РУСЛОВЫЙ ГИДРОПРИВОД Российский патент 1998 года по МПК F03B7/00 

Изобретение относится к гидроэнергетическим установкам, использующим кинетическую и потенциальную энергию движущейся по руслу реки воды.

Известны современные гидроэлектростанции, содержащие железобетонные плотины, водяные турбины, электрогенераторы и ряд других к ним сооружений. Однако современные электростанции используют только потенциальную энергию падающей с высоты плотины воды и лишь частично-кинетическую энергию.

Все известные гидроэлектростанции с высокими или низкими плотинами, являются экологически вредными сооружениями на больших и на малых реках.

Известен простейший вид гидравлического двигателя - водяное колесо, содержащее вал отбора мощности, радиальные спицы и обод колеса, на котором крепятся корытообразные лопасти [1]. В таких двигателях используется только потенциальная энергия поднятой плотиной воды.

Известно водяное колесо, применяемое в качестве гидродвигателя, содержащее вал отбора мощности, радиальные спицы, на которых закреплены плоские горизонтальные лопасти. Лопасти погружены в верхний слой движущейся по руслу реки воды. Гидроэлектростанции с такими двигателями могли бы быть экологически чистыми сооружениями. Однако такие двигатели используют только некоторую часть кинетической энергии движущейся воды.

Один из упомянутых гидравлических двигателей может быть принят в качестве прототипа.

Целью данного изобретения является использование как кинетической, так и потенциальной энергии движущейся по руслу реки воды, образующейся в динамике наката воды, на препятствие ее движению по руслу реки.

Эта цель достигается тем, что русловый гидропривод, включающий вал отбора мощности, радиальные спицы колеса, рабочие лопасти, элементы железобетонных гидросооружений, препятствующих движению и изменяющих движение воды, и элементы крепления гидросооружений за грунт подошвы русла реки, согласно изобретению, не менее двух из нормально установленных гидродвигателей совмещены между собой по своим образующим, оси вращения которых закреплены вертикально в грунте подошвы русла реки, и расположены по линии, лежащей поперек направления течения воды в русле реки, а места расположения гидродвигателей ограничены с боковых сторон и на выходе из этого участка водонепроницаемыми ограждениями, установленными с возможностью принуждения движению воды из русла реки в участок нахождения самоподготовленных к работе лопастей, расположенный между совмещенными гидродвигателями, которые, в свою очередь, выполнены с противоположными направлениями вращения вокруг своих осей, а самоподготовка к работе лопастей выполняется с помощью ряда расположенных вдоль радиальных спиц флажковых элементов, которые закреплены на одной из сторон радиальных спиц, к которым прилагается прямое действие на них движущейся воды, при этом сами оси флажковых элементов закреплены на радиальных спицах опрокинутыми вниз и перпендикулярно к этим спицам, а при выходе флажковых элементов из пассивных участков воды на активные участки на их границе установлены дополнительные ограждения в виде частокола, способного пропустить через себя оси и флажковые элементы лопастей.

Данная конструкция гидропривода позволяет использовать как кинетическую, так и потенциальную энергию движущейся по рекам воды, т.к. напору воды в ограниченном ограждением участке между совмещенными гидродвигателям противостоят силы, равные работе воды на вращение лопастей гидродвигателя. Эти ощутимо значительные силы торможения воды, вперед на свободу, создают условия для весьма значительного наката воды на этот участок, чем и обусловлен прирост потенциальной энергии движущейся воды.

На фиг.1 показан общий вид гидропривода в плане, а также форма и расположение водонепроницаемых ограждений; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 одного из гидродвигателей и ограждение частоколом, установленное на границе спокойного и активного участков воды в расположении места гидродвигателей и на входе в это место.

Русловый гидропривод состоит не менее чем из двух гидродвигателей 1, замкнутых частично в водонепроницаемые ограждения 2.

Каждый из гидродвигателей состоит из центральной оси 3, закрепленной на железобетонной свае 4, забитой в грунт подошвы русла реки, на которую опирается вся движущаяся часть гидродвигателя. На центральную ось надета опорная втулка 5, несущая на себе вал 6 отбора мощности и ступицу 7 барабанного типа, на которой закреплены силовые радиальные спицы 8, несущие на себе флажковые элементы 9, образующие в работе горизонтальные лопасти. Флажковые элементы закреплены каждый на своей оси 10. Пассивные участки воды разделены ограждениями в виде частокола 11.

Гидропривод работает следующим образом.

После посадки гидродвигателя 1 на его центральную ось 3, установленную и закрепленную на железобетонной свае 4, лопасти гидродвигателя погружаются в поток поступающей из русла реки воды, который ограничивается водонепроницаемыми ограждениями 2, создающими возможность образования между ними некоторого напора воды, если воде создают некоторое сопротивление ее движению на этом участке. В результате погружения лопастей гидропривода в движущийся поток воды лопасти в начальный момент погружения создают определенное торможение движущейся воде в этом участке, которое порождает накат воды на лопасти, заставляя их вращаться. Когда вращение лопастей достигает скорости, близкой к скорости движения воды, гидродвигатель ставят под нагрузку. При максимальной нагрузке возрастает торможение за счет лопастей движущейся воды, что вызывает повышение наката воды из русла реки за счет подпора ее с участка за гидроприводом, который не подвержен торможению.

Накат воды на участок расположения лопастей увеличивает давление воды на лопасти гидродвигателя, и реализуется это дополнительным приростом силы на лопасти в виде потенциальной энергии, накопленной в накате воды.

Ступица 7 барабанного типа должна быть рассчитана на то, чтобы при временном подъеме воды в русле реки возросшая выталкивающая сила ступицы позволила бы всю вращающую часть гидродвигателя поднять на необходимую высоту.

Кроме соединения растяжками силовых радиальных спиц 8, растяжками могут быть обеспечены и оси 10 флажковых элементов 9. На чертежах это не показано.

Приложение нагрузки к валам отбора мощности гидродвигателей может происходить как раздельно, так и совместно, за счет механической или электрической связи между ними.

Все виды ограждений могут быть выполнены путем забивки свай определенного размера и формы в подошву русла реки.

Гидроприводы могут быть установлены как на быстрых полноводных реках, так и с умеренной полнотой воды, но относительно ощутимым течением и, конечно же, на реках с бурным течением, хотя и с часто изменяющимся уровнем воды в русле реки.

На некоторых реках с умеренным течением гидроприводы могут быть установлены на поворотах рек, искусственных или естественных, когда основная часть воды в русле реки течет с наибольшей скоростью у берега, к которому повернуто русло реки. Не менее удачным выбранным местом может быть место на участке реки, где наибольший уклон местности, или образован значительно узкий участок русла реки. Все реки протянуты на значительные расстояния, и удобных мест для установки гидроприводов предложенной конструкции всегда окажется больше, чем нужно.

Предложенный гидропривод выгодно отличается от всех ранее известных гидроприводов. Главное в нем - неисчерпаемая возможность использования кинетической и потенциальной энергии рек, простота конструкции и ее установки.

Русловый гидропривод предназначен для преобразования энергии потока воды. В грунте подошвы русла по линии, лежащей поперек направления течения воды, установлены на своих центральных осях вращения не менее двух действующих гидродвигателей, которые совмещены между собой своими образующими. Гидродвигатели снабжены водонепроницаемыми ограждениями с противоположных сторон от места их совмещения и по центру на выходе из участка воды между гидродвигателями. В силу своего линейного расположения, гидродвигатели выполнены с противоположными направлениями вращения, а их лопасти установлены с возможностью самостоятельной подготовки к работе, когда на них осуществляется действие движущейся воды. Для более полного использования энергии движущейся воды по границам активных и пассивных участков воды, находящихся в ограждениях гидродвигателей и у входа воды в эти ограждения, установлены дополнительные ограждения в виде частокола. 2 ил.

Русловый гидропривод, включающий вал отбора мощности, ступицу колеса, радиальные спицы колеса, рабочие лопасти и направляющие элементы гидросооружений, отличающийся тем, что не менее двух действующих гидродвигателей совмещены между собой своими образующими, центральные оси вращения которых закреплены вертикально в грунте подошвы русла реки и установлены по линии, лежащей поперек направления течения воды в русле реки, а места расположения гидродвигателей органичены водонепроницаемыми ограждениями, установленными с противоположных сторон от их оси совмещения и по центру на выходе из участка между гидродвигателями, при этом гидродвигатели выполнены с противоположными направлениями вращения, а по границе между пассивными участками, расположенными между ограждениями и осями гидродвигателей, и активными участками, находящимися у входа в эти ограждения, установлено дополнительное гидроограждение в виде частокола.