Результат интеллектуальной деятельности: ПОДВОДНАЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для утилизации потенциальной энергии воды глубоководных водоемов, а именно для трансформации энергии гидростатического давления воды в электрическую.

Известна гидроэлектростанция, включающая плотину, обращенную торцовой частью навстречу потоку и расположенную в средней части русла реки или у ее берега, в которой расположены прямолинейные водоводы в виде труб, на выходе из которых размещены турбины, соединенные с генераторами. Вода по прямолинейным трубам поступает на турбины, которые вращают генераторы, вырабатывающие электроэнергию [Патент РФ №2021424, МПК Е02 В9/00, 1994].

Основными недостатками известной гидроэлектростанции являются необходимость устройства массивных гидротехнических сооружений в виде плотины и невозможность ее использования в глубоководных водоемах.

Более близким к предлагаемому изобретению является подводная гидроэлектростанция, содержащая установленный в потоке воды и разделенный на отсеки корпус с входным конфузором. Внутри корпуса последовательно расположены гидропривод, выполненный в виде лопастной турбины (гидротурбины) с горизонтальным валом на подшипниках, и электрогенератор, ротор которого через две полумуфты соединен с валом гидропривода. Электрогенератор помещен в герметичный отсек корпуса. На входном конфузоре установлена оградительная сетка. Отсек корпуса с гидроприводом имеет продольные выходные окна и отражатель внутреннего потока воды, выполненный в виде усеченного конуса и герметично соединенный с цилиндрической обечайкой, внутри которой установлен горизонтальный вал турбины на подшипниках. Вал имеет торцевое уплотнение, герметично соединенное с цилиндрической обечайкой. Хвостовой отсек корпуса выполнен герметичным в виде усеченного конуса и имеет установленный на меньшем основании герметичный водостойкий электроразъем с электрокабелем [Патент РФ №2139972, МПК Е02 В9/00, F03B13/10, 1999].

Основным недостатком известного устройства является невозможность утилизации потенциальной энергии гидростатического давления воды глубоководных водоемов для трансформации ее в электрическую, что снижает его эффективность.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности подводной гидростатической электростанции при утилизации потенциальной энергии воды глубоководных водоемов.

Технический результат достигается подводной гидростатической электростанцией, содержащей, прикрепленный к дну водоема цилиндрический корпус, закрытый с торцов крышками с входным и выходным патрубками, соответственно, снабженными оградительными сетками и клапанами, внутри которого по ходу движения воды последовательно расположены: фильтрационный отсек, в котором помещен перфорированный контейнер, заполненный фильтрующей загрузкой; буферный отсек, заполненный отфильтрованной водой; отсек электрогенератора, в котором расположен электрогенератор, электроразъемы, электрокабели, автоматическая аппаратура управления и контроля, регулирующий трансформатор, стартовый аккумулятор и напорные трубы; турбинный отсек, в котором расположена гидротурбина с горизонтальным валом и отсасывающей трубой, соединенная через вал с ротором электрогенератора и через напорные трубы с буферным отсеком; отсек удаления отработавшей воды, в котором помещен перфорированный контейнер, заполненный пористым, механически прочным, коррозионно-стойким материалом, и решетчатый электронагреватель воды, расположенный у кромки выходного торца перфорированного контейнера.

На фиг.1-3 представлена предлагаемая подводная гидростатическая электростанция (ПГЭС). Фиг. 1 - общий вид, фиг. 2, 3 - узел решетчатого нагревателя и его разрез.

ПГЭС содержит уложенный на дно водоема, разделенный на отсеки, герметичный цилиндрический корпус 1 (узлы крепления корпуса 1 к дну на фиг. 1-3 не показаны), закрытый с торцов крышками 2 и 3 с входным и выходным патрубками 4 и 5, снабженными оградительными сетками 6 и клапанами 7 и 8, внутри которого по ходу движения воды последовательно расположены: фильтрационный отсек 9, в котором помещен перфорированный контейнер 10, заполненный фильтрующей загрузкой 11 (например, кварцевым песком); буферный отсек 12, заполненный отфильтрованной водой; отсек электрогенератора 13, в котором расположен электрогенератор 14 и напорные трубы 15 (электроразъемы, электрокабели, автоматическая аппаратура управления и контроля, регулирующий трансформатор, стартовый аккумулятор на фиг. 1-3 не показаны); турбинный отсек 16, в котором расположена гидротурбина 17 с горизонтальным валом 18 и отсасывающей трубой 19, соединенная через вал 18 с ротором электрогенератора 13 и через напорные трубы 15 с буферным отсеком 12; отсек удаления отработавшей воды 20, в котором помещен перфорированный контейнер 21, заполненный пористым, механически прочным, коррозионно-стойким материалом 22 (например, пористой металлокерамикой), и решетчатый электронагреватель воды 23, расположенный у кромки выходного торца перфорированного контейнера 21.

В основе работы предлагаемой ПГЭС лежит принцип действия гидравлических турбин, согласно которому мощность гидротурбины прямо пропорциональна высоте напора воды Н [А. А. Угинчус. Гидравлика и гидравлические машины. - Х.: Изд. ХГУ 1966, с. 282], и, таким образом, возможность использования огромной потенциальной энергии воды при расположении на дне глубоководных водоемов гидротурбины, а также способность транспортировки жидкости (воды) фитилем (пористым телом) за счет капиллярных сил из зоны пониженного давления в зону повышенного давления [В. В. Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Выш. школа, 1988, с. 146; Тепловые трубы и теплообменники: от науки к практике. Сборник научн. тр. - М.: 1990, с.106].

Предлагаемая ПГЭС работает следующим образом. Перед началом работы все водные элементы отсеков корпуса 1 (фильтрационный отсек 9, буферный отсек 12, напорные трубы 15, полость турбины 17, отсасывающая труба 19, отсек удаления отработавшей воды 20) должны быть заполнены отфильтрованной водой с давлением, равным атмосферному - Р₀ (предварительно из полости корпуса удаляют воздух), после чего ПГЭС устанавливают на дно водоема (узлы крепления корпуса 1 к дну на фиг. 1-3 не показаны) и подключают ко всем коммуникациям. После установки ПГЭС включают решетчатый электронагреватель воды 23 от стартового аккумулятора (на фиг. 1-3 не показан), открывают клапан 8 в выходном патрубке 5 и клапан 7 во входном патрубке 4, после чего через оградительную сетку 6 и входной патрубок 4 вода из водоема за счет гидростатического давления с начальным давлением Р, создаваемым гидростатическим напором Н, поступает в фильтрационный отсек 9, где происходит очистка воды от взвешенных примесей [Н.Н.Абрамов и др. Водоснабжение. - М.: Госстройиздат, 1958, с. 333-340]. Из фильтрационного отсека 9 очищенная вода с давлением Р₁ (Р₁<Р на величину сопротивления слоя фильтрующей загрузки - ∆Р_ф) поступает в буферный отсек 12, откуда через напорные трубы 15 с давлением Р₂ (Р₂<Р₁ на величину сопротивления напорной трубы - ∆Р_нт) поступает на лопатки гидротурбины 17. Гидротурбина 17 через горизонтальный вал 18 приводит во вращение ротор электрогенератора 14, который вырабатывает электрическую энергию, передаваемую через электроразъем и электрокабель на автоматическую аппаратуру управления и контроля, регулирующий трансформатор, стартовый аккумулятор и далее на внутренние нужды и потребителю (на фиг. 1-3 не показаны). Отработанная вода с давлением, близким к Р₀, через отсасывающую трубу 19 поступает в капилляры пористого материала 22. Движение воды в капиллярах пористого материала 22 из зоны низкого давления в зону высокого давления осуществляется аналогично транспорту жидкости в тепловых трубах, а именно капиллярными силами в результате нагрева слоя воды, примыкающего к выходной кромке пористого материала 22 в зоне высокого давления решетчатым электронагревателем воды 23 от Т₀ до температуры кипения Т_к, что создает поток пароводяной смеси от стенки перфорированного контейнера 21 в сторону выходного патрубка 5, из которого отработанная вода сбрасывается в водоем.

Размеры решетки, мощность решетчатого электронагревателя 23, зазор между ним и выходной кромкой пористого материала 22, характеристики материала 22 (диаметр капилляров, пористость, диаметр и длина материала 22) определяют опытным путем.

Таким образом, предлагаемая подводная гидростатическая электростанция обеспечивает получение электрической энергии, без массивных дорогостоящих гидротехнических сооружений для создания потока воды, путем использования потенциальной энергии гиростатического давления столба воды на дне глубоководных водоемов и движения воды в капиллярах, что повышает ее эффективность по сравнению с известными аналогами.