МОБИЛЬНАЯ РОТОРНАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2023 года по МПК F03B13/00 F03B17/06 

Предложенное техническое решение относится к бесплотинным энергетическим установкам и может быть использовано для получения электрической энергии от потока движущейся среды, образуемой, например, от реки, канала и прочих водоемов с подвижным течением (далее, река).

В настоящее время, конструкция используемых гидроэлектростанций (далее, ГЭС) не претерпевает существенных изменений и достигла пика своего эволюционного развития, однако задачи по повышению мощности, КПД, эффективности работы ГЭС, стоят как никогда остро, в связи с постоянным поднятием цен на топливо и его образующемся дефиците во многих районах на планете.

Широко известны ГЭС плотинного типа, построенные на основе основательных конструкций и имеющие модули преобразования энергии воды, пропущенной через плотину, однако их эффективность и КПД работы недостаточно высока, а конструкция сложная и громоздкая и может применяться далеко не везде.

В качестве прототипа может быть принят патент RU 187302 U1, 28.02.2019, раскрывающий конструкцию плавучей мини гидроэлектростанции, содержащей платформу, размещенную на двух поплавках катамаранного типа, водяное колесо, соединенное при помощи мультипликатора с электрогенератором, линию электропередачи, растяжки для крепления платформы к береговой линии, при этом платформа выполнена П-образной формы, на боковинах которой с внутренней стороны размещены поплавки обтекаемой формы, снабженные снизу транспортными колесами, при этом в центральной части платформы предусмотрен проем, где размещено рабочее колесо с лопастями на опорах, а в передней ее части - съемная рукоятка для перемещения мини гидроэлектростанции по грунтовым дорогам и установки ее в труднодоступных руслах реки.

Его недостатком является то, что устройство имеет закрепленное рабочее колесо, затрудняющее перемещение устройства к месту выработки энергии (низкая мобильность), рабочее колесо не может быть погружено на глубину, исключающую сопротивление потока воды о корпус плавучей платформы, требует серьезного течения для корректной работы, что обеспечивает устройству низкий КПД при низкой мобильности и громоздкости конструкции.

В основу данного изобретения поставлена задача разработать конструкцию роторной гидроэлектростанции, устраняющей указанные недостатки известного устройства.

Техническим результатом является повышение эффективности и КПД устройства с одновременной компактностью и мобильностью.

Данный технический результат достигается тем, что мобильная роторная гидроэлектростанция, содержащая, по меньшей мере, два плавучих буля, связанных посредством каркасного основания,

на каркасном основании, на соответствующих стойках закреплены с возможностью поворота во втулках, первая и вторая горизонтальные штанги,

первая горизонтальная штанга включает связанный с ней держатель, включающий ротор, конический редуктор с рабочим валом ротора, а также выходной вал, проходящий через держатель, выполненный с возможностью передавать вращательное движение от ротора на электрогенератор, при этом держатель также включает крепежные элементы для фиксации в них обтекателя вокруг и по ширине указанного ротора,

вторая горизонтальная штанга взаимодействует с механизмом натяжения и содержит намоточный шкив с тросом, который соединен с ротором, для осуществления его подъема-опускания,

рабочий вал ротора связан с рассекателем воды, выполненным, в своей основе, в виде конуса с закругленными внутрь сторонами, вокруг рассекателя воды размещены, по меньшей мере, два опорных кольца, на которых установлены профильные лопатки, пропускающие через свою поверхность воду для создания вращательного движения ротора.

Механизм натяжения выполнен в виде мотор - редуктора.

Крепежные элементы выполнены в виде проушин с отверстиями под болты.

Профильные лопатки выполнены с возможностью менять угол их наклона.

Далее, предложенное изобретение будет подробно рассмотрено с учетом иллюстраций, где на:

Фиг. 1 - представлена мобильная роторная гидроэлектростанция в рабочем состоянии, вид сбоку;

Фиг. 2 - вид А;

Фиг. 3 - представлена мобильная роторная гидроэлектростанция в рабочем состоянии, вид спереди;

Фиг. 4 - представлена мобильная роторная гидроэлектростанция в рабочем состоянии, в изометрии;

Фиг. 5 - вид Б;

Фиг. 6 - вид В;

Фиг. 7 - представлена мобильная роторная гидроэлектростанция в транспортном состоянии, вид сбоку;

Фиг. 8 - представлена мобильная роторная гидроэлектростанция в транспортном состоянии, вид спереди;

Фиг. 9 - представлена мобильная роторная гидроэлектростанция в транспортном состоянии, в изометрии;

Фиг. 10 - представлен ротор, вид сверху;

Фиг. 11 - представлены лопатки;

Фиг. 12 - представлен ротор, вид сбоку;

Фиг. 13 - представлен ротор, в изометрии;

Фиг. 14 - вид Г

Где поз:

1 - плавучий буль;

2 - каркасное основание;

3 - стойки;

4 - первая горизонтальная штанга;

5 - вторая горизонтальная штанга;

6 - держатель;

7 - крепежные элементы;

8 - обтекатель;

9 - ротор;

10 - конический редуктор;

11 - рабочий вал;

12 - выходной вал;

13 - электрогенератор;

14 - намоточный шкив;

15 - механизмом натяжения;

16 - трос;

17 - рассекатель;

18 - опорные кольца;

19 - профильные лопатки.

Мобильная роторная гидроэлектростанция содержит, по меньшей мере, два плавучих буля 1, связанных посредством каркасного основания 2. Количество булей 1 должно быть не менее двух (с каждой стороны по булю). Для лучшей плавучести и устойчивости устройства на воде, количество булей 1 может быть увеличено, например четыре, шесть штук и пр. Материал и форма булей 1 может быть различными и не ограничиваться каким-либо выполнением, однако очевидно, они должны обеспечивать достаточную грузоподъемность и устойчивость на воде всей конструкции.

Каркасное основание 2 выполнено в виде единого каркаса, предпочтительно прямоугольной формы, например, из металлопрофиля, для обеспечения единой жесткой конструкции устройства и выполнения необходимой обвязки устройства ее узлами и элементами.

На каркасном основании 2 выполнены две пары стоек 3, в которых закреплены с возможностью поворота во втулках, первая 4 и вторая 5 горизонтальные штанги.

Первая 4 горизонтальная штанга включает связанный с ней держатель 6. Держатель 6 в своей конструкции включает ротор 9, конический редуктор 10 с рабочим валом 11 ротора 9, а также выходной вал 12, проходящий сквозь держатель 6, для передачи вращательного движения через указанные валы 11,12 от ротора 9 на электрогенератор 13. Конический редуктор 10 предпочтительно выполняется в толще держателя 6, для исключения попадания на него воды и обеспечения более легкого его вращения. Выходной вал 12 также предпочтительно проходит через корпус держателя 6, например, в соответствующем его внутреннем отверстии. Передача вращения с выходного вала 12 на электрогенератор 13 может осуществляться по различным схемам, как с использованием дополнительных узлов (редукторов, валов, передач), так и напрямую с выходного вала 12 на электрогенератор 13. Электрогенератор 13 может содержать генератор переменного тока и выпрямительный блок, для выравнивания вырабатываемого электрического тока.

Держатель 6 также включает крепежные элементы 7 для фиксации в них обтекателя 8, размещенного вокруг и по ширине ротора 9. Крепежные элементы 7 выполнены, например, в виде проушин с отверстиями под болты, для обеспечения надежной фиксации и быстрого съема обтекателя 8, в случае необходимости.

Обтекатель 8 выполнен в виде наружного кожуха, закрывающего с боковой части элементы ротора 9, для исключения воздействия течения воды или волны или иных внешних факторов на подвижные элементы ротора 9 и препятствия вращения ротора 9, для повышения эффективности и КПД устройства. Предпочтительно выполнять обтекатель 8 в форме усеченного конуса с расширением его по ширине ротора 9.

Вторая 5 горизонтальная штанга взаимодействует с механизмом натяжения 15. Механизм натяжения 15 предпочтительно выполнять в виде мотор - редуктора, для повышения компактности устройства, снижения веса, а также обеспечения достаточных тяговых усилий, создаваемых данным узлом.

Вторая 5 горизонтальная штанга содержит намоточный шкив 14 с тросом 16. Конструкция намоточного шкива 14 может быть различной, однако предпочтительно выполнять намоточный шкив 14 закрытым и/или с направляющей для ровной намотки, для исключения сползания с него троса 16. Трос 16 соединен с ротором 9, для осуществления его подъема-опускания при переходе устройства от сложенного (транспортируемого) состояния в рабочее, что повышает мобильность и компактность устройства, в том числе и при его транспортировке.

Далее, рассмотрим подробно конструкцию ротора 9 (см. фиг. 2). Необходимо отметить, что рассекатель 17 воды на фиг. 1 выполнен схематично.

Рабочий вал 11 ротора 9 связан с рассекателем 17 воды. Рассекатель 17 воды выполнен, в своей основе, в виде конуса с закругленными внутрь, под определенным радиусом изгиба, сторонами. Данное закругление рассекателя 17 воды обеспечивает перенаправление потока воды к краям рассекателя 17 на профильные лопатки 19, для повышения эффективности и КПД устройства. Профильные лопатки 19 по фиг. 1 также не показаны, а на фиг. 2 схематично изображены лишь часть профильных лопаток 19, которые распределяются по всему кругу по опорным кольцам 18.

Вокруг рассекателя 17 воды размещены, по меньшей мере, два опорных кольца 18, связанных с рассекателем 17 воды. Количество опорных колец 18 может быть и больше, например три, четыре и пр., что в первую очередь связано с шириной конструкции ротора 9 в целом, для обеспечения достаточной жесткости установки профильных лопаток 19.

На опорных кольцах 18 устанавливаются профильные лопатки 19, пропускающие через свою поверхность воду для создания вращательного движения ротора 9. Количество профильных лопаток 19, их угол постановки, расстояние между ними подбираются исходя из условий применения устройства, скорости течения водоема, глубины водоема и прочих факторов. Предпочтительно, профильные лопатки 19 выполняются с возможностью менять угол их наклона в опорных кольцах 18. Механизм изменения угла наклона профильных лопаток 19 может быть различным, например, посредством их крепежных элементов, способных фиксировать лопатки под разными углами, или же посредством различных прорезей (прорези с различными углами установки) в опорных кольцах 18 или по иной схеме изменения угла их наклона. Наличие и конструкция данных профильных лопаток 19 обеспечивает повышение эффективности и КПД устройства.

Принцип использования предложенного изобретения следующий.

- мобильная роторная гидроэлектростанция спускается на воду и перемещается в нужную точку в транспортируемом состоянии (когда ротор 9 поднят вверх) или перемещается на транспортном средстве в транспортируемом состоянии.

- мобильная роторная гидроэлектростанция разворачивается в рабочее положение, для чего механизмом натяжения 15 проворачивает вторую 5 горизонтальную штангу с намоточным шкивом 14. С намоточного шкива скручивается трос 16, который соединен с ротором 9, и происходит опускание ротора 9 в воду перпендикулярно плавучим булям 1.

- поток воды, поступая в ротор 9, попадает на рассекатель 17 воды, по которому вода меняет свое направление и стремится к наружным краям ротора 9. Поток воды у края ротора 9 проходит через профильные лопатки 19, пропускающие через свою поверхность воду, тем самым толкая ротор 9 в одном направлении, для создания его вращательного движения.

- вращение передается на электрогенератор 13 для выработки энергии, через рабочий вал 11, конический редуктор 10, а также выходной вал 12.

Пример 1

Мобильная роторная гидроэлектростанция содержит два плавучих буля 1, связанных посредством каркасного основания 2,

на каркасном основании 2, на соответствующих стойках 3 закреплены с возможностью поворота во втулках, первая 4 и вторая 5 горизонтальные штанги,

первая 4 горизонтальная штанга включает связанный с ней держатель 6, включающий ротор 9, конический редуктор 10 с рабочим валом 11 ротора 9, а также выходной вал 12, передающий вращательное движение на электрогенератор 13, кроме того, держатель 6 также включает крепежные элементы 7 для фиксации в них обтекателя 8,

вторая 5 горизонтальная штанга взаимодействует с механизмом натяжения 15 и содержит намоточный шкив 14 с тросом 16, который соединен с ротором 9, для осуществления его подъема-опускания,

рабочий вал 11 ротора 9 связан с рассекателем 17 воды, выполненным, в своей основе, в виде конуса с закругленными внутрь сторонами, вокруг рассекателя 17 воды размещены два опорных кольца 18, на которых установлены профильные лопатки 19.

Пример 2

Мобильная роторная гидроэлектростанция содержит четыре плавучих буля 1, связанных посредством каркасного основания 2,

на каркасном основании 2, на соответствующих стойках 3, закреплены с возможностью поворота во втулках, первая 4 и вторая 5 горизонтальные штанги,

первая горизонтальная штанга 4 включает связанный с ней держатель 6, включающий ротор 9, конический редуктор 10 с рабочим валом 11 ротора 9, а также выходной вал 12, передающий вращательное движение на электрогенератор 13, кроме того, держатель 6 также включает крепежные элементы 7, выполненные в виде проушин с отверстиями под болты, для фиксации в них обтекателя 8,

вторая горизонтальная штанга 5 взаимодействует с механизмом натяжения 15, выполненным в виде мотор - редуктора и содержит намоточный шкив 14 с тросом 16, который соединен с ротором 9, для осуществления его подъема-опускания,

рабочий вал 11 ротора 9 связан с рассекателем 17 воды, выполненным, в своей основе, в виде конуса с закругленными внутрь сторонами, вокруг рассекателя 17 воды размещены три опорных кольца 18, на которых установлены профильные лопатки 19, выполненные с возможностью менять угол их наклона в опорных кольцах 18.

Предложенное изобретение обеспечивает повышение эффективности и КПД устройства с одновременной компактностью и мобильностью.

Изобретение относится к мобильным роторным гидроэлектростанциям и может быть использовано для получения электрической энергии от потока движущейся среды. Гидроэлектростанция содержит по меньшей мере два плавучих буля 1, связанных посредством каркасного основания 2. На стойках 3 основания 2 закреплены с возможностью поворота во втулках горизонтальные штанги 4 и 5. Штанга 4 включает связанный с ней держатель, включающий ротор, конический редуктор с рабочим валом ротора, выходной вал, проходящий через держатель, выполненный с возможностью передачи вращательного движение от ротора на электрогенератор 13. Держатель также включает крепежные элементы для фиксации в них обтекателя 8 вокруг и по ширине ротора. Штанга 5 взаимодействует с механизмом натяжения 15 и содержит намоточный шкив 14 с тросом, соединенным с ротором. Рабочий вал связан с рассекателем воды, выполненным в виде конуса с закругленными внутрь сторонами. Вокруг рассекателя воды размещены по меньшей мере два опорных кольца с профильными лопатками. Изобретение направлено на повышение эффективности и КПД гидроэлектростанции с одновременной компактностью и мобильностью. 3 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Мобильная роторная гидроэлектростанция, характеризующаяся тем, что включает по меньшей мере два плавучих буля, связанных посредством каркасного основания,

на каркасном основании, на соответствующих стойках закреплены с возможностью поворота во втулках первая и вторая горизонтальные штанги,

первая горизонтальная штанга включает связанный с ней держатель, включающий ротор, конический редуктор с рабочим валом ротора, а также выходной вал, проходящий через держатель, выполненный с возможностью передавать вращательное движение от ротора на электрогенератор, при этом держатель также включает крепежные элементы для фиксации в них обтекателя вокруг и по ширине указанного ротора,

вторая горизонтальная штанга взаимодействует с механизмом натяжения и содержит намоточный шкив с тросом, который соединен с ротором для осуществления его подъема-опускания,

рабочий вал ротора связан с рассекателем воды, выполненным, в своей основе, в виде конуса с закругленными внутрь сторонами, вокруг рассекателя воды размещены по меньшей мере два опорных кольца, на которых установлены профильные лопатки, пропускающие через свою поверхность воду для создания вращательного движения ротора.

2. Мобильная роторная гидроэлектростанция по п. 1, характеризующаяся тем, что механизм натяжения выполнен в виде мотор-редуктора.

3. Мобильная роторная гидроэлектростанция по п. 1, характеризующаяся тем, что крепежные элементы выполнены в виде проушин с отверстиями под болты.

4. Мобильная роторная гидроэлектростанция по п. 1, характеризующаяся тем, что профильные лопатки выполнены с возможностью менять угол их наклона.