БЕРЕГОВАЯ МНОГОЯРУСНАЯ ГИДРОТУРБИНА, РАБОТАЮЩАЯ В СВОБОДНОМ ПОТОКЕ РЕК Российский патент 1999 года по МПК F03B13/00 F03B17/06 

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии движения воды в реках, волн, а также при приливах и отливах в механическую или электрическую энергию.

Известна горизонтальная энергетическая гидроустановка, содержащая вертикальную поворотную колонку с закрепленными на ней ярусами с возможностью поворота на 90^o вокруг своих осей лопастями и передающий механизм, включающий две шестерни, одна из которых ведущая и установлена на верхней части колонки, выполненной в виде вала, а другая ведомая - на валу отбора мощности, при этом часть лопастей каждого яруса расположена в горизонтальном положении /в плоскостях, перпендикулярных оси вертикального вала/, а другая часть - в вертикальном /в плоскостях, параллельных оси вертикального вала/, см. например, авторское свидетельство СССР N 1677365 А1, МПК 6 F 03 B 3/00, 1991 г.

Задачей изобретения является повышение КПД и уменьшение габаритов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что гидротурбина дополнительно снабжена установленной соосно внутри колонки неподвижной осью с закрепленной на ней круговой платформой, в которой выполнены две сегментообразные прорези, причем колонка снабжена шпильками с канавками на концах, а лопасти - втулками для насадки на шпильки с возможностью свободного вращения, на каждой втулке лопасти первого яруса закреплены шестерня, бегунок /стопорная пластина/, установленный с возможностью контакта с платформой, и звездочка, а на каждой втулке последующего яруса - по две звездочки, одна из которых соединена цепью со звездочкой первого яруса, при этом в верхней части оси закреплены перекрытие с сигнализаторами хода лопастей, рама с вентилями /фиксаторами хода/ и кронштейны с рычагами управления, а с нижней стороны круговой платформы шарнирно закреплены западни /сегментообразные пластины/ и отражатели /Г-образные прутья/ с концевыми зубчатками для взаимодействия с шестернями первого яруса, западни имеют рычаги-шарниры /балансиры/ с продольными разрезами и цапфы, а в нижней части оси закреплены кронштейны, на которых свободно установлены рычаги западней /P-образные рычаги/, один конец которых расположен под западней и имеет вырез для свободного соединения с ее цапфой, второй входит в окна, выполненные в оси и через вентили связан с рычагами управления, а на ободе ведущей шестерни установлены два конических выступа для взаимодействия с сигнализаторами, при этом лопасти для обеспечения плавучести выполнены пустотелыми.

На фиг.1 представлен общий вид береговой гидротурбины, на фиг.2 - бегунок с втулкой, шестерней и звездочкой 1-го яруса, на фиг.3 - втулка со звездочками II яруса, на фиг. 4 - круговая платформа, на фиг.5 - движение бегунка по круговой платформе I, II, III и IV позиции, на фиг. 6 - вид сбоку на гидротурбину, а на фиг. 7 - вид сверху.

Береговая многоярусная гидротурбина содержит пятку 1, шипы 2, опору 3, пояс 4 для перекрытия, железобетонный выступ 5, береговую железобетонную стенку 6, полуворонку 7, перекрытие опоры 8, пояс 9 для поворотной колонки, конусный подшипник 10, поворотную колонку 11, шариковый подшипник 12, шпильку 13 первого яруса, шпильку 14 второго яруса, канавку 15 для крепления лопасти 16, болт 17, втулку 18 первого яруса, шестерню 19, бегунок 20, звездочку 21, болт 22, подшипник качения 23, втулку 24 второго яруса, звездочку 25 второго яруса, цепь Галя 27, ведущую шестерню 28, ведомую шестерню 29, вал 30 отбора мощности, конусный подшипник 31, шариковый подшипник 32, чашу 33, стенку 34 котла, круговую платформу 35, сегментообразные прорези 36 и 37 холостого и рабочего хода, соответственно, подшипник качения 38, раму 39 для вентилей 40 и 41 холостого и рабочего ходов, соответственно, пояс с кронштейнами 42, рычаги 43 и 44 холостого и рабочего хода, соответственно, конусные выступы 45 и 46, сигнализаторы 47 и 48 холостого и рабочего хода, соответственно, пружину 49 сигнализатора, подшипник качения 50, западни 51 и 52 холостого и рабочего хода, соответственно, шарниры 53 и 54 западней, рычаги 55 и 56 шарниров, продольный разрез 57, цапфы 58 и 59 западней, пояс 60 с кронштейнами, болт 61, рычаги 62 и 63 западней, вогнутые вырезы 64 и 65, окно 66 в опоре 3, тяги 67, отсечные отражатели 68 и 69, шарниры 70, зубчатка 71, корпус 72 турбины, кронштейн 73, отверстия 74 в лопастях 16.

Многоярусная гидротурбина работает следующим образом.

Гидротурбина установлена, например, на правом берегу реки между двумя железобетонными выступами 5 с той целью, чтобы как можно дольше отойти от берега и установить турбину в устойчивом потоке, а также защитить ее от воздействия посторонних предметов.

Для обеспечения начала работы следует освободить блокировку вентиля 41 /фиксатора хода/, нажать вниз рычаг 44 управления рабочего хода, второй конец вместе с тягой 67, соединенной с рычагом 63 западни 52, поднимется вверх, при этом другой конец рычага 63 опустится вниз, а стенка вогнутого выреза 65, соединенная с цапфой 59, откроет западню 52 /сегментообразную пластину/ сегментообразной прорези 37 рабочего хода. При открытии западни 52 рычаг 56 с продольным разрезом 57 поднимется вверх вместе с отсечным отражателем 69, у которого на свободном конце расположена зубчатка 71, которая приподнимается над поверхностью круговой платформы 35 и войдет в зацепление с шестерней 19 бегунка 20 /стопорной платины/.

Аналогичные операции следует провести с другой стороны турбины, освободив блокировку вентиля 40 /фиксатора хода/, т.е. нажать вниз рычаг 43 управления холостого хода, второй конец вместе с соответствующей тягой 67, соединенной с рычагом 62 западни 51, поднимется вверх, при этом другой конец рычага 62 опустится вниз, а стенка вогнутого выреза 64, соединенная с цапфой 58, откроет западню 51 /сегментообразную пластину/ сегментообразной прорези 36 холостого хода. При открытии западни 51 рычаг 55 с продольным разрезом 57 поднимется вверх вместе с отсечным отражателем 68, у которого на свободном конце расположена зубчатка 71, которая в свою очередь приподнимается над поверхностью круговой платформы 35 и встанет на пути шестерни бегунка 20 /см. фиг. 1 и 5 позиция 1/. При движении лопастей 16 в свободном потоке реки бегунки 20 заскользят по круговой платформе 35, при этом шестерни 19 наталкиваются на зубчатку 71 и начнут разворачиваться в сегментообразных прорезях 36 и 37, совершив первый период поворота бегунка 20 вместе с лопастями 16 в пределах 40-60 процентов вокруг своих осей /фиг.5, позиция II и III/. При дальнейшем движении бегунок 20 наталкивается на подшипник качения 38 /фиг. 5, позиция IV/ сегментообразных прорезей 36 и 37 и смежной стороной ложится на круговую платформу 35, при этом произойдет поворот лопастей 16 первого и второго ярусов вокруг своих осей на 90^o. Поворотная колонка 11 вместе с ведущей шестерней 28 вращается вокруг своей вертикальной оси на опоре 3. Часть поворотных лопастей в сегментообразных прорезях 36 совершили поворот и приняли горизонтальное нерабочее положение, в то время как остальные лопасти в сегментообразных прорезях 37 совершили поворот в вертикальное рабочее положение, принимая на себя давление свободного потока реки. Лопасть 16, выйдя из нейтрального положения в сегментообразной прорези 37, переходит в вертикальное рабочее положение /рабочий ход/ и далее совершает работу, а лопасть 16, выходящая из нейтрального положения в сегментообразной прорези 36, переходит в горизонтальное нерабочее положение /холостой ход/. Таким образом происходит непрерывное вращение колонки 11 вместе с ведущей шестерней 28, которая передает вращение посредством ведомой шестерни 29 валу отбора мощности 30, от которого вращение может быть передано электрогенератору или другому механизму.

Сигнализатор 48 служит для переключения лопастей 16 из вертикального рабочего хода в горизонтальное нерабочее положение /холостой ход/.

Над сегментообразной прорезью 37 сигнализатор 48 рабочего хода контактирует подшипником качения 50 с первым конусным выступом 45 /не показан/, ведущей шестерни 28 и, подавая сигнал на снятие блокировки вентилем 41, при повторном сигнале, когда сигнализатор 48 подшипником качения 50 натолкнется на конусный выступ 46, следует поднять рычаг 44 вверх, второй конец которого посредством тяги 67, соединенной с рычагом 63 западни 52, опустится вниз, при этом закроется сегментообразная прорезь 37 круговой платформы 35 западней 52. Одни лопасти 16, совершив полуоборот на 180^o, перейдут в горизонтальное положение, а другие - в вертикальное положение, принимая на себя давление свободного потока реки и совершая полезную работу. Сигнализатор 47 натолкнется подшипником качения 50 на конусный выступ 45 и подаст сигнал на снятие блокировки вентилем 40, а при повторном сигнале при взаимодействии подшипника 50 с конусным выступом 46 следует рычаг 43 поднять вверх, второй конец которого вместе с тягой 67 опустится вниз и при этом закроется сегментообразная прорезь 36 круговой платформы 35 западней 51.

Таким образом сегментообразные прорези 36 и 37 круговой платформы 35 закрыты западнями 51 и 52, а лопасти 16 находятся в горизонтальном положении, т. е. гидротурбина выключена и следует вентилями 40 и 41 заблокировать /закрепить/ тяги 67.

Многоярусная гидротурбина предназначена для преобразования энергии потока воды в электроэнергию или в другой полезный вид механической энергии. Гидротурбина содержит вертикальную поворотную колонку с закрепленными на ней ярусами с возможностью поворота на 90^o вокруг своих осей лопастями. Передающий механизм включает ведущую и ведомую шестерни, последняя закреплена на валу отбора мощности. Часть лопастей каждого яруса расположена в горизонтальном положении, а другая часть - в вертикальном. Гидротурбина позволяет осуществить отбор энергии с высоким КПД, а также обеспечить возможность управления при работе и снизить габариты. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Береговая многоярусная гидротурбина, содержащая вертикальную поворотную колонку с закрепленными на ней ярусами с возможностью поворота на 90^o вокруг своих осей лопастями и передающий механизм, включающий две шестерни, одна из которых ведущая и установлена на верхней части колонки, а ведомая - на валу отбора мощности, при этом часть лопастей каждого яруса расположена в горизонтальном положении, а другая часть - в вертикальном положении, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена установленной соосно внутри колонки неподвижной осью с закрепленной на ней круговой платформой, в которой выполнены две сегментообразные прорези, причем колонка снабжена шпильками с канавками на концах, а лопасти - втулками для насадки на шпильки с возможностью свободного вращения, на каждой втулке лопасти первого яруса закреплены шестерня, бегунок, установленный с возможностью контакта с платформой, и звездочка, а на каждой втулке последующего яруса - по две звездочки, одна из которых соединена цепью со звездочкой первого яруса, при этом в верхней части оси закреплены перекрытие с сигнализаторами хода лопастей, рама с вентилями и кронштейны с рычагами управления, а с нижней стороны круговой платформы шарнирно закреплены западни и отражатели с концевыми зубчатками для взаимодействия с шестернями первого яруса, западни имеют шарниры, рычаги с продольными разрезами и цапфы, а в нижней части оси закреплены кронштейны, на которых свободно установлены рычаги западней, один конец которых расположен под западней и имеет вырез для свободного соединения с ее цапфой, второй входит в окна, выполненные в оси и через вентили связан с рычагами управления, а на ободе ведущей шестерни установлены два конических выступа для взаимодействия с сигнализаторами. 2. Гидротурбина по п.1, отличающаяся тем, что лопасти для обеспечения плавучести выполнены пустотелыми.