутрь, разгонное кольцо на корпусе установлено на пилонах, передних и задних, горизонтальных и вертикальных, пилоны в сечении имеют гидродинамический профиль, передние действуют как конфузор, задние - как диффузор, на скоростном участке между передними и задними пилонами установлена лопастная гидротурбина, соосно соединенная с электрогенератором через повышающий планетарный редуктор, гидротурбины и электрогенераторы обоих корпусов имеют противоположное вращение, в хвостовой части корпусов установлена аварийная установка двойного назначения, работающая при аварийной обстановке как движитель с приводом от аккумуляторной батареи и как электрогенератор в штатной ситуации, соединенный посредством разъемных муфт с ходовым винтом, выполненным с возможностью работы в режиме гидротурбины, носовые обтекатели корпусов и связующего их отсека включают в себя носовые и кормовые якорные устройства с механизмами регулирования длины и силы натяжения якорной цепи, передача выработанного водорода и компонентов электролиза происходит с помощью сменных транспортных средств.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known device, including two underwater bodies with nose fairings and lobed turbines with horizontal axes of rotation that coincide with the direction of the sea current, electric generators, pylons, anchor system, as well as confusers - sections of narrowing at the entrance water flow, and diffusers - areas of expansion at the outlet of the water stream, while in the working areas between confusers and diffusers the water stream has the highest speed and The power consumption, a feature of the proposed device is that the hydrogenerator is equipped with a control superstructure, a berth platform, a removable transport capacity, an emergency installation, a planetary gear, and the hulls are spindle-shaped and interconnected like a catamaran by a connecting compartment, and a hydrodynamic ring is mounted in the front of each hull acceleration of the water flow with a confuser, a diffuser, a working area, which is a cylinder on the outside, having on the inside a convex surface, an arc inward, an acceleration ring on the body is mounted on pylons, front and rear, horizontal and vertical, the pylons in cross section have a hydrodynamic profile, the front ones act as a confuser, the rear ones as a diffuser, a blade turbine is installed on the high-speed section between the front and rear pylons coaxially connected to the electric generator through a step-up planetary gear reducer, the hydraulic turbines and electric generators of both bodies have opposite rotation, installed in the rear of the cases dual-purpose varicar installation, operating in emergency situations as a propulsion unit driven by a battery and as an electric generator in a normal situation, connected by means of detachable couplings with a spindle made with the possibility of working in a turbine mode, nose cones of the housings and their connecting compartment include nose and feed anchor devices with mechanisms for regulating the length and tension of the anchor chain, the transfer of generated hydrogen and electrolysis components is carried out using these vehicles.

При исследовании отличительных признаков гидрогенератора морских течений не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся использования известных конструкций гидрогенераторов с подводными веретенообразными корпусами, соединенными между собой параллельно по типу катамарана, с двухступенчатым разгонным блоком в носовой части каждого корпуса. В кормовой части каждого корпуса имеется универсальная аварийная установка двойного назначения, которая в аварийной ситуации работает как аварийный движитель с приводом от аккумуляторной батареи, в штатной ситуации - как постоянный гидрогенератор, где винт работает как гидротурбина, со своим разгонным блоком, аналогичным главному электрогенератору, а электродвигатель работает как генератор, постоянно вырабатывающий потребительский ток.In the study of the distinguishing features of the sea current hydrogenerator, no similar solutions were identified regarding the use of known hydrogenerator designs with underwater spindle-shaped bodies connected in parallel with each other like a catamaran with a two-stage accelerating unit in the bow of each body. In the aft part of each hull there is a universal dual-purpose emergency installation, which in an emergency operates as an emergency propulsion unit driven by a battery, in a normal situation - as a permanent hydro generator, where the screw works like a hydraulic turbine, with its accelerating unit similar to the main generator, and the electric motor works as a generator, constantly generating consumer current.

Положительный эффект от использования изобретения заключается в следующем. В носовой части установка имеет блок гидродинамического разгона потока, что увеличивает эффективность отбора энергии и сокращает габариты рабочей гидротурбины; в кормовой части установка имеет универсальное устройство двойного назначения, в аварийной ситуации работающее как движитель, дающий всей установке возможность для маневра, тем самым увеличивая ее надежность и безопасность, в штатной ситуации работающее как дополнительный гидрогенератор, тем самым оправдывая и окупая затраты на изготовление данного устройства.The positive effect of using the invention is as follows. In the bow, the installation has a block of hydrodynamic acceleration of the flow, which increases the efficiency of energy extraction and reduces the dimensions of the working hydraulic turbine; in the aft part, the installation has a universal dual-purpose device, in an emergency operating as a mover, giving the entire installation the ability to maneuver, thereby increasing its reliability and safety, in a normal situation operating as an additional hydrogenerator, thereby justifying and recouping the costs of manufacturing this device .

Принятая схема параллельного соединения подводных веретенообразных корпусов между собой по типу катамарана, в носовой части связующим отсеком, а в кормовой - горизонтальным стабилизатором, позволяет создать надежный несущий корпус, обладающий хорошей остойчивостью, с большим запасом плавучести. Конструкция способна воспринимать все нагрузки в любых направлениях и плоскостях, сбалансировать и нейтрализовать внутри себя все возникающие напряжения, опрокидывающие, разворачивающие и вращательные моменты. Принятая концепция позволяет создать надежный агрегат большой мощности, способный выдерживать экстремальные нагрузки и стать альтернативным источником энергии.The adopted scheme for parallel connection of underwater spindle-shaped bodies to each other in the form of a catamaran, in the bow part of the connecting compartment, and in the stern - horizontal stabilizer, allows you to create a reliable bearing body with good stability, with a large margin of buoyancy. The design is capable of perceiving all loads in any directions and planes, balancing and neutralizing within itself all arising stresses, overturning, unrolling and rotating moments. The adopted concept allows you to create a reliable unit of high power, able to withstand extreme loads and become an alternative source of energy.

Гидрогенератор морских течений устроен следующим образом. Основой всей конструкции служат два подводных веретенообразных корпуса, параллельно соединенных между собой по типу катамарана соединительным отсеком. В носовой части каждого корпуса установлено кольцо разгонного устройства, с наружной стороны представляющее собой цилиндр, с внутренней стороны в сечении имеет гидродинамический профиль с дугой вовнутрь. Разгонный блок на корпусе устанавливается на передних и задних, горизонтальных и вертикальных пилонах, связующих в одно целое носовой обтекатель, цилиндр разгонного блока и основной корпус установки. Передняя обтекаемая часть подводного корпуса вместе с дугой разгонного блока создают на входе участок сужения сопла - конфузор, на выходе расширяющийся участок - диффузор. Между ними - кольцевая рабочая зона, в которой водный поток обладает наибольшей скоростью и энергоемкостью. В рабочей зоне между передними и задними пилонами, на разъемных муфтах, устанавливается главная рабочая лопастная гидротурбина. Разгонный блок со скоростным участком позволяет сконцентрировать энергию потока в наименьшем сечении и сократить габариты лопастей гидротурбины. Ступица гидротурбины вписана в гидродинамический профиль корпуса, имеет значительный объем, дающий возможность создать гидротурбину с положительной плавучестью, снять с опорных подшипников воздействие массы гидротурбины, одновременно увеличить плечо приложения сил и позволяющий разместить в ступице механизмы разворота (флюгирования) лопастей, - все это увеличивает надежность и мощность гидротурбины. Пилоны в сечении имеют гидродинамический профиль и действуют: передние - как дополнительный конфузор, задние - как диффузор, что усиливает эффект скоростного участка. Главная гидротурбина с горизонтальной осью вращения соосно соединена с главным электрогенератором через планетарный редуктор, повышающий обороты для нормальной работы генератора. Ось вращения гидротурбины совпадает с направлением морского течения. Главные корпусы в носовой части, в районе разгонных колец, соединены обтекаемым отсеком, который воспринимает и погашает вращающие моменты, возникающие при работе электрогенераторов, вращающихся в противоположных направлениях. В соединительном отсеке размещаются электролизерная установка, якорное устройство, балластная система. На обечайке главных разгонных колец, над передними и задними вертикальными пилонами, устанавливаются колонны, на которые монтируется надстройка управления всей установкой. Высота колонн должна обеспечить глубину погружения главных корпусов ниже уровня воздействия волн и поднять надстройку выше уровня волн при любой погоде. Надстройка оснащается главным пультом управления, силовой, управляющей и контролирующей системами, бытовыми и складскими помещениями, пожарной и спасательной службами, гидро- и метеостанциями, вертолетной и причальной площадками, погрузо-разгрузочными механизмами. В колоннах и пилонах устанавливаются лифты обслуживания и аварийные выходы (на схеме не указаны). Главный корпус имеет удлиненный кормовой отсек, позволяющий разместить в нем все механизмы, а также нейтрализовать опрокидывающий момент, возникающий при воздействии ветровой нагрузки на надстройку управления. В корпусе размещаются опорный и упорный подшипники главной гидротурбины, повышающий планетарный редуктор, главный электрогенератор, шлюзовой и резервные отсеки, балластная и якорная системы, аккумуляторный отсек. В кормовой оконечности корпуса монтируется универсальное аварийное устройство, состоящее из аккумуляторной батареи, обратимого ходового винта, обратимого генератора, опорного и упорного подшипников, разъемных муфт, разгонного блока, аналогичного главному разгонному устройству. Аварийное устройство способно работать как движитель всей установки и дает возможность в аварийной ситуации (в частности, при срыве с якорной стоянки) придать ей маневренность и предотвратить возможные катастрофические последствия, что повышает надежность и безопасность всего гидрогенератора. В штатной ситуации ходовой винт работает как лопастная гидротурбина, а электромотор - как электрогенератор для выработки потребительского тока, что оправдывает и окупает усложнение всей конструкции.The hydrogenerator of sea currents is arranged as follows. The basis of the entire design are two underwater spindle-shaped cases parallel connected to each other by the type of catamaran with a connecting compartment. In the bow of each case there is a ring of the booster device, which is a cylinder on the outside, and has a hydrodynamic profile with an arc inward in the cross section on the inside. The booster block on the body is mounted on the front and rear, horizontal and vertical pylons, connecting the nose cone, the booster cylinder and the main body of the unit. The front streamlined part of the underwater casing together with the arc of the booster block create a nozzle narrowing section at the inlet — a confuser, and an expanding section at the outlet — a diffuser. Between them is an annular working zone in which the water flow has the highest speed and energy intensity. In the working area between the front and rear pylons, on detachable couplings, the main working blade turbine is installed. The accelerating unit with a high-speed section allows you to concentrate the flow energy in the smallest section and reduce the dimensions of the turbine blades. The hub of the turbine is inscribed in the hydrodynamic profile of the casing, it has a significant volume, which makes it possible to create a hydroturbine with positive buoyancy, remove the influence of the mass of the turbine from the thrust bearings, at the same time increase the shoulder of the application of forces and allow the blades to be rotated (feathering) in the hub - all this increases the reliability and turbine power. The cross-section pylons have a hydrodynamic profile and act: the front ones as an additional confuser, the rear ones as a diffuser, which enhances the effect of the high-speed section. The main hydraulic turbine with a horizontal axis of rotation is coaxially connected to the main generator through a planetary gearbox, which increases the speed for normal operation of the generator. The axis of rotation of the hydraulic turbine coincides with the direction of the sea current. The main buildings in the bow, in the region of the acceleration rings, are connected by a streamlined compartment that senses and extinguishes the torques arising from the operation of electric generators rotating in opposite directions. In the connecting compartment there is an electrolyzer installation, an anchor device, a ballast system. On the side of the main booster rings, above the front and rear vertical pylons, columns are installed on which the superstructure for controlling the entire installation is mounted. The height of the columns should provide the immersion depth of the main buildings below the level of wave impact and raise the superstructure above the level of waves in any weather. The superstructure is equipped with a main control panel, power, control and monitoring systems, domestic and storage facilities, fire and rescue services, hydro and weather stations, helipads and berths, loading and unloading mechanisms. Service columns and emergency exits (not shown in the diagram) are installed in columns and pylons. The main building has an elongated aft compartment, which allows you to place all the mechanisms in it, as well as to neutralize the overturning moment that occurs when the wind load affects the control superstructure. The housing accommodates the thrust and thrust bearings of the main hydraulic turbine, increasing planetary gear, the main electric generator, lock and backup compartments, ballast and anchor systems, and the battery compartment. In the aft end of the hull, a universal emergency device is mounted, consisting of a battery, a reversible lead screw, a reversible generator, thrust and thrust bearings, split couplings, an acceleration unit similar to the main acceleration device. The emergency device is able to work as the mover of the entire installation and makes it possible in an emergency situation (in particular, when breaking from the anchorage) to give it maneuverability and prevent possible catastrophic consequences, which increases the reliability and safety of the entire hydro generator. In a normal situation, the lead screw works like a blade turbine, and the electric motor acts as an electric generator to generate consumer current, which justifies and pays for the complexity of the entire structure.

Между кормовыми разгонными блоками обоих корпусов устанавливается горизонтальный стабилизатор со своей балластной системой, применяемый для коррекции остойчивости всей установки в продольно-вертикальной плоскости. Передача выработанного водорода и других компонентов электролиза, входящих в состав морской воды, осуществляется с помощью сменных транспортных средств, ошвартованных к причальным площадкам и сменяемых по мере наполнения.A horizontal stabilizer with its ballast system is installed between the feed booster blocks of both hulls, which is used to correct the stability of the entire installation in a longitudinally vertical plane. Generated hydrogen and other electrolysis components that make up the seawater are transferred using interchangeable vehicles moored to berths and replaced as they are filled.

В случае если поверхностное течение вместе с установкой находятся в относительной близости от береговой линии, то возможна передача электроэнергии на берег подводным силовым кабелем, уложенным на дно. Установка крепится к морскому дну в носовой и кормовой частях системой якорей с механизмами регулирования длины и силы натяжения цепи. Кормовые якоря нейтрализуют разворачивающий момент при боковом штормовом воздействии на надстройку управления.If the surface current together with the installation are in relative proximity to the coastline, it is possible to transfer electricity to the coast by an underwater power cable laid to the bottom. The installation is attached to the seabed in the bow and stern by an anchor system with mechanisms for regulating the length and tension of the chain. Aft anchors neutralize the turning moment during a lateral storm impact on the control superstructure.

На чертежах представлено: на фиг.1 изображен общий вид гидрогенератора, где 1 - главный веретенообразный корпус, 2 - лопастная гидротурбина, 3 - кольцо разгонного блока, 4 - конфузор, 5 - диффузор, 6 - гидродинамический профиль корпуса, 7 - передние вертикальные и горизонтальные пилоны, 8 - задние вертикальные и горизонтальные пилоны, 9 - рабочая зона лопастной гидротурбины, 10 - надстройка управления, 11 - причальная площадка, 12 - сменные транспортные емкости, 13 - якорная система, 14 - подводный кабель, 15 - аварийная установка, 16 - обратимая вспомогательная гидротурбина - ходовой винт, 17 - конфузор хвостовой части гидрогенератора, 18 - диффузор хвостовой части гидрогенератора.The drawings show: in Fig. 1, a general view of the hydrogenerator is shown, where 1 is the main spindle-shaped body, 2 is a bladed hydraulic turbine, 3 is an acceleration block ring, 4 is a confuser, 5 is a diffuser, 6 is a hydrodynamic profile of the body, 7 are front vertical and horizontal pylons, 8 - rear vertical and horizontal pylons, 9 - working area of a bladed hydraulic turbine, 10 - superstructure, 11 - berth platform, 12 - removable transport tanks, 13 - anchor system, 14 - underwater cable, 15 - emergency installation, 16 - reversible auxiliary gy droturbine - lead screw, 17 - cone of the tail of the hydrogenerator, 18 - diffuser of the tail of the hydrogenerator.

На фиг.2 изображен вид гидрогенератора сверху: 19 - механизмы регулирования длины и силы натяжения цепи, 20 - разъемные муфты, 21 - планетарный редуктор, 22 - главный электрогенератор, 23 - шлюзовой отсек, 24 - аккумуляторная батарея, 25 - вал гидротурбины, 26 - разгонный участок аварийной установки, 27 - соединительный отсек, 28 - электролизерная установка, 29 - горизонтальный стабилизатор, 30 - обратимый генератор, 31 - колонна надстройки, 32 - опорный и упорный подшипники.Figure 2 shows a top view of the hydrogenerator: 19 - mechanisms for regulating the length and tension of the chain, 20 - detachable couplings, 21 - planetary gear, 22 - main power generator, 23 - lock compartment, 24 - battery, 25 - turbine shaft, 26 - the upper stage of the emergency installation, 27 - the connecting compartment, 28 - electrolysis installation, 29 - horizontal stabilizer, 30 - reversible generator, 31 - superstructure column, 32 - thrust and thrust bearings.

На фиг.3 изображен вид гидрогенератора спереди, где 2 - лопастная гидротурбина, 7 - передние вертикальный и горизонтальный пилоны, 10 - надстройка управления, 11 - причальная площадка, 12 - сменные транспортные емкости, 13 - якорная система, 27 - соединительный отсек, 28 - электролизерная установка.Figure 3 shows a front view of the hydrogenerator, where 2 is a bladed hydraulic turbine, 7 is the front vertical and horizontal pylons, 10 is a control superstructure, 11 is a berth platform, 12 are removable transport tanks, 13 is an anchor system, 27 is a connecting compartment, 28 - electrolyzer installation.

Гидрогенератор морских течений работает следующим образом.Hydrogen generator of sea currents works as follows.

Изготовленный гидрогенератор транспортируют на заранее разведанное и подготовленное место постоянной якорной стоянки методом буксировки с зафлюгированными лопастями всех гидротурбин, устанавливают на якоря и фиксируют на расчетной глубине, строго ориентированным по направлению водного потока так, чтобы оси главного веретенообразного корпуса 1 и лопастной гидротурбины 2 совпадали с этим потоком.The fabricated hydrogenerator is transported to a previously explored and prepared permanent anchorage place by towing with the plowed blades of all hydraulic turbines, mounted on anchors and fixed at a calculated depth strictly oriented in the direction of the water flow so that the axes of the main spindle-shaped body 1 and the bladed hydraulic turbine 2 coincide with this flow.

Водный поток входит в переднее входное сопло 4 конфузора, образованное внутренней гидродинамической поверхностью разгонного кольца 3 и гидродинамическим профилем корпуса 6, пилонами 7, 8 главного веретенообразного корпуса 1. Сужающаяся конфузорная часть по закону гидродинамики придает потоку ускорение, обратно пропорциональное степени сужения входной и выходной частей сопла - конфузора, или на сколько уменьшается сечение кольцевого сопла относительно входного сечения, на столько увеличивается скорость водного потока. В наименьшем сечении рабочей зоны лопастной гидротурбины 9, в котором установлена лопастная гидротурбина 2, поток разгоняется до наибольшей расчетной скорости, обладая наибольшей энергоемкостью. В рабочей зоне лопастной гидротурбины 9 потенциальная энергия водного потока, воздействуя на лопасти гидротурбины 2, преобразуется в механическую работу вращения гидротурбины, вал которой передает эту работу главному электрогенератору 22, преобразующему механическую работу гидротурбины в электроэнергию.The water flow enters the front inlet nozzle 4 of the confuser, formed by the internal hydrodynamic surface of the acceleration ring 3 and the hydrodynamic profile of the housing 6, pylons 7, 8 of the main spindle-shaped housing 1. The tapering confuser part according to the law of hydrodynamics gives the flow an acceleration inversely proportional to the degree of narrowing of the input and output parts nozzle - confuser, or how much the cross section of the annular nozzle decreases relative to the inlet section, the speed of the water flow is so much increased. In the smallest section of the working zone of the blade hydraulic turbine 9, in which the blade hydraulic turbine 2 is installed, the flow accelerates to the highest rated speed, having the highest energy intensity. In the working area of the blade turbine 9, the potential energy of the water flow, acting on the blades of the turbine 2, is converted into the mechanical work of rotation of the turbine, the shaft of which transfers this work to the main generator 22, which converts the mechanical work of the turbine into electricity.

Пуск в работу установки осуществляется следующим образом.The start-up of the installation is as follows.

При плавном изменении угла установки лопастей гидротурбины 2 под воздействием водного потока начинается ее вращение вместе с валом гидротурбины 25, опорными и упорными подшипниками 32, разъемными муфтами 20, планетарным редуктором 21, главным электрогенератором 22. Достигнув расчетной скорости вращения, включается система возбуждения тока главного электрогенератора 22, который начинает вырабатывать потребительский ток. В результате всех этих действий лопастная гидротурбина 2 с главным электрогенератором 22 выходят на режим штатной работы.With a smooth change in the angle of installation of the blades of the turbine 2 under the influence of the water flow, its rotation begins together with the shaft of the turbine 25, thrust and thrust bearings 32, split couplings 20, a planetary gear 21, the main generator 22. Having reached the calculated rotation speed, the current excitation system of the main generator 22, which begins to generate consumer current. As a result of all these actions, the blade turbine 2 with the main electric generator 22 enter the normal operation mode.

В хвостовой части корпусов установлено аварийное устройство 15, выполняющее двойное назначение. В штатной ситуации устройство работает как гидрогенератор, аналогично главному гидрогенератору. В разгонном участке аварийной установки 26, образованной конфузором хвостовой части гидрогенератора 17 и диффузором хвостовой части гидрогенератора 18, ускоренный водный поток воздействует на обратимую вспомогательную гидротурбину 16 через систему разъемных муфт 20, вращает обратимый генератор 30 и вырабатывает потребительский ток.In the rear of the housings installed emergency device 15, performing a dual purpose. In a normal situation, the device operates as a hydrogenerator, similar to the main hydrogenerator. In the upper stage of the emergency installation 26, formed by the confuser of the tail of the hydrogenerator 17 and the diffuser of the tail of the hydrogenerator 18, the accelerated water flow acts on the reversible auxiliary turbine 16 through a system of split couplings 20, rotates the reversible generator 30 and generates consumer current.

В аварийной ситуации, в частности при срыве с якорной постановки, аварийная установка 15 переводится в режим движителя. В этом случае обратимая вспомогательная гидротурбина 16 переводится на работу в режиме ходового винта, а обратимый генератор 30 переводится в режим электромотора, получающего энергию от аккумуляторной батареи 24. При этом вся установка получает возможность двигаться и маневрировать, таким образом, избегая вероятных катастрофических последствий. Развороты установки осуществляются переменным включением ходовых винтов или их переходом на режим работы в «раздрай».In an emergency, in particular when breaking from the anchor setting, emergency installation 15 is transferred to the propulsion mode. In this case, the reversible auxiliary hydraulic turbine 16 is put into operation in the lead screw mode, and the reversible generator 30 is put into electric motor mode, which receives energy from the battery 24. In this case, the entire installation is able to move and maneuver, thus avoiding possible catastrophic consequences. U-turns of the installation are carried out by the variable switching on of the spindles or their transition to the operating mode in the “tear”.

В экстремальной ситуации горизонтальный стабилизатор 29 корректирует возможные отклонения установки от направления водного потока в продольно-вертикальной плоскости. При штормовом воздействии на надстройку управления 10, смонтированную на колоннах надстройки 31 большой высоты и имеющую большое плечо разворота, с носовой стороны возникает опрокидывающий момент, под воздействием которого кормовая часть всей установки начинает погружаться, при этом ось корпуса смещается с направления водного потока вниз, в результате такого воздействия ухудшается режим работы всех гидротурбин и перераспределяются нагрузки на якорную систему 13. Для нейтрализации этих последствий продувается балластная система стабилизатора 29, он получает дополнительную плавучесть, всплывает и восстанавливает штатный режим работы.In an extreme situation, the horizontal stabilizer 29 corrects possible deviations of the installation from the direction of the water flow in a longitudinally vertical plane. During a storm impact on the control superstructure 10 mounted on the columns of the superstructure 31 and having a large turn arm, a tilting moment arises from the bow, under the influence of which the aft part of the entire installation begins to sink, while the hull axis is shifted downward from the direction of water flow as a result of such an impact, the operation mode of all hydraulic turbines deteriorates and the loads on the anchor system are redistributed 13. To neutralize these consequences, the ballast system is blown stable mash 29, he gets an extra buoyancy floats and restores the normal mode of operation.

При штормовом воздействии на надстройку управления 10 с кормовой стороны установки возникает опрокидывающий момент в противоположном направлении, кормовая часть стремится подняться, нарушается режим работы всех гидротурбин и перераспределяются нагрузки на якорную систему 13. Для восстановления нормального режима работы горизонтальный стабилизатор 29 принимает балласт, утрачивает плавучесть, опускается и нейтрализует отрицательные воздействия шторма.During a storm impact on the control superstructure 10, a tipping moment occurs in the opposite direction from the aft side of the installation, the aft part tends to rise, the operation mode of all hydraulic turbines is violated and the loads on the anchor system are redistributed 13. To restore normal operation, the horizontal stabilizer 29 receives ballast and loses buoyancy, sinks and neutralizes the negative effects of the storm.

При боковом воздействии шторма на надстройку возникает разворачивающий момент вокруг якорной системы 13, при этом половина подветренных якорных устройств якорной системы 13 выводится из-под нагрузки, которая перераспределяется на наветренные якорные устройства, а ось установки стремится сместиться с направления водного потока. Коррекция нагрузки на якоря и смещения оси производится механизмами регулирования длины и силы натяжения цепи 19. Учитывая сложность и непредсказуемость штормового воздействия, пространственная коррекция, перераспределение нагрузок на якоря и управление плавучестью всей установки должны осуществляться автоматической системой обеспечения живучести в автоматическом режиме (на схеме не указана).With the lateral impact of the storm on the superstructure, a turning moment occurs around the anchor system 13, while half of the leeward anchor devices of the anchor system 13 are removed from the load, which is redistributed to the windward anchor devices, and the installation axis tends to shift from the direction of the water flow. Correction of the load on the anchors and axis offsets is carried out by mechanisms for regulating the length and tension force of the chain 19. Given the complexity and unpredictability of the storm impact, spatial correction, redistribution of loads on the anchors and buoyancy control of the entire installation should be carried out by an automatic survivability system in automatic mode (not shown in the diagram )

Шлюзовой отсек 23 предназначен для ремонтных работ в подводном положении и замены узлов разъемной муфты 20, планетарного редуктора 21, главного электрогенератора 22, аккумуляторной батареи 24, обратимого генератора 30.The airlock compartment 23 is intended for repair work in the underwater position and replacement of the assemblies of the detachable clutch 20, the planetary gear 21, the main generator 22, the battery 24, the reversible generator 30.

Использование выработанной электроэнергии и передача ее потребителю осуществляется следующими способами. В случае если поверхностное течение вместе с установкой находятся в относительной близости от береговой линии, то возможна передача электроэнергии на берег подводным кабелем 14, уложенным на дно.The use of generated electricity and its transfer to the consumer is carried out in the following ways. If the surface current together with the installation are in relative proximity to the coastline, it is possible to transfer electricity to the coast with an underwater cable 14 laid on the bottom.

Если гидрогенератор находится далеко от береговой линии, то электроэнергия используется непосредственно на борту с помощью электролизерной установки 28 для электролиза воды и получения ее составляющих - водорода, кислорода и других компонентов морской воды. Передача продукции электролиза осуществляется специальными сменными транспортными емкостями 12, ошвартованными к причальным площадкам 11.If the hydrogenerator is far from the coastline, then the electricity is used directly on board using the electrolysis unit 28 for electrolysis of water and to obtain its components - hydrogen, oxygen and other components of sea water. The transfer of electrolysis products is carried out by special removable transport tanks 12, moored to the berths 11.

Преимущество изобретения состоит в том, что принятая схема параллельного соединения подводных веретенообразных корпусов между собой по типу катамарана, в носовой части - связующим отсеком, в кормовой - горизонтальным стабилизатором, позволяет создать надежный несущий корпус, обладающий хорошей остойчивостью, с большим запасом плавучести. Конструкция способна воспринимать все нагрузки в любых направлениях и плоскостях, сбалансировать и нейтрализовать внутри себя все возникающие напряжения и вращательные моменты. Наличие разгонного блока позволяет освоить энергию водного потока с максимальной эффективностью. Наличие обратимого (движитель-генератор) аварийного устройства повышает надежность агрегата и оправдывает затраты на изготовление данного устройства. Наличие якорной системы с механизмами автоматического регулирования длины и нагрузки на якорную цепь позволяют нейтрализовать опрокидывающие и разворачивающие моменты при штормовом воздействии на надстройку управления. Принятая концепция позволяет создать надежный агрегат большой мощности, способный выдерживать экстремальные нагрузки и стать альтернативным источником энергии.An advantage of the invention is that the adopted scheme for parallel connection of underwater spindle-shaped bodies to each other as a catamaran, in the bow as a connecting compartment, in the stern as a horizontal stabilizer, allows you to create a reliable bearing body with good stability, with a large buoyancy margin. The design is capable of perceiving all loads in any directions and planes, balancing and neutralizing within itself all arising stresses and rotational moments. The presence of a booster block allows you to master the energy of the water stream with maximum efficiency. The presence of a reversible (propulsion generator) emergency device increases the reliability of the unit and justifies the cost of manufacturing this device. The presence of the anchor system with mechanisms for automatically controlling the length and load on the anchor chain allows you to neutralize tipping and unrolling moments during a storm impact on the control superstructure. The adopted concept allows you to create a reliable unit of high power, able to withstand extreme loads and become an alternative source of energy.

Claims (1)

Гидрогенератор морских течений, включающий два подводных корпуса с носовыми обтекателями и лопастными гидротурбинами с горизонтальными осями вращения, совпадающими с направлением морского течения, электрогенераторы, пилоны, якорную систему, а также конфузоры - участки сужения на входе водного потока и диффузоры - участки расширения на выходе водного потока, при этом в рабочих зонах между конфузорами и диффузорами водный поток обладает наибольшей скоростью и энергоемкостью, отличающийся тем, что гидрогенератор снабжен надстройкой управления, причальной площадкой, сменной транспортной емкостью, аварийной установкой, планетарным редуктором, а корпуса выполнены веретенообразными и соединены между собой по типу катамарана связующим отсеком, причем в передней части каждого корпуса смонтировано кольцо гидродинамического разгона водного потока с конфузором, диффузором, рабочей зоной, представляющей собой с наружной стороны цилиндр, с внутренней стороны имеющий выпуклую поверхность дугой вовнутрь, разгонное кольцо на корпусе установлено на пилонах, передних и задних, горизонтальных и вертикальных, пилоны в сечении имеют гидродинамический профиль, передние действуют как конфузор, задние - как диффузор, на скоростном участке между передними и задними пилонами установлена лопастная гидротурбина, соосно соединенная с электрогенератором через повышающий планетарный редуктор, гидротурбины и электрогенераторы обоих корпусов имеют противоположное вращение, в хвостовой части корпусов установлена аварийная установка двойного назначения, работающая при аварийной обстановке как движитель с приводом от аккумуляторной батареи и как электрогенератор в штатной ситуации, соединенный посредством разъемных муфт с ходовым винтом, выполненным с возможностью работы в режиме гидротурбины, носовые обтекатели корпусов и связующего их отсека включают в себя носовые и кормовые якорные устройства с механизмами регулирования длины и силы натяжения якорной цепи, передача выработанного водорода и компонентов электролиза происходит с помощью сменных транспортных средств. Sea current hydrogenerator, including two underwater hulls with nose cones and turbine blades with horizontal axes of rotation that coincide with the direction of the sea current, electric generators, pylons, the anchor system, as well as confusers - narrowing sections at the inlet of the water flow and diffusers - expansion sections at the outlet of the water flow, while in the working areas between confusers and diffusers the water flow has the highest speed and energy intensity, characterized in that the hydrogenerator is equipped with a superstructure control phenomena, mooring platform, removable transport capacity, emergency installation, planetary gearbox, and the hulls are spindle-shaped and interconnected like a catamaran with a connecting compartment, and in the front of each hull there is a ring of hydrodynamic acceleration of the water flow with a confuser, a diffuser, a working area representing a cylinder on the outside, on the inside having a convex surface with an arc inward, an acceleration ring on the body is mounted on pylons, front and rear, horizontal and vertical, the pylons in cross section have a hydrodynamic profile, the front ones act like a confuser, the rear ones like a diffuser, a blade hydraulic turbine is installed on the high-speed section between the front and rear pylons, coaxially connected to the electric generator through a planetary gearbox, the turbines and electric generators of both bodies have opposite rotation , a dual-purpose emergency installation is installed in the rear of the hulls, operating in emergency situations as a battery driven propulsion unit the battery and as an electric generator in a normal situation, connected by means of detachable couplings with a lead screw configured to operate in a hydraulic turbine, the nose fairings of the hulls and the compartment connecting them include bow and stern anchor devices with mechanisms for regulating the length and tension of the anchor chain, The transfer of generated hydrogen and electrolysis components occurs using interchangeable vehicles.

Images