ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ Российский патент 2015 года по МПК F03B17/06 F03D9/00 

Электрическая станция относится к области малой энергетики, а именно к установкам по использованию энергии стока рек. Известен ряд устройств по выработке электроэнергии водными источниками.

К аналогу (прототипу) изобретения можно отнести электрическую станцию по выработке электроэнергии, установленную в горизонтальном положении на водной поверхности реки, открытой, свободно движущейся, содержащей корпус, установленный в нем гидродвигатель с рабочим органом, электрогенератор, установленный над гидродвигателем, при этом рабочий орган установлен с возможностью взаимодействия с водным потоком, поступающим через приемный вход в рабочую зону корпуса, выхода из неё и захватывания общим течением реки, способствующим увеличению скорости выхода потока (см. JP 2012102680 А, 31.05.2012, F03B 17/06).

Недостатком данной электрической станции является невозможность её непрерывной работы.

Задача изобретения - обеспечение возможности непрерывной работы электрической станции, расширение возможностей для массового использования в местах, недоступных для подсоединения к электросети общего пользования потребителю электроэнергии.

Указанная задача решена в электрической станции по выработке электроэнергии, установленной в горизонтальном положении на водной поверхности реки, открытой, свободно движущейся, содержащей корпус, установленный в нем гидродвигатель с рабочим органом, электрогенератор, установленный над гидродвигателем, при этом рабочий орган установлен с возможностью взаимодействия с водным потоком, поступающим через приемный вход в рабочую зону корпуса, выхода из неё и захватывания общим течением реки, способствующим увеличению скорости выхода потока, согласно изобретению, станция снабжена обгонной муфтой и ветродвигателем, установленными последовательно в ряд над электрогенератором и гидродвигателем, рабочие органы которого выполнены состоящими из радиальных лопаток, установленных на осях между опорными кольцами, смонтированными на валу посредством спиц, при этом лопатки выполнены с возможностью поворота на осях до ограничителей и автоматического установления в рабочее и нерабочее положение потоком рабочего тела, а ветродвигатель выполнен действующим аналогично гидродвигателю, причем станция выполнена с возможностью поворота в подшипнике, установленном на оголовнике, а оголовник установлен на станции неподвижно.

На фиг. 1 изображена станция, установленная на воде, вид сбоку, в разрезе. На фиг. 2 изображена схема движения рабочего тела в рабочем органе с положением лопаток, по позициям, в рабочей и нерабочей зонах, вход, выход потока и поток воды вне гидродвигателя. На фиг. 3 изображен рабочий орган в трехмерном изображении. На фиг. 4 изображена станция, установленная на опоре, вид сбоку, в разрезе. На фиг. 5 изображена ветрогидроэлектрическая станция, установленная на воде, вид сбоку.

Электрическая станция установлена на водной поверхности реки в горизонтальном положении, на открытой, свободно движущейся, природной кинетической энергии потока и закреплена к опоре 1 буйрепом 2 (фиг. 1, 2). Станция содержит гидродвигатель 27 с рабочим органом, состоящим из лопаток 3, установленных на осях 4 между опорными кольцами 5. Опорные кольца 5 смонтированы на валу 6 посредством спиц 7. Рабочий орган размещен внутри корпуса 8 с внутренней поверхностью цилиндрической формы, охватывающего рабочий орган, включающий в себя вертикально расположенный вал 6 с радиальными лопатками 3. Вал 6 установлен на плотике 9 в подшипнике 10. Под плотиком 9 закреплен корпус 8, в котором установлен конец вала 6 в подшипнике 11. Лопатки 3 расположены с возможностью поворота на осях 4 от движения массы рабочего тела до ограничителей 12 и автоматической установки в рабочее 13 и нерабочее 14 положения потоком рабочего тела, поступающего через приемный вход 15 в рабочую зону 16 корпуса 8, направляющего флюгаркой 24. От воздействия рабочего тела на рабочие поверхности 17 лопаток 3 лопатки 3 поворачиваются на осях 4 и устанавливаются в рабочее 13 положение и далее перемещаются по кругу опорных колец 5, и через оси 4 передают движение опорным кольцам 5, которые вращаются и передают вращение через спицы 7 на вал 6 и на электрогенератор 18. Отдав кинетическую энергию потока на работу рабочего органа, рабочее тело выходит из рабочей зоны 16 через выход 31, а лопатки 3 продолжают движение по кругу и входят в нерабочую зону 19, где сила давления на лопатки 3 снижается от действия защитной стенки 20 корпуса 8. Слабым давлением на лопатки 3 от встречной массы воды они устанавливаются в нерабочее 14 положение, что снижает сопротивление лопаток 3 рабочего органа и гидродвигателя 27 в целом. Далее продолжается цикличная работа гидродвигателя 27 от потока рабочего тела. Надводная часть станции сверху и с боков закрыта кожухом 21 обеспечивающим защиту от природных осадков.

При использовании станцией энергии ветра, станция монтируется в горизонтальном положении на опоре 22, закрепленной в грунте 23 (фиг. 4).

Вал 6 смонтирован на опоре 22 с возможностью вращения в подшипнике 10, корпусе 8 и в подшипнике 11 установленного в оголовнике 25. Во время работы станции, станция поворачивается на опоре 22 в подшипнике 26, установленного на оголовнике 25, крепления станции на опоре 22. Оголовник 25 установлен на опоре 22 неподвижно. Над станцией установлен зонд 30.

Движущая воздушная масса поступает через приемный вход 15 корпуса 8. Станция устанавливается в автоматическом режиме флюгаркой 24 и поворачивается по ветру на подшипнике 26. При использовании станцией энергии ветра и энергии потока реки в одно время электрическая станция состоит из гидродвигателя 27, ветродвигателя 28, электрогенератора 18 и обгонной муфты 29, установленных последовательно в ряд один над другим.

Электрическая станция работает следующим образом.

Электрическая станция, установленная на водной поверхности реки получает энергию потока. Движущийся поток омывает корпус 8 снаружи. Часть потока втекает через приемный вход 15 в рабочую зону 16 корпуса 8, направленного флюгаркой 24. Поступившее рабочее тело воздействует на лопатки 3. Первоначально, от трения рабочего тела о наружную поверхность лопаток 3 рабочий орган поворачивается на некоторый угол. Далее рабочее тело продолжает воздействовать уже на рабочие поверхности 17 лопаток 3. От этого лопатки 3 поворачиваются на осях 4 до ограничителя 12, занимают рабочее положение 13 и получают наибольшую энергию рабочего тела, а рабочий орган продолжает поворачиваться и производить вращение при взаимодействии деталей: от лопаток 3 на оси 4, с осей 4 на опорные кольца 5, с опорных колец 5 на спицы 7, от спиц 7 на вал 6 и на вращение генератора 18. От получения поочередного непрерывного воздействия рабочего тела на лопасти 3 рабочий орган поворачивается по кругу, и лопасти 3 выходят из рабочей зоны 16 и входят внерабочую зону 14. Основная масса рабочего тела выходит наружу через выход 31. Уменьшенный поток воды поступает в нерабочую зону 14. В нерабочей зоне 14 поток снижен защитной стенкой 20. От прохождения лопатками 3 в нерабочей зоне 14 навстречу слабому потоку встречная масса воды прижимает лопатки 3 к опорным кольцам 5. Такое положение лопаток 3 обеспечивает снижение сопротивления лопаток 3 рабочему органу и электрогенератору 18. В рабочей зоне 16 лопатки 3 получают наибольшую энергию потока, преобразуя ее в крутящий момент вала 6 электрогенератора 18, а в нерабочей зоне 19 лопатки 3 не создают сопротивление от встречного потока, в итоге получая положительный эффект.

Данная конструкция электростанции, работающей от энергии потока воды, может аналогично работать и от энергии ветра. При производстве электроэнергии станцией от энергии ветра поток энергии ветра поступает через приемный вход 15 корпуса 8 устанавливающейся в автоматическом режиме флюгаркой 24. При работе станции от энергии ветра и энергии потока реки в одно время в комплексе гидродвигатель 27 получает энергию потока реки, непрерывно создавая момент вращения гидродвигателем 27 и передавая на вал 6 электрогенератора 18 вырабатывающим электроэнергию. В это время верховое движение воздушных масс создает момент вращения ветродвигателю 28, ветродвигатель 28, вращаясь, приводит во вращение обгонную муфту 29 и электрогенератор 18. При отсутствии верхового движения воздуха, ветродвигатель 28 не вращается. При этом обгонная муфта 29 не препятствует вращению вала 6 гидродвигателя 27, вращающегося от энергии потока воды.

Использование природных явлений в конструктивных и технологических решениях, в совокупности, обеспечат выработку дешевой электроэнергии при надежной работе электрической станции: - непрерывность режима работы; в любое время года; в любое время суток; в любых сезонных и климатических условиях. Аккумулирование электроэнергии создаст условие стабильности работы энергосистемы.

Электрическая станция относится к области малой энергетики, а именно к установкам по использованию энергии стока рек. Электрическая станция содержит корпус, установленный в нем гидродвигатель 27 с рабочим органом, электрогенератор 18, установленный над гидродвигателем 27. Рабочий орган установлен с возможностью взаимодействия с водным потоком, поступающим через приемный вход в рабочую зону корпуса, выхода из неё и захватывания общим течением реки, способствующим увеличению скорости выхода потока. Станция снабжена обгонной муфтой 29 и ветродвигателем 28, установленными последовательно в ряд над электрогенератором 18 и гидродвигателем 27. Рабочие органы гидродвигателя 27 выполнены состоящими из радиальных лопаток, установленных на осях между опорными кольцами, смонтированными на валу посредством спиц. Лопатки выполнены с возможностью поворота на осях до ограничителей и автоматического установления в рабочее и нерабочее положение потоком рабочего тела. Ветродвигатель 28 выполнен действующим аналогично гидродвигателю 27. Станция выполнена с возможностью поворота в подшипнике, установленном на оголовнике. Оголовник установлен на станции неподвижно. Изобретение направлено на обеспечение возможности непрерывной работы электрической станции. 5 ил.

Электрическая станция по выработке электроэнергии, установленная в горизонтальном положении на водной поверхности реки, открытой, свободно движущейся, содержащая корпус, установленный в нем гидродвигатель с рабочим органом, электрогенератор, установленный над гидродвигателем, при этом рабочий орган установлен с возможностью взаимодействия с водным потоком, поступающим через приемный вход в рабочую зону корпуса, выхода из неё и захватывания общим течением реки, способствующим увеличению скорости выхода потока, отличающаяся тем, что станция снабжена обгонной муфтой и ветродвигателем, установленными последовательно в ряд над электрогенератором и гидродвигателем, рабочие органы которого выполнены состоящими из радиальных лопаток, установленных на осях между опорными кольцами, смонтированными на валу посредством спиц, при этом лопатки выполнены с возможностью поворота на осях до ограничителей и автоматического установления в рабочее и нерабочее положение потоком рабочего тела, а ветродвигатель выполнен действующим аналогично гидродвигателю, причем станция выполнена с возможностью поворота в подшипнике, установленном на оголовнике, а оголовник установлен на станции неподвижно.