АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ Российский патент 2009 года по МПК F03B3/04 F03B13/10 F03B17/06 

Изобретение относится к конструкциям установок для преобразования энергии набегающего потока воды в электрическую энергию.

Производство энергии, являющееся необходимым средством для существования и развития человечества, оказывает воздействие на природу и окружающую человека среду. С одной стороны, в быт и производственную деятельность человека настолько твердо вошла тепло- и электроэнергия, что человек даже и не мыслит своего существования без нее и потребляет само собой разумеющиеся неисчерпаемые ресурсы. С другой стороны, человек все больше и больше свое внимание заостряет на экономическом аспекте энергетики и требует экологически чистых энергетических производств. Это говорит о необходимости решения комплекса вопросов, среди которых перераспределение средств на покрытие нужд человечества, практическое использование в народном хозяйстве достижений, поиск и разработка новых альтернативных технологий для выработки тепла и электроэнергии и т.д.

Известна гидроэнергетическая установка по заявке РФ на изобретение №93029865, содержащая два винта, вращающиеся в разные стороны, соединенные валами соответственно с ротором и статором генератора. При этом статор генератора вращается.

Это является большим недостатком, т.к. статор необходимо разместить в неподвижном корпусе, предназначенном для крепления к опоре и вывода электрических проводов. Кроме того, ротор, статор и винты вращаются с одинаковыми угловыми скоростями. Если спроектировать высокоскоростной генератор, имеющий частоту вращения, например, 3000…10000 об/мин, то спроектировать винт диаметром более 1 м не удастся по соображениям прочности, из-за больших центробежных нагрузок.

Например, при n=10000 об/мин и D=1 м/с,

Скорость вращения винта по периферии будет

т.е почти в 2 раза превышает скорость звука в воздухе и соизмерима со скоростью распространения звука в воде и не допустима по условиям прочности.

Для промышленных гидрогенераторов для получения максимальной мощности необходимо иметь винты диаметром 5…10 м и более. В этом случае скорость вращения винтов не должна превышать 50 об/мин, т.е. необходима установка мультипликатора, повышающего частоту вращения роторов в 10…20 раз. Кроме того, предпочтительно статор генератора выполнить невращающимся.

Задача создания изобретения увеличение КПД установки при уменьшении ее габаритов и одновременном увеличении мощности.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что альтернативный источник энергии, содержащий электрогенератор и гидродинамический привод, отличается тем, что электрогенератор выполнен биротативным, содержащим корпус, два ротора, гидродинамический привод, выполнен в виде двух соосно-расположенных винтов, установленных на внутренних валах и расположенных на обоих торцах электрогенератора и двух шнековых турбин, выполненных концентрично корпусу и соединенных с внешними валами. Винты и шнековые турбины соединены соответственно с внутренними и внешними валами и через устройство преобразования вращения с роторами электрогенератора. Устройство преобразования может быть выполнено в виде дифференциального планетарного механизма. Электрогенератор размещен в корпусе, имеющем шарнир, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, закрепленный на стойке и обеспечивающий возможность поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Шарнир выполнен с ограничителем вертикального поворота, предохраняющим винты от повреждения о стойку. Полость электрогенератора герметизирована и заполнена смазочной жидкостью и сообщается с компенсатором давления. Винты выполнены с изменяемым шагом. Концентрично винтам может быть установлен обтекатель.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями изобретения.

Новизна подтверждается проведенными патентными исследованиями, изобретательский уровень - достижением нового технического эффекта, повышением КПД установки на всех режимах ее работы. Промышленная применимость обусловлена тем, что для реализации изобретения требуются известные материалы и технологии.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг.1…6, где:

на фиг.1 - приведена схема альтернативного источника энергии,

на фиг.2 приведен вид А,

на фиг.3 - приведен вариант исполнения альтернативного источника энергии с кожухом,

на фиг.4 приведена схема устройства преобразования,

на фиг.5 приведен вид Б,

на фиг.6 приведена конструкция устройства преобразования.

Альтернативный источник энергии (фиг.1) содержит электрогенератор 1 и присоединенный к нему гидродинамический привод 2, работающий от энергии воды.

Гидродинамический привод 2 (фиг.1) состоит из двух винтов переднего 3 и заднего 4 и двух шнековых турбин передней 5 и задней 6. Винты 3 и 4 установлены на внутренних валах 7 и 8, а шнековые турбины 5 и 6 соответственно на внешних валах 9 и 10. Электрогенератор 1 содержит корпус 11, внутренний и внешний роторы, соответственно 12 и 13, т.е. он выполнен биротативным. Внешний ротор 13 соединен с передним промежуточным валом 14, а внутренний ротор 12 соединен с промежуточным валом 15. Все валы установлены на подшипниках 16. Подшипники 16 уплотнены от окружающей среды уплотнениями 17. Передний промежуточный вал 14 связан с внутренним и внешним валами 7 и 9 через переднее устройство преобразования вращения 18, а задние внутренний и внешний валы 8 и 10 - через заднее устройство преобразования вращения 19. Обмотка возбуждения 20 установлена внутри корпуса 11, а магниты 21 на роторах 12 и 13. Применение такой схемы позволит уменьшить диаметральные габариты электрогенератора 1 и винтов 3 и 4, увеличить их КПД, уменьшить диаметр установки почти в 1,5 раза и уменьшить уровень шума, создаваемого винтами 3 и 4. К корпусу 11 электрогенератора 1 (фиг.1 и 2) в его средней части радиально присоединена опора 22, к ней прикреплено основание 23, имеющее шарнир 24 в районе центра тяжести ЦТ. Шарнир 24 допускает вращение электрогенератора 1 в горизонтальной плоскости и поворот на небольшой угол α - в вертикальной плоскости. Шарнир 24 имеет ограничители вертикального поворота 25. Применение ограничителей вертикального поворота 25 предотвращает самоустановку альтернативного источника энергии вертикально. Полость генератора «Б» заполнена смазочной жидкостью и сообщается каналом с компенсатором давления 26. Компенсатор давления 26 предназначен для компенсации давления воды на большой глубине и компенсации расхода смазывающей жидкости через уплотнения. Компенсатор давления 26 поддерживает в полости «Б» давление выше, чем давление окружающей среды. От обмотки возбуждения 20 отведены провода 27, которые соединяют ее с разъемом 28 (фиг.1 и 2).

Шнековые турбины 6 могут быть соединены с внешним валом 10 при помощи конического кожуха 29 (фиг.3 и 4). Конструкция передачи крутящего момента к передней шнековой турбине 5 имеет аналогичную конструкцию.

Конструкция заднего устройства преобразования вращения 19 приведена на фиг.4, при этом конструкция переднего устройства преобразования вращения 18 аналогична.

Устройство преобразования вращения 19 содержит корпус 30, с задним промежуточным валом 15 соединена центральная шестерня 31, концентрично ей установлено солнечное колесо 32, между ними - сателлиты 33, связанные с водилом 34 при помощи осей 35.

Концентрично винтам может быть установлен обтекатель 36 (фиг.6). При эксплуатации установки ее устанавливают в районе постоянного течения воды. Поток воды приводит в действие гидродинамический привод 2 (фиг.1), т.е. винты 3 и 4 и шнековые турбины 5 и 6, через валы 7, 8, 9 и 10 приводят во вращательное движение роторы 12 и 13 электрогенератора 1. Магнитное поле пересекает обмотки возбуждения 20 и в них возникает ЭДС. Вырабатываемая электрическая энергия поступает по электрическим проводам 27 к электрическому разъему 28 и далее к потребителям энергии (на фиг.1…6 потребители электроэнергии не показаны).

Обтекатель 36 предотвращает радиальный переток воды под действием центробежных сил и увеличивает КПД установки.

Применение изобретения позволит:

1. Обеспечить высокий КПД установки за счет применения двух винтов, двух шнековых турбин и применения кожуха.

2. Получить большую мощность за счет применения винтов максимально возможного диаметра для того, чтобы через них проходил максимальный расход воды, применения максимальной угловой скорости вращения винтов из условия прочности, применения шнековых турбин, имеющих большую активную поверхность и позволяющих получить дополнительную мощность электрогенератора без увеличения его диаметральных и осевых габаритов и веса.

3. Уменьшить диаметральные габариты электрогенератора за счет применения биротативной схемы и устройств преобразования вращения.

4. Согласовать оптимальные частоты вращения электрогенератора, винтов и шнековых турбин применением устройств преобразования вращения с обеих сторон устройства.

5. Обеспечить снижение уровня шума, создаваемого винтами за счет применения обтекателя.

6. Обеспечить установку устройства на дне океана на любой глубине до 10000 м за счет применения компенсатора давления и температурного расширения.

Изобретение относится к конструкциям установок для преобразования энергии течения воды в электрическую энергию. Источник энергии содержит электрогенератор 1 и гидродинамический привод 2. Электрогенератор 1 выполнен биротативным и включает корпус 11 и два ротора 12 и 13. Гидродинамический привод 2 выполнен в виде двух соосно расположенных винтов 3 и 4, установленных на валах 7 и 8 на обоих торцах электрогенератора 1. Источник энергии снабжен устройством преобразования вращения и двумя шнековыми турбинами 5 и 6, расположенными концентрично корпусу 11. Винты 3 и 4 и шнековые турбины 5 и 6 соединены соответственно с внутренними и внешними валами 7 и 9 и через устройство преобразования вращения с роторами 12 и 13 электрогенератора 1. Изобретение направлено на увеличение КПД установки при уменьшении ее габаритов и одновременном увеличении мощности. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Альтернативный источник энергии, содержащий электрогенератор и гидродинамический привод, при этом электрогенератор выполнен биротативным и включает корпус и два ротора, а гидродинамический привод выполнен в виде двух соосно расположенных винтов, установленных на валах на обоих торцах электрогенератора, отличающийся тем, что источник энергии снабжен устройством преобразования вращения и двумя шнековыми турбинами, расположенными концентрично корпусу, при этом винты и шнековые турбины соединены соответственно с внутренними и внешними валами и через устройство преобразования вращения с роторами электрогенератора.

2. Источник энергии по п.1, отличающийся тем, что устройство преобразования выполнено в виде дифференциального планетарного механизма.

3. Источник энергии по п.1, отличающийся тем, что электрогенератор размещен в корпусе, имеющем шарнир, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, закрепленный на стойке и обеспечивающий возможность поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

4. Источник энергии по п.3, отличающийся тем, что шарнир выполнен с ограничителем вертикального поворота, предохраняющим винты от повреждения о стойку.

5. Источник энергии по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что полость электрогенератора герметизирована и заполнена смазочной жидкостью и сообщена с компенсатором давления.

6. Источник энергии по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что винты выполнены с изменяемым шагом.

7. Источник энергии по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что концентрично винтам установлен обтекатель.