ГИДРОКОМПЛЕКС

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям для выработки электроэнергии и одновременной защиты побережья от штормов.

Известен модуль берегового защитного сооружения [1] для защиты речных берегов и других водоемов от паводков и наводнений. Модуль n-камерный, закрытый, выполнен из мягкого водонепроницаемого и водостойкого материала заданной прочности. Оболочка модуля в поперечном сечении имеет форму треугольника или полусферы. Внутри модуль разделен горизонтальными перегородками на камеры. Модули соединяются стыковочными поясами со сквозными карманами, в которые вставляются соединительные тросы (ванты), стыковочные пояса для герметизации закрываются поперечными фартуками. Каждая камера снабжена заливными и сливными клапанами, нижняя камера модуля снабжена узлами крепления к грунту. Описанное изобретение позволяет повысить надежность эксплуатации, удешевить изготовление, обеспечить возможность оперативного возведения берегозащитных сооружений.

Известен ИСКУССТВЕННЫЙ ОСТРОВ [2] для разведки и освоения морских полезных ископаемых, содержащий понтон основания, верхний понтон, который посредством шарнира связан с плитами защитной оболочки. Понтоны скреплены между собой гибкими тягами (цепями или тросами). Такой остров может использоваться для размещения на нем дополнительной инфраструктуры.

Известна волновая гидроэлектростанция [3], отличающаяся тем, что содержит одну или несколько воздушных камер, плавающих на поверхности воды, закрепленных на одном расстоянии от дна посредством тросов, имеющих устройства подачи внутрь камер воздуха с приспособлениями, запирающими обратный ток воздуха из камер, также имеющих воздуховоды с приспособлениями (например, клапанами), запирающими обратный ток воздуха в воздушную камеру, соединяющие воздушные камеры с камерой, содержащей воздушную турбину электрогенератора и выходное отверстие, расположенную в составе гидроэлектростанции или на берегу. При этом в состав станции входят понтоны с управляемой плавучестью (например, в которые закачивается вода или воздух), соединенные с элементами конструкции.

Задачей настоящего изобретения является создание гидрокомплекса, позволяющего одновременно с решением задачи использования волнового прибоя для выработки электроэнергии осуществлять защиту побережья, набережных, причалов и т.д. от штормов, а также функционировать в качестве искусственного острова, в том числе и плавучего, с инфраструктурой, связанной с отдыхом на воде.

Поставленная задача решается конструкцией гидрокомплекса, содержащего несущую железобетонную конструкцию в виде опорного сотового бона, и плавательного средства в виде шарнирного дебаркадера с размещенным на нем генератором с турбинами, связанных между собой направляющей конструкцией из композитных материалов в металлическом каркасе в виде аппарели, отличающегося тем, что дебаркадер выполнен в форме объемной конструкции из композитных материалов в виде треугольной или многогранной призмы, представляющей собой закрытый объем (контур), и расположенными в нем открытыми сообщающимися полостями (контурами), выполняющими функцию пневмогенераторов, и прикреплен к направляющей аппарели шарнирами, разведенными по вертикали, образующими треугольник жесткости.

При этом аппарель соединена с несущей железобетонной конструкцией жесткой связью.

Кроме того, турбины генератора сообщены с открытым контуром дебаркадера входными и выходными воздуховодами.

Помимо этого соты бона выполнены пустотелыми для заполнения водным балластом, опорными и безопорными и связаны между собой монолитной железобетонной плитой.

Конструкция гидрокомплекса представлена фиг.1, где 1 - шарнирный дебаркадер, 2 - направляющая аппарель, 3 - опорный сотовый бон, 4 - монолитная железобетонная плита, 5 - водный балласт, 6 - генератор, 7 - выпускной клапан, 8 - впускной клапан.

Конструкция дебаркадера представлена на фиг.2, где 9 - открытый контур, 10 - закрытый контур, 11 - кингстон открытого контура, 12 - воздуховод, 13 - отверстие обратного воздуховода.

Шарнирный дебаркадер (фиг. 2) представляет собой самостоятельное плавсредство, выполненное из современных композитных материалов со значительным водоизмещением, главной особенностью которого является наличие внутреннего закрытого контура 10, обеспечивающего плавучесть и позволяющего использовать водный балласт для придания устойчивости и массивности для усиления мощности воздушных потоков, и открытых контуров 9 (сообщающихся полостей), выполняющих функцию пневмогенераторов. При колебательных движениях дебаркадера, вызванных морским волнением, объемы воды в данных контурах постоянно меняются, а воздушные массы, находящиеся в верхней части открытого контура 9, под давлением воды вытесняются, проходя через воздуховод 12 (фиг.2), привод генератора и выпускной клапан 7 (фиг.1) в атмосферу. При обратном движении дебаркадера вода покидает открытый контур 9 (фиг.2), который начинает наполняться воздухом, поступающим из атмосферы через впускной клапан 8 (фиг.1), обратный воздуховод 13 (фиг.2) и противоположный привод турбины генератора 6 (фиг.1).

Таким образом, колебания масс воды во время прибоя раскачивают дебаркадер и являются источником механической энергии, преобразующейся в электрическую.

Дебаркадер крепится к направляющей аппарели тремя шарнирами, причем первый - статически жесткий, находящийся на уровне ватерлинии по вертикальной оси дебаркадера, не позволяет ему смещаться по горизонтали, но не затрудняет перемещение по вертикали.

Два других шарнира являются маятниковыми и расположены по отношению к центральному шарниру консоли на другом уровне в крайних точках дебаркадера. Они также не затрудняют движение по направляющей аппарели, но и не позволяют крайним точкам дебаркадера отходить от нее.

Аппарель, как и дебаркадер, выполнена из композитных материалов с металлическим каркасом и крепится к основной бетонной конструкции жестко. Таким образом, дебаркадер в зависимости от угла волн прибоя перемещается вдоль аппарели по вертикали и под углом, обозначенным направлением аппарели, а также вокруг оси шарнирной консоли.

Возвращаясь в исходное положение, дебаркадер оттесняет верхние массы воды в противоположную сторону морского галса, что создает в районе гидрокомплекса колебание масс воды. При этом турбина генератора инициируется как при входе воздушных потоков в открытый контур, так и при выходе из него, что достигается наличием раздельных приводов, вращающих ось турбины, и впускного и выпускного клапанов лепесткового типа.

Турбины генератора размещены на верхней платформе дебаркадера и сообщены с открытым контуром входными и выходными воздуховодами.

Скорость прохождения воздушных потоков и давление на лопасти турбины, а следовательно, КПД энергоустановки можно рассчитывать в зависимости от массы дебаркадера, объема пневмогенерирующих контуров, соотношения площади их ватерлиний с размерами сечений выводного и входного патрубков и выпускных клапанов.

Изменение массы водного балласта дебаркадера позволяет регулировать его остойчивость в зависимости от силы штормового прибоя.

Опорный сотовый бон является опорной и объемной частью всего гидрокомплекса, выполняется из монолитного железобетона с использованием стандартной оснастки и доставляется к месту монтажа как самостоятельное плавсредство. Подобная схема позволяет быстро и эффективно монтировать значительные площади защитных многофункциональных сооружений.

Проектируют сотовый бон индивидуально в зависимости от глубины и рельефа дна в районе монтажа. При монтаже бон заполняется водным балластом. А соты бона соединяются специальными монтажными желобами и профилями, которые связаны в верхней части монолитной плитой.

При этом между опорными бонами в определенной последовательности могут быть размещены и безопорные боны, что уменьшает затраты на сооружение гидрокомплекса и решает экологическую задачу, обеспечивая обмен водных потоков и течений в пределах гидрокомплекса для создания условий миграции биоресурсов побережья.

С помощью водного балласта, которыми заполнены пустоты сот бона, можно регулировать давление проектируемой конструкции на грунт, вплоть до придания всему комплексу плавучести.

Гидрокомплекс обладает высокой технологичностью и низкой себестоимостью.

Источники информации

1. Патент РФ №2229553, 2004 г.

2. Патент РФ №2059041, 1996 г.

3. Заявка на патент РФ №2004102979, 2005 г.