УНИФИЦИРОВАННЫЙ РОТОР ДЛЯ ПОПЛАВКОВЫХ ГЭС Российский патент 1997 года по МПК F03B7/00 

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано при создании автономных экологических чистых источников энергии, устанавливаемых на мелководных реках и протоках. Известен гидрогенератор, размещаемый на плавающей платформе внутри единого кожуха совместно с мультипликатором.

Однако такое конструктивное решение не обеспечивает возможность установки электрогенераторов с разной номинальной мощностью, соответствующих определенной скорости течения V_т.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанного недостатка, а также стабилизация оборотов электрогенератора при изменении в допустимых пределах скорости течения.

Поставленная задача достигается следующим образом.

С шестерней отбора мощности от ротора сопряжена шестерня с горизонтально расположенным выходным валом, а остальная часть мультипликатора размещена в автономном присоединяемом корпусе, имеющем выходные валы от последовательно расположенных передаточных звеньев для сочленения с электрогенераторами.

С учетом сезонных колебаний скорости любого течения в пределах ±Δv_т мощность N устанавливаемого электрогенератора не должна превышать вырабатываемую ротором (с учетом потерь) при V_т-Δv_т и α = 90^°
Затем при ≈ V_т.ср. угол α уменьшается от 90^o до a_ст. при котором обороты электрогенератора снизятся до номинальных.

Это наиболее просто и эффективно осуществляется поворотом центральной невращающейся (заторможенной) оси на угол 90^o- α_ст. который для различных V_т будет различным. Корректировка (или стабилизация) оборотов может осуществляться: вручную, дистанционно и автоматически с введением элементов обратной связи.

Возможность уменьшения таким образом угловой скорости ротора ω_p от ω_р.макс. при α = 90^° в широких пределах позволяет также стабилизировать ω_p. на более сильных течениях, вплоть до V_{т. макс. доп.} > V_т.+ Δv_т.
В спаренных, встречно вращающихся, роторах обеспечивается взаимная компенсация разворачивающих боковых усилий и удвоенная выходная мощность.

При этом требуется только один мультипликатор с согласующим звеном из 2-х конических шестерен и двух штанг с разъемными муфтами и один электрогенератор удвоенной мощности.

К выходному валу первого звена мультипликатора (при необходимости) подключается одновременно с работающим электрогенератором тихоходный водяной насос для того, чтобы не отбирать вырабатываемую электроэнергию на полив и водоснабжение, т.к. мощность ротора можно выставить избыточной.

Защита находящихся в подводной части подшипников качения и стальных шестерен от коррозии осуществляется заполнением внутреннего пространства вращающейся стойки с диском жидкими отходами нефтепродуктов с превышением уровня над поверхностью воды, достаточного для выравнивания внешнего и внутреннего давлений.

В случаи установки водоустойчивых подшипников (например скольжение) внутренней объем подводной части может заполнятся водой. Для уменьшения заполняемого объема свободное пространство диска занимается предварительно устанавливаемыми вставными секциями из пенопласта или пустотелыми из сварного листового материала.

Автору не известны источниками патентной и научно-технической информации, содержащие сведения об аналогичных технических решениях, имеющих признаки, сходными с признаками, отличающими предлагаемое решение от прототипа, а также свойства, совпадающими со свойствами предлагаемого решения, поэтому можно считать, что оно обладает существенными отличиями, позволяющими при практической реализации создать новый тип мобильного преобразователя энергии водяного потока в электрическую или механическую.

На фиг. 1 показан ротор: а вид сбоку, в вид сверху на кинематические связи внутри подводного диска; на фиг. 2 сбалансированная установка на одной платформе двух идентичность роторов, расположенных: а) перпендикулярно течению, в) по течению; на фиг. 3 схематически изображена ориентация плоскостей лопастей ротора относительно потока и взаимная относительно друг друга: а) в режиме стабилизации оборотов, в) при остановленном роторе; на фиг. 4 показана кинематическая связь двух роторов с электрогенератором.

Унифицированный ротор для поплавковых ГЭС содержит диск 1, сдвоенные вертикальные лопасти 2, поворотную стойку 3, шестерню отбора мощности 4, центральную невращающуюся ось 5, конические шестерни 6, 7, 8 и 9, оси 10 и несущую стойку 11, закрепленную снизу к основанию корпуса. Ротор дополнительно содержит кронштейны 12, коническую шестерню 13 с валом 14, съемную крышку 15, рукоятку (или другой узел поворота оси 5) 16, вставные секции 17. Сдвоенная установка дополнительно содержит муфты 18 и 19, связанные штангами 20, кинематическое звено 21 из двух идентичных шестерен, мультипликатор 22 с выходными валом 23, тихоходный водяной насос 24 и генератор 25.

Унифицированный ротор для поплавковых ГЭС работает следующим образом. Первоначально, при сборке, лопасти 2 устанавливаются и фиксируются с ориентацией их плоскостей на ось расположенной сбоку и развернутой по потолку лопасти (т. А, А1, А2).

Каждая лопасть за один оборот ротора поворачивается в обратном направлении вокруг своей оси на пол-оборота ω_p= -2,0ω₁, двигаясь относительно омываемого потока по циклоидной траектории.

Ротор с помощью кронштейнов 12 закреплен на платформе 26, размещенной на поплавках 27, удерживаемых на течении тросами 28.

Вырабатываемая мощность ротора имеет кубическую зависимость от скорости течения (v_т→ N;2v_т→ 8N) а угловая скорость линейную, ω_p= f(v_т)..

Для оптимальной работы ротора, при известной величине V_т.ср. мощность электрогенератора не должна превышать вырабатываемую ротором (с учетом потерь) N_г≅ (0,5-0,6) N_р, а при подключении водяного насоса ниже на величину отбираемой им мощности.

Использование: в гидроэнергетике и может применяться при создании автономных экологически чистых источников энергии, устанавливаемых на мелководных реках и протоках. Сущность изобретения заключается в возможности установки электрогенераторов разной мощности, стабилизация их оборотов при изменении скорости течения, а также гидроизоляции кинематических узлов. Мультипликатор расположен вне корпуса ротора и имеет несколько выходов с разных ступеней кинематических передач, центральная невращающаяся ось сопряжена с внешним органом направления, обеспечивающим ей поворот на требуемый угол в пределах 90, а внутренней объем подводной части герметизирован и заполнен чистой водой или жидкими отходами нефтепродуктов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Унифицированный ротор для поплавковых ГЭС, содержащий горизонтальный диск, сдвоенные вертикальные лопасти, поворотную стойку, шестерню отбора мощности, центральную невращающуюся ось с шестерней, связанной коническими шестернями и осями с лопастями, несущую стойку, закрепленную снизу к основанию корпуса, отличающийся тем, что с шестерней отбора мощности постоянно сочленена только одна коническая шестерня с горизонтально расположенным выходным валом, стыкуемым с мультипликатором: при одинарном исполнении напрямую, при спаренном через разъемные муфты, штанги и согласующее кинематическое звено из двух идентичных конических шестерен. 2. Ротор по п.1, отличающийся тем, что к выходному валу первого звена мультипликатора дополнительно подключен тихоходный водяной насос. 3. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что центральная невращающаяся ось может поварачиваться на любой угол в пределах от 90^o до нуля до полной остановки ротора. 4. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что внутренний объем, окружающий внутренние кинематические звенья, расположенные в подводной вращающейся части, герметизирован и заполнен чистой водой или отработанными нефтепродуктами с превышением уровня над поверхностью воды, достаточным для выравнивания внешнего и внутреннего давлений, а в свободных полостях диска размещены вытесняющие объем вставные облегченные сплошные или пустотелые секции.