Устройство для генерирования электроэнергии и система для генерирования электроэнергии

Группа изобретений относится к устройству для генерирования электроэнергии. Устройство 3 выполнено с возможностью транспортировки в качестве установки с производственного объекта в местоположение конечного использования для размещения в водоеме или близ водоема в качестве свободно стоящей установки и содержит камеру 5, имеющую основание 7, цилиндрическую боковую стенку 13, впускное и выпускное отверстия 15 и 17 для воды. Отверстие 15 расположено под внутренним углом к цилиндрической внутренней поверхности стенки 13 так, что при использовании вода протекает внутри камеры 5 по спиральному пути вокруг центрального вала и вниз к отверстию 17 в основании камеры 5. Устройство также содержит роторную установку, содержащую вал и ротор с лопатками, электрогенератор 25, связанный с роторной установкой, и опорную конструкцию, содержащую несколько опорных элементов в форме ножек. Группа изобретений направлена на создание устройства для генерирования электроэнергии, которое подходит для среднегабаритных систем и является транспортируемым. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 14 ил.

 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к устройству для генерирования электроэнергии.

ОПИСАНИЕ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

В опубликованной международной заявке на патент WO 00/23708 от имени заявителя раскрыто изобретение гидроприводного устройства для генерирования электроэнергии. Устройство использует энергию воды, текущей в вихре, причем энергия является результатом сочетания факторов, в том числе силы Кориолиса, вызванной вращением Земли. Эта энергия, которую можно описать как кинетическую энергию вращения, отличается от энергии, генерируемой посредством падения воды.

В презентации «The Kouris Centri Turbine Generator)) (см. http://web.arohive.org/web/20130726230522/http://kourispower.com/wpcontent/uploads/pip.pdf, слайд 4) описано вихреприводное устройство для генерирования электроэнергии. Данное устройство представляет собой постоянное сооружение, расположенное в русле и действующее в качестве водной преграды или установленное на трубопроводе. Ввиду своей массивности или наличия фундаментального трубопровода устройство является свободно стоящей установкой, но при этом не является транспортируемым. Соответственно, недостатками такого известного устройства являются его большой размер и необходимость выполнения значительного объема проектно-конструкторских работ для размещения и поддержания устройства на дне водоема или на грунте вблизи водоема. Такое устройство не может быть подвергнуто транспортировке после его установки на месте.

В отношении изобретения заявитель осуществил значительную научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работу, и часть этой работы была сосредоточена на разработке устройства, которое можно рационально и эффективно производить, транспортировать и устанавливать в широком диапазоне водоемов или близ них, и которое может работать в течение длительных промежутков времени с минимальным техническим обслуживанием.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение, описываемое заявителем в качестве изобретения KСТ Mark 2, предусматривает устройство для генерирования электроэнергии, которое выполнено для расположения в водоеме или близ водоема и содержит камеру, имеющую основание, боковую стенку, проходящую от основания, впускное отверстие для воды и выпускное отверстие для воды, роторную установку, имеющую вал и ротор, установленный на вале, и выполненную с возможностью вращения в камере в ответ на поток воды через камеру, и электрогенератор, связанный с роторной установкой для генерирования электроэнергии в ответ на вращение ротора. Размеры впускного отверстия, выпускного отверстия и камеры, и положения впускного отверстия, выпускного отверстия и ротора выбраны для способствования образованию вихря внутри камеры при расположении устройства в процессе использования в водоеме или близ водоема и наличии потока воды через камеру от впускного отверстия к выпускному отверстию.

Водоем может представлять собой любое одно или более одного из следующего: озеро, пруд, река, ручей, протока, канал или любой другой водный путь.

Устройство простое в производстве, транспортировке и установке. Камеру и другие компоненты устройства можно изготавливать из любых подходящих материалов. Устройство имеет несложную конструкцию, устойчивую к внешним воздействиям, надежную и требующую минимального технического обслуживания. Устройство выполнено для того, чтобы представлять собой свободно стоящую установку внутри водоема или близ водоема, в водном пути или близ водного пути, внутри закрытого водовода или близ закрытого водовода. Устройство может иметь любой подходящий размер в зависимости от диапазона факторов, включая, без ограничения, водоем, расположению в котором или размещению близ которого подлежит этот устройство, требования к электрической мощности устройства. Один, но не единственный, характерный признак устройства, частично связанный со способом, с помощью которого устройство приводится в действие за счет потока воды, является то, что в водном пути или близ водного пути, такого, как река или канал, можно расположить ряд устройств вдоль длины секции водного пути и/или по ширине водного пути с минимальным воздействием на поток воды вдоль водного пути. Поэтому в мелкомасштабных операциях можно использовать единственную относительно небольшую установку, которая может быть произведена на производственном объекте, а затем без значительных проблем транспортирована с производственного объекта в местоположение конечного использования, а в операциях большего масштаба можно использовать несколько устройств такого же размера без создания проблем для потока воды в водном пути.

Размеры впускного отверстия, выпускного отверстия и камеры, а также положения впускного отверстия, выпускного отверстия и ротора могут быть выбраны для способствования образованию вихря внутри камеры, т.е. вихря в виде нескольких витков воды вниз по высоте камеры между впускным отверстием и выпускным отверстием.

Для того чтобы устройство могло генерировать электроэнергию, нет необходимости в значительной скорости потока воды в водоеме. Изобретение полагается на образование внутри камеры вихря. Для образования вихря требуется поток воды через камеру и конструкции камеры, способствующий образованию вихря. После образования вихря энергия, которую можно извлекать из движения вихря, соотносится с массой воды, движущейся в вихре в камере, а не просто со скоростью потока воды в камеру и из нее.

Устройство может эффективно действовать в диапазоне скоростей потока воды в водоеме от, по существу, отсутствия потока до высоких скоростей потока.

В фазе запуска устройства, когда камера изначально пуста, а регулирующие клапаны для впускного отверстия и выпускного отверстия избирательно открыты, уровень воды в камере поднимается до точки, при которой в камере образуется вихрь. На вихрь указывает коническое воздушное пространство внутри камеры, проходящее вниз к выпускному отверстию, при этом вода в камере протекает по одному или нескольким виткам воды вниз по высоте камеры между впускным отверстием и выпускным отверстием. Когда в камере возникает устойчивый вихрь, настраивают должным образом регулирующие клапаны.

Для того чтобы способствовать образованию вихря в камере, боковая стенка может иметь цилиндрическую внутреннюю поверхность.

Для того чтобы способствовать образованию вихря в камере, камера может содержать образования, такие как лопатки и/или направляющие перегородки. Эти образования могут поддерживаться стенкой и/или основанием или являться их частью.

Устройство может содержать конструкцию, выполненную для поддерживания и расположения устройства в водоеме или на грунте, или в грунте близ водоема.

Опорная конструкция может содержать несколько элементов, таких как ножки, которые при использовании устройства проходят вниз от основания и выполнены для расположения устройства на дне водоема или на грунте, или в грунте близ водоема.

Опорная конструкция может содержать каркас, выполненный для поддерживания других компонентов устройства.

Каркас может быть образован для удерживания основания и боковой стенки камеры.

Для поддерживания камеры, каркас может содержать несколько элементов под основанием камеры.

Роторная установка может быть размещена так, чтобы вал был расположен в камере по центру.

Ротор может содержать несколько лопаток, проходящих в радиальном направлении наружу от вала к боковой стенке.

Лопатки могут представлять собой изогнутые лопатки. Лопатки могут иметь и любой другой подходящий профиль.

Каждая лопатка может быть выгнута в обратном направлении от внутренней кромки, соединенной с валом, и наружной кромки.

Лопатки могут быть вогнутыми при рассмотрении в направлении потока воды внутри камеры.

Впускное отверстие может содержать регулирующий потока клапан для регулировки потока воды в камеру через впускное отверстие.

Впускное отверстие может находиться в боковой стенке.

Впускное отверстие может находиться в верхней секции боковой стенки.

Впускное отверстие и лопатки могут быть размещены друг относительно друга так, чтобы при использовании по меньшей мере часть воды, вливающейся в камеру из впускного отверстия, протекала непосредственно к лопаткам.

Впускное отверстие может быть образовано для способствования образованию вихря в камере, когда вода протекает в камеру через впускное отверстие.

Впускное отверстие может быть образовано для подачи воды в камеру так, чтобы вода внутри камеры текла по спиральному пути вокруг центрального вала и вниз к выпускному отверстию в основании камеры.

Впускное отверстие может быть образовано для подачи воды в камеру под внутренним углом 5-10°.

Впускное отверстие может быть образовано для подачи воды в камеру под внутренним углом 7°.

Для подачи воды в камеру, впускное отверстие может содержать впускную трубу.

Впускная труба может иметь прямую секцию.

Для максимального увеличения потока воды в камеру из водного пути или водоема и потока воды, втягиваемого в камеру вихрем, впускное отверстие может содержать впускную воронку.

Устройство может содержать несколько впускных отверстий.

Несколько впускных отверстий могут находиться на одинаковой высоте камеры и быть разнесенными по периметру камеры.

Несколько впускных отверстий могут находиться на нескольких разных высотах камеры.

Выпускное отверстие может содержать регулирующий поток клапан для регулировки потока воды через выпускное отверстие.

Выпускное отверстие может находиться в основании.

Выпускное отверстие может быть размещено в центральной части основания.

Выпускное отверстие может содержать выпускную воронку, размещенную внутри камеры.

Форма и размер выпускной воронки могут быть выбраны для способствования образованию вихря внутри камеры. В частности, выпускная воронка может представлять собой неглубокую воронку, как правило, имеющую угол менее 20°, как правило, 5-15° с горизонтальной осью при вертикальном положении устройства для образования вихря в качестве устойчивого вихря, который не перемещается по камере после его формирования.

Выпускное отверстие может содержать выпускную трубу, которая проходит из камеры.

Эта выпускная труба может содержать первую секцию, которая проходит вниз от основания, и вторую секцию, которая проходит перпендикулярно первой секции

Впускное отверстие и выпускное отверстие могут описывать угол 135-180° при рассмотрении устройства сверху.

Выпускная труба может быть образована так, чтобы поток воды через выпускное отверстие и выпускную трубу сводил к минимуму нарушение вихря в камере.

Например, выпускная труба может содержать нарезную внутреннюю поверхность, т.е. поверхность с рядом спиральных гребней на внутренней поверхности.

Площадь поперечного сечения выпускного отверстия может быть больше площади поперечного сечения впускного отверстия. Это является важным признаком при использовании устройства в водных путях, имеющих достаточно высокие скорости потока, фактически предоставляют нагрузку на систему, что в результате приводит к откачиванию воды из камеры через выпускное отверстие. В ходе работы опытной установки заявителя, расположенной в водном пути, в разные моменты времени представлявшем собой водный путь с быстрым течением, опытное техническое устройство имело впускное отверстие диаметром 300 мм и выпускное отверстие диаметром 400 мм во избежание ситуаций переполнения камеры в моменты высоких скоростей потока. В дополнение, при работе опытной установки было обнаружено, что при размещении устройства под электрической нагрузкой, это также приводит к откачиванию воды из камеры через выпускное отверстие, посредством чего увеличивается выходной поток.

Камера может иметь максимальную ширину менее 30 метров. В ситуации, когда боковая стенка имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность, максимальная ширина представляет собой диаметр камеры.

Максимальная ширина камеры может составлять 25 метров.

Максимальная ширина камеры может составлять 20 метров.

Максимальная ширина камеры может составлять 15 метров.

Максимальная ширина камеры может составлять 10 метров.

Максимальная ширина камеры может составлять 5 метров.

Максимальная ширина камеры может составлять более 0,5 метра.

Максимальная ширина камеры может составлять более 0,1 метра.

Максимальная ширина камеры может составлять более 0,01 метра.

Камера может иметь максимальную высоту 10 метров.

Камера может иметь максимальную высоту 5 метров.

Камера может иметь максимальную высоту 1 метр.

Устройство может содержать коробку передач, связанную с роторной установкой и электрогенератором для приведения отдаваемой мощности роторной установки в соответствие с требованиями электрогенератора. Целью коробки передач является обеспечение возможности максимального увеличения отдаваемой мощности роторной установки в электрогенератор.

Устройство может содержать систему управления для учета изменений режимов потока внутри камеры.

Система управления может быть функционально связана с регулирующими поток клапанами впускного отверстия и/или выпускного отверстия для управления клапаном или клапанами.

Настоящее изобретение также предусматривает систему для генерирования электроэнергии, содержащую вышеописанное устройство, расположенное в водоеме, при этом устройство частично или полностью погружено в воду, и при этом вода протекает через камеру и образует вихрь, который приводит в действие ротор и генератор и вырабатывает электроэнергию.

Впускное отверстие и выпускное отверстие могут быть погружены в воду, при этом вода протекает через камеру от впускного отверстия к выпускному отверстию и образует вихрь, который приводит в действие ротор и генератор и вырабатывает электроэнергию.

Устройство может быть расположено в водоеме, при этом боковая стенка камеры проходит выше уровня воды в водном пути.

Устройство может быть расположено в водоеме в качестве свободно стоящей установки.

Устройство может быть расположено в водоеме, опираясь на опорную конструкцию устройства.

Настоящее изобретение также предусматривает систему для генерирования электроэнергии, содержащую вышеописанное устройство, расположенное на грунте или в грунте близ водоема, при этом впускное отверстие и выпускное отверстие находятся в жидкостном сообщении с водоемом, и при этом вода протекает через камеру от впускного отверстия к выпускному отверстию и образует вихрь, который приводит в действие ротор и генератор и вырабатывает электроэнергию.

Система для генерирования электроэнергии может быть выполнена для генерирования из устройства 1-300 кВт электроэнергии.

Система для генерирования электроэнергии может быть выполнена для генерирования из устройства 0,1-100 кВт электроэнергии.

Система для генерирования электроэнергии может быть выполнена для генерирования из устройства 0,1-30 кВт электроэнергии.

Система для генерирования электроэнергии может быть выполнена для генерирования из устройства 0,001-0,1 кВт электроэнергии.

Система для генерирования электроэнергии может содержать несколько устройств, расположенных в водоеме в качестве отдельных или связанных друг с другом устройств, при этом каждое устройство генерирует электроэнергию.

В ситуации, когда водоем представляет собой такой водный путь, как река, или ручей, или протока, устройства могут быть расположены по длине секции водного пути или в ширину водного пути.

Электрогенерирующая система может быть выполнена для соединения с местной или более общей сетью подачи электроэнергии.

Настоящее изобретение также предусматривает способ генерирования электроэнергии, включающий расположение вышеописанного устройства в водоеме, причем устройство частично или полностью погружают в воду так, что вода протекает через камеру и образует вихрь, который приводит в действие ротор и генератор и вырабатывает электроэнергию.

Впускное отверстие и выпускное отверстие могут быть погружены в воду, при этом вода протекает через камеру от впускного отверстия к выпускному отверстию и образует вихрь, который приводит в действие ротор и генератор и вырабатывает электроэнергию.

Настоящее изобретение также предусматривает способ генерирования электроэнергии, включающий расположение вышеописанного устройства на грунте или в грунте близ водоема, при этом впускное отверстие и выпускное отверстие находятся в жидкостном сообщении с водоемом так, что вода протекает через камеру от впускного отверстия к выпускному отверстию и образует вихрь, который приводит в действие ротор и генератор и вырабатывает электроэнергию.

Благодаря выполнению предложенного устройства с возможностью транспортировки в качестве установки с производственного объекта в местоположение конечного использования для размещения в водоеме или близ водоема в качестве свободно стоящей установки и наличию опорной конструкции, содержащей несколько опорных элементов в форме ножек, указанное устройство хорошо подходит для среднегабаритных систем, применяемых в реках или небольших заливах, поскольку является транспортируемым, может быть изготовлено за пределами рабочей площадки и установлено в русле в качестве свободно стоящей установки без необходимости выполнения значительного объема проектно-конструкторских работ.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

В дальнейшем изобретение описывается лишь в качестве примера со ссылкой на сопроводительные графические материалы, на которых:

фиг. 1 - вид в перспективе одного, хотя и не единственного, варианта осуществления устройства для генерирования электроэнергии согласно настоящему изобретению;

фиг. 2 - вид сбоку устройства;

фиг. 3 - вид сбоку устройства с другого направления, чем на фиг. 2;

фиг. 4 - вид сверху устройства;

фиг. 5 - поперечный разрез по линии А-А на фиг. 4;

фиг. 6 - вид в перспективе камеры и впускного отверстия устройства;

фиг. 7 - вид сверху камеры/впускного отверстия, показанных на фиг. 6;

фиг. 8 - вид сбоку камеры/впускного отверстия, показанных на фиг. 6;

фиг. 9 - вид в перспективе ротора устройства;

фиг. 10 - вид сверху ротора, показанного на фиг. 9;

фиг. 11 - вид сбоку ротора, показанного на фиг. 9;

фиг. 12 - вид в перспективе секции выпускного отверстия устройства;

фиг. 13 - поперечный разрез через секцию выпускного отверстия, показанную на фиг. 12; и

фиг. 14 - вид в перспективе опорной конструкции устройства.

ОПИСАНИЕ ОДНОГО ИЗ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Показанный на фигурах вариант осуществления устройства 3 для генерирования электроэнергии представляет собой лишь один из большого количества возможных вариантов осуществления изобретения. Данный конкретный вариант осуществления выполнен для размещения в водоеме или близ водоема в качестве свободно стоящей установки. Нижеследующее описание варианта осуществления сосредоточено на размещении устройства в водоеме. Другие варианты осуществления изобретения также выполнены для размещения в водоеме в качестве свободно стоящей установки, а дальнейшие варианты осуществления изобретения выполнены для размещения близ водоема.

Со ссылкой на фигуры, устройство 3 содержит камеру 5, имеющую основание 7, цилиндрическую боковую стенку 13 (имеющую цилиндрическую внутреннюю поверхность), проходящую вверх от основания 7, впускное отверстие 15 в боковой стенке 13, выпускное отверстие 17 в основании 7, роторную установку, имеющую вал 19 и ротор 21, установленный на вале 19, и размещенную и выполненную с возможностью вращения внутри камеры 5 в ответ на поток воды через камеру 5, и электрогенератор 25, связанный с роторной установкой для генерирования электроэнергии в ответ на вращение роторной установки.

Устройство 3 открыто в атмосферу.

Устройство 3 также может содержать коробку передач (не показана), связанную с роторной установкой и электрогенератором 25 для приведения отдаваемой мощности роторной установки в соответствие с требованиями электрогенератора. Коробка передач может представлять собой любую подходящую коробку передач.

Устройство 3 также содержит конструкцию, поддерживающую компоненты устройства и выполненную для расположения устройства в водоеме. Опорная конструкция образована так, чтобы определять лотковую опору для камеры 5, устойчивым образом поддерживающую камеру 5 и другие компоненты устройства. Со ссылкой на фиг. 14, опорная конструкция представляет собой стальной каркас, содержащий несколько вертикальных стоек 27, распределенных по кругу и взаимосвязанных посредством верхнего и нижнего стальных колец 31. Опорная конструкция также содержит ряд кронштейнов 29, проходящих внутрь от стоек 27 и определяющих ряд опор для основания 7 камеры 5. Нижние секции стоек 27 определяют опорные элементы в форме ножек для расположения устройства на дне водоема.

Опорная конструкция также содержит платформу 11, поддерживающую генератор 25 и роторную установку. Платформа 11 представляет собой стальной каркас, поддерживаемый стоящими друг напротив друга парами стоек 27 и проходящий поперек камеры 5. Конкретнее, роторная установка подвешена к платформе 11, при этом вал 19 ротора находится в центре камеры 5, а ротор 21 - в нижней секции камеры 5 и на расстоянии от основания 7 и камеры 5.

Камера 5 образована из пластмассового материала. Камера может быть образована из любого другого подходящего материала.

Ротор 21 содержит несколько лопаток 33, проходящих в радиальном направлении наружу от вала 19 к боковой стенке 13. Лопатки 33 представляют собой изогнутые лопатки, выгнутые в обратном направлении от внутренней кромки, соединенной с валом 19, и наружной кромки. При рассмотрении в направлении потока воды внутри камеры 5 (направление по часовой стрелке при рассмотрении на фиг. 1) лопатки 33 являются вогнутыми.

Впускное отверстие 15 находится в верхней секции боковой стенки 13. Впускное отверстие 15 образовано для способствования образованию вихря в камере 5 при вливании воды в камеру 5 через впускное отверстие 15. В частности, впускное отверстие 15 образовано для подачи воды в камеру 5 для способствования потоку воды в вихре, т.е. спиральном пути внутри камеры 5 вокруг вала 19 ротора и вниз к выпускному отверстию 17 в основании 7 камеры 5. Движение воды по этому пути, предпочтительно, с несколькими витками воды вниз по высоте камеры 5, между впускным отверстием 15 и выпускным отверстием 17 в результате приводит к соприкосновению и перемещению водой роторов 21 и, таким образом, питает генератор 25 и вырабатывает электроэнергию. Образование вихря делает возможным извлечение кинетической энергии вращения, что является результатом сочетания факторов, в том числе силы Кориолиса, вызванной вращением Земли. Как отмечалось выше, энергия, которую можно извлечь из вихревого движения, соотносится с массой воды, движущейся вихрем в камере 5, а не просто со скоростью потока воды в камеру 5 и из нее.

Впускное отверстие 15 содержит регулирующий поток клапан (не показан) для регулировки вливания воды в камеру 5 через впускное отверстие 15.

Впускное отверстие 15 содержит трубу, имеющую прямую секцию 35 и секцию 37 воронки. Целью секции 37 воронки является втягивание как можно большего количества воды (внутрь всей конструкции устройства) в камеру 5. Высокая скорость потока воды внутри камеры 5 является одним из факторов перехода от, по существу, линейного потока внутри камеры 5 (такого, как в водяном колесе) к образованию внутри камеры 5 вихря. Прямая секция 35 содействует направлению потока воды в камеру так, как описывалось выше, т.е. способствует потоку воды по спиральному пути, предпочтительно, с несколькими витками воды вниз по высоте камеры 5, между впускным отверстием 15 и выпускным отверстием 17. Для того чтобы дополнительно содействовать достижению требуемого потока воды внутри камеры 5, труба 35 расположена под внутренним углом 7°, как видно на фиг. 7.

Выпускное отверстие 17 расположено в центральной части основания 7 камеры 5. Выпускное отверстие 17 содержит регулирующий поток клапан (не показан) для регулировки вытекания воды из выпускного отверстия 17. Впускное отверстие 15 и выпускное отверстие 17 размещены друг относительно друга так, чтобы описывать угол приблизительно 145° при рассмотрении сверху устройства. Выпускное отверстие содержит секцию 47 выпускной воронки, расположенную в камере 5 (см. фиг. 5). Вал 19 ротора и секция 47 выпускной воронки расположены так, чтобы быть соосными. Для того чтобы способствовать образованию вихря внутри камеры 5 в качестве устойчивого вихря, не перемещающегося по камере 5 после его формирования, секция 47 выпускной воронки образована в качестве неглубокой воронки, как правило, имеющей угол менее 20°, как правило 5-15° с горизонтальной осью. Выпускное отверстие 17 содержит выпускную трубу, содержащую первую секцию 39, проходящую вниз от основания 7, и вторую секцию 41, проходящую перпендикулярно первой секции 39. Как наилучшим образом видно на фиг. 12 и 13, для улучшения потока воды через выпускное отверстие 17, выпускное отверстие 17 содержит нарезную внутреннюю поверхность, т.е. поверхность с рядом спиральных гребней 43 на внутренней поверхности. Нарезная внутренняя поверхность представляет собой один пример из большого количества вариантов обеспечения того, чтобы поток воды через выпускное отверстие 17 и выпускную трубу 39, 41 сводил к минимуму нарушение вихря в камере 5.

Размеры впускного отверстия 15, выпускного отверстия 17 и камеры 5, и положения впускного отверстия 15, выпускного отверстия 17 и ротора 21 выбраны для способствования образованию вихря, т.е. протекающего вниз по спирали потока воды внутри камеры, предпочтительно, с несколькими витками воды вниз по высоте камеры 5, между впускным отверстием 15 и выпускным отверстием 17, при расположении устройства в процессе использования в водоеме и наличии потока воды через камеру от впускного отверстия 15 к выпускному отверстию 17. Значимые в этом отношении факторы включают, без ограничения, (а) снабжение боковой стенки 13 цилиндрической внутренней поверхностью, (b) направление потока воды от впускного отверстия 15 в камеру 5 для способствования вращательному движению воды внутри камеры, (с) расположение впускного отверстия 15 в верхней секции камеры 5 на высоте немного выше ротора 21, (d) снабжение впускного отверстия 15 секцией 37 воронки, максимально увеличивающей поток воды в камеру 5, (е) форма и расположение лопаток 33 ротора 21, и (f) снабжение выпускного отверстия 17 секцией 47 воронки, способствующей образованию вихря в качестве устойчивого вихря, не перемещающегося внутри камеры 5.

Устройство 3 является простым в производстве, транспортировке и установке. Камеру и другие компоненты устройства можно изготовить из любых подходящих материалов. Устройство имеет несложную конструкцию, являющуюся устойчивой к внешним воздействиям и надежной, и требует минимального технического обслуживания. Устройство 3 представляет собой свободно стоящую установку внутри водоема.

При использовании устройство 3 расположено в водоеме, при этом впускное отверстие 15 и выпускное отверстие 17 погружены в воду, а боковая стенка 13 проходит выше уровня воды. Вода протекает через камеру 5 от впускного отверстия 15 к выпускному отверстию 17 и образует вихрь, предпочтительно, с несколькими витками воды вниз по высоте камеры 5 между впускным отверстием 15 и выпускным отверстием 17, приводящий в действие роторную установку и генератор 25 и вырабатывающий электроэнергию. В фазе запуска устройства, когда камера изначально пуста, а регулирующие клапаны впускного отверстия и выпускного отверстия избирательно открыты, втекание воды в камеру поднимается до точки, при которой в камере образуется вихрь. На вихрь указывает коническое воздушное пространство внутри камеры, проходящее вниз к выпускному отверстию, при этом вода в камере протекает по одному или нескольким виткам воды вниз по высоте камеры между впускным отверстием и выпускным отверстием. Когда в камере возникает устойчивый вихрь, регулирующие клапаны настраивают так, чтобы скорость потока воды в камеру и из нее была одинакова.

В вышеописанный вариант осуществления изобретения можно внести множество модификаций без отступления от существа и объема изобретения.

Например, тогда как вариант осуществления показан как имеющий конкретные относительные размеры высоты и ширины камеры 5, конкретную конфигурацию ротора 21 и конкретные конфигурации впускного отверстия 15 и выпускного отверстия 17, и других компонентов устройства, настоящее изобретение этим не ограничивается и распространяется на другие подходящие конструкции.

Например, тогда как боковая стенка 13 имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность, способствующую образованию вихря в камере 5, изобретение не ограничивается такой конструкцией, и камера 5 может содержать такие образования, как лопатки и/или направляющие перегородки, способствующие образованию вихря в камере. Образования могут поддерживаться боковой стенкой и/или основанием, или являться их частью.

Например, тогда как вариант осуществления представляет собой конкретную конструкцию, поддерживающую компоненты устройства и выполненную для расположения устройства в водоеме, настоящее изобретение не ограничивается данной конструкцией. В качестве конкретного примера, одним из большого количества подходящих вариантов является ряд кронштейнов 29, проходящих внутрь от стоек 27 и определяющих ряд опор для основания 7 камеры 5. Другим вариантом является создание ряда поперечных элементов, проходящих между разнесенными стойками 27.

Например, тогда как вариант осуществления содержит только одну роторную установку, настоящее изобретение не ограничивается такой конструкцией и может содержать несколько роторных установок внутри одной камеры или несколько генераторных установок внутри одной камеры, при этом устройство образовано для способствования образованию отдельного вихря, связанного с каждой роторной установкой.

Например, тогда как вариант осуществления описан как выполненный для расположения на дне водоема, настоящее изобретение этим не ограничивается и распространяется на варианты осуществления, которые выполнены для расположения на грунте или в грунте близ водоема. Эти варианты осуществления содержат трубопровод, соединяющий водоем с впускным отверстием 15 и выпускным отверстием 17 устройства 3.

Например, тогда как данный вариант осуществления описан в качестве свободно стоящей установки, настоящее изобретение этим не ограничивается и распространяется на конструкции, в которых устройство 3 используется в сочетании с другими гидравлически питаемыми системами для генерирования электроэнергии.

1. Устройство для генерирования электроэнергии, которое выполнено с возможностью транспортировки в качестве установки с производственного объекта в местоположение конечного использования для размещения в водоеме или близ водоема в качестве свободно стоящей установки и содержит

(a) камеру, имеющую основание, цилиндрическую боковую стенку, проходящую от основания, впускное отверстие для воды, выполненное в боковой стенке, и выпускное отверстие для воды, выполненное в основании, при этом боковая стенка имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность, а впускное отверстие расположено под внутренним углом к указанной поверхности боковой стенки так, что при использовании вода протекает внутри камеры по спиральному пути вокруг центрального вала и вниз к выпускному отверстию в основании камеры,

(b) роторную установку, содержащую вал и ротор, установленный на вале, и расположенную и выполненную с возможностью вращения в камере в ответ на поток воды, проходящий через камеру при использовании устройства, причем ротор содержит несколько лопаток, проходящих в радиальном направлении наружу от вала к боковой стенке и представляющих собой изогнутые лопатки, выгнутые в обратном направлении от внутренних кромок, которые соединены с валом, к наружным кромкам, при этом впускное отверстие и лопатки размещены друг относительно друга так, что при использовании по меньшей мере часть воды, втекающей в камеру из впускного отверстия, протекает непосредственно к лопаткам,

(c) электрогенератор или более одного электрогенератора, связанных с роторной установкой для генерирования электроэнергии в ответ на вращение ротора, и

(d) опорную конструкцию, содержащую несколько опорных элементов в форме ножек, которые при использовании устройства проходят вниз от основания и выполнены для расположения камеры, роторной установки и электрогенератора в водоеме или близ водоема в качестве свободно стоящей установки,

при этом (i) угол впускного отверстия, (ii) размеры впускного отверстия, выпускного отверстия и камеры, (iii) положения впускного отверстия и выпускного отверстия и (iv) положения впускного отверстия и лопаток относительно друг друга выбраны с обеспечением образования вихря внутри камеры при расположении устройства в процессе использования в водоеме или близ водоема в качестве свободно стоящей установки и наличии потока воды через камеру от впускного отверстия к выпускному отверстию.

2. Устройство по п. 1, в котором камера содержит образования, такие как лопатки и/или направляющие перегородки, для способствования образованию вихря в камере.

3. Устройство по п. 2, в котором указанные образования поддерживаются боковой стенкой и/или основанием или являются их частью.

4. Устройство по п. 1, в котором опорная конструкция содержит каркас, удерживающий основание и боковую стенку камеры.

5. Устройство по п. 4, в котором каркас содержит несколько элементов, расположенных под основанием камеры для ее поддержания.

6. Устройство по п. 1, в котором впускное отверстие содержит регулирующий поток клапан для регулирования потока воды, поступающего в камеру через впускное отверстие, и/или выпускное отверстие содержит регулирующий поток клапан для регулирования потока воды, выходящего через выпускное отверстие.

7. Устройство по п. 1, в котором угол впускного отверстия составляет 5-10°.

8. Устройство по п. 1, в котором выпускное отверстие расположено в центральной части основания.

9. Устройство по п. 1, в котором выпускное отверстие содержит выпускную воронку, размещенную в камере.

10. Устройство по п. 9, в котором выпускная воронка имеет угол менее 20° с горизонтальной осью при вертикальном положении устройства.

11. Устройство по п. 1, в котором выпускное отверстие содержит выпускную трубу, которая содержит первую секцию, проходящую вниз от основания, и вторую секцию, проходящую перпендикулярно первой секции.

12. Устройство по п. 1, в котором выпускное отверстие имеет нарезную внутреннюю поверхность, т.е. поверхность с рядом спиральных гребней на внутренней поверхности, для улучшения потока воды через выпускное отверстие.

13. Устройство по любому из пп. 1-12, в котором камера имеет максимальную ширину 30 метров.

14. Устройство по любому из пп. 1-12, в котором камера имеет максимальную высоту 10 метров.

15. Система для генерирования электроэнергии, содержащая устройство по любому из пп. 1-14, расположенное в водоеме или близ водоема в качестве свободно стоящей установки, при этом впускное отверстие и выпускное отверстие находятся в гидравлическом сообщении с водоемом, и вода протекает через камеру от впускного отверстия к выпускному отверстию и образует вихрь, который приводит в действие ротор и генератор с обеспечением вырабатывания электроэнергии.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к способу изготовления вращающейся части гидравлической машины, вращающейся части гидравлической машины, изготовленной этим способом, и установке для преобразования энергии.

Группа изобретений относится к вращающейся части, связанной с гидравлической машиной, гидравлической машине и установке для преобразования энергии. Вращающаяся часть (202) гидравлической машины (20) содержит лопатки (208), которые распределены вокруг оси вращения и продолжаются между передним и задним краями.

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для преобразования энергии водных потоков рек в электрическую энергию. Гидротурбина включает закрепленные с двух торцов лопасти 1, одна из которых закреплена на валу 6, две конгруэнтно установленные друг относительно друга кольцевые насадки 3, 4 с разными диаметрами, выбранными из условия вхождения одной части в другую.

Изобретение относится к гидравлическим системам. Гидроаккумулирующая система включает в себя рабочие механизмы, преобразующие движения различной природы в работу индивидуальных насосов высокого давления, закачивающих по водоводам воду из природного водоема в водохранилище, размещенное на уровне выше уровня расположения природного водоема, а также устройство преобразования давления потока воды, поступающей по водоводу из водохранилища, в энергию потребления для производства полезной работы.

Изобретение относится к гидросиловой установке. .

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано для преобразования энергии текущей среды в электрическую. .

Изобретение относится к способам воздействия движущегося потока на винт ветро- или гидродвигателя. .

Изобретение относится к системам осевых турбин и эжекторов. .

Изобретение относится к гидравлическим турбинам, работающим от энергии естественного потока воды с различными скоростями и мощностями, и может быть использовано в промышленной выработке электроэнергии без строительства плотин и деривации воды.

Регулировочный клапан (1), содержащий корпус (2), имеющий впускное отверстие (3) и выпускное отверстие (4) для прохождения текучей среды, затвор (6), расположенный внутри корпуса (2) между впускным и выпускным отверстиями (3, 4), средства (5) регенерации, предназначенные для передачи кинетической и/или потенциальной энергии, извлеченной из текучей среды, за пределы корпуса (2) и содержащие вращающийся элемент (7), расположенный внутри корпуса (2) ниже по потоку от затвора (6) и выполненный с возможностью приведения во вращение текучей средой.

Изобретение относится к микрогидроэлектростанциям, установленным на берегу горной реки. Микрогидроэлектростанция содержит каркасное крытое сооружение, размещенное на фундаментной плите 5, на которой установлены гидротурбина 1 с рабочим колесом и синхронный генератор 4.

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к бесплотинным гидроэлектростанциям, которые могут быть установлены на различной глубине и работать в любое время года.

Изобретение относится к способу эксплуатации гидроэлектрической турбинной системы. Способ содержит следующие этапы: размещают турбину 12 на морском дне в зоне водоема, подверженной действию приливов и отливов; прокладывают электрический кабель для передачи электрической энергии от турбины 12 к удаленному пункту; обеспечивают возможность вращения турбины 12 и выработки электрической энергии за счет энергии приливно-отливного потока воды, проходящего через турбину 12; и перед электрическим соединением кабеля с турбиной 12 поглощают электрическую энергию посредством блока нагрузки 16.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к гидравлическим турбинам. Безвальная прямоточная гидротурбина включает рабочее колесо, обод, охватывающий торцы лопаток рабочего колеса, ротор генератора с полюсами, составляющий с ободом одно целое, статор генератора, уплотнения с двух сторон обода.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для получения электроэнергии при эксплуатации нагнетательных и добывающих скважин. Сущность изобретения заключается в том, что в эксплуатационную колонну нагнетательной или добывающей скважины на уровень, находящийся ниже статического уровня жидкости, на подвеске спускают гидродвигатель и соединенный с ним валом электрогенератор, при этом кольцевое пространство между корпусами гидродвигателя и электрогенератора, и эксплуатационной колонной перекрывают пакером.

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для обеспечения электрической энергией небольших населенных пунктов, лагерей геологов, охотников, рыбаков, леспромхозов преобразованием энергии русловых потоков реки в электрическую.

Высокое давление под водой в водоеме с большой глубиной преобразуют в электроэнергию при помощи настоящего способа. Погружают в указанный водоем множество преобразователей давления.

Изобретение относится к области ветровых или гидравлических энергетических установок. Ортогональная турбина по первому варианту содержит изогнутую по цилиндрической винтовой линии, по крайней мере, одну лопасть с аэродинамическим профилем в ее поперечном сечении, причем лопасть установлена поперек набегающего на нее потока воздуха или воды с возможностью вращения вокруг оси цилиндрической винтовой линии, а входная кромка аэродинамического профиля направлена в сторону вращения лопасти, при этом концы лопасти закреплены относительно вала, установленного с возможностью вращения, соосно оси цилиндрической винтовой спирали и соединенного с валом электрогенератора, концы лопасти закреплены относительно вала посредством консольных балок, при этом вал образован двумя полувалами, каждый из которых соединен с одной из консольных балок и установлен на своей опоре, лопасть изогнута без промежуточных опор по цилиндрической винтовой линии с постоянным радиусом кривизны так, что в каждом поперечном сечении аэродинамический профиль лопасти выполнен под острым углом наклона к касательной к окружности, описываемой входной кромкой аэродинамического профиля лопасти, при этом концы лопасти повернуты друг относительно друга на 360°.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в оборудовании для передачи электропитания к подводным нагрузкам, расположенным далеко от надводных частей платформы или от берега, требующим передачи большой мощности.

Группа изобретений относится к устройству и системе для производства электроэнергии с использованием потока воды. Устройство 14 содержит сужающуюся часть 16, соединенную с первым концом смесительной трубы 18 с образованием трубы Вентури 20 между концом части 16 и смесительной трубой 18; диффузор 22, соединенный со вторым концом трубы 18 и выполненный таким образом, что в процессе эксплуатации давление на его выходе превышает давление в трубе Вентури 20; трубу 24 турбины, содержащую пакет лопаток 30.

Группа изобретений относится к устройству для генерирования электроэнергии. Устройство 3 выполнено с возможностью транспортировки в качестве установки с производственного объекта в местоположение конечного использования для размещения в водоеме или близ водоема в качестве свободно стоящей установки и содержит камеру 5, имеющую основание 7, цилиндрическую боковую стенку 13, впускное и выпускное отверстия 15 и 17 для воды. Отверстие 15 расположено под внутренним углом к цилиндрической внутренней поверхности стенки 13 так, что при использовании вода протекает внутри камеры 5 по спиральному пути вокруг центрального вала и вниз к отверстию 17 в основании камеры 5. Устройство также содержит роторную установку, содержащую вал и ротор с лопатками, электрогенератор 25, связанный с роторной установкой, и опорную конструкцию, содержащую несколько опорных элементов в форме ножек. Группа изобретений направлена на создание устройства для генерирования электроэнергии, которое подходит для среднегабаритных систем и является транспортируемым. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 14 ил.

Наверх