Пристрій для використання енергії океанічних течій

Реферат: Підводний пристрій для використання енергії океанічних течій містить міцний герметичний корпус з розташованими всередині навігаційними, енергетичними та виконавчими механізмами та джерелами енергії. До міцного автономного корпусу жорстко прикріплені міцні гідродинамічні профілі, всередині або поза профілів розташовані капсульні електроагрегати з електрогенераторами, які мають оптимальні співвідношення діаметра ротора до його активної довжини. В системі збудження електрогенераторів використані постійні магніти з високим значенням питомої енергії. UA 122490 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГІЇ ОКЕАНІЧНИХ ТЕЧІЙ UA 122490 U UA 122490 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гідроенергетики та може бути використана для забезпечення електроенергією плавзасобів у океані або прибережних поселень. Океанічні течії з часом змінюють свій напрямок та активність, тому в пристрої, що пропонується, мають поєднуватись можливості переміщення по азимуту, глибині та перетворенню енергії течії в інші види енергії, зокрема в електричну. Відомий пристрій для використання енергії океанічних течій, який складається з ротора Дар'є, кільця з опорно-ходовими вузлами, тороїдальної порожнини та якірної системи (А.с. СРСР № 1469201, Б.И. № 12, 1989 p.). Ротор вказаного пристрою утворений 4-ма лопатями, що з'єднані поміж собою кільцем, яке розташоване вище рівня води, та тороїдальною порожниною. Тороїдальна порожнина розташована під водою і має значний запас плавучості. На кільці розташовані опорно-ходові вузли, що зв'язані поміж собою стяжками. До опорно-ходових вузлів кріпляться якірні ланцюги, які фіксують пристрій у вертикальному положенні. Під час обертання ротора Дар'є відбувається обертання кільця відносно опорно-ходових вузлів, які встановлені на кільці на роликах. Ролики передають обертання електрогенератору. Такому пристрою притаманні наступні недоліки. По-перше, завдяки конструктивному рішенню він може створювати завади судноплавству. По-друге, у конструкції присутня якірна система, що обмежує місця використання та створює додаткові труднощі під час виконання фундаментних робіт. Відомий також пристрій, що складається з лопатей, які закріплені на гнучкому валу, виконаному у вигляді тросу. При цьому лопаті розташовані вздовж гнучкого вала рівномірно з перекриттям. Трос з'єднаний з приводом, який встановлений на плавучій опорі над рівнем води. Лопаті мають дугоподібну форму та аерогідродинамічний профіль, при цьому трос має вантаж на своєму вільному кінці (А.с. № 1213237. Б.И. № 7, 1986 г.). Недоліками даного пристрою є знов таки завада судноплавству і в конструкції присутня якірна система, що обмежує місця використання. Відомі різні виконання енергетичних пристроїв для використання у якості перетворення кінетичної енергії потоку текучого середовища в інші види енергії, що частково наведені у книзі Бернштейн Л.Б. "Приливные электростанции". - Μ., 1987 г. Із відомих пристроїв найбільш близькою за технічною суттю є, вибрана як прототип, капсульна конструкція гідроагрегату, що наведений на сторінці 107 та 250 вказаного вище Джерела інформації:. Вся генеруюча система разом з трансмісією укладена в герметичну оболонку. Вся капсула кріпиться до нерухомої проточної частини, що монтується на ґрунті. В основу корисної моделі поставлена задача перетворення енергії океанічних течій в електроенергію з урахуванням можливої зміни напрямку течії. Поставлена задача вирішується тим, що до складу пристрою для використання енергії океанічних течій, який переважно знаходиться під водою, входить міцний герметичний корпус з розташованими всередині навігаційними, енергетичними та виконавчими механізмами та джерелами енергії, згідно з корисною моделлю, до міцного автономного корпусу жорстко прикріплені міцні гідродинамічні профілі, всередині або поза профілів розташовані капсульні електроагрегати з електрогенераторами, які мають оптимальні співвідношення діаметра ротора до його активної довжини, причому в системі збудження електрогенераторів використовуються магніти з високою питомою енергією. Таким чином, автономний міцний герметичний корпус, що може бути корпусом підводного човна з усіма приладами орієнтації як по азимуту так і по тангажу, позбавлений якірної системи і, завдяки цьому може успішно функціонувати у набагато більшій кількості місць та не потребує спеціальної глибини та рельєфу дна, на якому, як правило, монтується проточна частина приливних гідроелектростанцій (Оцінка енергетичних можливостей запропонованого технічного рішення наведена в додатку 1). Суть корисної моделі пояснюють креслення. На фіг. 1 - загальний вигляд пристрою; на фіг. 2 - вигляд капсульного електроагрегату. На фіг. 1 наведений пристрій для використання енергії океанічних течій, що складається з міцного корпусу 1, в якому розташовані внутрішні джерела живлення та різноманітні механізми (навігаційні, керування, аварійні тощо). Ці механізми забезпечують можливість переміщення всього підводного міцного корпусу 1 у водному середовищі. До міцного корпусу жорстко прикріплені міцні гідродинамічні профілі 2, всередині або поза профілів розташовані капсульні електроагрегати 3, турбіни 4, що забезпечують обертання електрогенераторів, які розташовані всередині капсульних електроагрегатів. На фіг. 2 наведена конструктивна схема капсульного електроагрегата, який складається з капсули 1, камери 2, турбіни 3, генератора 4 з ротором 5 та його основні геометричні співвідношення: 1 UA 122490 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 D1/D2, де D1 - діаметр капсули, D2 - діаметр вхідного отвору; D3/D2, де D3 - діаметр турбіни; D4/L, де D4 - діаметр ротора генератора, L - активна довжина ротора. Працює пристрій для використання океанічних течій наступним чином. Від основної енергетичної установки (атомний реактор, дизель електростанція тощо), що розташована всередині міцного корпусу 1 підводного апарату живляться різноманітні електроприводи, які з'єднані з виконавчими механізмами. Ці механізми забезпечують можливість переміщення підводного апарату у водяному середовищі в різноманітних напрямках в залежності від напрямку і швидкості океанічної течії. Таким чином, апарат прагне зайняти місце в потоці, що визначається за допомогою датчиків. Далі відбувається фіксація відносно дна або опускання апарата на ґрунт в залежності від глибини занурення та швидкості течії. Коли підводний апарат знаходиться в нерухомому стані або у русі в потоці океанічної течії, потік проходить крізь отвори в профілях 2, в яких розташовані капсульні електроагрегати 3 з електрогенераторами, що жорстко з'єднані з валом турбіни 4. Турбіни 4 під дією потоку течії обертаються, приводячи в рух ротор електрогенератора зі збудженням від постійних магнітів. Під час обертання ротора з розташованими на ньому постійними магнітами, що створюють магнітне поле, у обмотках статора наводиться електрорушійна сила, під дією якої у обмотках потече струм. Вироблена електрогенераторами енергія може використовуватись для заряджання акумуляторних батарей розташованих у міцному герметичному корпусі 1 з наступним перетворенням за допомогою інверторів постійного струму у змінний струм для живлення, наприклад, сейнерів з переробки риби, підводних човнів або прибережних поселень у випадку знаходження підводного апарату поблизу берега. Така схема може живити також енергією підводні та надводні човни, що йдуть паралельним курсом з тою ж швидкістю, що і підводний апарат. Слід зауважити, що під час руху потужність, яка генерується, суттєво вища, ніж у нерухомому стані. Передача енергії з підводного положення може здійснюватись за допомогою буя, з'єднаного кабелем з підводним апаратом. Підводний пристрій для використання енергії океанічних течій керується екіпажем, заміна якого відбувається під час спливання. Таким чином відбувається перетворення енергії океанічної течії в електроенергію. Оцінка енергетичних можливостей запропонованого пристрою Це можна зробити на прикладі капсульного гідроагрегату з діаметром вхідного отвору D2=3,5 м (фіг. 2). Потужність енергії, що надходить в агрегат: 3 P = (ρ·S·η·V )/2 3 де: ρ = 1020 кг/м - питома вага морської води; 2 2 2 S=0,785·D2 =0,785·(3,5) =9,6 м - площа вхідного отвору (фіг. 2); η = 0,87 - ККД гідроагрегату; V=2 м/с - швидкість океанічної течії "Гольфстрім" - за літературними даними. Очікувана потужність від одного капсульного агрегату, якщо підводний електроагрегат нерухомий (розташований на дні або стоїть на якорі): 3 3 Ρ = (ρ·S·η·V )/2 = (1020·9,6·0,87·2 )/2=34000 Вт (34 кВт) Діаметр сучасного підводного крейсера може бути порівнянний з висотою дев'ятиповерхового будинку, тому можна припустити, що жорсткі профілі, прикріплені до його корпусу, можуть бути досить довгими. Припустимо, що довжина одного профілю дорівнює 300 м, тоді на ньому можуть бути розташовані приблизно 50 капсульних гідроагрегати з діаметром вхідного отвору D2=3,5 м і проміжками між ними - 2,55 м. Очікувана потужність від капсульних гідроагрегатів, розташованих на одному профілі: Ρ1n=50·Ρ = 50·34=1700 кВт Загальна потужність всіх капсульних гідроагрегатів, розташованих на двох профілях при нерухомому підводному блоки живлення, які знаходяться в течії: ΣΡ = 2·Ρ1n=2·1700=3400 кВт При русі підводного електроагрегату проти течії зі швидкістю 5 м/с (18 км/год.), відносна швидкість потоку з урахуванням руху течії назустріч 2 м/с (7,2 км/год.) буде 7 м/с (25 км/год.). Тоді потужність одного капсульного гідроагрегату складе: 3 3 Ρ = (ρ·S·η·V )/2 = (1020·9,6·0,87·7 )/2=1461000 Вт (1461 кВт) Загальна потужність всіх капсульних гідроагрегатів при швидкості руху електроагрегату 25 км/год. і швидкості течії 2 м/с (7,2 км/год.) складе: ХР7м/с=2·Р50=2·1461·50=146000 кВт = 146 МВт Ця потужність порівнянна з потужністю Київської ГАЕС 235000 кВт (235,5 МВт). 2 UA 122490 U Однак, варто враховувати, що з ростом потужності одного капсульного агрегату будуть реально збільшуватись його габарити та кількість капсульних агрегатів на профілях буде зменшуватись, але розрахунок дає уявлення про енергетичні можливості підводного пристрою для використання енергії океанічних течій. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Підводний пристрій для використання енергії океанічних течій, що містить міцний герметичний корпус з розташованими всередині навігаційними, енергетичними та виконавчими механізмами та джерелами енергії, який відрізняється тим, що до міцного автономного корпусу жорстко прикріплені міцні гідродинамічні профілі, всередині або поза профілів розташовані капсульні електроагрегати з електрогенераторами, які мають оптимальні співвідношення діаметра ротора до його активної довжини, при цьому в системі збудження електрогенераторів використані постійні магніти з високим значенням питомої енергії. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3