Проточная бесплотинная гидротурбина



Проточная бесплотинная гидротурбина
Проточная бесплотинная гидротурбина
Проточная бесплотинная гидротурбина
Проточная бесплотинная гидротурбина
Проточная бесплотинная гидротурбина

 


Владельцы патента RU 2466293:

Наумов Виктор Викторович (RU)
Перепечкин Валерий Петрович (RU)

Изобретение относится к области малой гидроэнергетики, а конкретнее к проточным бесплотинным микрогидроэлектростанциям, предназначенным для преобразования речного потока в электроэнергию при использовании гидротурбин, погруженных в воду мелких рек и ручьев. Проточная бесплотинная гидротурбина содержит понтон 1 с несущей стойкой 3, на которой посредством роликовых опор 4 соосно закреплены наклонные парные роторы. Роторы выполнены в виде вала 5 с лопастями 6. Роторы через шарнирные муфты 7 взаимодействуют с валом отбора мощности 8, а через звездочку 9, жестко закрепленную на валу 8, с мультипликатором и энергоблоком. Изобретение направлено на упрощение конструкции гидротурбины, уменьшение её габаритов и обеспечение возможности использования на малых реках и ручьях для электроснабжения индивидуальных и фермерских хозяйств. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области малой гидроэнергетики, а конкретнее к проточным бесплотинным микрогидроэлектростанциям, предназначенным для преобразования речного потока в электроэнергию при использовании гидротурбин, погруженных в воду мелких рек и ручьев.

Известна русловая бесплотинная гидроэлектростанция, содержащая установленный в потоке вдоль берега реки водозаборный канал в виде открытого сверху короба, гидроэнергетическую установку в виде лопастной гидротурбины, расположенной на горизонтальной оси и оптимально погруженной в воду, при этом гидроагрегат установлен на двух противоположно расположенных бетонных основаниях или на понтоне. Предохранительное ограждение состоит из бетонных свай, забитых на дно реки (патент РФ №2131993, МПК F03B 13/00, опубл. 20.06.1997 г.).

Однако данная установка характеризуется наличием большого количества строительно-монтажных работ (бетонирование береговой стенки и стенки потока, монтаж стенки-разделителя и т.д.), кроме этого, для производительной работы данной гидроэлектростанции необходим мощный поток воды, что делает невозможным ее использование на малых реках и, тем более, ручьях.

Известна сдвоенная бесплотинная гидротурбина Федчишина В.Г., включающая понтонную платформу, удерживаемую под водой в растяжку тросами, несущую стойку и соосные роторы с лопастями, кинематически связанные коническими шестернями с валом преобразователя энергии и имеющие однонаправленное вращение, при этом роторы с лопастями размещены под водой, а лопасти выполнены сдвоенными. Роторы размещены на консолях обтекаемой формы, расположенных по обе стороны от несущей стойки. Герметизированный подводный генераторный корпус снабжен баллоном со сжатым воздухом и редуктором (патент РФ №2109165, МПК F03B 13/12, опубл. 20.04.1998 г. - прототип).

Однако такие конструктивные решения в виду большого количества кинематических связей усложняют конструкцию и снижают ее надежность. Кроме этого, установка характеризуется наличием большого количества строительно-монтажных работ, необходимостью герметизации вращающихся валов роторов и регулярного контроля механизмов на предмет смазки конических и иных передач и контроля протекания. Следует отметить также то, что полностью погруженные в воду лопастные гидротурбины при одинаковых габаритных размерах имеют меньшую эффективность, чем с частично погруженными водяными колесами, а также не исключают возможности заклинивания поворотных лопаток крупногабаритным мусором. В связи с вышесказанным использование данной гидротурбины на малых реках и ручьях для энергоснабжения индивидуальных потребителей или фермерских хозяйств экономически нецелесообразно.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является упрощение конструкции гидротурбины, уменьшение ее габаритов и обеспечение возможности ее эффективного использования на малых реках и ручьях для энергоснабжения индивидуальных и фермерских хозяйств.

Указанный технический результат достигается тем, что проточная бесплотинная гидротурбина состоит из понтона с несущей стойкой, на которой посредством роликовых опор соосно закреплены парные наклонные роторы, выполненные в виде валов с лопастями. Роторы посредством шарнирных муфт взаимно связаны с валом отбора мощности и через звездочку, жестко закрепленную на нем, с мультипликатором и энергоблоком, причем угол наклона роторов и угол сопряжения боковых кромок лопастей с осью вала ротора равны и находятся в пределах 45-60°. Шарнирные муфты в каждой паре роторов установлены со смещением 90°, а лопасти одного ротора развернуты относительно лопастей другого на ½ угла между лопастями.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами:

- Фиг.1 - схема механизма;

- Фиг.2 - вид на ротор по стрелке А;

- Фиг.3 - вид на ротор по стрелке Б;

- Фиг.4 - вид гидротурбины сверху;

- Фиг.5 - графики изменения крутящего момента (Мкр) и угловой скорости (W) (в процентном отношении) одного четырехлопастного ротора с углом наклона ротора в 45° за поворот лопастей на 180°.

Проточная бесплотинная гидротурбина состоит из герметично выполненного в виде обоюдоострой лодки понтона 1, который при помощи канатов 2, закрепленных ко дну или берегу, фиксируется в требуемом положении. Глубина погружения всей конструкции регулируется песком, засыпаемым в отсеки понтона 1. На понтоне 1 смонтированы несущие стойки 3, в роликовых опорах 4 (или подшипниковых цапфах) которых закреплены наклонные роторы, выполненные в виде валов 5 с лопастями 6. Валы 5 роторов посредством шарнирных муфт 7 соединены с валом отбора мощности 8, с жестко закрепленной на нем звездочкой 9, которая посредством цепной передачи связана с мультипликатором и энергоблоком (на чертеже не показаны). Шарнирные муфты 7 в каждой паре роторов устанавливаются (с целью снижения неравномерности) со смещением на 90°. Оптимальный угол наклона роторов от вертикали (в плоскости перпендикулярной потоку воды) выявлен в ходе экспериментов и составляет 45-60°. Наклонное положение роторов позволяет вывести из-под воздействия воды все кинематические связи роторов, не прибегая к увеличению диаметров окружностей лопастей. Боковые кромки лопастей расположены под углом к оси вала 5 ротора, при этом их угол наклона равен углу наклона ротора и составляет 45-60°. Равенство углов наклона боковых кромок лопастей относительно оси вала 5 ротора и угла наклона ротора обусловлено двумя причинами, а именно, минимальным боковым зазором между боковыми кромками лопасти 6 и бортом понтона 1, что предопределяет использование оптимально короткого вала ротора, в то время как длинный вал характеризуется в процессе работы большим изгибающим моментом, вибрацией и высокой нагрузкой на опоры. Второй причиной является отсутствие сопротивления движению лопастей, находящихся выше уровня воды. Количество лопастей 6 может изменяться в зависимости от степени неравномерности вращения и необходимости увеличения крутящего момента с одной стороны и возможности прохождения мусора между лопастями - с другой. С целью снижения неравномерности вращения вала 8 отбора мощности лопасти 6 в каждой паре роторов смещены друг относительно друга на ½ угла между лопастями, так при четырехлопастном роторе этот угол равен 45°, при шестилопастном - 30°. При увеличении количества лопастей 6, изображенные на Фиг.5 кривые будут сглаживаться, однако уменьшение угла между лопастями 6 (при увеличении их количества) уменьшает межлопастное пространство и может способствовать их забиванию проплывающим мусором до полной остановки гидротурбины.

Предлагаемая гидротурбина работает следующим образом. Поток воды, огибая носовую часть понтона 1, воздействует на погруженные в воду лопасти 6 роторов, последние, вращаясь под действием потока воды, передают посредством шарнирных муфт 7 вращение на вал 8 отбора мощности и через звездочку 9, через цепную передачу на мультипликатор и энергоблок.

Таким образом, конструктивные особенности заявленной гидротурбины (при наличии решений, обеспечивающих равномерность вращения вала отбора мощности) предопределяют упрощение конструкции, ее малые габариты и возможность эффективного использования гидротурбины на малых реках и ручьях для энергоснабжения индивидуальных и фермерских хозяйств.

1. Проточная бесплотинная гидротурбина, характеризующаяся тем, что она содержит понтон с несущей стойкой, на которой посредством роликовых опор соосно закреплены наклонные парные роторы, выполненные в виде вала с лопастями и через шарнирные муфты, взаимодействующие с валом отбора мощности, а через звездочку, жестко закрепленную на валу, с мультипликатором и энергоблоком, при этом угол наклона роторов и угол сопряжения боковых кромок лопастей с осью вала ротора равны 45-60°.

2. Проточная бесплотинная гидротурбина по п.1, характеризующаяся тем, что шарнирные муфты в каждой паре роторов установлены со смещением на 90°.

3. Проточная бесплотинная гидротурбина по п.1, характеризующаяся тем, что лопасти в каждой паре роторов развернуты относительно друг друга на 1/2 угла между лопастями.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к возобновляемым источникам энергии, в частности, для выработки электроэнергии путем использования энергии морских волн за счет образующихся вертикальных подъемов и спадов волн.

Изобретение относится к ветроволновой энергетике и может быть использовано для получения электрической энергии. .

Изобретение относится к области морской гидротехники и может быть использовано для преобразования морских течений в электрическую энергию. .

Изобретение относится к области электротехники и гидроэнергетике, в частности к производству электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую энергию.

Изобретение относится к области электротехники и гидроэнергетики, в частности к устройствам, представляющим собой электрогенераторы для производства электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую энергию.

Изобретение относится к области морской гидротехники и предназначено для преобразования энергии морских течений (приливов, отливов) в электрическую энергию. .

Изобретение относится к области энергетики. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается особенностей выполнения генераторов электрического тока. .

Изобретение относится к энергетике, в частности к прибойным гидроветроэлектростанциям, и предназначено для выработки электроэнергии за счет преобразования энергии прибойного потока и энергии отливов у берегов морей, океанов и крупных водоемов, а также энергии воздушного потока

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано в волновых энергетических установках

Изобретение относится к возобновляемым источникам энергии, в частности к устройствам, использующим энергию текущей воды и преобразующим ее в электрическую или механическую энергию

Изобретение относится к области электротехники, разрабатывающей устройства генерирования электроэнергии от возобновляемых источников. Приливно-волновая электростанция выполнена на базе двух турбин 1 и 2. Каждая из турбин 1 и 2 имеет по меньшей мере два диска 3, связанных между собой осями 4, на которых шарнирно закреплены лопатки 5, перемещение которых ограничено основным и дополнительным фиксаторами 6 и 7. Обе турбины 1 и 2 шарнирно установлены на единой оси 8, закрепленной в раме 9, часть которой фиксирована на дне, а другая часть включает площадку 10 на поверхности, где размещаются редуктор 11 и генератор 12. В одной турбине основные фиксаторы 6 расположены с правой стороны лопаток 5, тогда как у другой турбины основные фиксаторы 6 расположены с левой стороны лопаток 5. Смежные диски 3 турбин 1 и 2 снабжены основными коническими шестернями, между которыми установлены дополнительные конические шестерни, шарнирно закрепленные на оси 14, перпендикулярной единой оси 8 турбин 1 и 2. К одной из дополнительных конических шестерен жестко присоединён вал отбора мощности 13, выходящий на площадку 10 на поверхности. Изобретение направлено на обеспечение повышенного КПД за счет работы турбин в трех квадратах и при любом направлении потока при одновременном сохранении простоты конструкции. 6 ил.

Изобретение относится к гидроэнергетике и, в частности, может быть использовано для получения дополнительной электроэнергии в водной акватории. Генератор содержит многоступенчатые бетонные тумбы, расположенные в два и более рядов таким образом, что тумбы второго и последующих рядов располагаются в промежутках между тумбами предшествующих рядов. На ступенях тумб установлены соединенные в единую энергетическую систему волновые электростанции. Волновые электростанции установлены на многогранных и многоярусных призмах вокруг генератора волн. Генератор волн выполнен в виде установленного на бетонной многоугольной призме 2 столба 3, на котором над поверхностью воды установлено в магнитном подшипнике вращающееся звездное, например четырехлучевое, колесо 4. К внешнему концу каждого луча колеса прикреплен посредством соединительного элемента 6 каменный или чугунный полированный шар 5. На внутренних боковых поверхностях звездного колеса выполнены желобы 7, расстояние между кромками которых больше диаметра шара 5. Длина соединительного элемента 6 больше расстояния от основания горизонтально расположенного желоба 7 звездного колеса до водной поверхности, но меньше глубины водоема. Грани многоугольной бетонной тумбы и многогранных призм, контактирующие с волнами, выполнены по форме параболы. Вал звездного колеса 4 соединен с валом двигателя 11, который подключен к выходу блока обработки и аккумулирования электроэнергии, соединенного с группой волновых электростанций. В водоеме звездное колесо 4 установлено так, чтобы шар 5 перемещался по его течению. Соединительный элемент 6 выполнен в виде каната, или троса, или веревки. На водной поверхности в зоне затухающих волн расположены аналогичные группы волновых электростанций. Обеспечивается возможность использования различных природных водоемов, озер, прудов, рек и других водных акваторий для получения гидроэлектроэнергии и повышается эффективность их использования. 3 ил.

Изобретение относится к гидроэнергетике и, в частности, может быть использовано для получения дополнительной электроэнергии на различных водных акваториях. Гидроэнергетическая система содержит многоступенчатые бетонные тумбы, расположенные в два и более рядов таким образом, что тумбы второго и последующих рядов располагаются в промежутках между тумбами предшествующих рядов. На ступенях тумб установлены соединенные в единую энергетическую систему волновые электростанции, поплавки которых плавают на волнах. Тумбы выполнены в виде многоступенчатых многогранных призм, например шестигранных, и расположены вокруг генератора волн. Генератор волн выполнен в виде установленного на бетонном многогранном, например шестигранном, основании 3 столба 2, на котором, над поверхностью воды, размещен резервуар для воды 5 с манжетами 6 на его верхней кромке и коническим патрубком 7 в днище, и насос 8 для подачи воды в резервуар. Грани призм и бетонного основания 2, контактирующие с водой, имеют форму параболы. Все волновые электростанции соединены с блоком аккумулирования и распределения электроэнергии, который подключен к насосу. Группы соседних многогранных призм вокруг генератора волн располагаются в зонах затухающих волн. Обеспечивается возможность создания дополнительных источников генерации электроэнергии за счет использования волновых свойств различных природных водоемов, озер, прудов, рек и т.д. 3 ил.

Изобретение относится к гидроэнергетике и, в частности, может быть использовано для получения дополнительной электроэнергии на различных водных акваториях. Электрогидросистема содержит многоступенчатые бетонные тумбы, расположенные в два и более рядов, где тумбы второго и последующих рядов располагаются в промежутках между тумбами предшествующих рядов. На ступенях тумб установлены соединенные в единую энергетическую систему волновые электростанции, поплавки которых плавают на волнах. Тумбы выполнены в виде многоступенчатых, многогранных призм, например шестигранных, расположенных вокруг генератора волн. Генератор волн выполнен в виде установленного на бетонной многогранной, например шестигранной, платформе 2 двигателя 3, чей вал соединен с эксцентриком 4, на котором лежит штанга 5 с прикрепленным к ее концу шаром 6. Второй конец штанги закреплен на платформе. Вокруг генератора волн размещены волновые электростанции с поплавками на волнах, установленные на многоярусных, многогранных, например, шестигранных, призмах. Все волновые электростанции соединены с блоком аккумулирования и распределения электроэнергии, который, в свою очередь, подключен к двигателю. Соседние группы многогранных призм вокруг генератора волн расположены в зонах затухающих волн. Обеспечивается возможность создания дополнительных источников генерации электроэнергии за счет использования волновых свойств различных природных водоемов, озер, прудов, рек и т.д. 3 ил.

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для обеспечения электрической энергией лагерей геологов, охотников, рыбаков, автономных туристов за счет преобразования энергии русловых потоков речек. Русловая микрогидроэлектростанция содержит гидротурбину с лопастями 1, генератор 7, установленный на понтоне 8 с якорным шестом 9. Расширяющиеся лопасти 1 выполнены изогнутыми по конической винтовой линии или по конической логарифмической спирали. Передние загнутые на 90° концы 2 лопастей 1 закреплены внутри кожуха 3 оголовка на фигурной втулке 4. Задние концы 5 лопастей 1 закреплены на крестовине 6. Изобретение направлено на создание переносной, быстроразборно-сборной, легкой и используемой на небольших реках и речках русловой микрогидроэлектростанции. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано в волновых и приливных энергетических установках, а также в качестве берегозащитного сооружения. Волновая электростанция содержит вертикальные направляющие стойки, поперечную балку, расположенную между ними, на которой установлены на расстоянии друг от друга два турбоагрегата. Поперечная балка выполнена с возможностью перемещения вертикально по стойкам на глубину погружения турбоагрегата в зависимости от высоты волн. Волновая электростанция дополнительно содержит две дамбы для прохода волны между ними, отражающие экраны, направляющие поток воды к турбоагрегатам и установленные на поперечной балке, выполненной в виде металлической фермы, и клапаны-затворы одностороннего действия, установленные на концах дамб. Турбоагрегаты выполнены с возможностью работы одного из них при движении волны к берегу, а другого от берега. Изобретение направлено на упрощение устройства, расширение диапазона и области его использования для преобразования в электрическую энергию, энергию волн и приливов. 3 ил.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к средствам извлечения энергии морских волн в прибрежной зоне. Комбинированный преобразователь энергии волн в виде полого железобетонного массива 1, образующего бассейн, имеющий переднюю (обращенную к морю) стенку 4 с входными пластинчатыми клапанами 8 в подводной части и входным клапаном в верхней части и заднюю стенку 6 с выпускным водоводом и низконапорной гидротурбиной 11 в подводной части. Верхний клапан передней стенки 4 выполнен в виде наклоненного внутрь бассейна плавучего понтона 9 на шарнирном соединении. На верхней кромке задней стенки посредством шарнира прикреплена створка 12, возвышающаяся над поверхностью воды и удерживаемая в вертикальном положении упругими связями 13, способная раскачиваться гребнями крупных волн и имеющая дополнительное линейное устройство отбора мощности 14. Изобретение направлено на повышение эффективности отбора энергии волн, обеспечение автоматического регулирования и согласования работы комбинации различных рабочих элементов устройства. 1 ил.
Наверх