УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ РЕГЕНЕРАТИВНОЙ И ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2011 года по МПК F03B17/06 

Настоящее изобретение относится к гидроэнергетическому устройству для выработки регенеративной и возобновляемой энергии, как следует далее в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения.

Настоящее изобретение также относится к гидроэнергетической системе для выработки регенеративной и возобновляемой энергии, содержащей множество таких устройств.

Вот уже более ста лет воду используют для выработки энергии. Каждая из существующих гидроэлектростанций спроектирована в соответствии расходом воды и уклоном, в зависимости от которых находят применение турбины или водяные колеса Пелтона, Франсиса или Каплана. Кроме того, известны турбины, расположенные в каналах или трубах, а также так называемый гидравлический или архимедов винт.

Причин для дальнейшей разработки этих известных вариантов таких гидротурбин и водяных колес не было годами или даже десятилетиями.

Применение турбин этих разных типов диктуется, с одной стороны, как указано выше, расходом воды, а с другой стороны, уклоном и давлением подпора. Поэтому, например, турбины Пелтона находят применение в местах, где уклон и давление велики, а расход воды мал, а турбины Каплана вводят в эксплуатацию в местах, где уклон мал, а расход воды является средним. Вместе с тем, когда и уклон, и расход воды малы, турбины этих известных типов применять нельзя.

Помимо этого, когда расход воды становится другим или изменяется, это также создает проблемы для турбин этих известных типов, которые рассчитаны на относительно ограниченный диапазон расхода. Если расход воды слишком велик или слишком мал, то турбина функционировать не может.

Верхний предел эффективности турбин этого типа, некоторые из которых просуществовали весьма длительное время, уже достигнут, не оставляя возможности дальнейшего увеличения, что не способствует соответствующим дальнейшим разработкам.

И это еще не все, поскольку спиральное нарастание стоимости ископаемых топлив и их ограниченная доступность привели к тому, что за последние коды наблюдалась настоятельная потребность в реализации выработки энергии из возобновляемых источников, которые обладают тем преимуществом, что не вносят вклад в так называемый парниковый эффект.

Вот почему в основе настоящего изобретения лежит задача разработки гидроэнергетического устройства для выработки регенеративной и возобновляемой энергии, которое отличается, в частности, тем, что совместимо с окружающей средой и является простым по конструкции и простым при установке, будучи при этом исключительно эффективным вопреки изменяющимся условиям водообеспеченности.

Помимо этого, изобретение также направлено на разработку системы с такими устройствами для получения соответствующей модульной конфигурации.

Гидроэнергетическое устройство для выработки регенеративной и возобновляемой энергии содержит, по меньшей мере, один генератор для выработки электрической энергии и ведущий вал, который соединен с генератором и который содержит множество лопастей, приводимых во вращение потоком воды. Посредством лопастей, расположенных со смещением друг относительно друга и вдоль ведущего вала, давление, развиваемое проходящей водой, используется оптимальным образом, что приводит к удивительно высокой скорости вращения ведущего вала и большому крутящему моменту.

В частности, в соответствии с изобретением достигаются скорость вращения и крутящий момент устройства, которые менее подвержены изменениям, чем в турбинах обычных типов и известных системах.

Из патента США 1903545 известно устройство для преобразования кинетической энергии, получаемой от потока воды. Описанное устройство имеет ведущий вал, содержащий множество лопастей, заходящих, по меньшей мере, частично, в проходящую воду, которые приводятся этой водой во вращение, причем лопасти расположены со смещением по окружности друг относительно друга вдоль ведущего вала. На конце ведущего вала получается кинетическая энергия. В этой конструкции лопасти закреплены под фиксированным углом относительно ведущего вала. Однако кпд, достигаемый этим устройством в процессе преобразования кинетической энергии, получаемой от потока воды, мал.

Гидроэнергетическое устройство в соответствии с изобретением, предназначенное для выработки регенеративной и возобновляемой энергии, обладает многими преимуществами, включая:

простоту и легкость установки без проведения строительных работ;

возможность обеспечения основного энергоснабжения в регионе за счет расположения близко к потребителю электроэнергии;

универсальную и - при необходимости - автоматическую адаптацию устройства к существующим параметрам потока при обеспечении таким образом оптимизированного отклика устройства в соответствии с изобретением;

выработку электроэнергии без ущерба для окружающей среды;

возможность оптимизации размеров устройства для требуемого энергоснабжения, например специализированное их задание для установки в отдаленных населенных пунктах и т.п.;

возможность адаптации устройства к любому потоку воды и разнообразным условиям течения;

выработку энергии без вредных выбросов.

В качестве преимущества следует отметить, что лопастям придана конфигурация отражательного типа, т.е. они имеют конфигурацию, аналогичную воздушным или гребным винтам, которые по определению служат для сообщения движения (например, летательному аппарату или морскому судну), и при этом отражатели получают мощность от потока окружающего вещества. Термин «отражательного типа» следует понимать как обозначающий отражатели, которые могут содержать одну, две и даже больше лопастей.

В соответствии с изобретением угол установки лопастей преимущественно является регулируемым от лопасти к лопасти для оптимизации использования проходящего потока, при этом угол установки лопастей вдоль ведущего вала может изменяться от лопасти к лопатке.

Кроме того, в качестве преимущества следует отметить, что промежуток между лопастями является регулируемым в продольном направлении ведущего вала, так что он может быть разным или не быть постоянным.

Дополнительным преимуществом также является то, что угол установки поверхности лопасти является регулируемым относительно поверхности ведущего вала, что приводит к выполнению поверхности лопасти с возможностью позиционирования в соответствии с давлением набегающего потока, и в таком случае может изменяться вдоль длины ведущего вала. Позиционирование можно проводить под управлением компьютера или/или с помощью механических, электромеханических, пневматических или гидравлических средств.

Особым преимуществом устройства в соответствии с изобретением является то, его можно оптимально адаптировать к существующей «гидроэнергетической диаграмме» путем изменения угла установки лопастей, с выгодой используя при этом возможность управления от компьютера. Гидроэнергетическая диаграмма может отражать следующие параметры: расход воды (в м³/сек), уклон, энергия потока и динамический отклик по давлению подпора.

При необходимости гидроэнергетическую диаграмму записывают по длине ведущего вала посредством подходящих датчиков, и таким образом угол установки лопастей, адаптированный к изменениям в гидроэнергетической диаграмме, оптимизирует кпд устройства в соответствии с изобретением.

Благодаря посадке лопастей на ведущий вал с возможностью демонтажа изношенные и поврежденные лопасти можно быстро заменять новыми.

В первом предпочтительном варианте осуществления ведущий вал непосредственно соединен с генератором, передавая мощность непосредственно ему. В качестве альтернативы, ведущий вал может быть соединен с генератором также посредством подходящего редуктора.

Благодаря установке ведущего вала в каркасе, например, прямоугольной формы достигаются все преимущества простой, компактной конструкции, предназначенной для облегченной транспортировки и установки. Также достигается преимущество, заключающееся в том, что генератор можно тоже устанавливать на каркасе.

Дополнительное преимущество заключается в том, что каркас выполнен в полузакрытом или полностью закрытом желобе, за счет чего осуществляется управляемое направление воды.

Поскольку само применяемое устройство может быть расположено горизонтально, наклонно или даже вертикально, оно обладает преимуществом универсальной применимости. Его можно вводить в эксплуатацию либо в случае обычного потока воды, как в реке или морском течении, либо в случае наклонного или даже вертикального падения воды.

Для достижения преимуществ устройства в соответствии с изобретением его можно располагать предпочтительно посредине между двумя поплавками и предпочтительно на привязи. Огромная выгода от этого заключается в том, что устройство плавает в воде, а это делает возможным размещение устройства в соответствии с изобретением в проточной воде для выработки электрической энергии от потока. Помимо этого, оно обладает основополагающим преимуществом, заключающимся в том, что использование устройства не диктуется уровнем воды, так как устройство следует этому уровню, тем самым гарантируя свое использование даже в высокой воде. За счет надлежащего привязывания можно также адаптировать устройство к изменениям направления потока воды, не нуждаясь при этом в дополнительных средствах.

Это дополнительно поддерживается тем, что устройство преимущественно содержит самоориентирующийся рулевой узел.

Дополнительное преимущество заключается в том, что устройство содержит направляющие или струйные трубки, которые направляют поток воды на внешние концы лопастей, оптимизируя ударное воздействие потока на лопасти.

Дополнительное преимущество заключается в том, что ведущий вал, на который установлены лопасти, установлен с возможностью регулирования по высоте, вследствие чего глубина погружения лопастей в проходящий поток воды оказывается регулируемой, и ее с выгодой можно изменять вдоль ведущего вала. Регулирования по высоте можно с выгодой достичь путем поворота ведущего вала, например, посредством манипуляторов с поворотной степенью подвижности, устанавливаемых на одном конце.

Как сказано выше, устройство для выработки энергии в соответствии с изобретением приводит к получению существенных скоростей вращения, которые могут вызывать вибрации. Поэтому ведущий вал преимущественно вращается в подшипниках, находящихся на обоих концах, а также, по меньшей мере, в одном дополнительном месте, например в двух-пяти местах, между концами, в результате чего, с одной стороны, устройство в целом приобретает жесткость, а с другой стороны, вращение ведущего вала в большей или меньшей степени освобождается от вибраций.

В качестве подшипников ведущего вала предусмотрены преимущественно самосмазывающиеся, снабженные уплотнением, рассчитанным на весь срок службы, а также выполненные из пластмассы или керамики подшипники скольжения или шариковые подшипники, поскольку они, с одной стороны, имеют большой срок службы, а с другой - не подвержены риску заиления проходящим потоком воды.

Дополнительное преимущество заключается в том, что ведущий вал выполнен как шлицевой вал, а опора каждой лопасти - как шлицевая опора. Это позволяет получить систему посадки лопастей на ведущий вал, которая является простой, эффективной и легкой для регулирования, с одновременной гарантией ее стабильной работы на ведущем валу для плавной передачи мощности на ведущий вал.

Проточная вода переносит не только мусор, такой как сплавной лесоматериал или листья, но может также затягивать рыбу, и это является причиной, по которой устройство защищено спереди ограждающим от мусора щитом, предпочтительно - типа остроконечного плуга, для предотвращения попадания мусора в устройство в соответствии с изобретением, защиту которого можно усилить с помощью сетчатого ограждения, окружающего устройство.

Конкретно преимущественная конфигурация лопастей выполнена таким образом, что каждые две лопасти, смещенные друг от друга на 180°, образуют общий трубчатый элемент, содержащий полость, в которой заключена текучая среда. При этой компоновке текучая среда заполняет полость не полностью, а предпочтительно, по существу, лишь половину полости, которая имеет симметричную конфигурацию из двух половин лопасти. Когда полость располагается горизонтально, в обеих половинах полости присутствует, по существу, одно и то же количество текучей среды. При дальнейшем вращении лопастей текучая среда внезапно ускоряется под действием силы тяжести, вынуждающей дальнейшее вращение лопастей. Когда трубчатых лопастей много, достигаются постоянная скорость вращения и, по существу, постоянный крутящий момент. Хотя текучая среда преимущественно является водой, можно применять любую другую подходящую текучую среду.

Эта конфигурация удобна, в частности, когда поток воды слаб, вследствие чего у него можно отобрать лишь малое количество движущей энергии, которое не может вызвать вращение лопастей.

Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы разработать гидроэнергетическую систему для выработки регенеративной и возобновляемой энергии, отличающуюся тем, что она содержит множество устройств по любому из пп.1-22 формулы изобретения, расположенных друг за другом, и/или друг возле друга, и/или друг над другом.

Следовательно, одну такую систему можно выполнить модульной, чтобы сделать ее универсально адаптируемой к условиям применения, например, таким как ширина реки, активная длина, глубина воды и т.д.

В одном конкретном варианте осуществления приводные валы устройств также универсально взаимосвязаны, осуществляя тем самым привод генератора как единое целое.

Дополнительные подробности, признаки и преимущества представлены в нижеследующем описании со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 представлен вид спереди в перспективе сверху слева устройства для выработки регенеративной и возобновляемой энергии в соответствии с изобретением в первом варианте его осуществления;

на фиг.2 представлен вид сбоку устройства в соответствии с изобретением, показанного на фиг.1;

на фиг.3 представлен вид спереди устройства в соответствии с изобретением во втором варианте его осуществления;

на фиг.4 представлен схематический вид сбоку устройства, заключенного в трубу, в соответствии с изобретением;

на фиг.5 представлен схематический частичный вид ведущего вала с лопастями устройства в соответствии с изобретением;

на фиг.6 представлен частичный вид в перспективе одного аспекта конструкции ведущего вала, иллюстрирующий лопасти и их подшипники;

на фиг.7 представлен вид с пространственным разделением деталей части подшипника с двумя лопастями на ведущем валу;

на фиг.8 представлен вид спереди, иллюстрирующий принципиальную компоновку плавучего варианта осуществления устройства в соответствии с изобретением;

на фиг.9 представлен вид, показывающий, как устройство в соответствии изобретением в варианте его осуществления привязывают к плотине;

на фиг.10 представлен вид плавучего варианта осуществления устройства в соответствии с изобретением, включающего в себя ограждающие от мусора щиты типа остроконечного плуга;

на фиг.11 представлен вид устройства в соответствии с изобретением в дополнительном варианте его осуществления, иллюстрирующий ведущий вал, крутящийся в многочисленных подшипниках;

на фиг.12 представлен вид спереди устройства в соответствии с изобретением в дополнительном варианте его осуществления;

на фиг.13 представлен вид спереди устройства в соответствии с изобретением в варианте его осуществления, предусматривающем ременный привод;

на фиг.14 представлен вид в перспективе устройства в соответствии с изобретением в варианте его осуществления, предусматривающем наличие трубы;

на фиг.15 представлен вид в перспективе дополнительного варианта осуществления ведущего вала устройства в соответствии с изобретением, оснащенного трубчатыми лопастями;

на фиг.16 представлен вид спереди варианта осуществления, показанного на фиг.15;

на фиг.17 представлен вид сбоку варианта осуществления, показанного на фиг.15;

на каждой из фиг.18а-18с представлен схематический вид в увеличенном масштабе варианта осуществления с трубчатыми лопастями; и

на каждой из фиг.19а-19с представлено схематическое изображение разновидности лопастей, показанных на фиг.18а-18с.

Одинаковые детали, показанные на чертежах, обозначены в нижеследующем описании одинаковыми позициями.

В соответствии с фиг.1 показано гидроэнергетическое устройство для выработки регенеративной и возобновляемой энергии в соответствии с настоящим изобретением в первом варианте его осуществления, демонстрирующем его основную компоновку. Как показано на фиг.1, устройство 1 в соответствии с изобретением содержит генератор 3, который может быть соединен посредством редуктора 4 и ремня 6 с ведущим валом 5.

Ведущий вал 5 расположен посредине каркаса 7, имеющего прямоугольную конфигурацию с двумя боковыми элементами 9 и двумя поперечными элементами 11. Кроме того, каркас 7 содержит дополнительную часть 12, на которой установлены редуктор 4 и генератор 3.

На каждом своем конце ведущий вал 5 вращается в подшипниках 13, установленных на поперечном элементе 11.

Как показано на фиг.1, каркас 7 размещен на удлиненном желобе 15, а ведущий вал 5 находится в области верхней стороны проточного канала 17, выполненного в желобе 15.

Как видно из фиг.1, вдоль ведущего вала также расположено множество отражателей 19 в форме пропеллера. Каждый отражатель 19 содержит две лопасти 21, смещенные друг относительно друга на 180°, которые приводятся во вращение потоком воды (см. фиг.2). Как уже упоминалось, отражатели 19 также могут содержать лишь одну лопасть или более двух лопастей 21.

Лопасти 21 и отражатели 19 соответственно расположены вдоль ведущего вала 5 со смещением. Иными словами, лопасти 21 одного отражателя 19 повернуты относительно лопастей 21 следующего отражателя 19 на регулируемый угол для обеспечения оптимального отбора мощности от потока текущей среды.

В соответствии с фиг.2 устройство 1 наклонено в желобе 15 для того, чтобы поток воды 23 протекал от впуска 25 наверху вниз по желобу к выпуску 27. Именно этот поток воды вызывает вращение лопастей 21 на всем ведущем валу 5, который посредством ремней 6 и редуктора 4 осуществляет привод генератора 3.

В соответствии с фиг.3 верхний уровень 29 воды 23 располагается ниже ведущего вала 5, так что лишь некоторые из лопастей погружены в воду 23.

Проточный канал 17 образован круглым каналом, открытым сверху.

Кроме того, на фиг.3 схематически показано, как можно переместить вверх или вниз уровень расположения ведущего вала 5, который, как показано на фиг.3, является самым нижним уровнем.

В соответствии с фиг.4 изображен схематический вид сбоку устройства 1, в соответствии с изобретением, заключенного в трубе и расположенного с наклоном, показывающий, как вода 23 течет по трубе 35, имеющей круглую конфигурацию и предпочтительно выполненной из листа алюминия. Внутри трубы 35 заключен ведущий вал с лопастями (не показаны).

В соответствии с фиг.4 очевидно, что поток воды 23 полностью заполняет поперечное сечение впускного отверстия трубы. В этом варианте осуществления поток воды может огибать генератор 3. В качестве альтернативы, возможна компоновка ведущего вала в универсальном соединении с генератором, расположенным снаружи (не показан).

Труба установлена на опорах 36, расположенных, по существу, на одинаковых расстояниях друг от друга. Ниже выпускного отверстия трубы находится выпускной резервуар 37.

Как показано в варианте, изображенном на фиг.4, поперечное сечение трубы полностью заполнено потоком воды. Но устройство в соответствии с изобретением будет также вырабатывать электрическую энергию даже тогда, когда поперечное сечение не полностью заполнено потоком воды, при этом состояние полного заполнения поперечного сечения трубы потоком может наступить позже или не наступить вовсе.

В соответствии с фиг.5 схематически изображены средства, обеспечивающие позиционирование лопастей 21 отражателей 19 на ведущем валу 5.

Для достижения эффекта каждая лопасть 21 установлена в опоре 41 с возможностью поворота в направлении, обозначенном двойной стрелкой 39, так что каждая поверхность 22 лопасти может быть установлена под индивидуальным углом относительно потока воды.

Кроме того, можно переместить отражатели 19 вдоль ведущего вала, как показано двойными стрелками 43. Возможности, показанные на фиг.5, являются лишь примерами, а показанная компоновка отдельных отражателей 19 может и не соответствовать их реальной установке, при этом двойные стрелки 45 указывают возможность поворота лопастей, например, как показано на фиг.1 и 2.

Эта возможность оптимальной установки, достигаемая в соответствии с изобретением, приводит к оптимальным гидродинамическим характеристикам ведущего вала с дополнительной возможностью использования не только почти идентичных лопастей 21, как показано на фиг.5, но также и разных лопастей, имеющих разные поверхности, что позволяет оптимизировать устройство в соответствии с изобретением.

В соответствии с фиг.6 изображен схематический вид в перспективе варианта осуществления конструкции ведущего вала 5, характерной особенностью которого является шлицевой вал 40, имеющий продольное расположение шлицев, что очевиднее из фиг.7, которая иллюстрирует выполнение на виде с пространственной деталировкой. Опорный элемент 41 выполнен разрезным с двумя обечайками 47, каждая из которых содержит шлицевой внутренний профиль, взаимосвязанный со шлицами шлицевого вала 40 для его гарантированного зажима.

В каждой обечайке 47 вставлена установочная втулка 48. При такой компоновке оси втулок 48 выровнены вдоль одной линии таким образом, что лопасти 21 располагаются со смещением друг относительно друга точно на 180 градусов. Установочные втулки 48 имеют внутри шлицевой профиль, точно согласующийся со шлицевым профилем муфты 49 каждой лопасти 21. Это гарантированное шлицевое соединение обеспечивает расположение лопастей 21 с возможностью их поворота по потребности, при этом делая очень простым закрепление пары лопастей 21 со смещением по окружности относительно соседней пары (соседних пар) путем закрепления обечаек 47 вокруг шлицевого вала 40 со смещением по окружности. Для прикрепления обечаек 47 друг к другу и соответственно установочных втулок 48 к обечайкам служат обычные крепежные детали 51, содержащие гайки и болты.

В соответствии с фиг.8 изображен вид спереди, гидроэнергетического устройства для выработки регенеративной и возобновляемой энергии в соответствии с изобретением в дополнительном варианте его осуществления.

В отличие от варианта осуществления, показанного на фиг.1 и 2, устройство 1 в соответствии с изобретением находится не в желобе, а на понтонах или поплавках 61, плавающих на поверхности воды. Поплавки 61 преимущественно имеют фал 63 в виде привязных канатов, дающих поплавку 61 свободу самоориентации в направлении потока воды.

Как очевидно из фиг.8, можно задавать уровень расположения ведущего вала 5 вместе с его лопастями 21, что показано стрелками 65.

В соответствии с фиг.9 изображен дополнительный преимущественный вариант осуществления предлагаемого устройства 1 в соответствии изобретением, иллюстрирующий возможность привязки его, например, к соответствующим удерживающим брусьям 69 на плотине 67 посредством соответствующих удерживающих подпорок 71 и 73. Удерживающие брусья 69 крепятся к плотине 67 подходящими крепежными деталями 70.

Как очевидно из фиг.9, лопасти 21 погружены в воду 23 лишь в некоторой степени. Когда уровень 29 воды изменяется, устройство 1 в соответствии с изобретением может соответственно подниматься и опускаться, как показано двойной стрелкой 75, что позволяет достичь оптимальных характеристик устройства в соответствии с изобретением.

В качестве альтернативы, устройство в соответствии с изобретением также можно установить с возможностью поворота на соответствующих манипуляторах (не показаны), которые, в свою очередь, установлены с возможностью поворота на плотине. Это делает возможными исключительно простые пути и средства, как для задания глубины погружения лопастей 21 в воде 23, так и - в отличие от этого - для задания постоянной глубины погружения устройства в целом, если это желательно, чтобы адаптировать его к существующему уровню 29 воды, возможно - изменяющемуся.

В соответствии с фиг.10 изображен вариант осуществления, аналогичный тому, который показан на фиг.9, но теперь - оснащенный поплавками 61, защищенными спереди ограждающим от мусора щитом 81, предпочтительно имеющим форму остроконечного плуга. Мусор, прибывающий в направлении течения (стрелки 83), убирается вбок ограждающим от мусора щитом и поэтому не поступает в пространство между двумя поплавками 61. Для обеспечения дополнительной защиты, в особенности - от рыбы, можно предусмотреть сети 84 ниже проплавка 61, а где необходимо - еще и позади него (не показано).

Чтобы отвести дрейфующий мусор, дополнительно предусмотрены круглые отражатели 85, плавающие на или около поверхности воды, которые предпочтительно могут вращаться в направлении течения, вследствие чего поступающий мусор, находящийся на поверхности воды, может обходить устройство 1 в соответствии с изобретением.

В соответствии с фиг.11 изображено устройство 1 в соответствии с изобретением в дополнительном варианте его осуществления, имеющее аналогично варианту осуществления, показанному на фиг.1, каркас 7, при этом очевидно, что между отдельными парами лопастей 21 соответственно предусмотрен промежуток. Хотя он показан, по существу, постоянным, с тем же успехом можно предусмотреть и разные промежутки.

Кроме того, для работы ведущего вала 5 с минимальной вибрацией предусмотрены дополнительные подшипники 87, соединяемые с каркасом 7 и боковыми элементами 9 поперечинами 89.

В соответствии с фиг.12 изображено устройство 1 в соответствии с изобретением в еще одном варианте его осуществления, заключенное в трубу 77, аналогичную той, которая показана на фиг.4, при этом опоры 79 служат для установки всего устройства в целом. Труба 77 может быть расположена горизонтально, при этом вода 23 протекает под трубой 77 и сбоку от нее, образуя проток для рыбы.

Когда труба 77 расположена с наклоном, пространству 91 под трубой 77 можно придать конфигурацию рыбоподъемника.

В соответствии с фиг.13 изображен дополнительный вариант устройства 1 в соответствии с изобретением, аналогичный тому, который показан на фиг.4, но теперь - с генератором 3, расположенным над трубой 35, а опоры 79 при этом выполнены регулируемыми по высоте, как показано стрелками 93.

Используемые ремни могут быть плоскими, V-образными или также зубчатыми ремнями.

В соответствии с фиг.14 отмечаем, что здесь изображен вид в перспективе устройства в соответствии с изобретением в варианте его осуществления, предусматривающем наличие трубы и аналогичном тому, который показан на фиг.12, но показывающий, как ведущий вал 5 и труба 77 установлены в несущем каркасе 95 и как две стойки 97 несущего каркаса могут образовывать угол, по существу, 90 градусов.

В соответствии с фиг.15-17 изображено устройство в соответствии с изобретением в альтернативном варианте его осуществления. На фиг.15 представлен вид в перспективе, на фиг.16 - вид спереди, а на фиг.17 - вид сбоку. В соответствии с фиг.18а-18с изображены в увеличенном масштабе две лопасти 24 винта, смещенные друг относительно друга на 180°, совместно образующие трубчатый профиль 26, в котором выполнена удлиненная полость 28. Эта удлиненная полость 28 уплотнена от окружающей среды и содержит текучую среду 30, предпочтительно - воду, которая заполняет полость 28 не полностью, а, в сущности, лишь наполовину. Когда лопасти 24 пары, образующей трубчатый профиль 26, поворачиваются из горизонтального положения, показанного на фиг.18а, в котором текучая среда 30 оказывается, по существу, равномерно распределенной в полости 28, в одну сторону, как показано стрелкой 32, текучая среда 30 резко перемещается, опускаясь под действием силы тяжести в часть полости (см. фиг.18b), что приводит к внезапному приложению крутящего момента к соответствующим лопастям 24. На фиг.18 с показана находящаяся в своем самом нижнем положении заполненная полость 28, которая в дальнейшем снова поворачивается в положение, показанное на фиг.18а, и т.д.

В соответствии с фиг.19а-19с изображена разновидность варианта осуществления, показанного на фиг.15-18с. На обеих сторонах и обоих концах лопастей 24 предусмотрены законцовки 34 типа отражателей, позволяющие получить еще лучшую поверхность лопастей, особенно - при слабо текущей воде.

Как видно из спиральной компоновки, показанной на фиг.15, это скачкообразное размещение заставляет вращаться ведущий вал 5. Следует понять, что динамические характеристики устройства приводят тому, что для вращения ведущего вала 5 нужна лишь незначительная энергия извне, причем рассматриваемая разновидность исполнения пригодна, в частности, для применения в слабо текущей воде.

Гидроэнергетическое устройство в соответствии с изобретением, предназначенное для выработки регенеративной и возобновляемой энергии, обладает многими преимуществами, включая:

простоту и легкость установки без проведения строительных работ, что позволяет ввести устройство в эксплуатацию при минимальных затратах времени;

возможность обеспечения основного энергоснабжения в регионе за счет расположения близко к потребителям электроэнергии;

возможность получения модульной конфигурации всей системы посредством множества устройств для оптимальной эксплуатации проходящей воды в зависимости от условий на месте применения;

универсальную и - при необходимости - автоматическую адаптацию устройства к существующим параметрам потока при обеспечении таким образом оптимизированного отклика устройства в соответствии с изобретением;

выработку электроэнергии без ущерба для окружающей среды;

возможность оптимизации размеров устройства для требуемого энергоснабжения, например специализированное их задание для установки в отдаленных горных регионах и т.п.;

возможность адаптации устройства к любому потоку воды и разнообразным условиям течения;

выработку энергии без вредных выбросов;

возможность заключения устройства в кожух в зависимости от варианта осуществления, в частности, для работы на низком уровне шума.

Вышеизложенное описание относится к устройству в соответствии с настоящим изобретением, пригодному в качестве стационарного агрегата для выработки энергии. Однако его можно вводить в эксплуатацию и для снабжения плавучих оснований энергией, вырабатываемой стационарно и предназначенной для запасания в соответствующих аккумуляторах. Когда требуется привести плавучее основание в движение, запасенная энергия служит для энергоснабжения соответствующих устройств, движущих плавучее основание. Затем - чтобы повторно зарядить аккумуляторы - плавучее основание поворачивают фронтальной поверхностью к потоку воды.

В альтернативном варианте, силовой генератор и гребную систему плавучего основания можно приводить в действие одновременно, вследствие чего вырабатываемая энергия будет находить непосредственное применение при сообщении движения плавучему основанию.

Изобретение относится к гидроэнергетическому устройству и гидроэнергетической системе для выработки регенеративной и возобновляемой энергии. Гидроэнергетическое устройство содержит множество лопастей 21, расположенных, по меньшей мере, частично, в потоке воды 23, которые приводятся этой водой 23 во вращение. Лопасти 21 расположены вдоль ведущего вала 5 со смещением относительно друг друга в окружном направлении и выполнены в виде отражателей, имеющих форму пропеллера. Устройство снабжено, по меньшей мере, одним генератором 3 для выработки электрической энергии, соединенным с ведущим валом 5. Положение лопастей 21 является регулируемым так, что угол установки лопастей вдоль ведущего вала 5 может изменяться от лопасти к лопасти. Промежуток между лопастями в продольном направлении ведущего вала 5 является регулируемым. Изобретение направлено на создание гидроэнергетического устройства, совместимого с окружающей средой и простого по конструкции и при установке, будучи при этом эффективным при изменении условий водообеспеченности. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Гидроэнергетическое устройство (1) для выработки регенеративной и возобновляемой энергии, содержащее множество лопастей (21, 24), расположенных, по меньшей мере, частично в потоке воды (23), которые приводятся этой водой (23) во вращение, причем лопасти (21, 24) расположены вдоль ведущего вала (5) со смещением относительно друг друга в окружном направлении и выполнены в виде отражателей, имеющих форму пропеллера, отличающееся тем, что оно снабжено, по меньшей мере, одним генератором (3) для выработки электрической энергии, соединенным с ведущим валом (5), при этом положение лопастей (21, 24) является регулируемым, так, что угол установки лопастей вдоль ведущего вала может изменяться от лопасти к лопасти, а промежуток между лопастями в продольном направлении ведущего вала является регулируемым.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулирование лопастей (21, 24) осуществляется компьютером с помощью механических, электромеханических, пневматических или гидравлических средств.

3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что лопасти (21, 24) установлены на ведущем валу (5) с возможностью демонтажа.

4. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что ведущий вал (5) непосредственно соединен с генератором (3).

5. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что ведущий вал (5) установлен в каркасе (7).

6. Устройство по п.7, отличающееся тем, что каркас расположен в полуоткрытом или закрытом желобе (15) или в трубе (35, 77).

7. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно расположено горизонтально, наклонно или вертикально.

8. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно предпочтительно расположено посредине между двумя плавучими объектами или поплавками (61), предпочтительно содержащими фал (63).

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно содержит самоориентирующийся рулевой узел.

10. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно содержит направляющие или струйные трубки, которые направляют поток воды на внешние концы лопастей (24).

11. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что ведущий вал (5), на который установлены лопасти (21, 24), установлен с возможностью регулирования по высоте.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что ведущий вал (5) установлен с возможностью поворота.

13. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что ведущий вал (5) вращается в подшипниках, находящихся на обоих концах, а также, по меньшей мере, в одном дополнительном месте (87) между концами.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что в качестве подшипников ведущего вала (5) предусмотрены самосмазывающиеся, снабженные уплотнением, рассчитанным на весь срок службы, а также выполненные из пластмассы или керамики подшипники скольжения или шариковые подшипники.

15. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что ведущий вал (5) выполнен как шлицевой вал (40), а опора каждой лопасти (21) - как шлицевая опора (48).

16. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно защищено спереди ограждающим от мусора щитом (81), предпочтительно типа остроконечного плуга и предпочтительно имеющим круглые отражатели (85), плавающие на поверхности воды или в области поверхности воды и ниже нее.

17. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что предусмотрено сетчатое ограждение, окружающее устройство.

18. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что каждые две лопасти (24), смещенные друг от друга на 180°, образуют общий трубчатый профиль (26), содержащий полость (28), в которой находится жидкость (30).

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что жидкость (30) в полости (28) является водой.

20. Устройство по п.18, отличающееся тем, что жидкость (30) заполняет, по существу, половину полости (28).

21. Гидроэнергетическая система для выработки регенеративной и возобновляемой энергии, отличающаяся тем, что она содержит множество устройств (1) по любому из пп.1-20, расположенных друг за другом, и/или возле друг друга, и/или друг над другом.

22. Гидроэнергетическая система по п.21, отличающаяся тем, что все ведущие валы (5) устройств (1) взаимосвязаны.