ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК F03B9/00 

Изобретение относится к гидроэнергетике. Более конкретная сфера применения изобретения гидравлические сооружения, используемые для преобразования энергии рек, течений и морских приливов в механическую или электрическую энергию, в том числе и в малой гидроэнергетике.

Известно устройство для использования энергии текучей среды, выполненное в виде ленточного колеса со складными лопастями (редуцированное водяное колесо) (например, Коробов В.А. Преобразование энергии океана. Л. Судостроение, 1986, с. 113-115). Редуцированное водяное колесо представляет собой транспортер, компактно и мало подвержено воздействию атмосферно-ветровых нагрузок. Оно состоит из простых узлов двух барабанов и соединяющей их ленты с плоскими лопастями. Подобные устройства могут быть установлены в потоке на понтонах (поплавках) с таким расчетом, чтобы нижние лопасти входили в воду, а верхние оставались над поверхностью воды. То, что сразу несколько лопастей оказываются под воздействием потока, позволяет увеличить энергосъем и мощность устройства. Для уменьшения сопротивления, возникающего при входе лопастей в воду и при выходе их из воды, их иногда оборудуют клапанами, работающими под воздействием самого потока. Наиболее оптимальный вариант механизм складывания лопастей. Угол складывания около 90^о.

Недостатком данного устройства является то, что простое увеличение числа лопастей ленточного колеса (транспортера) не приводит к адекватному существенному увеличению мощности устройства. Чтобы каждая лопасть получила максимально возможную энергию, необходимо увеличить расстояние между ними для исключения взаимного влияния. Но с увеличением расстояния между лопастями не только растет общая длина, но и увеличивается общее сопротивление движению, т. е. существуют какие-либо оптимальные параметры ленточного колеса, при которых его использование оказывается наиболее рентабельным. Это связано с тем, что ветви ленточного колеса устанавливают параллельно движению водного потока. Все вышесказанное делает перспективы применения редуцированного водяного колеса весьма ограниченными.

Наиболее близким к изобретению является гидроэнергетическое устройство для использования энергии текучей среды, содержащее опору и подключенное к преобразователю цепное ленточное колесо со складными лопастями, причем ось колеса расположена под углом к направлению потока, а лопасти в рабочем положении перпендикулярно ему (например, патент США N 2379314, кол. F 03 B 9/00, 1945).

Однако с помощью данного устройства используется лишь часть энергии потока, воздействующего на лопасти, находящиеся в рабочем положении.

Техническим результатом изобретения является увеличение мощности гидроэнергетического устройства, использующего энергию текучей среды.

Указанный технический результат достигается тем, что колеса установлены в несколько однотипных ярусов по вертикали, расположены выше и ниже по потоку вне судоходного фарватера, при этом оси колес расположены горизонтально, лопасти по периметру имеют оребрение, а цепи снабжены равномерно расположенными поплавками, опора выполнена в виде по крайней мере двух мачт, связанных с донными фундаментами, или заякоренных поплавков, причем лопасти снабжены поддерживающей тросовой связью.

На фиг.1 изображено гидроэнергетическое устройство, вид сверху; на фиг.2 показан вид А на фиг.1.

Гидроэнергетическое устройство содержит два барабана 1, один из которых ведущий, другой натяжной (пассивный), ленты 2 с лопастями 3. С ведущим барабаном 1 соединен энергоагрегат 4, при этом каждый барабан 1 оборудован звездочками, которые входят в соединение со звеньями цепи, количество звездочек равно количеству рабочих цепей. Расстояние между двумя барабанами 1 устанавливается при помощи двух боковых штанг 5 с регулируемой длиной. Боковые штанги 5 служат также средством крепления на кронштейнах всего устройства к несущим опорам, представляющим собой погруженную в воду металлическую или железобетонную штангу, закрепленную на донном фундаменте. Для больших глубин рационально закреплять гидроэнергетическое устройство при помощи поплавков 6 и донных якорных систем 7. Лопасти 3 развернуты своей плоскостью относительно горизонтальной оси лопастного колеса на угол, не равный 90^о. Ось шарнира лопасти 3 в месте ее крепления к цепной передаче удлинена в обе боковые стороны, чтобы удлиненные плечи служили опорой для периферийных сторон лопасти. Лопасти 3 крепятся к минимум трем точкам, одна из которых в центре цепи, а две другие периферийные, связывающие концы плеч оси шарнира с боковыми концами плоскости лопасти 3, закрепляемые консольно на двух кронштейнах, один из которых выполнен прямым (перпендикулярно к плоскости лопасти), а другой наклонный (укосина) и соединяет ось шарнира с верхней частью конца лопасти 3. Шарнир лопасти примыкает к упору 8, который ограничивает подвижность (наклон) лопасти 3 углом, несколько меньшим 90^о. Фиксирующие функции упора 8 дополняет тросовая связь 9, один конец троса которой установлен в монтажном отверстии упора 8 соседней лопасти 3, а другой конец закреплен на противолежащей оси шарнира стороне лопасти. Тросовая связь 9 включает минимум два-три единичных троса. Для усиления жесткости лопасти 3 по периферии выполнены с оребрением из металлической ленты. Кроме того, устройство оборудовано системой с поплавками 10, форма и размещение которых уменьшают провисание элементов устройства, компенсируют вес устройства на больших плечах.

Устройство выполняют многоярусным вдоль вертикальной оси устанавливается несколько параллельных однотипных ленточных модулей. На судоходных реках устройство размещают вдоль берегов, оставляя свободным для судоходства фарватер, а в реках, где ведется лесосплав и где образуется большая толщина льда, устройство заглубляется под уровень воды.

Гидроэнергетическое устройство работает следующим образом.

Водный поток воздействует на нижние лопасти 3 и вызывает их перемещение вместе с цепным приводом, причем силовую нагрузку потока воспринимает нижняя ветвь лопастного колеса. При переходе на верхнюю сторону лопасти 3 складываются и оказывают потоку наименьшее сопротивление, при этом лопасти разворачиваются и устанавливаются перпендикулярно по горизонтали и вертикали к управлению водного потока. Дополнительное повышение мощности устройства дает оребрение лопастей 3, которое увеличивает жесткость и уменьшает перетоки потока. Вращение от лент 2 и барабанов 1 передается энергоагрегату 4.

Использование: в гидравлических сооружениях. Сущность изобретения: к преобразователю подключено цепкое ленточное колесо со складными лопастями. Ось колеса расположена под углом к направлению потока, лопасти в рабочем положении перпендикулярно ему. Колеса установлены в несколько однотипных ярусов по вертикали, расположены выше и ниже по потоку вне судоходного форватера. Оси колес расположены горизонтально. Лопасти по периметру имеют оребрение. Цепи снабжены равномерно расположенными поплавками. Опора выполнена в виде мачт, связанных с донными фундаментами, или заякоренных поплавков. Лопасти снабжены поддерживающей тросовой связью. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее опору и подключенное к преобразователю цепное ленточное колесо со складными лопастями, причем ось колеса расположена под углом к направлению потока, а лопасти в рабочем положении перпендикулярно к нему, отличающееся тем, что колеса установлены в несколько однотипных ярусов по вертикали, расположены выше и ниже по потоку вне судоходного форватера, при этом оси колес расположены горизонтально. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лопасти по периметру имеют оребрение, а цепи снабжены равномерно расположенными поплавками. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что опора выполнена в виде по крайней мере двух мачт, связанных с донными фундаментами, или заякоренных поплавков. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лопасти снабжены поддерживающей тросовой связью.