ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2009 года по МПК F03B3/04 F03B13/10 

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

Известна гидроэнергетическая установка, содержащая два винта, вращающиеся в разные стороны, соединенные валами соответственно с ротором и статором генератора (см. RU 93029865 А, 27.08.1995).

В данной установке статор генератора вращается, что является большим недостатком, т.к. статор необходимо разместить в неподвижном корпусе, предназначенном для крепления к опоре и вывода электрических проводов.

Известна гидроэнергетическая установка, содержащая генератор и гидродинамический привод, выполненный в виде двух соосно расположенных винтов, выполненных, в свою очередь, с возможностью вращения в противоположные стороны и соединенных с генератором через средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала (см. SE 9600118 А, 17.07.1997, F03B 3/04).

Недостатками установки являются ограниченная мощность, небольшой КПД преобразования энергии, большие габариты винтов и значительный уровень шума, создаваемого винтами при вращении.

Задачей изобретения является увеличение КПД установки при уменьшении ее габаритов и одновременном увеличении мощности.

Задача достигается в гидроэнергетической установке, содержащей генератор и гидродинамический привод, выполненный в виде двух соосно расположенных винтов, выполненных, в свою очередь, с возможностью вращения в противоположные стороны и соединенных с генератором через средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала, согласно изобретению средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала выполнено в виде дифференциального планетарного мультипликатора, генератор и средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала размещены в корпусе, имеющем шарнир, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, закрепленный на стойке и обеспечивающий возможность поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а полость генератора загерметизирована и заполнена смазочной жидкостью и сообщается с компенсатором давления, состоящим из цилиндра и подпружиненного поршня. Шарнир выполнен с ограничителем вертикального поворота, предохраняющим воздушные винты от повреждения о стойку. К корпусу генератора со стороны, противоположной винтам, прикреплены стабилизаторы горизонтального и вертикального положения. На стабилизаторе закреплен балансировочный груз. Винты выполнены с изменяемым шагом. Установка оборудована тормозом внутреннего и внешнего валов. Концентрично винтам установлен обтекатель.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2, где:

на фиг.1 - приведена гидроэнергетическая установка,

на фиг.2 - приведена кинематическая схема гидроэнергетической установки.

Установка (фиг.1) содержит генератор 1 и присоединенный к нему гидродинамический привод 2, состоящий из установленных соответственно на внутреннем и внешнем валах 3 и 4 переднего и заднего винтов 5 и 6 и подключенных к средству преобразования вращательного движения 7 двух валов во вращательное движение одного вала, а именно вала 8 генератора 1. Винты 5 и 6 при работе вращаются в разные стороны.

Наиболее предпочтительное исполнение этого средства преобразования вращательного движения двух валов 3 и 4 во вращательное движение одного вала 8 (фиг.1) в виде эпициклического зубчатого механизма 9, например, дифференциального планетарного мультипликатора, который, в свою очередь, содержит (фиг.1) центральное колесо 10, солнечное колесо 11, сателлиты 12, установленные на водиле 13. Центральное колесо 10 установлено на валу 8 генератора 1, на котором закреплены постоянные магниты 14. Обмотка возбуждения 15 и опоры 16 установлены внутри корпуса 17.

Применение такой схемы позволит уменьшить диаметральные габариты винтов 5 и 6, увеличить их КПД, уменьшить диаметр установки почти в 1,5 раза и уменьшить уровень шума, создаваемого винтами 5 и 6.

К корпусу 17 каждого генератора 1 (фиг.2) в районе центра тяжести ЦТ прикреплен шарнир 18, другой конец которого закреплен на стойке 19. Шарнир 18 допускает вращение генератора 1 в горизонтальной плоскости и поворот на угол α - в вертикальной плоскости. Шарнир 18 имеет ограничитель вертикального поворота 20. Применение ограничителя вертикального поворота 20 предотвращает повреждение винтов 5 и 6 о стойку 19.

Полость генератора «А» заполнена смазочной жидкостью и сообщается каналом «Б» с компенсатором давления 21, состоящим из цилиндра 22 и подпружиненного поршня 23. Компенсатор давления 21 предназначен для компенсации давления воды на большой глубине и компенсации расхода смазывающей жидкости через уплотнения. Компенсатор давления 21 поддерживает в полости «А» давление выше, чем давление окружающей среды. Отверстие «В» сообщает внутреннюю полость «Г» компенсатора давления 21 с окружающей средой.

К корпусу 17 прикреплены стабилизаторы горизонтального и вертикального положения, соответственно 24 и 25. Стабилизаторы горизонтального и вертикального положения 24 и 25 позволяют генератору 1 ориентироваться строго против направления потока воды, что повышает его КПД. На стабилизаторе 24 или 25 закреплен балансировочный груз 26 для совмещения центра тяжести ЦТ с вертикальной плоскостью, проходящей через шарнир 18. Установка оборудована тормозом 27 для торможения внутреннего и внешнего валов 3 и 4. Винты 5 и 6 (фиг.2) содержат каждый не менее 2-х лопастей 28 и выполнены с изменяемым шагом. Концентрично винтам 5 и 6 может быть установлен обтекатель 29.

Установка закреплена на кронштейне 30, который, в свою очередь, может быть закреплен на опоре 31, смонтированной, например, на дне океана.

При эксплуатации установки ее устанавливают в районе постоянного течения воды. Поток воды приводит в действие гидродинамический привод 2 (фиг.1), т.е. винты 5 и 6 через средство преобразования вращательного движения 7 двух валов во вращательное движение одного вала (вала 8 генератора 1), приводит в действие генератор 1.

Вырабатываемая электрическая энергия поступает по электрическим проводам к потребителям энергии (на фиг.1 и 2 не показано).

При изменении направления течения воды стабилизаторы 24 и 25 автоматически корректируют установку оси генератора 1 в нужном направлении, что дополнительно увеличивает КПД установки и ее мощность. Обтекатель 29 предотвращает радиальный переток воды под действием центробежных сил и увеличивает КПД установки.

Тормоз 27 используют для останова вращения валов при профилактических работах.

Применение изобретения позволит:

1. Обеспечить высокий КПД установки за счет применения двух винтов, регулирования шага винтов и применения обтекателя.

2. Получить большую мощность за счет применения винтов максимально возможного диаметра для того, чтобы через него проходил максимальный расход воды, применения максимальной угловой скорости вращения винтов из условия прочности, применения мультипликатора для того, чтобы гидроэнергетическая установка, имея минимальные габариты, имела максимальную мощность.

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

Изобретение относится к конструкциям установок для преобразования энергии течения воды воздушного потока в электрическую энергию. Гидроэнергетическая установка содержит генератор 1 и гидродинамический привод 2, выполненный в виде двух соосно расположенных винтов 5 и 6, выполненных, в свою очередь, с возможностью вращения в противоположные стороны и соединенных с генератором 1 через средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала. Средство преобразования выполнено в виде дифференциального планетарного мультипликатора. Генератор 1 и средство преобразования размещены в корпусе 17, имеющем шарнир 18, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, закрепленный на стойке 19 и обеспечивающий возможность поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а полость генератора 1 загерметизирована и заполнена смазочной жидкостью и сообщается с компенсатором давления 21, состоящим из цилиндра 22 и подпружиненного поршня 23. Изобретение направлено на увеличение КПД установки при уменьшении ее габаритов и одновременном увеличении мощности. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гидроэнергетическая установка, содержащая генератор и гидродинамический привод, выполненный в виде двух соосно расположенных винтов, выполненных, в свою очередь, с возможностью вращения в противоположные стороны и соединенных с генератором через средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала, отличающаяся тем, что средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала выполнено в виде дифференциального планетарного мультипликатора, генератор и средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала размещены в корпусе, имеющем шарнир, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, закрепленный на стойке и обеспечивающий возможность поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а полость генератора загерметизирована и заполнена смазочной жидкостью и сообщается с компенсатором давления, состоящим из цилиндра и подпружиненного поршня.

2. Гидроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что шарнир выполнен с ограничителем вертикального поворота, предохраняющим воздушные винты от повреждения о стойку.

3. Гидроэнергетическая установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что к корпусу генератора со стороны, противоположной винтам, прикреплены стабилизаторы горизонтального и вертикального положения.

4. Гидроэнергетическая установка по п.3, отличающаяся тем, что на стабилизаторе закреплен балансировочный груз.

5. Гидроэнергетическая установка по п.3, отличающаяся тем, что винты выполнены с изменяемым шагом.

6. Гидроэнергетическая установка по п.3, отличающаяся тем, что она оборудована тормозом внутреннего и внешнего валов.

7. Гидроэнергетическая установка по п.3, отличающаяся тем, что концентрично винтам установлен обтекатель.