ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2002 года по МПК F03B13/00 

Изобретение откосится к гидроэнергетике, в частности к электростанциям.

Известны гидроэлектростанции (ГЭС), вырабатывающие электрическую энергию в результате преобразования энергии водного потока (см. Политехнический словарь под редакцией Ишлинского А.Ю., издание третье, Москва, "Советская энциклопедия", 1989, с.123).

Для работы ГЭС требуется строительство плотины, что нарушает экологию, препятствует судоходству и нересту рыбы.

Известна энергетическая установка, вырабатывающая электрическую энергию путем использования энергии ветровых волн в водоеме (см. авторское свидетельство СССР 1373855 А1, МПК F 03 В 13/12, 15.02.1988).

Данная установка позволяет вырабатывать электрическую энергию без строительства плотины, т.е. не нарушает экологию, но имеет сложную конструкцию и для ее работы необходимо наличие водоема значительной глубины.

Задачей данного изобретения является получение электрической энергии экологически чистым путем, без строительства плотины и сжигания горючих материалов, используя любые возобновляемые источники энергии, например ветра, волн, водопадов и т.п., обеспечивающих периодическую работу насоса гидроэлектростанции.

Указанный технический результат достигается за счет того, что гидроэлектростанция содержит две цилиндрические емкости и расположенные в них поплавки с удельной плотностью, равной 0,5, причем каждый из поплавков связан с цепной передачей, проходящей через отверстие, выполненное в нем. Гидроэлектростанция также снабжена расположенным между емкостями колодцем с установленным в нем на подшипниковых площадках главным колесом со смещенным центром тяжести и звездочкой, емкости соединены между собой водоводом с задвижкой и водяным насосом, при этом указанная цепная передача одного из поплавков соединена с левым валом, а другая - с правым, данные валы скреплены фланцами с промежуточным валом, связанным двумя муфтами противоположного вращения и тремя зубчатыми шестернями со вторичным валом, передающим одностороннее вращение посредством цевочного зацепления с главным колесом, звездочка которого соединена цепной передачей и муфтой с маховиком, который в свою очередь цепной передачей связан с электрогенератором.

На фиг.1 изображен корпус гидромеханической электростанции, а на фиг.2,3 схематически изображена электростанция при крайних положениях поплавков.

Гидромеханическая электростанция содержит изготовленные из железобетона две цилиндрические емкости (вертикальные трубы) левую 1 и правую 2 с площадками 3 для монтажа подшипников. Эти емкости 1 и 2 соединены между собой водоводом 4 с задвижкой 5 и водяным насосом 6. Между емкостями 1 и 2 изготавливают квадратный колодец 7 с площадками 8 для гнезд подшипников.

Для сейсмоустойчивости емкости 1 и 2 квадратный колодец 7 устанавливают на фундамент и зарывают до половины емкостей 1 и 2 в землю 9 до края колодца (9 - отметка уровня грунта).

Такое сооружение является законченным монолитным железобетонным корпусом, в котором монтируются остальные детали электростанции.

На верхние площадки 3 левой и правой емкости 1 и 2 на подшипниках 17 устанавливают левый вал 9 и правый вал 10 со звездочками 11 и 12, закрепленными на шлицах. На эти звездочки 11, 12 надеты якорные цепи 13, концы каждой якорной цепи 13 укреплены посредством серьги на круглом поплавке 14, имеющем форму бочки, в которую вварена трубка 15 для свободного прохода якорной цепи 13, нижняя петля каждой цепи 13 надета на поворотный ведомый шкив 16, прикрепленный ко дну емкостей 1 и 2.

Между левой и правой емкостями 1 и 2 на подшипниках 17 крепится промежуточный вал 18, соединенный с левым и правым валами 9 и 10 соединительными фланцами 19.

На этом промежуточном валу 18 закреплены две обгонные комбинированные муфты 20 и 22.

Эти муфты 20 и 22 вращаются в разные стороны. Первая муфта 20 вращается против часовой стрелки и имеет обойму с зубчатым зацеплением 21. Вторая муфта 22 вращается по часовой стрелке, обойма этой муфты то же с зубчатым зацеплением 23, входящим в зацепление с промежуточной шестерней 24, находящейся в зацеплении с другой шестерней 25, закрепленной на вторичном валу 26. На конце этого вала 26 закреплена другая шестерня 27, входящая в контакт с зацеплением. 21. На этом же валу 26 установлена третья комбинированная обгонная муфта 28 с цевочным зацеплением 29, входящая в зацепление с главным колесом 30 со смещенным центром тяжести (грузом) 31, главное колесо 30 закреплено на валу 32 на подшипниках 33, установленных на площадках 8 колодца 7.

На главном ведущем колесе 30 со смещенным центром тяжести (грузом) 31 закреплена звездочка 34 отбора мощности, которая передает вращение цепью ведомой звездочке 35, закрепленной на полуоси 36, вращающейся на подшипниках. На конце этой полуоси 36 закреплена ступица 37 обгонной муфты. Обойма 38 этой муфты закреплена на другой полуоси 39. На этой же полуоси 39 закреплен маховик 40 со звездочкой 41 отбора мощности, передающей вращение цепью генератору 42, который вырабатывает электроэнергию.

Работа гидромеханической электростанции осуществляется следующим образом.

Водовод 4 перекрыт задвижкой 5, левую цилиндрическую емкость 1 наполняют водой до верхней точки А, поплавок 14 находится на плаву тоже в самой верхней точке.

В правую цилиндрическую емкость 2 заливают немного воды и такой же поплавок 14 находится в самой нижней точке Б на плаву.

Колесо 30 со смещенным центром тяжести (грузом) 31 (примерно 2 тонны) принудительно устанавливают с самой нижней точке В в верхнюю точку Г по стрелке (фиг. 3). Колесо 30 в этом положении удерживает обгонная муфта 28 цевочным зацеплением 29. При таком положении всех деталей гидромеханическая электростанция готова к запуску (фиг.3).

При открытии задвижки 5 водовода 4 вода самотеком начнет перетекать по водоводу 4 из левой цилиндрической емкости 1 в правую емкость 2.

Левый поплавок 14, имея массу примерно в 1 т, повиснет на цепи 13 потому, что из под него уходит вода, цепь 13 начнет вращать звездочку 11. Звездочка 11 одновременно начнет вращать левый вал 9, передавая вращение промежуточному валу 18. При заполнении водой правой емкости 2 правый поплавок 14 начнет всплывать и потянет за собой цепь 13, которая начнет вращать звездочку 12. Эта звездочка 12 одновременно будет вращать правый вал 10 в ту же сторону, что и левый вал 9 (синхронно), к примеру, поплавок 14 весит 1 т, а водоизмещением этот поплавок 14 два кубометра, известно, что один кубометр воды равен примерно 1 т, таким водоизмещением поплавок 14 поднимает свой вес 1 т и тонну полезной тяги (тара весит 1 т, а водоизмещение два кубометра).

Левый вал 9 и правый вал 10 одновременно вращают против часовой стрелки промежуточный вал 18. Вал 18 вращает ступицу 20 комбинированной муфты, ролики автоматически вкатываются в клинивую щель и заклинивают зубчатое зацепление 21, получается единое целое. Зубцы 21 вращают шестеренку 27, смонтированную на вторичном валу 26. Вторичный вал 26 вращает комбинированную муфту 28, ролики вкатываются в клинивую щель, клинят обойму с цевочным зацеплением 29 с главным колесом 30, вращающимся против часовой стрелки, груз 31 поднимается из нижней точки В в верхнюю точку Г, одновременно вторичный вал 26 вращает шестерню 25, жестко закрепленную на нем. Шестерня 25 вращает промежуточную шестерню 24. Промежуточная шестерня 24 вращает зубчатое зацепление 23, шарики выкатываются из клинивой щели и происходит пробуксовка обгонной муфты 22.

Муфта 22 вращается против часовой стрелки, зубчатое зацепление 23 пробуксовывает и вращается по часовой стрелке (происходит автоматическое расклинивание, а значит и пробуксовка зубчатого зацепления 23).

Все механизмы медленно вращаются без перерыва, груз 31 главного колеса 30 переходит мертвую точку Г и под действием силы веса смещенного центра тяжести (груза) 31 колесо 30 начинается быстро вращаться.

Обойма 29 расцепляется со ступицей 28 и груз 31 свободно падает сверху вниз (по принципу велосипедного колеса, начинающегося катиться с горки, педали и колесо расцеплены велосипедной обгонной муфтой). Колесо 30 имеет в диаметре примерно 8 м, радиус 4 м, груз примерно 1,5 т (примерно в 1500 кг) рычагом в 4 м 1500•4=6000 кг получаем на валу 32. Звездочка 34 отбора мощности передает вращение цепью ведомой звездочке 35, вращающейся на полуоси 36. На конце этой полуоси 36 закреплена ступица 37 обгонной муфты, которая автоматически вкатывает ролики в клинивую щель, заклинивает обойму 38 и вращается на полуоси 39 с маховиком 40.

Маховик 40, получив примерно 5500 кг импульсного вращения от главного колеса 30 будет по инерции вращаться 10 мин со скоростью 120 об/мин и вращать звездочкой 41 и цепной передачей генератор 42 примерно 10 мин. За эти 10 мин механическая система гидромеханической электростанции, работая синхронно всеми механизмами прокрутит колесо 30 и груз 31 переместит от точки В до точки Г, а именно груз 31, падая сверху вниз, отдает энергию маховику 40 и, проскочив нижнюю точку, немного поднимается вверх, потеряет энергию и на доли секунды замрет, а маховик 40, получив энергию, будет продолжать крутиться на полуоси 39, на которой смонтирована обойма 38. Обойма 38 выкатит ролики из клинивой щели, расцепится со ступицей 37 и даст возможность свободно вращаться полуоси 39, на которой смонтирован маховик 40.

Маховик 40 тоже по инерции будет вращаться, пока не израсходует энергию. Груз 31 колеса 30 израсходует энергию, на доли секунды зависнет вверху, как маятник начнет падать обратно (покрутит цевочное зацепление 29 муфты 28). Но так как механизмы вращаются непрерывно, ступица вкатит ролики в клинивую щель, ролики заклинят муфту 28, такой механизм как бы подхватит колесо 30 и начнет вращать, перемещая груз 31 снизу вверх до прохождения мертвой точки Г.

Вышеописанный порядок работы всех механизмов будет повторяться бесконечно, так как вода в емкостях перекачивается водным насосом 6 с того времени, когда вода в емкостях 1 и 2 уравняется. Насос 6 включается заранее за несколько сантиметров до полного выравнивания, для того чтобы поддержать синхронный режим работы.

Насосом 6 вода будет перекачиваться из левой емкости 1 в правую 2 до тех пор, пока левый поплавок 14 опустится в самую нижнюю точку, а правый поплавок 14 не поднимется на самую верхнюю точку. В самой верхней точке насос 6 выключается и вода самотеком теперь пойдет свободно обратно, теперь вода будет уходить из-под правого поплавка 14, он начнет перемещаться сверху вниз, а левый 14 - снизу вверх, цепь 13 начнет перемещаться в обратном направлении, звездочки 11 и 12 тоже будут вращаться в обратном направлении, то есть по часовой стрелке (фиг.2). Вал правый 10 и вал левый 9 тоже будут вращаться по часовой стрелке синхронно и вращать промежуточный вал 18. Теперь муфта 22 заклинит ролики в клинивую щель, заклинит зубчатое зацепление 23 и начнет вращать промежуточную шестерню 24 против часовой стрелки. Промежуточная шестерня 24, входящая в зацепление с шестерней 25, передает вращение, которое изменит направление, и будет вращаться по часовой стрелке, вращая вал 26 также по часовой стрелке, на котором закреплена муфта 28, как было уже описано. Муфта 28 вкатит ролики в клинивую щель и заклинит цевочное зацепление 29. Это произойдет в тот момент, когда система механизма вала 9-10 и вала 18 поменяют направления, а вторичный вал 26 как вращался, так и будет вращаться по часовой стрелке, независимо какой поплавок 14 идет вниз, а какой вверх.

Вторичный вал 26 вращает шестерню 27 по часовой стрелке. Шестерня 27 входит в зацепление с зубчатым зацеплением 21. Муфта 20 выкатывает ролики из клинивой щели и расклинивает обгонную муфту 20. Обгонная муфта 20 теперь пробуксовывает.

Комбинированные муфты 20 и 22 одна левого вращения, другая правого вращения смонтированы на одном промежуточном валу 18 для того, чтобы включаться в работу по очереди, когда вал 18 меняет вращение по часовой стрелке и наоборот, против часовой стрелки.

Замирание механизмов в момент перемены вращения вала 18 в обратном направлении в другое и вращение колеса снизу вверх происходит в тот момент, когда маховик 40 получил энергию от колеса 30 до частичной потери (пока маховик 40 крутится в полную силу). За это время механизмы автоматически подготовятся и синхронно сработают в нужный период (такт).

Гидроэлектростанция предназначена для преобразования энергии возобновляемых источников в электрическую. Электростанция снабжена расположенным между емкостями колодцем с установленным в нем на подшипниковых площадках главным колесом со смещенным центром тяжести и звездочкой, емкости соединены между собой водоводом с задвижкой и водяным насосом, при этом цепная передача одного из поплавков соединена с левым валом, а другая - с правым, данные валы скреплены фланцами с промежуточным валом, связанным двумя муфтами противоположного вращения и тремя зубчатыми шестернями с вторичным валом, передающим одностороннее вращение посредством цевочного зацепления с главным колесом, звездочка которого соединена цепной передачей и муфтой с маховиком, который цепной передачей связан с электрогенератором. Электростанция обеспечивает получение электрической энергии экологически чистым путем, используя энергию ветра, волн, водопадов и т.п., обеспечивающих периодическую работу ее насоса. 3 ил.

Гидроэлектростанция, содержащая электрогенератор, две цилиндрические емкости и расположенные в них поплавки с удельной плотностью 0,5, причем каждый из поплавков связан с цепной передачей, проходящей через отверстие, выполненное в нем, отличающаяся тем, что она снабжена расположенным между емкостями колодцем с установленным в нем на подшипниковых площадках главным колесом со смещенным центром тяжести и звездочкой, емкости соединены между собой водоводом с задвижкой и водяным насосом, при этом цепная передача одного из поплавков соединена с левым валом, а другая - с правым, данные валы скреплены фланцами с промежуточным валом, связанным двумя муфтами противоположного вращения и тремя зубчатыми шестернями с вторичным валом, передающим одностороннее вращение посредством цевочного зацепления с главным колесом, звездочка которого соединена цепной передачей и муфтой с маховиком, который цепной передачей связан с электрогенератором.