РЕЧНОЙ НАВИГАЦИОННЫЙ БУЙ С МИКРОГЭС ДЛЯ ПИТАНИЯ СИГНАЛЬНОГО ИСТОЧНИКА СВЕТА Российский патент 2004 года по МПК B63B22/16 F03B13/10 

Изобретение относится к области речного судоходства и предназначено для обозначения габаритов судового хода в фарватере рек.

Известны гидроэнергетические установки, преобразующие энергию течения воды в электрическую, включающие в себя плавучее средство, гидротурбину и электрогенератор, расположенные на плавучем средстве и обеспечивающие потребителя электрической энергией [1, 2].

Основной недостаток этих гидроэнергетических установок: отсутствие устройств для стабилизации их в русле реки, относительно кромки судового хода, обеспечивающей гарантированные габариты судового хода на данном участке водного пути.

Известен также речной навигационный буй, по заявке Франции [3], содержащий сигнальный фонарь с источником света, стабилизатор, надводную часть в виде сигнальной фигуры, балансировочный груз. Недостатком данного решения является необходимость частого обслуживания источника света.

Наиболее близким по технической сущности решением к заявляемому объекту является речной навигационный буй со встроенной гидроэнергетической установкой, содержащий поплавок со стабилизатором, мусорозащитным щитком и приспособлением для крепления якорной цепи в подводной части буя, гидротурбину, соединенную с генератором, заключенным в водозащитную камеру, расположенную на поплавке, надводную часть в форме сигнального знака с сигнальным фонарем с источником света [4].

Недостатками этого буя с вертикальным валом гидроэнергетической установки являются: малая эффективность использования энергии речного потока, обусловленная потерями на преодоление сопротивления потока лопаткой турбины, не создающей полезного момента вращения, что завышает требования к выработке мощности генератором, а увеличение неэффективной мощности генератора вызывает увеличение эффективных площадей лопаток турбины для преодоления электромагнитного тормозного момента генератора, снижает кпд и увеличивает материалоемкость гидроэнергетической установки, и следовательно, буя, снижение остойчивости, обусловленное расположением генератора и водозащитной камеры в надводной части буя над палубой поплавка, требующее дополнительных мер по сохранению остойчивости буя в потоке, что также увеличивает и материалоемкость буя.

Речной навигационный буй, со встроенной гидроэнергетической установкой [4], может служить прототипом предлагаемого навигационного речного буя.

Цель изобретения: повышение КПД гидроэнергетической установки при снижение материалоемкости и массы буя.

Поставленная цель достигается тем, что поплавок со стабилизатором, мусорозащитным щитком и приспособлением для крепления якорной цепи (буйрепа) в подводной части буя выполнен в виде катамарана, охваченного по периметру отбойным брусом, с двумя подъемными рымами по его продольной оси, снабжен раскладывающимся килевым стабилизатором со швертом, оснащенным основным балансировочным грузом в его нижней части, дополнительным грузом которого является половина массы микроГЭС, при этом микроГЭС с входящими в нее генератором и устройством управления источником сигнального света размещена в водозащитной камере, служащей корпусом для микроГЭС, является частью килевого стабилизатора и установлена в палубном люке катамарана размерами, определяемыми диаметром цилиндрического сигнального знака, расположена нижней половиной корпуса в потоке, проходящем в сужении напорной камеры, образованной незамкнутым конфузором, увеличивающим скорость вращения гидротурбин, закрепленных с двух сторон на валу генератора являющимся валом микроГЭС и сдвинутых по углу вращения относительно друг друга на половину углового шага лопаток, выполнена плоской диаметром, превышающим диаметр гидротурбин, причем вал генератора микроГЭС, являющийся одновременно валом двух гидротурбин, располагается горизонтально, поперек потока, над его поверхностью, обеспечивая высокий кпд передачи энергии потока ротору генератора микроГЭС, посредством взаимодействия лопаток гидротурбин с потоком, проходящим ниже оси его вращения, а мусорозащитный щиток образован форштевнем килевого стабилизатора и выполнен в форме козырька, соединяющим подводную часть килевого стабилизатора, имеющую отверстия для крепления буйрепа, с передней частью палубы поплавка по ватерлинии буя, проходящей ниже периферийного отбойного бруса.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-3.

На фиг.1 приводится коструктивная схема навигационного речного буя с микроГЭС для питания сигнального источника света.

На фиг.2 приводится вид на поплавок в плане .

На фиг.3 приводится сечение по "А-А".

Речной навигационный буй с микроГЭС для питания сигнального источника света спроектирован на поплавке 1 катамаранного типа, предусматривающего установку на специально предусмотренные посадочные места сигнальных знаков правой 2 или левой 3 кромок судового хода одного типоразмера. Поплавок 1 разделен по продольной оси килевым стабилизатором 4 со швером 5. На время хранения, обслуживания или ремонта шверт 5 заводится поворотом назад - вверх вокруг оси его подвеса 6 и фиксируется стопором 7 во внутреннем кармане килевого стабилизатора 4, после чего буй может быть установлен на любой площадке (включая конвейер) в вертикальном положении, что обеспечивает удобство хранения и технологичность операций при его изготовлении, обслуживании и ремонте. Балансировочный груз 8 крепится к нижней или боковым поверхностям шверта, в зависимости от условий эксплуатации. Для предохранения буя от повреждений при навале судов, периметр поплавка оснащен отбойным брусом 9, с двумя подъемными рымами 10 по его продольной оси, а в палубе буя 11 предусмотрено отверстие размерами, определяемыми посадочным диаметром цилиндрического сигнального знака, и прорезь 12 для установки и фиксации шверта 5 в положении ремонта и обслуживания буя. В состав поплавка входит раскладывающийся килевой стабилизатор 4, оснащенный основным балансировочным грузом 8, в нижней части шверта 5, являющегося частью килевого стабилизатора 4, дополнительным грузом которого является нижняя половина массы микроГЭС, размещенной в водозащитной камере 13, являющейся корпусом микроГЭС, а также и частью килевого стабилизатора 4. МикроГЭС в составе двух гидротурбин 14, генератора 15 с устройством управления источником сигнального света крепится к горизонтальной водонепроницаемой переборке 16, которая устанавливается затем вместе с микроГЭС над палубным люком катамарана на прокладку, которая после фиксации направления крепежа призонным буртом корпуса микроГЭС в раскладывающемся килевом стабилизаторе 4, прожимается резьбовыми крепежными парами 17, после чего соединяется двумя проводниками 18, с сигнальным источником света 19, посредством скрутки проводов по правилам [5]. Для удобства монтажа и демонтажа микроГЭС водонепроницаемая переборка 16 снабжена рым-ручкой 20. Для защиты лопаток гидротурбин от мусора, плывущего по поверхности воды, предусмотрен мусорозащитный щиток 21, выполненный в форме козырька, переходящего в форштевень поплавка, соединяющего подводную часть килевого стабилизатора 4, с отверстиями 22 для крепления буйрепа 23, с передней частью периферийного отбойного бруса 9. На палубе 11 катамарана устанавливается сигнальный знак 2 или 3, предусмотренный правилами плавания, распространяемыми на обстановку судового хода для данного участка фарватера реки.

Предлагаемый речной навигационный буй с микроГЭС для питания сигнального источника света функционирует следующим образом. Уменьшение воздействий ветровых нагрузок на вертикальное положение буя по крену достигается снижением центра тяжести буя, путем заглубления шверта и массой груза, прикрепляемого к его нижней части, а также размещением агрегатов микроГЭС преимущественно в подводной части буя, при этом поплавок, его палуба и узлы килевого стабилизатора изготавливаются из металла, а сигнальные знаки, устанавливаемые на поплавке, из пластмассы со стеклонаполнителем. Ввиду большей эксплуатационной остойчивости по крену поплавка катамаранного типа требуется балансировочный груз меньшего веса по сравнению с аналогами и прототипом. Данная конструкция обеспечивает снижение общего веса буя и массы якоря, необходимой для фиксации буя в течении реки. Стабилизация вертикального положения буя по диференту достигается разностью подъемной силы в переднем и заднем сечениях поплавков катамарана, учитывающей влияние сил сопротивления поплавков течению воды, компенсируемых реакцией буйрепа, с поправкой на скорость течения обслуживаемого участка судоходства, путем закрепления буйрепа в одно из отверстий форштевня. Стабилизация буя по отношению к установленной кромке судового хода в фарватере реки обеспечивается симметрированием водных потоков, разделяемых килевым стабилизатором в подводной части буя на две равные составляющие, одинаково воздействующими на симметричные рабочие поверхности поплавков катамарана. Поток воды, проходя через напорную камеру конфузора, увеличивает скорость и приводит во вращение две гидротурбины, расположенные в сужении конфузора, обеспечивая более высокий кпд на валу генератора микроГЭС, которая вырабатывает и регулирует электрическую мощность, до величины, необходимой для надежного функционирования светосигнальной аппаратуры буя в течение всей навигации. Гидротурбины защищены от воздействия мусора щитком, выполненным в форме козырька, плавно отводящего верхнюю часть потока с мусором до мидельного сечения буя и форштевнем, направляющим более крупные притопленные фрагменты мусора в нижние слои потока относительно килевого стабилизатора и поплавков катамарана. Прорезь 12 в палубе 11 буя для установки шверта 5 в положении ремонта и обслуживания служит одновременно и для стока воды, накапливающейся в сигнальном знаке после подтопления буя.

Источники информации

1. Глебов Е.О. А.С. СССР №77885, кл. F 03 B 13/00, опубл. 30.11.49.

2. Каргиев В.М., Муругов В.П., Шутьков С.А. А.С. SU 1737148 A1, кл. F 03 B 13/00, опубл. 30.05.92.

3. Заявка Франции №561305, В 63 В 51/02, 1923 г.

4. Горелов Д.Н., Зубарев А.Е., Ковалев Г.А., Шаев В.М. Патент РФ RU №2147285 С1, МПК В 63 В 22/16, опубл. 10.04.2000.

5. Шмерлинг И.Е. Навигационное оборудование внутренних водных путей. - М.: Транспорт, 1988 г.

Изобретение относится к средствам обеспечения речного судоходства и, в частности, к буям для обозначения навигационного пути. Предложенный буй содержит надводную часть в виде сигнального знака, две гидротурбины, закрепленные с двух сторон электрогенератора микроГЭС и связанные с ним валом, а также поплавковый катамаран. Катамаран снабжен раскладывающимся килевым стабилизатором со швертом, имеющим основной балансировочный груз. Нижняя половина микроГЭС, служащая дополнительным грузом шверта, размещена, вместе с генератором и устройством управления сигнальным светом, в водозащитной камере, являющейся плоским корпусом ГЭС. Одновременно данная микроГЭС является частью килевого стабилизатора и установлена в палубном люке катамарана. Между внутренними бортами катамарана образован незамкнутый конфузор, в сужении которого размещены нижние рабочие части гидротурбин. Мусорозащитный щиток образован форштевнем килевого стабилизатора, имеющим отверстия для крепления буйрепа, и соединяет подводную часть стабилизатора с передней частью палубы поплавка по ватерлинии. Поплавки катамарана выполнены с миделевыми сечениями передней и задней их частей, дающими в условиях эксплуатации необходимую разность подъемных сил для стабилизации буя по дифференту. Шверт килевого стабилизатора выполнен поворотным и фиксируемым в рабочем и ремонтном положениях. Предусмотрены средства, облегчающие ремонт и эксплуатацию буя. Технический результат изобретения состоит в повышении кпд гидроэнергетической установки, снижении материалоемкости и массы буя. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Речной навигационный буй с микрогидроэлектростанцией (ГЭС), содержащий соединенные между собой гидротурбинный узел и размещенный в водозащитной камере генератор для питания сигнального источника света, поплавок со стабилизатором, мусорозащитным щитком и приспособлением для крепления буйрепа в подводной части буя и надводную часть в виде сигнального знака с сигнальным фонарем и источником света, отличающийся тем, что поплавок со стабилизатором, мусорозащитным щитком и приспособлением для крепления буйрепа в подводной части буя выполнен в виде катамарана, охваченного по периметру отбойным брусом с двумя подъемными рымами по его продольной оси, и снабжен раскладывающимся килевым стабилизатором со швертом, оснащенным основным балансировочным грузом в его нижней части, гидротурбинный узел выполнен в виде двух гидротурбин, закрепленных с двух сторон генератора микроГЭС на его валу и смещенных по углу вращения относительно друг друга на половину углового шага их лопаток, указанная микроГЭС, нижняя половина которой служит дополнительным грузом шверта, размещена вместе с входящими в нее генератором и устройством управления источником сигнального света в водозащитной камере, служащей корпусом микроГЭС, причем данная микроГЭС одновременно является частью килевого стабилизатора и установлена в палубном люке катамарана, имеющем размеры, определяемые диаметром цилиндрического сигнального знака, расположена нижней половиной своего корпуса в потоке, проходящем в сужении напорной камеры в виде незамкнутого конфузора, образованного между внутренними бортами катамарана, при этом корпус микроГЭС выполнен плоским диаметром, превышающим диаметр указанных гидротурбин, причем вал генератора микроГЭС, являющийся одновременно валом этих гидротурбин, расположен горизонтально поперек потока над его поверхностью с обеспечением взаимодействия лопаток гидротурбин с потоком, проходящим ниже оси вращения этого вала, а мусорозащитный щиток образован форштевнем килевого стабилизатора и выполнен в форме козырька, соединяющего подводную часть килевого стабилизатора, имеющую отверстия для крепления буйрепа, с передней частью палубы поплавка по ватерлинии буя, проходящей ниже периферийного отбойного бруса.2. Речной навигационный буй по п.1, отличающийся тем, что поплавок в виде катамарана с палубой и узлами килевого стабилизатора изготовлен из металла, а сигнальный знак, установленный на поплавке, выполнен из пластического материала, при этом катамаран выполнен с миделевыми сечениями его поплавков в передней и задней их частях, дающими при скорости течения водного потока на обслуживаемом участке судоходства и при закреплении буйрепа в отверстии указанного форштевня разность подъемных сил, обеспечивающую стабилизацию вертикального положения буя по дифференту, а килевой стабилизатор установлен с обеспечением разделения водного потока на две равные составляющие, одинаково воздействующие на симметричные внутренние борта поплавков катамарана.3. Речной навигационный буй по п.1 или 2, отличающийся тем, что шверт раскладывающегося килевого стабилизатора выполнен поворотным относительно оси его подвеса, имеет рабочее и ремонтное положения фиксации, причем для придания шверту ремонтного положения в палубе катамарана под задним подъемным рымом выполнена прорезь, переходящая в отверстие под сигнальным знаком для слива воды, накапливающейся в сигнальном знаке после потопления буя, а микроГЭС для установки в указанный палубый люк закреплена на водонепроницаемой переборке, снабженной ручкой-рымом.