Авторы изобретения:
Яковенко Александр Леонидович (RU),
Навернюк Антон Михайлович (RU),
Жигуленко Иван Владимирович (RU)
Патентообладатель:
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Московский государственный университет природообустройства»
(МГУП)
©, 2007 г.,
МТК «Изобретатель» при МГУП
мастерская «Фантазеры»
ГБОУ ЦО № 1811 «Измайлово»
Патент на изобретение № 2395000 от 24.04.2008
Реферат:
Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к погружным ГЭС, способным преобразовать поток реки в электроэнергию. Погружная ГЭС с верхним расположением рабочей зоны содержит корпус с боковыми верхними бортами, механизм отбора мощности и генератор, вращающиеся барабаны, лопасти с поплавками на верхней части, установленные на бесконечной движущейся эластичной ленте, вращающейся за счет потока воды. Поплавок выполнен с возможностью раскрытия лопастей в потоке и складывания в противотоке. Передний торец корпуса выполнен с направляющей поперечной кромкой с возможностью образования искусственного подпора потока. Между барабанами расположен герметичный отсек. Лопасти выполнены в виде эластичных тканевых карманов со стабилизирующим вырезом или жестких поворотных лопаток. Поплавки выполнены в виде вращающихся плавающих роликов. Боковые верхние борта размещены на высоте уровня роликов. Герметичный отсек выполнен для поддержания ленты и в нем размещены механизм отбора мощности и генератор. Изобретение направлено на обеспечение простоты и надежности погружной ГЭС. 4 ил. Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к погружным ГЭС, способным преобразовать поток реки в электроэнергию. Известны ГЭС, помещаемые в поток мелкой реки или опускаемые на дно, где поток, воздействуя на лопасти, вращает гидротурбину и передает силу вращения на генератор тока, чаще всего размещенный на поверхности, над водой. Например, патент RU 2166664 C1 Н.И.Линева, включающий корпус устройства, бесконечную ленту в виде цепи, жесткие лопатки, закрепленные на цепи с барабанами, механизмом натягивания цепи и пропуска лопаток через пустотелые барабаны.
Недостатком аналога и других является сложность всей системы при изготовлении и эксплуатации, большая возможность в поломках узлов, особенно при попадании посторонних плавающих предметов, усложненность съема энергии вращения и передачи ее на генератор тока, размещенного на надводной раме, в целом установки металлоемкие. Затруднена эксплуатация подо льдом. Естественно удорожается все изделие и единица вырабатываемой энергии.
Известна погружная ГЭС с вертикальным расположением рабочей зоны, содержащая корпус с боковыми верхними бортами, механизм отбора мощности и генератор, вращающиеся барабаны, лопасти с поплавками на верхней части, установленные на бесконечной движущейся эластичной ленте, вращающейся за счет потока воды, при этом поплавок выполнен с возможностью раскрытия лопастей в потоке и складывания в противотоке, передний торец корпуса выполнен с направляющей кромкой с возможностью образования искусственного подпора потока, а между барабанами расположен герметический отсек (JP 2000087840 А, 28.03.2000, F03B 9/00, прототип).
Прототип отличается от заявленного тем, что известная погружная ГЭС, как и аналог, работают в вертикальной схеме, т.е. бесконечные ленты с лопастями расположены вертикально. При таком рабочем положении необходимы обтекатели для направления потока в рабочие зоны. Для размещения генераторов необходимы специальные площадки над всем сооружением. Отдельные взятые лопасти в виде откидных лопаток представляют сложную кинематическую конструкцию с несколькими связями и опорами, что увеличивает степень ненадежности.
Сущность изобретения заключается в том, погружная ГЭС с верхним расположением рабочей зоны, содержащая корпус с боковыми верхними бортами, механизм отбора мощности и генератор, вращающиеся барабаны, лопасти с поплавками на верхней части, установленные на бесконечной движущейся эластичной ленте, вращающейся за счет потока воды, при этом поплавок выполнен с возможностью раскрытия лопастей в потоке и складывания в противотоке, передний торец корпуса выполнен с направляющей поперечной кромкой с возможностью образования искусственного подпора потока, а между барабанами расположен герметичный отсек, лопасти выполнены в виде эластичных тканевых карманов со стабилизирующим вырезом или жестких поворотных лопаток, а поплавки — в виде вращающихся плавающих роликов, боковые верхние борта размещены на высоте уровня роликов, причем герметичный отсек выполнен для поддержания ленты и в нем размещены механизм отбора мощности и генератор.
Изобретение поясняется чертежами.
- Фиг.1 — вид сбоку устройства ГЭС, погруженного в поток с эластичными «карманами» на ленте с верхней рабочей зоной.
- Фиг.2 — примерный вид эластичного тканевого кармана на ленте, установленного на отдельном съемном элементе.
- Фиг.3 — ГЭС с жесткими поворотными лопатками в реке или в малых искусственных каналах.
- Фиг.4 — вид жесткой поворотной лопатки сбоку.
Между полыми барабанами (ведущим и ведомым), закрепленными на боках корпуса, натягивается эластичная бесконечная лента из прочного и не растягивающегося материала, на котором закреплены, друг за другом или в разбежку, эластичные тканевые карманы, или жесткие поворотные лопатки, причем передняя открытая часть эластичного тканевого кармана и верхняя кромка жесткой поворотной лопатки снабжены вращающими плавающими роликами, а в задней части кармана, прижатого к ленте, имеется вырез для стабилизации кармана в сильном потоке фиг.1 и фиг.2. Верхняя часть переднего скоса кармана, в профиль, по вертикали отклонена от направления потока, а жесткая поворотная лопатка наклонена в сторону силового потока. Углы наклона зависят от силы потока. За вторым (ведомым) барабаном эластичные тканевые карманы сминаются с помощью передней формы заднего торца корпуса и плавающего ролика, а жесткая поворотная лопатка складывается и прижимается плавающим роликом к ленте, но сами жесткие поворотные лопатки свободно, без минимального сопротивления, проходят между донным корпусом и нижней частью движущейся бесконечной ленты благодаря качению плавающего ролика. После выхода эластичного тканевого кармана или жесткой поворотной лопатки над ведущим барабаном они наполняются набегающим потоком за счет формы переднего торца корпуса как подпора, а также силы потока и плавающего ролика, т.е. количество и сила воды, помещенной в эластичный тканевый карман, вращают эластичную ленту, которая в свою очередь вращает барабан. Давление напора в полость жесткой поворотной лопатки, которая просто выпрямляется в заданное положение с помощью плавающего ролика, также воздействует на бесконечную ленту.
Жесткие поворотные лопатки и эластичные тканевые карманы размещены, каждый на своем типе ГЭС, друг за другом или в разнобой.
Мощность устройства зависит от количества и размеров эластичных тканевых карманов или жестких поворотных лопаток на верхней рабочей зоне ленты и расстояния между осями барабанов. Между барабанами и лопастями в виде карманов и лопаток на бесконечной ленте расположен герметичный отсек 9, верхняя и нижняя стороны которого являются поддерживающими направляющими для бесконечной ленты, препятствующими ее провисанию, а во внутренней герметичной полости отсека 9 могут размещаться гидрогенераторы и механизмы отбора мощности, и только электрический кабель связывает устройство с берегом. На осях барабанов размещены приспособления для натяжения ленты, причем они могут быть автоматическими.
Заявленное устройство работает следующим образом: весь корпус в сборе с боковыми бортами помещается в поток быстротока или погружается на дно реки, для этого устройство снабжается балластом. Барабаны 2 (ведущий и ведомый) на оси 10 снимаются с тормозного стопора и бесконечная лента 3 под воздействием потока воды на лопасти 4 в виде жесткой поворотной лопатки или эластичного тканевого кармана начинает вращение. В одной из боковых сторон корпуса (в герметичном отсеке 9) размещен редукционный механизм отбора мощности, например ременная или зубчатая передача, которые передают силу вращения барабанов на генератор, помещенный также в герметичном отсеке 9 между верхней и нижней частями бесконечной ленты, а через электрический кабель энергия передается потребителю на берег.
При верхнем рабочем расположении рабочей зоны бесконечной ленты поднятие жесткой поворотной лопатки и эластичного тканевого кармана обеспечивается плавающими вращающими роликами 6, т.е. обеспечивается быстрое и полное раскрытие жестких поворотных лопаток и эластичных тканевых карманов в рабочей зоне бесконечной ленты и складывание этих лопаток в нерабочем положении, в противотоке (фиг.1, 3, 4.)
Передний торец 8 корпуса 1 представляет собой подпор, а форма верхней кромки торца 8 способствует направлению потока на лопасти 4 в виде эластичного тканевого кармана или жестких поворотных лопаток (фиг.3, 4.) Нижняя часть торца 8 дополнительно служит площадкой для пригруза. Эластичный тканевый карман (фиг.2) закреплен по трем сторонам непосредственно на бесконечной ленте или на отдельном сменном элементе (фиг.2), который может затем размещаться на бесконечной ленте 3. В торцевой части эластичного кармана размещен стабилизирующий вырез 7, который исключает колебание бесконечной ленты 3 в сильном вихревом потоке или на волне. Жесткие поворотные лопатки (фиг.3, 4) также снабжены плавающим роликом 6, который способствует быстрому подъему лопатки в верхнем рабочем положении ленты и быстрому сминанию и легкому проходу этой лопатки в нижней пассивной зоне, исключая колебания в противотоке. Жесткая поворотная лопатка имеет опорный сектор 11, вращающийся в крепеже 5 на бесконечной ленте 3 (фиг.4). Угол опорного сектора 11 определяет рабочее положение лопасти в виде жесткой поворотной лопатки относительно направления потока. При сложенном положении лопатки в противотоке опорные сектора 11, расположенные по краям жесткой поворотной лопатки, не препятствуют прохождению противотока.
Подобные ГЭС с верхним расположением рабочей зоны могут быть помещены в речку (если она мелкая, но быстрая) несколькими изделиями одновременно, перекрыв ее поперек, тем самым создав дополнительный подпор воды, или распределены эти ГЭС согласно местным условиям ландшафта и русла потока.
Простота при изготовлении ГЭС и применение недорогих материалов позволяет доступное изготовление даже частным лицам, в домашних условиях, необходимо только приобретать соответствующие генераторы тока.
В устройстве очень мало металлических деталей, кроме редукторов и генераторов, помещенных в герметический отсек 9.
Есть определенная простота в расчете необходимой мощности и возможное простое количественное увеличение устройств в комплекс, т.е масштабирование как в перечном ряду в речке, так и каскадом, друг за другом, в том числе и в искусственном быстротоке, сооруженном параллельно реке.
Легко и «безболезненно» пропускаются плавающие предметы поверх боковых ребер корпуса, а если и попадают на вращающие детали или в лопатки, легко сходят с них, не приносят особого вреда.
Используется любой поток и глубина не меньше высоты плавающего поплавка в верхнем положении жестких поворотных лопаток и эластичных карманов (примерно не менее 90 см), но если приходится ставить изделие в меньший по глубине поток, то необходимо делать искусственный подпор или самими изделиями перегораживать речку поперек течения.
Существует возможность выносить генераторы тока за пределы изделия, помещенного в поток, например, посредством гибкого вала или соединять несколько изделий на один вал, тогда герметический отсек служит балластом. Изделия соединяются боковыми бортами и анкеруются, создавая своеобразную перегораживающую плотину из предлагаемых ГЭС, но на одном валу, который через кардан передает мощности вращения на генератор, размещенный на берегу. Возможно размещение группы изделий в крытом, специально отведенном от большой реки канале, с заданным уклоном быстротока, как самостоятельное здание ГЭС.
Общая мощность этих ГЭС может достигать до 1000 кВт и более, а стоимость 1 кВт не более 0,5 руб.
Технический результат, получаемый от изобретения, состоит в том, что рабочие жесткие поворотные лопатки и эластичные карманы в ГЭС с верхним расположением рабочей зоны универсальны и только размеры играют роль при применении различной формы рабочей ленты, для увеличения мощности механизмов. От простоты самого устройства соответственно возможна простота и надежность энергетических установок.
Формула изобретения
Погружная ГЭС с верхним расположением рабочей зоны, содержащая корпус с боковыми верхними бортами, механизм отбора мощности и генератор, вращающиеся барабаны, лопасти с поплавками на верхней части, установленные на бесконечной движущейся эластичной ленте, вращающейся за счет потока воды, при этом поплавок выполнен с возможностью раскрытия лопастей в потоке и складывания в противотоке, передний торец корпуса выполнен с направляющей поперечной кромкой с возможностью образования искусственного подпора потока, а между барабанами расположен герметичный отсек, отличающаяся тем, что лопасти выполнены в виде эластичных тканевых карманов со стабилизирующим вырезом или жестких поворотных лопаток, а поплавки — в виде вращающихся плавающих роликов, боковые верхние борта размещены на высоте уровня роликов, причем герметичный отсек выполнен для поддержания ленты, и в нем размещены механизм отбора мощности и генератор.
