Устройство для преобразования энергии воды в механическую энергию вращательного движения



Устройство для преобразования энергии воды в механическую энергию вращательного движения
Устройство для преобразования энергии воды в механическую энергию вращательного движения

 


Владельцы патента RU 2524311:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева (КНИТУ-КАИ) (RU)

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для преобразования кинетической энергии сбрасываемой воды. Устройство для преобразования энергии воды в механическую энергию вращательного движения содержит водяное колесо 1 из жестко соединенных боковых стенок 3, лопастей 4 и ступицы, водоподводящую 8 и водоотводящую системы, водоудерживающий элемент 9, закрепленный на корпусе, установленный от нижней до верхней точек стенок 3 колеса 1 со стороны рабочей его части, выполненный радиально изогнутым и шириной, равной ширине колеса 1. Устройство содержит второе колесо 1, одинаковое по конструкции с первым колесом 1 и снабженное таким же водоудерживающим элементом 9. Оба колеса 1 связаны друг с другом кинематически посредством зубчатой передачи и установлены на корпусе 7, выполненном в виде двух пластин, соединенных элементами 9, симметрично относительно вертикальной оси водоподводящей системы 8 на расстоянии радиуса колеса 1. Лопасти 4 каждого колеса 1 выполнены в виде пластин прямоугольной формы и закреплены к ступицам и стенкам 3. Между внутренними поверхностями ступицы, лопастей 4, стенок 3 образованы карманы, полностью наполняемые водой со стороны рабочих частей двух колес 1 с удержанием воды при вращении до нижней точки. Изобретение направлено на повышение удельной мощности устройства и КПД использования воды, упрощение конструкции. 2 ил.

 

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для преобразования кинетической энергии сбрасываемой воды в природных и техногенных системах в механическую энергию вращательного движения.

Известны устройства для преобразования энергии текущей воды в полезную работу различного типа, например роторно-лопастная гидравлическая машина (RU 99076 U1, опубл. 10.11.2010 г.).

Роторно-лопастная гидравлическая машина содержит направляющий аппарат, турбинную камеру, рабочее колесо, состоящее из корпуса с установленными на нем лопастями и разъемно закрепленного на валу, который установлен в подшипнике, а также отсасывающую трубу. Турбинная камера выполнена в виде винтообразного полого цилиндра, один конец которого соединен с направляющим аппаратом, а другой его конец соединен с отсасывающей трубой, лопасти рабочего колеса размещены непосредственно в полости винтообразного цилиндра, а направляющий аппарат размещен перед турбинной камерой. Кроме того, номинальный внутренний диаметр турбины равен диаметру рабочего колеса.

Известна осевая турбина (RU 94288 U1, опубл. 20.05.2010).

Осевая турбина содержит направляющий аппарат, выполненный из соосно расположенных внешнего и внутреннего корпусов, между которыми закреплены лопатки, рабочее колесо, размещенное в камере, с лопастями криволинейной формы, закрепленными на корпусе, установленном на валу, с возможностью поворота от -20° до +20° от расчетного положения угла установки лопастей рабочего колеса, водоподводящую и водоотводящую части. При этом камера рабочего колеса соединена одним торцом с водоотводящей частью, а другим - с внешним корпусом направляющего аппарата, присоединенного к водоподводящей части изогнутой формы. Корпус рабочего колеса соединен с внутренним корпусом направляющего аппарата, установленным на валу. Вал расположен горизонтально относительно плоскости вращения рабочего колеса, размещен посредством подшипниковых узлов на опорах. Каждая из лопаток направляющего аппарата выполнена в виде двух подвижно соединенных частей, первая из которых жестко закреплена между корпусами направляющего аппарата, а вторая часть закреплена между ними с возможностью поворота относительно первой части. Рабочее колесо снабжено тремя такими лопастями, равномерно установленными на корпусе с помощью крепежных элементов.

В них основными рабочими элементами являются водяные колеса с лопастями, установленные внутри корпуса сложной формы, трудоемкого в изготовлении, монтажа и эксплуатации. Лопасти водяного колеса выполнены и установлены с возможностью изменения положения и профиля в процессе эксплуатации посредством механизма привода.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для преобразования энергии воды в электрическую энергию (патент RU(11) №2306453 C2, кл. F03B 7/00, 2006, опубл. 20.09.2007).

Устройство для преобразования энергии воды в электрическую энергию содержит водяное колесо из жестко связанных барабана, боковых стенок, лопаток и ступицы, жестко скрепленной спицами с барабаном, соединенное механической передачей посредством редуктора с электрогенератором, подшипниковые узлы, опоры, водоподводящую и водоотводящую системы. Кроме того, оно снабжено водоудерживающим элементом, установленным от нижней по вертикальной оси точки боковых стенок со стороны рабочей части водяного колеса на расстоянии 5-10 мм и выполненным радиально изогнутом с углом охвата, равным 150-165°, и шириной, равной ширине водяного колеса, при этом каждая из лопаток водяного колеса выполнена в виде пластин из двух частей, угол между которыми равен 120-140°, а отношение длины одной части пластины к длине другой части, закрепленной на барабане, равно 1/1,5-1/2,0 с углом к касательной в месте контакта пластины и барабана, равным 25-45°, количество лопаток выбрано с учетом того, что расстояние между ними по внешнему периметру боковых стенок равно 0,25-0,35 м. Водяное колесо посредством ступицы и подшипниковых узлов установлено на оси, закрепленной на опорах.

Недостатками описанного устройства являются низкая удельная мощность и низкий КПД использования воды, обусловленные тем, что наполняемость отсеков водяного колеса составляет не более 60-70% от объема, при этом часть воды выливается из отсеков при вращении из-за наличия зазора между поверхностями колеса и водоудерживающего элемента, сложная в изготовлении конструкция лопастей колеса и необходимость использования их в большом количестве с целью увеличения наполняемости отсеков колеса водой.

Решаемой технической задачей настоящего изобретения является повышение удельной мощности устройства и КПД использования воды, упрощение конструкции.

Решаемая техническая задача в устройстве для преобразования энергии воды в механическую энергию вращательного движения, содержащем водяное колесо из жестко соединенных боковых стенок, лопастей и ступицы, водоподводящую и водоотводящую системы, водоудерживающий элемент, закрепленный на корпусе, установлен от нижней до верхней точек боковых стенок водяного колеса со стороны рабочей его части, выполненный радиально изогнутым и шириной, равной ширине водяного колеса, причем водяное колесо посредством ступицы и подшипниковых узлов установлено на корпусе, достигается тем, что устройство содержит второе водяное колесо, одинаковое по конструкции с первым водяным колесом и снабженное также таким же водоудерживающим элементом, причем оба водяные колеса связаны друг с другом кинематически посредством зубчатой передачи и установлены на корпусе, выполненном в виде двух пластин, соединенных водоудерживающими элементами, симметрично относительно вертикальной оси водоподводящей системы на расстоянии радиуса водяного колеса, лопасти каждого водяного колеса выполнены в виде пластин прямоугольной формы и закреплены к ступицам и боковым стенкам колес таким образом, что между внутренними поверхностями ступицы, лопастей, боковых стенок образованы карманы, полностью наполняемые водой со стороны рабочих частей двух водяных колес с удержанием воды при вращении до нижней точки.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически представлено устройство для преобразования энергии воды в механическую энергию вращательного движения, продольный разрез А-А, на фиг.2 - вид сверху.

Устройство (фиг.1, фиг.2) содержит два водяных колеса 1, совершенно одинаковых по конструкции, из жестко связанных ступицы 2, двух боковых стенок 3 в виде диска, плоских лопастей 4 и кинематически связанных зубчатой передачей 5, обеспечивающей их синхронное вращение. Устройство также содержит подшипниковые узлы 6, корпус 7, выполненный в виде двух пластин, соединенных водоудерживающими элементами, водоподводящую 8 и водоотводящую (на чертеже не показана) системы. Устройство снабжено водоудерживающими элементами 9, которые выполнены радиально изогнутыми и установленными жестко со стороны рабочей части водяных колес на корпусе 7 без зазора. Лопасти 4 каждого водяного колеса 1 выполнены в виде одной плоской пластины прямоугольной формы длиной, равной ширине колеса, и жестко соединены со ступицей 2, а торцами - с боковыми стенками 3. Количество лопастей выбирается с учетом размеров водяного колеса.

Устройство для преобразования энергии воды в механическую энергию вращательного движения работает следующим образом. Вода из водохранилища (на чертеже не показано) по водоподводящей системе 8 поступает сверху в камеру водяных колес 1 через водовод прямоугольного сечения. Расход подаваемой воды регулируется с помощью направляющего аппарата, снабженного приводом (на чертеже не показан). Далее поток воды, сохраняя свое первоначальное вертикальное движение, взаимодействует с лопастями 4 водяных колес 1, отдает им потенциальную и кинетическую энергии, которые преобразуются в механическую энергию в виде вращательного момента на валу. Движение всей массы потока воды в одном, только в вертикальном направлении приводит к улучшению гидродинамических характеристик потока, например к уменьшению энергетических потерь, повышению равномерности и скорости потока. Это позволяет повысить пропускную способность и удельную мощность устройства, значительно улучшить эксплуатационные возможности, например, можно его использовать в широком диапазоне напоров потока воды. Повышение КПД использования воды, поступающей из водоподводящей системы, в предлагаемом устройстве достигается путем установления в корпусе еще одного второго водяного колеса, совершенно одинакового по конструкции, имеющего кинематическую связь с первым водяным колесом и применением водоудерживающих элементов из упругого материала, жестко закрепленных в корпусе без зазора и прижатых к поверхностям боковых дисков водяных колес. Повышение удельной мощности устройства обеспечивается из-за увеличения вращательного момента вследствие полного наполнения всех отсеков (карманов) со стороны рабочих частей двух водяных колес и удерживанием воды в них без потерь при вращении до нижней точки.

Объем удерживаемой воды зависит от геометрических размеров водяных колес и может быть рассчитан по формуле: V=πR2H, где R - радиус боковых дисков, H - ширина водяного колеса.

Дополнительный технический эффект упрощения конструкции устройства для преобразования энергии воды в энергию вращательного движения достигается сокращением количества лопастей, выполненных в виде одной пластины простой прямоугольной формы, удобной для крепления к ступице и боковым стенкам. Объем, ограниченный двумя соседними лопастями, ступицей и боковыми стенками в виде обелиска, образует отсек (карман) колеса для приема и удержания воды из водоподводящей системы. Плоские лопасти обеспечивают плавное заполнение водой отсеков (карманов) водяных колес, а в нижнем положении способствуют воде выливаться из отсеков в самой нижней точки при вращении.

Поставленная задача решается еще тем, что в гидравлической части устройства, состоящей из корпуса с установленными на нем двумя водяными колесами, новым является симметричное размещение водяных колес относительно оси водовода, что обеспечивает равномерное заполнение отсеков водяных колес и приводит к улучшению гидравлических характеристик потока. Это позволяет повысить пропускную способность в два-три раза и удельную мощность устройства. Кроме того, корпус устройства одновременно выполняет и функцию камеры водяных колес, что способствует упрощению конструкции и уменьшению габаритов основного узла устройства, где происходит преобразование энергии воды в энергию вращательного движения.

Конструкция устройства проста в изготовлении, может быть выполнена из листового металла или из дерева. В конструкции отсутствует бесполезное пространство, заполненное водой, не производящей полезную работу.

Устройство для преобразования энергии воды в механическую энергию вращательного движения, содержащее водяное колесо из жестко соединенных боковых стенок, лопастей и ступицы, водоподводящую и водоотводящую системы, водоудерживающий элемент, закрепленный на корпусе, установленный от нижней до верхней точек боковых стенок водяного колеса со стороны рабочей его части, выполненный радиально изогнутым и шириной, равной ширине водяного колеса, причем водяное колесо посредством ступицы и подшипниковых узлов установлено на корпусе, отличающееся тем, что устройство содержит второе водяное колесо, одинаковое по конструкции с первым водяным колесом и снабженное также таким же водоудерживающим элементом, причем оба водяных колеса связаны друг с другом кинематически посредством зубчатой передачи и установлены на корпусе, выполненном в виде двух пластин, соединенных водоудерживающими элементами, симметрично относительно вертикальной оси водоподводящей системы на расстоянии радиуса водяного колеса, лопасти каждого водяного колеса выполнены в виде пластин прямоугольной формы и закреплены к ступицам и боковым стенкам колес таким образом, что между внутренними поверхностями ступицы, лопастей, боковых стенок образованы карманы, полностью наполняемые водой со стороны рабочих частей двух водяных колес с удержанием воды при вращении до нижней точки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидравлической энергогенерирующей установке. Гидравлическая энергогенерирующая установка 1 содержит корпус 2 с отверстием 8 для поступления воды, расположенным с напорной стороны гидроканала, отверстие 9 для выхода воды, расположенное с его низовой стороны, проток 25, обеспечивающий связь отверстий 8 и 9, плиту 6 для сбора воды, вертикальную осевую турбину 3, генератор 4 и подвижный затвор 5.

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для производства экологически чистой электроэнергии путем преобразования энергии отработанной воды, падающей с высоты многоэтажного здания.

Изобретение относится к гидроэнергетике и касается установок, использующих течение воды для производства электроэнергии. .

Изобретение относится к гидроэнергетике и служит для преобразования энергии русловых потоков реки в электрическую энергию. .

Изобретение относится к гидравлическим электростанциям. .

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано при производстве электроэнергии на малых реках. .

Изобретение относится к установке для выработки электроэнергии, приводимой в действие потоком воды. .

Изобретение относится к области гидроэнергетики и может быть использовано для гарантированного автономного энергоснабжения потребителей. .

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности, для преобразования энергии русловых потоков воды в электрическую. .

Изобретение относится к способу и устройству для постепенного преобразования энергии морских волн в электроэнергию. .

Изобретение относится к области гидроэлектрической выработки электроэнергии. Сферическая турбина 96 выполнена для вращения в поперечном направлении в цилиндрической трубе под действием рабочего вещества, протекающего через трубу в любом направлении. Турбина 96 в рабочем состоянии соединена с вращающейся машиной или генератором для выработки электричества. В одном примере осуществления лопатки 112, 114, 116, 118 сферической турбины 96 изогнуты в дугу приблизительно на 180 градусов в плоскости, которая наклонена под углом относительно оси вращения центрального вала 64. В другом примере осуществления внутри цилиндрической трубы установлен дефлектор по восходящему потоку сферической турбины 96 для управления потоком через сферическую турбину 96 экранированием части этого потока. Лопатки 112, 114, 116, 118 сферической турбины 96 имеют в поперечном сечении аэродинамический профиль для оптимизации гидродинамического потока, для минимизации кавитации и для максимизации преобразования аксиальной энергии в энергию вращения. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области гидроэнергетики. Гидроаккумулирующая электростанция на равнинных реках содержит русловые гидроэнергоагрегаты, включающие осевые насосы, приводящиеся во вращение русловыми гидроколесами через мультипликаторы. Русловые гидроэнергоагрегаты служат для наполнения верхнего аккумулирующего бассейна, выполненного в виде водоема со стенками-дамбами по периметру. Верхний и нижний аккумулирующие бассейны соединены между собой напорными трубопроводами с насосами-турбинами в нижней части, связанными механически с электродвигателями-генераторами в машинном зале. Верхний аккумулирующий бассейн перекрывает русло реки наполовину. Изобретение направлено на предотвращение затопления водой пойм и земельных участков, на беспрепятственное судоходство и прохождение рыбы по всей длине реки, увеличение глубины фарватера и скорости потока воды. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

Устройство относится к области энергетики и предназначено для получения электрической энергии от водных потоков: ручьев, рек, морских течений и приливов, а также воздушных потоков. Гидроэнергетическая установка содержит электрические генераторы, подшипники и поплавок. На основании устройства установлены друг за другом конфузоры и диффузоры. Между конфузорами и диффузорами расположена лопаточная решетка с возможностью вертикального перемещения относительно конфузоров и диффузоров. Подшипники качения установлены на опоре выше водного потока. Изобретение направлено на получение электрической энергии с высокой эффективностью, надежностью и постоянной частотой вращения электрических генераторов. 2 ил.

Мини-гэс // 2533281
Изобретение относится к преобразователям энергии потока, расположенным вдоль него и отбирающим гидравлическую энергию на расстоянии, определенном длиной преобразователя. Мини-ГЭС содержит шнек, состоящий из цилиндра с лопастями на его поверхности. Цилиндр соединен с генератором и расположен вдоль водного потока. Лопасти выполнены в виде нескольких труб, равномерно расположенных по поверхности цилиндра по геликоидной линии. К цилиндру подсоединены конфузор с максимальным диаметром конуса, равным диаметру цилиндра, и диффузор, минимальный диаметр которого равен сумме диаметра цилиндра и двух диаметров труб на их входе. Выходные концы труб оснащены наконечниками, установленными по касательной к цилиндрической поверхности. Изобретение направлено на повышение КПД и удельной вырабатываемой мощности за счет увеличения эффекта получения большего давления от движущего потока и одновременного использования реактивной составляющей потока. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано в гидроэнергетике в качестве устройства для преобразования энергии самотечного водного потока в электроэнергию. Бесплотинная гидроэлектростанция содержит лопастное колесо и корпус, установленный на опоре. Центральная вертикальная часть корпуса выполнена в виде полого герметичного цилиндра, заполняемого по мере необходимости водой или воздухом. Горизонтальная часть корпуса, жестко соединенная с цилиндром, представляет собой ферму, на которой размещены кольцевая дорожка под опорные ролики лопастного колеса, лопастное колесо, вращающееся вокруг полого цилиндра, опора ведомой звездочки 6 первой ступени кинематической схемы передачи оборотов от лопастного колеса к генератору электроэнергии, боковые заграждения, функционально выполняющие роль входного и выходного диффузоров А, В. Изобретение направлено на повышение коэффициента полезного действия, упрощение конструкции, увеличение единичной мощности. 3 з.п. ф-лы. 2 ил.

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к области производства электрической энергии. Гидротурбина включает водовод 1, соединенный с верхним и нижним кожухами 3 и 6, внутри которых расположено рабочее колесо 2, с установленными равномерно на диске ковшами 4, выполненными из неразъемно-соединенных друг с другом двух одинаковых металлических листов с образованием между ними угла меньше 180° и ребра жесткости с противоположной стороны. В центре каждого листа выполнено сквозное отверстие. Вал 5 рабочего колеса 2 турбины расположен на правой и левой скрепленных между собой железобетонных опорах колонн статора, уплотнительные стенки которого, внутренние поверхности кожухов 3 и 6 и кольца 11, закрепленные на колоннах статора и закрывающие диск колеса 2, формируют канал прямоугольного сечения тороида. Изобретение направлено на создание простой, надежной в работе и долговечной гидротурбины с высокой мощностью. 5 ил.

Заявленное изобретение относится к области ветро- и гидроэнергетики и может быть использовано для генерирования электроэнергии. Приливный и ветроэлектрический генератор содержит установочную раму (10), вертикальный вращающийся вал (20), установочные планки лопастей (30) и (30′), опорные кольца (40) и (40′), вертикальные опорные стержни (50); лопасти (60) и (60′), вертикальные опорные рамы (70), горизонтальные рамы (80), установочный элемент (20′), тросовую опору (50′), средство (90) регулирования степени развертывания лопастей, средство (100) повышения кпд генератора и генераторное средство (200), которое связано с нижним концом вертикального вращающегося вала. Приливный и ветроэлектрический генератор может использоваться даже в условиях слабого ветра или отлива независимо от направления ветра или приливного течения. 9 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл.

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к малым гидроэлектростанциям. Устройство превращения энергии свободного течения воды в электроэнергию содержит корпус 1, в котором на валу 2 установлено гидроколесо. Гидроколесо включает пустотелый барабан 3, к которому поворотно и подпружиненно прикреплены лопасти 4, на конце которых установлены нержавеющие ролики 5. Лопасти 4 выполнены из пустотелых полос, сочлененных между собой петлями. Ролики 5 выполнены пустотелыми из нержавеющей стали. Изобретение направлено на повышение КПД, увеличение работоспособности и надежности работы устройства. 1 ил.

Преобразователь энергии содержит плотину с уровнем воды, которая содержит по меньшей мере одно окно, которое соединяет наливную емкость с выпускной емкостью через кран. Наливная и выпускная емкости содержат систему водозабора и водоотвода, а также соединены с атмосферой через систему воздухозабора и воздухоотвода. В воздуховыводной трубе установлен конусообразный воздушный транспортер. Один воздушный генератор соединен на входе с воздухозаборной трубой, а второй соединен на выходе с воздуховыводной трубой. В нижней части наливной емкости преобразователя энергии расположена гидротурбина. На плотине со стороны слива воды установлены скребковый транспортер, ковшовый транспортер, гидротурбина, лопастное колесо с генератором. Изобретение направлено на получение наибольшего количества преобразованной энергии из одного кубического метра воды. 5 з.п. ф-лы, 16 ил.
Наверх