ГИДРОАГРЕГАТ Российский патент 1996 года по МПК F03B7/00 

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано в устройствах для преобразования энергии потока.

Известен гидроагрегат, содержащий установленные на валу преобразователь энергии, имеющий корпус с лопастями и связанный с напорной стороны с опорой, причем корпус выполнен криволинейным, ориентированным вдоль потока, а лопасти со спиральной закруткой относительно оси корпуса.

Недостатками этого гидроагрегата являются низкая эффективность отбора энергии потока, обусловленная ограниченной площадью лопастей и площадью их экспонирования в потоке, а также неблагоприятные условия эксплуатации, связанные с закреплением устройства на опоре, расположенной под водой и размещением преобразователя энергии в корпусе, находящемся в воде.

Изобретение позволяет увеличить мощность гидроагрегата путем повышения эффективности отбора энергии потока, повысить надежность путем улучшения условий эксплуатации.

Это достигается тем, что в гидроагрегате, содержащем установленные на валу преобразователь энергии и турбину, имеющую корпус с лопастями и связанную с напорной стороны с опорой, причем корпус выполнен криволинейным, ориентированным вдоль потока, а лопасти со спиральной закруткой относительно оси корпуса и расположены по всей длине корпуса, ориентированы вдоль его длинной части и имеют свободные концы, выведенные за пределы концевой части корпуса, при этом связь турбины с опорой осуществлена посредством соединения корпуса с концом вала, а преобразователь энергии размещен на втором конце вала, связанном с опорой, корпус может быть выполнен грушевидным, или овоидальным, или эллипсоидальным, или комбинированным, лопасти могут быть выполнены с нарастающим шагом спирали от оголовка к концевику, а вал может быть выполнен составным и снабжен по крайней мере одним обеспечивающим при несоосности его звеньев передачу крутящего момента шарниром, гидроагрегат может содержать дополнительно не менее одной турбины, шарнирно соединенной с другими турбинами, и может быть снабжен внешними концентрирующими гидропоток экранами, а плавучий корпус может быть выполнен с минимальной положительной плавучестью, составляющей 1,1-1,15, при этом вал может быть выполнен из жестких звеньев, образующих гибкую цепь, передающую крутящий момент.

На фиг. 1 изображен гидроагрегат, вид сбоку; на фиг.2 турбина; на фиг.3 гидроагрегат с двумя гидротурбинами и концентрирующими энергию экранами, вид сверху; на фиг. 4 узел соединения концевиков валов колес с редуктором и преобразователем энергии; на фиг.5 вариант соосного решения преобразователя энергии; на фиг. 6 вариант несоосного решения преобразователя энергии; на фиг. 7 составной вал, образующий из жестких звеньев гибкую цепь, передающую крутящий момент; на фиг.8 турбины, поперечное сечение; на фиг.9 то же, вариант с разнонаправленным вращением турбин.

Гидроагрегат содержит установленные на валу 1 преобразователь 2 энергии и турбину 3, имеющую корпус 4 с лопастями 5 и связанную с напорной стороны 6 с опорой 7, причем корпус 4 выполнен криволинейным, ориентированным вдоль потока, а лопасти 5 со спиральной закруткой относительно оси корпуса 4 и расположены по всей длине корпуса 4, ориентированы вдоль его длинной части и имеют свободные концы, выведенные за пределы концевой части корпуса 4, при этом связь турбины 3 с опорой 7 осуществлена посредством соединения корпуса 4 с концом вала 1, а преобразователь 2 энергии размещен на втором конце вала, связанном с опорой 7. Корпус 4 может быть выполнен грушевидным, или овоидальным, или эллипсоидальным, или комбинированным, лопасти 5 могут быть выполнены с нарастающим шагом спирали от оголовка 8 к концевику 9, вал 1 может быть выполнен составным и снабжен, по крайней мере одним обеспечивающим при несоосности его звеньев передачу крутящего момента шарниром 10, гидроагрегат может содержать дополнительно не менее одной турбины 3, шарнирно соединенной с другими турбинами 3, и может быть снабжен внешними концентрирующими гидропоток экранами 11, а плавучий корпус 4 выполнен с минимальной положительной плавучестью, составляющей 1,1-1,15, и вал 1 может быть выполнен из жестких звеньев, образующих гибкую цепь, передающую крутящий момент.

Устройство работает следующим образом.

Набегающий поток воздействует на лопасти 5 турбины 3, вращая ее и связанный с ней вал 1, передавая вращающий момент преобразователю 2 энергии. Удлиненные спиральные лопасти 5 турбины 3, ориентированные вдоль длинной части корпуса 4 и имеющие свободные концы, выведенные за пределы концевой части корпуса 4, позволяют осуществить эффективный отбор энергии потока за счет достаточно большой площади экспонирования лопастей 5 в потоке и улучшения гидродинамических условий на выходе из турбины 3. Дополнительный эффект улучшения гидродинамических качеств гидроагрегата достигается за счет погружения удлиненных лопастей 5 путем выполнения корпуса 4 с минимальной плавучестью и концентрации энергии потока, поступающего на лопасти 5 турбины 3 с корпусом 4, имеющим улучшенные качества обтекаемости, обусловленные его формой (грушевидной, или овоидальной, или эллипсоидальной, или комбинированной), а также вследствие воздействия на поток концентрирующих экранов 11. Выводу отработанного потока с турбины 3 способствует нарастающий шаг спирали лопастей 5 турбины 3 в направлении от оголовка 8 к концевику 9 корпуса 4. Связь турбины 3 с опорой 7, осуществленная посредством соединения корпуса 4 с концом вала 1 и размещения преобразователя 2 энергии на втором конце вала 1, связанном с опорой 7, позволяет расположить опору 7 и преобразователь 2 энергии над уровнем воды и, таким образом, улучшить условия эксплуатации и повысить надежность.

В случае выполнения гидроагрегата многоступенчатым шарнирное соединение турбин 3 и выполнение вала 1 составным с обеспечением при несоосности его звеньев передачи крутящего момента посредством шарнира 10, а также выполнение вала 1 из жестких звеньев, образующих гибкую цепь, передающую крутящий момент, позволяет повысить надежность, исключая разрушение устройства от деформации в потоке.

Использование: в устройствах для преобразования энергии потока. Сущность изобретения: спиральные лопасти 5 расположены по всей длине вдоль корпуса 4 турбины 3 и имеют свободные концы, выведенные за пределы корпуса 4. Шаг спирали лопасти 5 увеличивается от оголовка 8 к концевику 9. Корпус 4 выполнен обтекаемым и имеет минимальную положительную плавучесть, составляющую 1,1 - 1,15. Концентрация потока осуществляется при помощи внешнего экрана. Турбина 3 связана с опорой через шарнир и преобразователь энергии. Вал 1 выполнен многозвенным, звенья соединены шарнирами. 7 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. Гидроагрегат, содержащий установленные на валу преобразователь энергии и турбину, имеющую корпус с лопастями и связанную с напорной стороны с опорой, причем корпус выполнен криволинейным, ориентированным вдоль потока, а лопасти выполнены со спиральной закруткой относительно оси корпуса, отличающийся тем, что лопасти расположены по всей длине корпуса, ориентированного вдоль его длинной части, и имеют свободные концы, выведенные за пределы концевой части корпуса, при этом связь турбины с опорой осуществлена посредством соединения корпуса с концом вала, а преобразователь размещен на втором конце вала, связанным с опорой. 2. Гидроагрегат по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен грушевидным, или овоидальным, или эллипсоидальным, или комбинированным. 3. Гидроагрегат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что лопасти выполнены с нарастающим шагом спирали от оголовка к концевику. 4. Гидроагрегат по пп. 1 3, отличающийся тем, что вал выполнен составным и снабжен по крайней мере одним обеспечивающим при несоосности его звеньев передачу крутящего момента шарниром. 5. Гидроагрегат по пп. 1 4, отличающийся тем, что он содержит дополнительно не менее одной турбины, шарнирно соединенной с другими турбинами. 6. Гидроагрегат по пп. 1 5, отличающийся тем, что плавучий корпус выполнен с минимальной положительной плавучестью 1,1 1,15. 7. Гидроагрегат по пп. 1 6, отличающийся тем, что он снабжен внешними концентрирующими гидропоток экранами. 8. Гидроагрегат по пп. 1 7, отличающийся тем, что вал выполнен из жестких звеньев, образующих гибкую цепь, передающую крутящий момент.