ГИДРОАГРЕГАТ Российский патент 1994 года по МПК F03B13/10 

Изобретение относится к гидроэнергетике и служит для использования скоростного напора воды в руслах равнинных и горных рек для получения момента на валу и превращения его, например, в электрическую энергию.

Конкретно предлагаемое устройство призвано для упрощения конструкции водяных колес и одновременно обеспечения безударного входа их рабочих лопаток в ровные и наклонные к горизонту потоки воды рек, а в силу обратимости водяных колес для использования их в качестве гребного вала для судна с ограниченной осадкой.

Известно гребное колесо для судна с ограниченной осадкой, в котором на горизонтальном валу установлено рабочее колесо, содержащее спицы с поворотными лопастями и шатуны, кинематически связанные с этими лопастями, которые взаимодействуют с профилированным кулачком в форме улики, жестко прикрепленным к корпусу.

К недостаткам этого колеса относится жесткое закрепление кулачка, приваренного к корпусу судна, когда профиль его наружной поверхности и механизм поворотных лопастей остаются жестко сориентированными только к горизонтальной поверхности водотока, когда указанный механизм не может обеспечивать "безударность" входа в водоток рабочих лопаток колес, если поверхность водотока оказывается наклонной к горизонту (волнистой, подверженной наличию уклонов верхней поверхности и др.). При этом устройство теряет эффект безударности входа лопастей в водную поверхность, что приводит к снижению эффективности его работы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является гидроагрегат, который содержит горизонтальный вал, на котором установлено рабочее колесо, содержащее спицы с поворотными лопастями, имеющими поводки и шатуны, кинематически связанные с этими лопастями, которые взаимодействуют с профилированным по поверхности кулачком в форме улитки с отверстием и тангенциальным пазом, а также размещенные в отверстии и пазу две консольные горизонтальные оси. На концах осей размещены прижимные гайки, которые позволяют при наклонном потоке воды поворачивать кулачок вокруг одной из осей и фиксировать ее гайками в положении, обеспечивающем "безударный" вход лопастей в наклонный поток воды.

К недостаткам устройства относится:
1. Технологическая сложность в изготовлении и малая надежность в работе кинематической связи между поворотными лопастями и профилированной поверхностью кулачка;
2. Резкое увеличение объема работ с увеличением числа рабочих лопастей при изготовлении кинематической связи;
3. Непригодность конструкции такого механизма поворота лопастей устройства при установке нечетного количества лопастей на рабочем колесе.

Для упрощения конструкции механизма поворота лопастей, повышения надежности в работе водяных колес, расширения их функциональных возможностей в условиях работы при горизонтальных и наклонных водотоках рабочее колесо выполнено в виде двух плоских дисков, между которыми расположены лопасти, последние жестко закреплены на осях, которые установлены с возможностью свободного вращения в диске и жестко соединены с поводками, при этом кулачок выполнен круглым с кольцевым пазом, ролики поводков размещены в пазу кулачка, в последнем выполнены дополнительные тангенциальные пазы с прижимными болтами, обеспечивающими с основными тангенциальным пазам и болтом жесткое крепление и возможность вращения кулачка с эксцентриситетом относительно вала, при этом центр паза смещен относительно центра вала.

Применение новой конструкции кинематической связи между поворотными лопастями и нового по конструкции кулачка обеспечивают безударность входа лопастей в горизонтальные и наклонные водотоки. Кулачок имеет кольцевой паз, центр которого смещен относительно центра вала колеса, причем кулачок имеет тангенциальные пазы для его жесткого крепления (например, болтами) к корпусу устройства и для перемещения центра кулачка относительно центра вала по окружности с радиусом r, равным величине смещения центров.

На чертеже изображен предлагаемый гидроагрегат, вид сбоку.

Устройство содержит горизонтальный вал 1, два плоских диска 2, лопасти 3, оси 4, поводки 5, кулачок 6 с кольцевым пазом, ролики 7 поводков, тангенциальные пазы с прижимными болтами 8.

Связь между элементами конструкции осуществляется следующим образом.

На валу 1, жестко закреплены два плоских диска 2, между которыми размещены рабочие лопасти 3, жестко закрепленные на осях 4, установленных с возможностью вращения в дисках 2. На одном конце осей 4 жестко закреплены поводки 5, соединенные с кольцевым пазом кулачка 6 через ролики 7. Кулачок 6 имеет несколько тангенциальных пазов с прижимными болтами 8 для его жесткого крепления к корпусу (не показан) и для перемещения центра кулачка 6 относительно центра вала 1 по окружности с радиусом, равным величине смещения центров.

Устройство работает следующим образом.

При вращении плоских дисков 2 вместе с горизонтальным валом 1 связывающие ролики 7 двигаются по кольцевому пазу кулачка 6 и через поводки 5 и оси 4 поворачивают лопасти 3 на 360^о за один оборот дисков 2. Этот поворот происходит в верхней части дисков 2, а в нижней части дисков 2 поворот лопасти 3 незначителен, чем созданы условия для безударного входа и выхода из воды поверхностей лопастей 3, когда указанные элементы кинематической связи удерживают лопасти 3 в водотоке под оптимальным углом к направлению его движения и позволяют получать максимальную мощность от скоростного напора воды и когда тангенциальные пазы с прижимными болтами 8 позволяют менять положение кулачка 6 с кольцевыми пазами и связанные с ним кинематически лопасти 3 и обеспечивать правильную (безударную) установку лопастей 3 относительно наклонных водотоков рек.

При использовании устройства достигаются положительные эффекты:
исключается необходимость изготавливать спицы заданных профилей;
исключается необходимость изготавливать профилированные поверхности кулачка в форме улитки по математически заданной огибающей;
исключается необходимость изготавливать шатуны;
резко сокращается объем работ и упрощается технология изготовления кинематической связи между лопастями и кулачком с увеличением числа рабочих лопаток (лопастей) на водяных колесах;
позволяет применять предложенную конструкцию механизма поворота лопастей при установке их нечетного числа на рабочем колесе;
упрощает технологию изготовления и уменьшает сложность в изготовлении и настройке кинематической связи между лопастями и кулачком, одновременно повышает надежность в работе кинематической связи;
обеспечивает безударный вход и выход в водную поверхность различных уклонов, чем повышается эффективность таких колес;
дает возможность применять такие колеса в качестве русловых двигателей для микрогидроэлектростанций мощностью, например, до 1 кВт или в силу обратимости водяных колес применять их в качестве гребных колес для судна с ограниченной осадкой;
предлагаемый гидроагрегат позволяет использовать энергию скоростного напора воды в открытых руслах равнинных и горных рек без применения напорных трубопроводов и сооружений для превращения ее во вращательный момент на валу рабочего колеса и для превращения этой энергии в другие виды, например в электрическую.

Использование: для превращения напора воды в руслах рек в электрическую энергию. Сущность изобретения: в корпусе на горизонтальном валу размещено рабочее колесо с поворотными лопастями, имеющими оси. Механизм поворота лопастей выполнен в виде кулачка с тангенциальным пазом и установленным в нем прижимным болтом, которым кулачок закреплен на корпусе, и поводков, кинематически связанных с лопастями и снабженных роликами. Ролики установлены с возможностью взаимодействия с кулачком. Рабочее колесо выполнено в виде двух плоских дисков, между которыми расположены лопасти, жестко закрепленные на осях. Оси установлены с возможностью свободного вращения в диске и жестко соединены с поводками. Кулачок выполнен круглым с кольцевым пазом. Ролики размещены в пазу кулачка. В кулачке выполнены дополнительные тангенциальные пазы с прижимными болтами, обеспечивающими с основным пазом и болтом жесткое крепление и возможность вращения кулачка с эксцентриситетом относительно вала. Центр паза смещен относительно центра вала. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. ГИДРОАГРЕГАТ, содержащий корпус, размещенное в последнем на горизонтальном валу рабочее колесо с поворотными лопастями, имеющими оси, механизм поворота лопастей, выполненный в виде кулачка с тангенциальным пазом и установленным в нем прижимным болтом, посредством которого кулачок закреплен на корпусе, и поводков, кинематически связанных с лопастями и снабженных роликами, установленными с возможностью взаимодействия с кулачком, отличающийся тем, что рабочее колесо выполнено в виде двух плоских дисков, между которыми расположены лопасти, последние жестко закреплены на осях, которые установлены с возможностью свободного вращения в диске и жестко соединены с поводками, при этом кулачок выполнен круглым с кольцевым пазом, ролики поводков размещены в пазу кулачка и в последнем, выполнены дополнительные тангенциальные пазы с прижимными болтами, обеспечивающими с основными тангенциальным пазом и болтом жесткое крепление и возможность вращения кулачка с эксцентриситетом относительно вала. 2. Гидроагрегат по п.1, отличающийся тем, что центр паза смещен относительно центра вала.