УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИРКУЛЯЦИИ ВОДЫ Российский патент 1999 года по МПК C02F7/00 

Изобретение относится к устройству для циркуляции воды, включающему плавающую раму, находящуюся на поверхности воды, ветровой ротор, установленный над рамой и выполненный с возможностью вращения на своей собственной оси, зубчатую передачу, соединенную с осью, кожух, отходящий вниз от рамы, и механизм, соединенный с осью ветрового ротора, предназначенный для приведения воды в движение вдоль кожуха.

Во многих водоемах, таких как озера, пруды, каналы и т.д., существует проблема низкого содержания кислорода у дна водоема. Богатая кислородом вода у поверхности водоема и бедная кислородом вода у его дна не могут эффективно смешиваться между собой. Организмы, находящиеся у дна водоема, потребляют из воды кислород, образуя бескислородную зону, в которой нет жизни.

В водоемах водятся различные виды рыб, водорослей, моллюсков и других водных животных или выращиваются плантации для питания людей или других полезных целей. При выведении рыб, растений и других организмов важно поддерживать содержание кислорода и/или температуру воды на необходимом уровне, при котором рыба и другие организмы растут лучше всего.

Существует много устройств, при помощи которых кислород, попадающий в воду у ее поверхности, перемещается к дну водоема. Кроме того, есть устройства, при помощи которых бескислородная или бедная кислородом вода перемещается от дна вверх, и когда достигает поверхности воды, она быстро насыщается кислородом. При помощи таких устройств осуществляется циркуляция воды в водоемах и повышается содержание в ней кислорода. В некоторых описаниях в качестве источника энергии устройства применяется энергия ветра, делая возможным насыщение кислородом также и в ситуациях, когда источник электроэнергии недоступен. Энергия ветра для этой цели может использоваться в любое время года. Ветровой ротор обычно имеет две или более лопастей, установленных под прямым углом к поверхности воды, при этом сила ветрового ротора не может прямо передаваться к устройству. Это также препятствует устойчивости всего устройства, так как ветровой ротор толкает раму устройства. Ветровые роторы обычно используются на водоемах недостаточно длительный срок.

Наиболее близким к устройству по настоящему изобретению является устройство для циркуляции воды, имеющее плавающую раму, которая расположена на поверхности воды, установленный на раме ветровой ротор, вращающийся на оси, зубчатую передачу, соединенную с осью, отходящий вниз от рамы кожух и импеллер, соединенный с осью ветрового ротора при помощи зубчатой передачи для перемещения воды вдоль кожуха. (EP 0414648, кл. B 01 F, 27.02.1991).

Однако имеется ряд недостатков, связанных с такими известными устройствами для циркуляции воды. Например, они не всегда могут противостоять сильным ветрам и не могут надежно работать, когда водоем замерзает. Использование энергии ветра на поверхности воды известными устройствами влечет проблемы и высокие затраты на обслуживание также в связи с тем, что их понтоны или поплавки сконструированы недостаточно надежными и прочными.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для циркуляции воды с устранением недостатков, присущих существующим устройствам. В особенности, задача настоящего изобретения состоит в создании устройства, которое может приводить воду в движение в нужном направлении эффективно и надежно. Кроме того, задачей настоящего изобретения является создание устройства, которое имеет простую и прочную конструкцию и надежно работает в любых условиях.

Технический результат достигается за счет признаков, изложенных в формуле изобретения.

В соответствии с изобретением ветровой ротор устройства снабжен лопастями, имеющими сегментные очертания, и внешние стороны его рамы наклонены сверху вниз и в стороны. Направление вращения ротора такого типа параллельно поверхности воды. У поверхности воды обычно всегда бывает ветер, который легко вращает ветровой ротор согласно настоящему изобретению. Движение ветрового ротора может прямо передаваться на зубчатый привод, благодаря чему ось и, таким образом, точка поворота оси расположена ниже. Через зубчатый привод движение ветрового ротора может эффективно передаваться на импеллер, такой как насос, который может работать даже при легком ветре.

Плавающая рама или понтон имеет такую форму, что может противостоять сильному ветру, вызывающему большие волны на море, озере или другом водоеме. Волны обычно вызывают сильное раскачивание поплавка или понтона. В соответствии с настоящим изобретением, кромки или стороны понтона устройства, подвергающиеся воздействию ветра, устроены так, что они принимают на себя волны без существенного раскачивания самого устройства. Боковые кромки понтона сконструированы так, что они имеют наклон вниз и в стороны на около 35-60^o и, возможно, на 40-55^o от верхней кромки. Достигнутое преимущество заключается в том, что волны, накатываясь на понтон, прижимают его вниз. Таким образом, большие волны достигают высоты понтона и даже проходят над ним. Понтон устойчиво удерживает устройство даже при сильном ветре. Это повышает рабочую надежность устройства и обеспечивает отсутствие необходимости его обслуживания. Устройство пригодно для насыщения воды кислородом в различных водоемах и/или насыщения воды кислородом, необходимым растениям и животным, выращиваемым в ней.

В предпочтительном и практическом варианте осуществления изобретения в верхней части кожуха расположена камера, содержащая изолирующий материал, а подшипники подвижных частей импеллера, находящегося под водой, расположены ниже уровня льда. Эта защита предназначена для предотвращения замерзания подвижных частей. Подшипники подвижных частей элемента, расположенного под водой, защищены водонепроницаемым фланцем, благодаря чему верхняя часть импеллера остается сухой. Верхняя часть элемента заполнена изолирующим материалом, таким, как частицы полиуретана, или подобным ему, для предотвращения замерзания. Это предотвращает проникновение холода внутрь импеллера. Части импеллера не замерзают даже при сильном морозе, когда обычно бывают безветренные периоды, и устройство совсем не вращается. Для предотвращения образования в верхней части импеллера конденсата выполнено отверстие для циркуляции воздуха.

Далее настоящее изобретение описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 показан вариант выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением в вертикальном разрезе.

На фиг. 2 показано устройство, соответствующее фиг. 1, в плане.

На фиг. 3 показано крепление ротора устройства, соответствующего фиг. 1.

На фиг. 4 показана деталь 9 фиг. 1.

На фиг. 5 показан другой вариант выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением в вертикальном разрезе.

Устройство в соответствии с чертежами, включает раму 1, к которой относится основа и понтон или другая опора, плавающая на поверхности воды, ветровой ротор 2, находящийся над уровнем воды, ось ветрового ротора 3, зубчатую передачу 4, кожух для перемещения воды 5, отходящий вниз от рамы, и импеллер 6, расположенный в кожухе для перемещения воды. Ветровой ротор включает несколько лопастей 7, имеющих приблизительно сегментную форму, или эквивалентную, и ось ветрового ротора, непосредственно соединенную с зубчатой передачей 4. Здесь использована планетарная зубчатая передача, приспособленная для приведения импеллера в действие. Внешние кромки 8 понтона рамы имеют наклон сверху вниз и в стороны под углом около 45-50^o. В верхнем конце кожуха сформирована камера 9, в которой расположено изолирующее вещество, и через которую проходит ось от зубчатой передачи к импеллеру. Устройство, кроме того, включает якорные канаты 16 или их эквивалент, которыми устройство крепится к дну водоема или к другому неподвижному объекту.

Лопасти 7 ветрового ротора 2 прикреплены таким образом, что внешние кромки лопастей, имеющих конфигурацию сферических сегментов, опираются на металлическую коробчатую конструкцию или ее эквивалент, подогнанную по конфигурации к окружности лопасти. Коробчатая конструкция очень легка, но устойчива к напору ветра и к центробежной силе. Лопасти крепятся опорными кронштейнами 11 к верхней части оси 3 и на некотором расстоянии ниже опорные кронштейны дополнительно поддерживаются нижними опорными кронштейнами 12 и опорной конструкцией 13, вращающейся вокруг защитного рукава 14 оси. Крепление к оси ротора осуществлено такими малыми крепежными средствами благодаря тому, что опорные углы сведены к центру у точек напряжения. Благодаря креплению лопастей с сегментной конфигурацией к защитному рукаву оси ротора при помощи нижней опоры и роликов, для оси ротора требуется только один подшипник. Крепежные приспособления просты и надежны и могут работать без поломок даже в трудных природных условиях. Кроме того, они не требуют технического обслуживания.

В устройстве, показанном на фиг. 5, мембранный насос 17 расположен в верхней части камеры 9. Мембранный насос забирает воздух из пространства между понтонами и нагнетает его вниз по одной или более труб, где воздух выходит из отверстий в придонной части кожуха, смешивается с водой и движется вверх и в стороны от кожуха.

В варианте устройства, показанном на фиг. 1, вода может двигаться при помощи импеллера в обоих направлениях вдоль кожуха за счет вращения импеллера и ротора в нужном направлении. Ротор целиком может быть поднят и перевернут так, что он будет вращаться в противоположном направлении. Отверстия в верхней части кожуха 5 выполнены так, чтобы соответствовать определенному назначению и могут представлять собой сверления, продольные прорези или другие виды отверстий. При движении от поверхностного слоя вниз, богатая кислородом вода попадает в кожух через отверстия в верхней его части и подается по кожуху вниз до его конца, где богатая кислородом вода смешивается с бедной кислородом водой. В конце кожуха могут быть смонтированы одна или более труб с одной или более его сторон для подачи воды в нужном направлении.

Соответственно, при движении воды снизу вверх в устройстве, соответствующем фигуре 5, она подается импеллером вверх по кожуху и смешивается с поверхностным слоем воды, вытекая из отверстий в верхней части кожуха и таким образом насыщаясь кислородом.

Изобретение не ограничивается вариантами его осуществления, показанными здесь, его применение может варьироваться в рамках сути изобретения, изложенной в формуле изобретения.

Изобретение может использоваться для циркуляции воды в водоемах. Устройство включает плавающую раму, расположенную на поверхности воды, установленный на ней и над ней ветровой ротор, вращающийся на оси, зубчатую передачу, соединенную с осью, кожух, отходящий вниз от рамы, и импеллер, соединенный с осью ветрового ротора зубчатой передачей и предназначенный для подачи воды вдоль кожуха. Ветровой ротор оснащен лопастями, имеющими форму сферических сегментов. Внешние кромки рамы наклонены вниз и в стороны. Технический результат состоит в повышении долговечности и надежности при насыщении воды кислородом. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для циркуляции воды, включающее плавающую раму (1), расположенную на поверхности воды, установленный на ней ветровой ротор (2), вращающийся на оси (3), зубчатую передачу (4), соединенную с осью, кожух (5), отходящий вниз от рамы, и импеллер (6), соединенный с осью ветрового ротора при помощи зубчатой передачи для перемещения воды вдоль кожуха, отличающееся тем, что ветровой ротор (2) снабжен лопастями (7), имеющими форму сферических сегментов, а внешние кромки (8) рамы наклонены вниз и в стороны. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в верхней части кожуха (5) расположена камера (9) для размещения изолирующего вещества, а подшипник подводных подвижных частей импеллера (6) расположен ниже уровня льда. 3. Устройство по пп.1 или 2, отличающееся тем, что внешние кромки (6) рамы наклонены под углом 35 - 50^o вниз и в стороны. 4. Устройство по одному из пп.1 - 3, отличающееся тем, что в донной части кожуха (5) расположена по меньшей мере одна направляющая труба, простирающаяся в сторону. 5. Устройство по одному из пп.1 - 4, отличающееся тем, что лопасти (7) прикреплены к верхнему концу оси (3) опорными кронштейнами (11) и поддерживаются расположенными на некотором расстоянии ниже опорных кронштейнов нижними опорными кронштейнами (12) через опорную конструкцию (13), вращающуюся вокруг защитного рукава (14) оси.

Приоритет по пунктам:
16.04.93 - по п.1;
04.06.93 - по пп.2 - 5.