Патент на изобретение №2334120

(54) СИСТЕМА ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ТУРБИН

(57) Реферат:

Изобретение относится к гидравлическим турбинам. Система гидравлической передачи для получения энергии от ротора турбины содержит один или несколько насосов, приводимых в действие от вала ротора или роторов погружной турбины. Насосы подают под давлением воду к высокоскоростной турбине для повышения скорости вращения ее вала по сравнению со скоростью вала ротора погружной турбины и соответствующего уменьшения момента вращения, необходимого для привода генератора или другого оборудования. Насосом или насосами и высокоскоростной турбиной образован замкнутый гидравлический контур, обеспечивающий рециркуляцию воды через трубопроводы от низкоскоростного насоса или насосов под давлением на высокоскоростную турбину и от последней на вход или входы насоса или насосов. Насос или насосы выполнены в виде низкоскоростного насоса высокого давления или насосного узла из низкоскоростных насосов высокого давления. Вал ротора погружной турбины непосредственно соединен с низкоскоростным насосом высокого давления или насосным узлом из низкоскоростных насосов высокого давления. Изобретение направлено на повышение скорости вращения ротора высокоскоростной турбины. 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Настоящее изобретение относится к турбинам и другим подобным устройствам, предназначенным для взаимодействия с потоком жидкости для передачи энергии от жидкости к механическому устройству. В частности, изобретение относится к турбинам и другим подобным устройствам, приводимым от действия потока воды или другой текучей среды. Таким образом, настоящее изобретение относится, в частности, к применению турбин и подобных подвижных устройств для получения кинетической энергии от текущей воды в целях использования этой кинетической энергии для получения либо электроэнергии, либо мощности на валу для применения в желаемых целях. Текущая вода (которая может быть как пресной водой, так и морской водой), используемая в данном изобретении, является характеристикой приливных, морских или речных течений или течений в устьях рек.

Применение турбин для данных целей уже известно. Например, в Британских Патентах GB 2256011 В, GB 2311566 В и 2348250 нами были описаны конструкции, относящиеся к гидравлическим турбинам, в которых роторы установлены внутри водомерной колонны в море, реке или устье, так чтобы поток воды мог вращать ротор для получения мощности на валу и, следовательно, возможно, электроэнергии для использования в желаемых целях.

В частности, настоящее изобретение относится к системе передачи энергии, в которой применяются один или более таких роторов турбины для получения кинетической энергии от потока воды и производства из нее электроэнергии путем привода электрогенератора или генератора переменного тока или для применения энергии для других полезных целей, требующих быстрого вращения вала.

В основном турбина для получения кинетической энергии от потока воды (в реке или море) включает в себя ротор, выполненный с возможностью взаимодействия с потоком воды таким образом, что некоторое количество энергии движения проходящих масс воды заставляет ротор вращаться. Неважно, какой тип ротора используется, будь то осевой или пропеллерный тип ротора, или ротор с поперечным обтеканием, так называемого типа Дарриуса, или даже некоторая другая форма гидравлического устройства, работающего под действием потока воды, вращение ротора, приводимого движением течения воды, будет медленным, так как фактически даже самое быстрое из течений воды движется лишь с относительно медленной скоростью в диапазоне от 2 до 4 м/с, и концы ротора, как правило, не могут двигаться быстрее, чем со скоростью от 10 до 15 м/с. Следовательно, только очень маленькие устройства могут вращаться на относительно больших скоростях, так как чем больше устройство, т.е. диаметр ротора, тем меньше, как правило, угловое движение в заданное время.

Таким образом, существует необходимость в создании некоторых средств для ускорения выхода, полученного от вращения медленно движущегося ротора, для того чтобы эффективно приводить электрогенератор или другую относительно высокоскоростную машину. Например, ротор осевой приливной или речной турбины 15 метров в диаметре будет, как правило, вращаться со скоростью примерно 10 оборотов в минуту при скорости движения водного потока 2-2,5 м/с (4-5 узлов), но наиболее традиционные электрогенераторы, как правило, требуют привода при скоростях вала около 1000, 1500 и более оборотов в минуту. Эта ситуация показывает, что из-за этого существует необходимость в увеличении скорости главного вала турбины в 100 или более раз. Наиболее традиционная предлагаемая техника согласно предшествующему уровню техники использует многоступенчатую коробку передач. Однако коробки передач такого типа механически сложны, тяжелы в управлении, являются дорогостоящими, подвержены значительному износу и требуют постоянного ухода для замены смазки, как правило, обеспечиваемой между движущимися относительно друг друга компонентами турбин. Более того, традиционно используемые коробки передач наносят вред окружающей среде при вытекании смазывающего вещества по каким-либо причинам.

Известны способы применения турбин в вышеупомянутых целях. Например, в Британских Патентах GB 2256011 В, GB 2311566 В и 2348250 нами были предложены конструкции, относящиеся к гидравлическим турбинам, в которых роторы установлены внутри водомерной колонны в море, реке или устье, так чтобы поток воды мог вращать ротор для получения мощности на валу и, следовательно, возможно, электроэнергии для использования в желаемых целях.

Таким образом, идея погружения ротора в течение воды для получения энергии была испытана и описана, например, в наших вышеперечисленных патентах.

Целью настоящего изобретения является создание способа и средств для повышения эффективной скорости вращения вращающегося элемента.

Согласно настоящему изобретению создана система гидравлической передачи для получения энергии от ротора турбины, погруженного в водный поток и приводимого им во вращение, содержащая один или несколько насосов, приводимых в действие от вала погруженного в водный поток ротора или роторов погружной турбины и подающих под давлением воду к высокоскоростной турбине для повышения скорости вращения ее вала по сравнению со скоростью вала ротора погружной турбины и соответствующего уменьшения момента вращения, необходимого для привода генератора, при этом насосом или насосами и высокоскоростной турбиной образован замкнутый гидравлический контур, обеспечивающий рециркуляцию воды через трубопроводы от низкоскоростного насоса или насосов под давлением на высокоскоростную турбину и от последней на вход или входы насоса или насосов, характеризующаяся тем, что насос или насосы выполнены в виде низкоскоростного насоса высокого давления или насосного узла из низкоскоростных насосов высокого давления, которые в замкнутом гидравлическом контуре подают под давлением воду к высокоскоростной турбине или высокоскоростному гидродвигателю для привода генератора или другого оборудования, причем вал ротора погружной турбины непосредственно соединен с низкоскоростным насосом высокого давления или насосным узлом из низкоскоростных насосов высокого давления.

Предпочтительно, в гидравлическом контуре использована вода, в которую при работе погружен ротор или роторы погружной турбины.

Предпочтительно, в системе согласно изобретению предусмотрено возмещение любых потерь воды посредством замещения водой, в которую погружен ротор или роторы погружной турбины.

Система, предпочтительно, выполнена с возможностью фильтрования воды для удаления взвешенных твердых частиц или других нежелательных загрязнений перед ее подачей в резервуар водосборника, расположенный таким образом, чтобы обеспечить подачу воды для восполнения в систему для замещения потерь воды из-за утечек.

Предпочтительно, в насосе или насосах использованы большие, чем обычно, люфты и относительные перемещения для уплотнений, при этом конструкция системы выполнена с возможностью оптимизации работы насосов для механической эффективности свыше 100% сохранения перекачиваемой воды.

Предпочтительно, низкоскоростной насосный узел выполнен в виде насосов поступательного перемещения и соединен непосредственно с валом ротора погружной турбины и включает в себя кулачковый или кривошипный приводной элемент.

Предпочтительно, каждый ротор погружной турбины связан с множеством отдельных насосов для приведения их в работу, причем входы насосов для воды подсоединены для приема воды из трубопроводов низкого давления, а выходы всех насосов подсоединены через контур воды высокого давления к гидравлическому двигателю или высокоскоростной турбине, приводящим генератор или другое оборудование.

Система, предпочтительно, снабжена камерой поглощения скачков давления или аккумулятором давления, выполненных с возможностью поглощения импульсов давления в потоке воды высокого давления для получения сглаженного выходного давления жидкости в контуре высокого давления.

Предпочтительно, на валу ротора погружной турбины выполнен кулачковый привод управления насосным узлом, обеспечивающий привод поршней или плунжеров насосного узла.

Предпочтительно, насосный узел включает в себя множество насосов, расположенных вокруг кулачкового привода так, что продольные оси поршней насосов направлены по радиусу относительно продольной оси вала, приводимого ротором погружной турбины с помощью роликового следящего элемента.

Предпочтительно, каждый низкоскоростной насос высокого давления или насос насосного узла включает в себя множество цилиндров, расположенных в радиальном направлении вокруг кулачка или приводного кривошипа на валу ротора погружной турбины, множество цилиндров, расположенных в осевом направлении кулачкового вала или кривошипного вала кулачкового привода, или ряды расположенных в радиальном направлении цилиндров, расположенных в осевом направлении кулачкового вала или кривошипного вала.

Предпочтительно, погружная турбина содержит более одного ротора, причем каждый такой ротор соединен с низкоскоростным насосом высокого давления или насосным узлом.

Предпочтительно, каждый цилиндр насосного узла, включающего в себя несколько поршневых или плунжерных насосов и насосный выход, имеет невозвратный клапан для всасывания воды из трубопровода низкого давления или подающего трубопровода и невозвратный клапан для подачи воды под высоким давлением в контур высокого давления.

Кроме того, создана гидравлическая передача для использования, по меньшей мере, с одним ротором гидравлической турбины, характеризующаяся тем, что в ней установлены низкоскоростной насос или насосы высокого давления для приема рабочего привода от ротора турбины и передачи выходного высокого давления к высокоскоростному гидравлическому двигателю или турбине таким образом, чтобы создать увеличение скорости вала или двигателя, сопровождающееся соответствующим уменьшением крутящего момента, необходимого для привода электрогенераторов или других машин, по сравнению со скоростью вала ротора или роторов турбины.

Предпочтительно, имеется, по существу, закрытый контур гидравлической жидкости, связанный с низкоскоростным насосом или насосами высокого давления.

Предпочтительно, гидравлическая жидкость для указанного насоса или насосов высокого давления рециркулирует из высокоскоростного гидравлического двигателя или турбины через линию или линии возврата жидкости низкого давления для подачи в низкоскоростной гидравлический насос или насосы высокого давления.

Предпочтительно, гидравлической жидкостью является вода.

Предпочтительно, любая потеря воды компенсируется путем втягивания замещающей воды из воды, в которой при работе расположены ротор или роторы.

В предпочтительном варианте воплощения вода для компенсации фильтруется для удаления твердых частиц или других нежелательных загрязняющих веществ до того, как они попадают в водосборный бак, расположенный в таком положении, что он может подавать воду для компенсации в передачу для замещения воды, потерянной в результате утечки.

Так как гидравлической жидкостью является вода, извлекаемая из рабочей окружающей среды турбины или турбин, допускается относительно высокая степень утечки жидкости, в результате чего обеспечивается использование большего зазора, чем было бы приемлемо в другом случае, относительно движения для уплотнений, при этом устройство таково, что работа насосов может быть оптимизирована для механической эффективности большей, чем при 100% удержании гидравлической жидкости.

Предпочтительно, каждый указанный ротор соединен с множеством отдельных насосов, установленных для приведения при работе от присоединенного ротора, при этом входы для гидравлической жидкости к насосам присоединены для приема жидкости из пространства с жидкостью низкого давления, и выходные стороны всех насосов соединены с общим пространством высокого давления, присоединяемого через контур жидкости высокого давления к гидравлическому двигателю или ротору, соединенному для привода генератора или другой машины.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения, гидравлическая турбина имеет гидравлическую передачу для увеличения эффективной скорости турбины.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения, гидравлическая передача, в которой в качестве рабочей жидкости используется вода, применяется для достижения желаемого увеличения скорости для присоединения ротора низкоскоростной приливной или речной турбины к обычному электрогенератору или другой высокоскоростной машине.

В предпочтительном варианте воплощения предлагается напрямую соединять низкоскоростной насос положительного перемещения с ведущим валом ротора турбины.

В частности, гидравлический насос может быть разных типов, например кулачковый или кривошипно-шатунный одно- или многоцилиндровый поршневой или плунжерный, или зубчатый насос внутреннего или наружного типа, кулачковый насос или лопаточный насос.

При необходимости, применяемые насосы могут иметь множество конфигураций, например поршневой или плунжерный насос может иметь разнообразные цилиндры, расположенные по радиусу вокруг кулачка или ведущего кривошипа главного вала, или цилиндры могут быть расположены по оси вдоль кулачкового или коленчатого валов, или могут использоваться ряды радиально расположенных цилиндров, расположенных по оси вдоль коленчатого или кулачкового вала.

Идеи изобретения могут быть применены к гидравлическим турбинам с более чем одним ротором, причем в этом случае каждый ротор будет соединен с идентичным низкоскоростным насосом положительного перемещения, снабжаемого той же рабочей жидкостью, на которой работает турбина, посредством чего при расположении насоса в море, ей будет являться морская вода, а при расположении в материковой реке ей может быть пресная вода. Поэтому любая незначительная утечка гидравлической жидкости не создаст никаких проблем в окружающей среде по загрязнению окрестности и является допустимой.

В отдельном варианте воплощения индивидуальные цилиндры (с поршневыми или плунжерными насосами) или выход насоса будут втягивать воду через невозвратные клапаны из трубопровода низкого давления или подающего трубопровода и также они будут поставлять сжатую под высоким давлением воду через невозвратный клапан в трубопровод высокого давления.

На практике трубопровод низкого давления будет присоединен к подающей трубе или трубе низкого давления, которая будет осуществлять соответствующую подачу рабочей жидкости для использования ее насосом (насосами). Подобным образом трубопровод высокого давления будет, в свою очередь, присоединен к транспортирующей или подающей трубе высокого давления и может также соединяться с накопителем, выполненным с возможностью смягчения колебаний или пульсаций на выходе, вызванных поршневыми или плунжерными насосами (хотя можно обойтись и без аккумулятора, если использовать ротационные насосы положительного перемещения, такие как зубчатые насосы, чьи выходы стремятся быть основательно сглаженными и свободными от пульсаций давления).

Подающие трубы низкого и высокого давления будут проведены через опорную структуру указанной приливной турбины к удобному месту расположения для размещения водяного двигателя или ковшовой гидротурбины (турбины Пелтона), присоединенной к генератору. Водяной двигатель или ковшовая гидротурбина будут в основном приводиться в движение одной или более струями воды, падающими на ротор специальной формы, причем такие устройства предшествующего уровня техники хорошо известны.

Применение этого изобретения в приливной турбине нами уже раскрыто ранее в патентах GB 2311566 и 2348250; турбины устанавливают на односвайную опорную структуру, которая устанавливается в углубление, разбуренное в морском дне или дне реки, и верхний конец указанной одной опорной сваи выступает над поверхностью потока текущей воды. Когда идея изобретения применяется к этому способу извлечения кинетической энергии из течений, транспортирующие трубы высокого и низкого давления будут вести поток к и от водного двигателя или ковшовой гидротурбины, приводящей генератор, который предпочтительно расположен над поверхностью воды в защищенном от погодных условий корпусе на верху одной опорной балки.

Однако корпус для водного двигателя или ковшовой гидротурбины может в некоторых случаях представлять собой водонепроницаемый корпус, расположенный под поверхностью, т.е. в случае, когда системы управления турбиной расположены под поверхностью воды.

Предпочтительно, вода, используемая в системах согласно настоящему изобретению, фильтруется заранее, чтобы исключить содержание значительных количеств твердых веществ или обломков, которые могут вызвать преждевременный износ компонентов как насосов, так и водного мотора или ковшовой гидротурбины.

Удобным образом, в воду может также быть добавлена безвредная (биологически разлагающаяся или биологически инертная) смазка для минимизации износа и раздирания уплотнений и подвижных компонентов в системе.

Предпочтительно, любая нагнетаемая вода, требуемая для достижения целей согласно настоящему изобретению, проходит через сито, а затем через фильтр при помощи вспомогательного насоса, и подается в водосборный бак или бак для хранения; при этом указанный насос работает только тогда, когда поплавок или другой датчик уровня показывает, что уровень воды в водосборнике или баке для хранения упал ниже какого-то определенного уровня, и насос прекращает работать, когда водосборник или бак для хранения снова наполняется до уровня, выше определенного уровня.

В частности, вышеупомянутый бак для хранения или водосборный бак связан с отводящей трубой, которая собирает воду снизу ковшовой гидротурбины или водного мотора и возвращает ее в подающий трубопровод низкоскоростного насоса или насосов высокого давления.

Для лучшего понимания изобретения и демонстрации его работы далее будет сделана ссылка на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 – схематичный вид спереди системы гидравлической турбины, описанной в находящейся на рассмотрении Английской заявке на патент № 0327429,7; при этом чертежи показывают установку, когда турбины и присоединенные роторы погружены в воду;

Фиг.2 – схематичный вид сбоку установки с Фиг.1;

Фиг.3 – сечение по линии А-А с Фиг.1;

Фиг.4 – сечение по линии В-В с Фиг.1;

Фиг.5 и 6 – схематичный вид установки с Фиг.1-4, когда турбины и присоединенные роторы поднимаются на месторасположение над уровнем воды; и

Фиг.7 – схематичная диаграмма, показывающая вариант воплощения настоящего изобретения при использовании с установкой, показанной на Фиг.1-6.

Далее будем ссылаться на Фиг.1-4. Эти чертежи показывают опорную колонну 1 для установки сборки 2 турбины. Нижний конец колонны 1 закреплен в дне реки/моря SB и имеет такую длину, что верхний ее конец находится над уровнем воды WL. На Фиг.1-4 показана сборка турбины, содержащая два блока 3 турбин, прикрепленных к каждому из концов горизонтальной крылообразной опорной конструкции 4, включающей в себя внутреннюю перекладину (отдельно не показанную) внутри наружного корпуса (отдельно не показанного), обтекаемую в поперечном сечении. Конструкция 4 поддерживается на манжетообразном рукаве 5, выполненном с возможностью продольного перемещения по длине опорной колонны 1. Профиль конструкции 4 способствует как можно большему снижению получения нежелательных эффектов сопротивления воды в воде, проходящей по поверхности конструкции 4, и минимизации волнового следа воды на заднем крае конструкции. На практике направление потока воды поперек конструкции может быть приливным и, таким образом, реверсивным в направлении поперек конструкции 4. Это требует, чтобы профиль конструкции был также двунаправленным так, чтобы он был эффективен при работе в обоих направлениях потоков воды.

Каждый из блоков 3 турбины включает в себя ротор 6, поддерживаемый валом ротора (отдельно не показанным), который образует часть очень схематично показанной передачи 7 вращения ротора, включающей в себя приводной механизм (не показан). Приводной механизм, как правило, представляет собой механизм для применения мощности вала ротора в некоторых полезных целях, например для выработки электроэнергии, и может включать в себя редуктор и генератор, непосредственно приводимый генератор или гидравлический насос, приводящий генератор посредством гидравлического двигателя.

Рукав 5 достаточно тесно прилегает к верхней части 8 колонны 1 для его выборочного перемещения по длине колонны, что будет более подробно описано далее. Верхняя часть 8 колонны также является обтекаемой, так как она имеет полностью овальный/эллиптический профиль для минимизации волнового следа потока воды и максимизации сопротивления изгибам в направлениях потока воды по нормали к плоскости ротора.

В варианте воплощения показанной передачи, верхняя часть 8 колонны содержит, как показано на Фиг.3, две обращенные друг к другу одинаковые профилированные D-образные части колонн 9 и 10 с зазором 11 между ними, через который может пройти главная перекладина опорной конструкции 4.

Рукав 5, конструкция 4 и блоки 3 турбин собирают вместе для образования составного блока для сборки 2. Эта сборка является перемещаемой как единое целое по длине верхней части колонны посредством скольжения рукава 5 вверх или вниз относительно верхней части 8 колонны 1. Часть 8 имеет такую длину, что величина возможного перемещения позволяет сборке 2 быть расположенной ниже уровня воды WL, как показано на Фиг.1 и 2, и быть расположенной над уровнем воды, как показано на Фиг.5 и 6, так что сборка 2 может быть удобно расположена с роторами 6 при остановке для ремонта или осуществления других мероприятий по сборке.

На Фиг.1 и 2 сборка 2 показана с осями роторов 6 блока турбин, расположенных приблизительно посередине между поверхностью воды WL и морским дном SB.

Как видно из Фиг.4 (сечение по линии В-В Фиг.2), нижняя часть или часть 12 основания колонны имеет сплошное круглое поперечное сечение. На верхнем конце колонн 9 и 10 расположен корпус 13.

Несмотря на то, что вышеописанный вариант воплощения рассматривается заявителем как преимущественный и предпочтительный, он не является неотъемлемой частью для применения настоящего изобретения к турбинной установке.

Фиг.7 является схематичной диаграммой, показывающей вариант воплощения передачи, объединяющий идеи настоящего изобретения, и, в частности, иллюстрирует, как система, показанная на нем, может быть использована в установке, например, показанной на Фиг.1-6.

Хотя на Фиг.7 показаны идеи изобретения применимо к турбинной установке, включающей в себя два ротора, идеи настоящего изобретения могут быть применены к установке с одной турбиной или установкам с более чем двумя турбинами.

На Фиг.7 ротор 20 турбинной установки (не показанный подробно) обозначен пунктиром, а направление вращения ротора показано частичной круговой пунктирной линией 21.

Ротор 20 предназначен для вращения вала 22, на котором установлен кулачковый привод 23, в этом примере со сдвинутым круглым профилем. Кулачковый привод 23 предназначен для привода насосного узла 24. Как показано, узел 24 включает в себя четыре цилиндра 25. Цилиндры 25 в этом примере симметрично расположены вокруг кулачкового привода 23, при этом их центральные линии или продольные оси лежат в плоскости кулачкового привода и направлены радиально относительно вала 22.

Поршни или плунжеры 26, соединенные с цилиндрами 25, совершают возвратно-поступательное движение внутри соединенных с ними цилиндров 25 посредством кулачковых следящих устройств 27 роликового типа, образующих часть кулачкового привода. На практике внутри каждого цилиндра могут быть установлены возвратные пружины. Идея насоса, показанная на Фиг.7, может быть расценена как используемая только в качестве примера. На практике блок/блоки насоса могут иметь любую форму, подходящую для поставленных целей. Могут быть использованы другие конфигурации насоса поршневого или плунжерного типа. Например, может быть использован зубчатый, лопастной, кулачковый или другой тип низкоскоростного насоса положительного перемещения высокого давления.

Входящая жидкость, т.е. вода, входящая в узел 24 насоса, попадает в цилиндры 25 через круговое пространство или кольцевой трубопровод 28. Эта вода попадает в каждый цилиндр 25 при помощи присоединенного невозвратного впускного клапана 29 для воды. То есть каждый цилиндр имеет невозвратный впускной клапан 29 для воды.

Следует отметить, что форма этого пространства или кольцевого трубопровода 28 может изменяться для соответствия форме используемого блока насоса/насосной установки и необязательно должна иметь форму кольцевого трубопровода 27 и четырех цилиндров 25 для подачи. Например, в некоторых установках с одной точкой подвода к одному насосу, вполне достаточно одной подающей трубы.

Вода при более высоком давлении, производимая насосным действием блока/блоков насоса, выбрасывается при этом более высоком давлении из цилиндров 25 насоса через невозвратные клапаны в пространство или кольцевой трубопровод 31 для воды более высокого давления. Это пространство/кольцевой трубопровод 30 соединены с дополнительной расширительной камерой или накопителем 32, выполненным с возможностью сглаживания пульсации в потоке жидкости для выравнивания давления на выходе при помощи трубопровода более высокого давления 33.

Подобным образом подаваемая вода для насосов попадает в подающее пространство 27 по подающей линии низкого давления 34.

В установке с множеством турбин, как показано на Фиг.7, узел 24А насоса или насосов соединен с другими роторами турбины (один такой насосный блок, обозначенный ссылочной позицией 24А, включает в себя пространства или кольцевые трубопроводы 27А, 31А, гидравлически соединенные с вышеупомянутыми выпускной и впускной питающими линиями 33 и 34). Другими словами впускная и выпускная линии 34, 33 могут быть общими для всех турбин установки.

Водопровод 33 высокого давления транспортирует воду высокого давления, вышедшую из насосов 24, к водному двигателю или ковшовой гидротурбине 35, которая обеспечивает эффективный и хорошо известный механизм для получения высокоскоростного выхода из струи (или в некоторых случаях из нескольких струй) воды. В этом случае водопровод 33 высокого давления заканчивается одним (или более) соплом 36, которое заставляет струю или струи воды большой скорости ударяться о ковши или лопатки 37 водного двигателя или ковшовой гидротурбины 35. Во многих случаях может быть применена многоструйная ковшовая гидротурбина 35, хотя на чертеже для упрощения показана только одноструйная опция. Преимущество многоструйной установки заключается в том, что при помощи меньшего количества струй может быть достигнута лучшая эффективность частичных нагрузок, если возможна лишь ограниченная подача воды.

На Фиг.7 также показан водный двигатель или ковшовая гидротурбина 35, приводящая электрогенератор 38 при помощи шкивов и ременной передачи 39. Это сделано преимущественно для иллюстрации принципов, так как на практике генератор 38 может быть фактически напрямую присоединен к водному мотору или ковшовой гидротурбине 35 (т.е. вал генератора напрямую сцепляется с валом водного мотора), но при этом могут быть применены некоторые изменяющие скорость передачи, такие как ремень или ремни.

Так как некоторое количество воды, используемое в качестве гидравлической жидкости, может вытечь из контура, особенно из насоса или насосов высокого давления (узлов 24), придется компенсировать любые потери для обеспечения постоянной подачи к насосу или насосам. На практике некоторые утечки могут оказаться желательными, так как хорошие зазоры и менее совершенные уплотнения, по всей вероятности, будут снижать механические потери в насосе (насосах), что улучшает общую эффективность всей системы. Такое устройство на практике также очень вероятно могло бы облегчить получение длинных интервалов перед необходимостью замены каких-либо уплотнений насоса. Для подстройки к любым таким утечкам имеется компенсирующий источник воды 40, в котором установлен водосборный бак 41, такой, что его статический уровень воды 42 находится сразу под водным мотором или ковшовой гидротурбиной 35 (как показано), так что если уровень в обратной подающей трубе 34 падает значительно ниже уровня в водосборном баке, некоторое количество воды для компенсации вытечет из водосборного бака через невозвратный клапан 43 в контур около верха возвратной подающей трубы 33 низкого давления.

Водосборный бак 41 дозаправляется, когда датчик уровня 44 показывает, что уровень воды упал ниже какого-то заданного уровня, причем, когда это случается, небольшой подающий насос 45 включается для подвода воды из окружающей среды к системе через впускное устройство с ситом и системой фильтрации 46 и накачивает ее через подающую трубу 47 для жидкости для компенсации в водосборный бак 41. Когда уровень воды в водосборном баке 41 превышает определенную высоту, подающий насос 45 отключается. В большинстве случаев указанный подающий насос имеет электрический привод.

Формула изобретения

1. Система гидравлической передачи для получения энергии от ротора турбины, погруженного в водный поток и приводимого им во вращение, содержащая один или несколько насосов, приводимых в действие от вала погруженного в водный поток ротора или роторов погружной турбины, и подающих под давлением воду к высокоскоростной турбине для повышения скорости вращения ее вала по сравнению со скоростью вала ротора погружной турбины и соответствующего уменьшения момента вращения, необходимого для привода генератора, при этом насосом или насосами и высокоскоростной турбиной образован замкнутый гидравлический контур, обеспечивающий рециркуляцию воды через трубопроводы от низкоскоростного насоса или насосов под давлением на высокоскоростную турбину и от последней на вход или входы насоса или насосов, отличающаяся тем, что насос или насосы выполнены в виде низкоскоростного насоса высокого давления или насосного узла из низкоскоростных насосов высокого давления, которые в замкнутом гидравлическом контуре подают под давлением воду на высокоскоростную турбину или к высокоскоростному гидродвигателю для привода генератора или другого оборудования, причем вал ротора погружной турбины непосредственно соединен с низкоскоростным насосом высокого давления или насосным узлом из низкоскоростных насосов высокого давления.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в гидравлическом контуре использована вода, в которую при работе погружен ротор или роторы высокого давления.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что в ней предусмотрено возмещение любых потерь воды, в которую погружен ротор или роторы погружной турбины.

4. Система по п.2, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью фильтрования воды для удаления взвешенных твердых частиц или других нежелательных загрязнений перед ее подачей в резервуар водосборника, расположенный таким образом, чтобы обеспечить подачу воды для восполнения в систему для замещения потерь воды из-за утечек.

5. Система по любому из пп.1, 3 или 4, отличающаяся тем, что в насосе или насосах использованы большие, чем обычно люфты и относительные перемещения для уплотнений.

6. Система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что низкоскоростной насосный узел выполнен в виде насосов поступательного перемещения и соединен непосредственно с валом ротора погружной турбины и включает в себя кулачковый или кривошипный приводной элемент.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что каждый ротор погружной турбины связан с множеством отдельных насосов для приведения их в работу, причем входы насосов для воды подсоединены для приема воды из трубопроводов низкого давления, а выходы всех насосов подсоединены через контур воды высокого давления к гидравлическому двигателю или высокоскоростной турбине, приводящим генератор или другое оборудование.

8. Система по п.6, отличающаяся тем, что она снабжена камерой для поглощения скачков давления или аккумулятором давления, выполненных с возможностью поглощения импульсов давления в потоке воды высокого давления, для получения сглаженного выходного давления в контуре высокого давления.

9. Система по п.6, отличающаяся тем, что на валу ротора погружной турбины выполнен кулачковый привод управления насосным узлом, обеспечивающий привод поршней или плунжеров насосного узла.

10. Система по п.9, отличающаяся тем, что насосный узел включает в себя множество насосов, расположенных вокруг кулачкового привода так, что продольные оси поршней насосов направлены по радиусу относительно продольной оси вала, приводимого ротором погружной турбины с помощью роликового следящего элемента.

11. Система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что каждый низкоскоростной насос высокого давления или насос насосного узла включает в себя множество цилиндров, расположенных в радиальном направлении вокруг кулачка или приводного кривошипа на валу ротора погружной турбины, множество цилиндров, расположенных в осевом направлении кулачкового вала или кривошипного вала кулачкового привода, или ряды расположенных в радиальном направлении цилиндров, расположенных в осевом направлении кулачкового вала или кривошипного вала.

12. Система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что погружная турбина содержит более одного ротора, причем каждый такой ротор соединен с низкоскоростным насосом высокого давления или насосным узлом.

13. Система по любому из пп.8-10, отличающаяся тем, что каждый цилиндр насосного узла, включающего в себя несколько поршневых или плунжерных насосов и насосный выход, имеет невозвратный клапан для всасывания воды из трубопровода низкого давления или подающего трубопровода и невозвратный клапан для подачи воды под высоким давлением в контур высокого давления.

РИСУНКИ