РЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2024 года по МПК F03B17/06 E02B9/00 

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, а именно к гидроэлектростанциям [E02B 9/00, F03B 13/00].

Из уровня техники известна РЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ [RU2017885C1], которая выполнена из плиты с уклоном в сторону течения, перекрывающей дно реки, турбин, муфт, генераторов, установленных на фундаментах направляющих заслонок и над турбинами в пластине имеются отверстия для подачи воды к лопаткам турбины.

Также из уровня техники известен МЕТОД ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА РЕКЕ [CN107630441A] , где в качестве источника энергии используется участок реки с узкой рекой, быстрым течением воды и большим перепадом уровня воды, устанавливается генератор выше нормального уровня воды, непосредственно над турбиной; располагается линия электропередачи, устанавливается водяного колесо, при этом устройство может быть установлено во многих местах реки, чтобы можно было использовать малые и средние гидроресурсы.

Наиболее близким по технической сущности является УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЭНЕРГОГЕНЕРАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОТОКА РЕЧНОЙ ВОДЫ В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ [CN102374100A], где в качестве источника энергии используется поток речной воды, над поверхностью реки по обе стороны реки сооружаются козловые сваи с одной или несколькими сваями, сваи с обеих сторон натягиваются над рекой стальными или стальными канатами, образуя мостообразную квадратную или прямоугольную платформу, на которой построено генераторное помещение по форме внешней периферии, на площадке в машинном помещении открывается квадратное или прямоугольное сквозное отверстие вала водяной крыльчатки, который движется вверх и вниз в реку в ее устье; или в воде реки также можно соорудить одну или несколько высокопрочных стоячих опор высотой от 3м до 60м по обе стороны реки и реки, бесчисленные участки в воде речного бассейна, каждый на расстоянии от 5 до 50 м и более, создают одно и то же устройство для выработки электроэнергии и подключают устройство для выработки электроэнергии, встроенное в каждую секцию, к источнику питания пользователя.

Основными техническими недостатками аналогов и прототипа является отсутствие конического сооружения вокруг турбины и, как следствие, уменьшение уровня генерируемой винтом выходной электроэнергии.

Техническим результатом изобретения является увеличение количества генерируемой винтом выходной электроэнергии.

Указанный технический результат достигается за счет того, что речная электростанция выполнена с платформой, поверх которой смонтированы электрогенераторы, на которых смонтированы вертикальные крепления с винтами и конические насадки, конические насадки смонтированы на вертикальных креплениях с винтами посредством сварки, при этом винты с коническими насадками опущены в воду с течением, каждый из винтов расположен внутри узкой части конической насадки, которая располагается таким образом, чтобы направление потока течения воды было направлено внутрь широкой части конической насадки, крепление винта продевают сквозь находящееся в конической насадке отверстие в верхней его части, к креплению винта крепят винт, при этом коническая насадка полностью покрывает винт, момент вращения от винтов к электрогенератору передается с помощью червячной передачи, при этом винты соединены с электрогенераторами при помощи проводов, находящихся внутри креплений винтов и используемых для перехода энергии, выработанной от кручения движением потока воды винтов, коническая насадка имеет длину от 1 метра до 3 метров и имеет радиус узкой части от 50 сантиметров до 200 сантиметров.

В частности, коническая насадка выполнена из нержавеющей стали.

В частности, коническая насадка имеет радиус узкой части от 50 до 200 сантиметров.

В частности, коническая насадка имеет массу не менее 5 килограмм.Краткое описание чертежей.

На фиг.1 показан вид спереди одного модуля речной электростанции.

На фиг.2 показан вид сбоку одного модуля речной электростанции с коническим сооружением в разрезе.

На фиг.3 схематично показан показан вид сверху одного варианта реализации кластера модулей речной электростанции.

На фигурах обозначено: 1 - электрогенератор, 2 - токопроводящий провод, 3 - платформа, 4 - опора, 5 - крепление винта, 6 - винт, 7 – коническая насадка (коническое сооружение), 8 - устройство потребления электроэнергии.

Осуществление изобретения.

В настоящей заявке под термином “Червячная передача” подразумевается механическая передача, которая осуществляется зацеплением червяка и сопряженного с ним червячного колеса или гайки.

Речная электростанция представляет из себя одну или более платформ 3 с закрепленными на ней электрогенераторами 1. Платформа 3 располагается на опорах 4. Размер опор 1 напрямую зависит от уровня склона побережья реки и ее глубины, в связи с чем может находится в диапазоне от 1 до 20 метров. Количество электрогенераторов 1 варьируется от ширины реки, на которую устанавливается гидроэлектростанция и может находится в диапазоне от 3х до 10 единиц. Длина платформы 3 также может варьироваться в зависимости от ширины реки и находится в диапазоне от 5 до 20 метров. Платформа 3 и опора 4 выполнены из материала, не поддающегося процессу коррозии, в частности нержавеющей стали. Сами электрогенераторы 1 соединены между собой токопроводящим проводом 2 для образования единой электроцепи.

Под электрогенераторами 1 на креплениях 5 располагаются винты 6. Винты 6 находятся внутри конического сооружения 7 (конической насадки). Лопасти винтов 6 выполнены в форме крыльчатки. Каждый из винтов 6 расположен внутри узкой части конической насадки (конического сооружения 7), которая располагается таким образом, чтобы направление потока течения воды было направлено внутрь широкой части конической насадки. Коническое сооружение 7 выполнено из металла, в частности нержавеющей стали. Коническое сооружение 7 имеет диаметр основания от 50 до 200 сантиметров. Длина конического сооружения 7 может находится в диапазоне от 1 до 3х метров. Коническое сооружение 7 необходимо для искусственного увеличения скорости входящего потока реки, разгоняя его за счет сужения окружающего пространства перед воздействием на винт 6, увеличивая тем самым скорость его вращения и, как следствие, количество генерируемой выходной электроэнергии. В верхней части конического сооружения 7 находится отверстие для монтажа внутрь его крепления винта 5 (см. фиг.2). На нижней же части конического сооружения 7 располагается его основание. При этом, масса конического сооружения 7 не менее 5 килограмм.

В варианте реализации, коническое сооружение 7 может быть смонтировано на вертикальном креплении винта 5, например, посредством сварки или болтового крепежа.

Количество винтов 6 зависит от количества установленных электрогенераторов 1 и может находится в диапазоне от 3х до 10 единиц. В рамках эксплуатации подразумевается использование винтов 6 под водой реки по течению таким образом, чтобы течение реки крутило лопасти винтов 6 и тем самым создавало электроэнергию в электрогенераторе 1. Момент вращения от винтов 6 к электрогенератору 1 передается с помощью червячной передачи. Выработанная энергия от кручения движением потока воды винтов 6 переходит по проводам, находящимся внутри креплений винтов 5 к электрогенераторам 1 и там преобразуется в электрическую энергию, после чего по токопроводящему проводу 2 переходит в устройство для потребления электроэнергии 8, где может быть аккумулирована либо направлена по нуждам пользователя речной электростанции.

Конструкция речной электростанции подразумевает использование несколько модулей платформ 3. На фиг.3 показан один вариант реализации использования кластера вырабатывающих электричество модулей, создающих вместе речную электростанцию. Количество используемых модулей не ограничено и может варьироваться от 1 до 25 единиц. Сообщение электроэнергией между модулями внутри кластера осуществляется за счет коммутационных токопроводящих проводов 2, переносящих полученное электричество в устройство потребления электроэнергии 8. Таким образом, создается возможность использования одного или нескольких кластеров гидроэлектростанции для получение необходимого потребителем уровня электроэнергии.

Речная электростанция работает следующим образом:

В русло текущего потока реки устанавливают не менее четырех опор 4, поверх которых устанавливают платформу 3. Поверх платформы 3 располагают по меньшей мере три электрогенератора 1, соединяя их между собой токопроводящим проводом 2. К электрогенераторам 1 устанавливают крепления винтов 5. Количество креплений винтов 5 с винтами 6 пропорционально количеству используемых на платформе 3 электрогенераторов 1. Далее, конец крепления винта 5 продевают сквозь находящееся в коническом сооружении 7 отверстие в верхней его части. После установки крепления винта 5 к нему крепится винт 6 таким образом, чтобы коническое сооружение 7 полностью покрывало винт 6 таким образом, как это показано на фиг.2. Само коническое сооружение 7 также может крепиться с помощью находящегося на его нижней части колья в твердую поверхность дна используемой реки, так чтобы входной поток воды попадал в широкую часть конического сооружения 7. Далее, электрогенераторы 1 подключаются к общему устройству потребления электроэнергии 8, которым, в свою очередь, может выступать любой выбранный пользователем аккумулятор или потребитель сгенерированной электроэнергии. После этого полученная и аккумулированная электроэнергия может использоваться по нуждам пользователя.

При необходимости, пользователь может использовать несколько модулей речной электростанции с целью получения большего объема генерируемой электроэнергии. Для этого последовательно устанавливают более одной платформы 3 на протяженности течения реки с размещенными поверх нее электрогенераторами 1, креплениями винта 5, винтами 6 и коническими сооружениями 7, после чего подключают используемые электрогенераторы 1 к общему устройству потребления электроэнергии 8.

Заявленный технический результат - увеличение количества генерируемой винтом выходной электроэнергии - достигается за счет платформы 3, закрепленной на опорах 4 и размещенными поверх нее электрогенераторами 1. Платформа 3 необходима для того, чтобы разместить на ее основании электрогенераторы 3 с закрепленными на них с помощью креплений винтов 5 винтами 6. Опоры 4 необходимы для того, чтобы закрепить платформу 3 в русле реки для возможности стабильного и длительного сбора электроэнергии над ее поверхностью. Крепления винтов 5 крепятся и передают кинетическую энергию вращения винтов 6 к электрогенераторам 1. Сами же электрогенераторы 1 преобразуют эту энергию в электрическую. Коническое сооружение 7, находящееся вокруг винта 6, выполнено из нержавеющей стали. Это необходимо для того, чтобы в процессе длительной эксплуатации, сооружение не поддалось процессу коррозии и, как следствие, не утратило своих свойств ускорения речного потока. Коническое сооружение 7 имеет радиус основания от 50 до 200 сантиметров и длину от 1 до 3 метров для максимального достижения положительного эффекта ускорения речного потока.

В качестве подтверждения указанного технического результата, ниже приведены результаты проведения исследования, в рамках которого изучалась зависимость наличия конического сооружения вокруг винтов и его параметров к количеству вырабатываемой одним модулем речной электростанции электроэнергии.

В рамках проведения исследования было проведено три опыта с образцами со следующим составом комплектующих речной электростанции:

1) электрогенератор, крепление винта, винт, без конического сооружения (Далее П1);

2) электрогенератор, крепление винта, винт и коническое сооружение, массой менее 5 килограмм (далее П2);

3) электрогенератор, крепление винта, винт, коническое сооружение массой 6 килограмм и радиусом менее 50 сантиметров (Далее П3);

4) электрогенератор, крепление винта, винт и коническое сооружение массой 6 килограмм и радиусом более 200 сантиметров (Далее П4);

5) электрогенератор, крепление винта, винт и коническое сооружение массой 6 килограмм и длиной менее 1 метра (Далее П5);

6) электрогенератор, крепление винта, винт и коническое сооружение массой 6 килограмм и длиной более 3 метров (Далее П6);

7) электрогенератор, крепление винта, винт и коническое сооружение массой 6 килограмм, радиусом 100 см и длиной 2 метра (Далее П7).

На протяжение пяти минут течение реки приводило используемый винт в движение, генерируя тем самым электроэнергию с помощью электрогенератора. По истечению пяти минут, измерялось количество сгенерированной выходной электроэнергии из электрогенератора и после, фиксировалось в приведенную ниже таблицу 1. При этом, все три опыта проводились с одинаковым электрогенератором в приблизительно идентичных условиях. В связи с тем, что скорость течения реки изменчива, перед началом испытания каждого из исследуемых образцов, была измерена начальная скорость реки перед проведением исследований - 2,12 м/сек. В будущем, перед проведением опытов на оставшихся образцах, скорость течения реки измерялась до момента минимального отклонения от первоначального измерения. Погрешность составляла +- 0,11 м/с, что допустимо в рамках проводимых исследований. При подобной погрешности минимизируется риск категорического отклонения показателей генерируемой электроэнергии в связи с сильным увеличением или уменьшением скорости течения реки.

Таблица 1

Исследуемый образец Скорость входного течения реки (м/с) Выходное количество электроэнергии (Ватт) П1 2,12 0,032 П2 2,16 0,064 П3 2,11 0,071 П4 2,13 0,082 П5 2,13 0,069 П6 2,18 0,075 П7 2,14 0,131

По результатам проведения исследования можно сделать следующие выводы:
1) Отклонение скорости течения реки в испытаниях всех семи образцов было минимальным, в связи с чем полученные результаты можно расценивать в качестве достоверных. Как следствие, данные отрицательной или положительной динамики количества генерируемой электроэнергии разных образцов также являются достоверными и корректными.

2) При отсутствии конического сооружения вокруг винта будет вырабатываться минимальное из всех испытуемых образцов количество генерируемой электроэнергии.

3) Если масса конической конструкции будет менее 5 килограмм, речной поток будет постепенно относить его в сторону, что, в свою очередь, помешает постоянному полезному действию сооружения и вследствие уменьшит итоговый результат.

3) Если радиус основания конического сооружения будет более 200 сантиметров, то входящий поток речной воды не будет ускорятся достаточно сильно, чтобы инерционно ускорить движение лопастей винтов. Это, в свою очередь, повлечет снижение возможного уровня генерируемой электроэнергии. Если же радиус будет менее 50 сантиметров, то входящий поток речной воды будет слишком маленьким, чтобы ускорить движение лопастей винтов. Это, в свою очередь, также повлечет за собой снижение возможного уровня генерируемой электроэнергии.

4) Если длина конического сооружения будет менее одного метра, ее будет недостаточно для того, чтобы разогнать входящий поток речной воды настолько, чтобы передать ускорение на лопасти винта. Это, в свою очередь, повлечет за собой снижение возможного уровня генерируемой электроэнергии. Если же длина будет превышать 3 метра, то ускорение входящего потока речной воды будет снижаться к выходному отверстию конического сооружения и дойдет до лопастей винтов не в полном объеме. Это, в свою очередь, также повлечет за собой снижение возможного уровня генерируемой электроэнергии.

5) Совмещение всех указанных существенных признаков (наличие конической конструкции массой не менее 5 килограмм, радиусом от 50 до 200 сантиметров и длиной от 1 до 3 метров) влечет за собой полезный эффект в виде увеличения количества генерируемой винтом входной электроэнергии.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, а именно к гидроэлектростанциям. Речная электростанция выполнена с платформой 3, поверх которой смонтированы электрогенераторы 1, на которых смонтированы вертикальные крепления 5 с винтами 6 и конические насадки 7. Насадки 7 смонтированы на креплениях 5 с винтами 6 посредством сварки. Винты 6 с насадками 7 опущены в воду с течением. Каждый из винтов 6 расположен внутри узкой части насадки 7, которая располагается таким образом, чтобы направление потока течения воды было направлено внутрь широкой части насадки 7. Крепление 5 продевают сквозь находящееся в насадке 7 отверстие в верхней его части. К креплению 5 крепят винт 6. Насадка 7 полностью покрывает винт 6. Момент вращения от винтов 6 к электрогенератору 1 передается с помощью червячной передачи. Винты 6 соединены с электрогенераторами 1 при помощи проводов, находящихся внутри креплений 5 и используемых для перехода энергии, выработанной от кручения движением потока воды винтов 6. Насадка 7 имеет длину от 1 метра до 3 метров и имеет радиус узкой части от 50 сантиметров до 200 сантиметров. Изобретение направлено на увеличение количества генерируемой винтом выходной электроэнергии. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Речная электростанция, содержащая платформу, поверх которой смонтированы электрогенераторы, на которых смонтированы вертикальные крепления с винтами и конические насадки, конические насадки смонтированы на вертикальных креплениях с винтами посредством сварки, при этом винты с коническими насадками опущены в воду с течением, каждый из винтов расположен внутри узкой части конической насадки, которая располагается таким образом, чтобы направление потока течения воды было направлено внутрь широкой части конической насадки, крепление винта продевают сквозь находящееся в конической насадке отверстие в верхней его части, к креплению винта крепят винт, при этом коническая насадка полностью покрывает винт, момент вращения от винтов к электрогенератору передается с помощью червячной передачи, при этом винты соединены с электрогенераторами при помощи проводов, находящихся внутри креплений винтов и используемых для перехода энергии, выработанной от кручения движением потока воды винтов, коническая насадка имеет длину от 1 метра до 3 метров и имеет радиус узкой части от 50 сантиметров до 200 сантиметров.

2. Речная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что коническая насадка выполнена из нержавеющей стали.

3. Речная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что коническая насадка имеет массу не менее 5 килограмм.