початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2227227

Бесплотинной всесезонні ГІДРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЯ

Ім'я винахідника: Озеров Григорій Іванович
Ім'я патентовласника: Озеров Григорій Іванович
Адреса для листування: 460018, г.Оренбург, вул. чуть-Млинова, 38А, кв.32, Г.І. Озерову
Дата початку дії патенту: 2002.05.13

Винахід призначений для отримання електроенергії, використовуючи енергію самопливного потоку води на різній глибині в будь-який час року. Гідроелектростанція містить зафіксовану в потоці за допомогою донного фундаменту або плаваючого засобу кріпильну кліть з виконаними поруч на початку зустрічі потоку двома приводними барабанами, а в кінці клітини по її кутах - з барабанами холостого ходу. При цьому кліть посилена центральної перегородкою. Барабани виконані порожнистими з осями і з розташованими по торцях барабанів зубчастими колесами, що контактують з ланцюгової зубчастої передачею. На останній за допомогою осей закріплені двостулкові лопаті, утворюючи замкнуті, типу транспортера, праву і ліву петлі, виконані з жорсткого матеріалу і рознесені під кутом від центральної перегородки, із забезпеченням обертання в різні боки ведених барабанів, пов'язаних шестернями пристрою зворотного обертання і мультиплікатора з електрогенератором. Причому стулки лопатей закріплені вільно з можливістю відкриття і закриття потоків, при закритті внутрішня стулка лопаті розташовується з можливістю ковзання по осі барабана холостого ходу, а фіксація відкриття стулок зроблена за допомогою обмежувача. Винахід дозволяє підвищити ККД вироблення електроенергії і надійність роботи.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до гідроенергетиці, зокрема, до гідроелектростанціям, які можуть бути встановлені в самопливному потоці води на різній глибині, і працювати в будь-який час року.

Пропоновані винахідниками гідроенергетичні установки, що перетворюють вільний потік води в обертальний рух вала електрогенератора, за принципом зняття енергії з самопливного потоку, можна умовно розділити на два основних типи: аеродинамічні, у яких турбіна розкручується фігурними крильчасті лопатями, що використовують аеродинамічний ефект, як, наприклад, у пропелерних вітряків, і тягові, роботу яких спрощено можна порівняти з роботою вітрила.

До аеродинамічним можна віднести: лопатевої ротор Дарині з вертикальною віссю обертання; ряд пристроїв винахідника В.Блинова, у яких фігурні лопаті, закріплені на тросу, опускаються уздовж або поперек потоку і за рахунок розкручування троса розкручується вал електрогенератора (зазвичай більше 10 патентів); "Донна електростанція" Г.Гінкулова (РФ пат.№2163691, бюл. №6, 2001), у якій гірлянда гідротурбін, закріплених на параболічних тросах, розкручують їх і за рахунок цього розкручуються електрогенератори на тому і іншому березі; полегшена гелікоїдний турбіна зі спіральними лопатями американського винахідника А.Горлова (газета "Известия" за 30.04.1998), яку він запропонував використовувати в університеті Флориди перебігу, і ін.

До тяговим можна віднести: старовинне водяне колесо, у якого частина лопатей піднімається із зустрічною гілки потоку на повітря, щоб не заважали роботі лопаті під навантаженням в воді; "Скорочені" водяні колеса на замкнутої стрічці або тросі типу транспортера, у яких лопаті піднімаються з води або складаються на зустрічній гілці потоку за допомогою спеціальних пристроїв, або самоскладиваются, як, наприклад, купола парашутів у гідроагрегату Г. Стільман (США, пат.№ 3867817, 1975); заглиблене водяне колесо, у якого V-подібні лопаті, розташовані всередині колеса, при обертанні переміщаються по напрямних, збільшуючи або зменшуючи опір потоку, за рахунок чого досягається його обертання (Великобританія, пат.№2048391, 1979); ряд гідроагрегатів з вертикальною віссю обертання, наближені до найпростішої конструкції циліндра, як і ротор Савоніуса. Наприклад "Бесплотінная всесезонна ГЕС" автора подається заявки (РФ, пат.№2171912, бюл. №32, 2001) та ін.

Загальними недоліками цих відомих пристроїв є те, що вони не беруть всю енергію поточної води, з якої стикаються (впливають). Частина її йде по шляху найменшого опору, огинаючи конструкцію, а та частина, яка впливає на робочу лопать ротора, виробляє роботу неконцентрированной силою, тому вони мають низький ККД.

Заглиблені гідроагрегати з пропелерними, радіально-осьовими турбінами і їм подібні для реалізації аеродинамічного ефекту вимагають велику швидкість течії (V _п), ніж дає їм самопливний потік в річках. Принцип роботи у них закладено від вітряків або напірних турбін, для яких вода розганяється за рахунок перепаду висот. Тут же, щоб збільшити швидкість обертання турбіни, змушені зменшувати її вага, отже, і потужність, а за рахунок застосування сучасних матеріалів хоча і можна знайти оптимальне рішення, але відчутного успіху не домогтися. Це наочно підтверджує пластмасова полегшена вертушка А.Горлова, яку він змушений в проекті запланувати на заглибленою платформі в університеті Флориди перебігу через те, що там V _п всього близько 2 м / с, величезна кількість - 50000 штук і до них стільки ж пристосувань, починаючи з електрогенератора, що здорожує проект. До того ж ця група не може розглядатися для отримання електроенергії промислового значення з самопливного потоку на річках через малі там глибин і відсутності взаємозв'язку розміру ротора з руслом по ширині та довжині.

У самопливному потоці деякі переваги показують гідроагрегати, засновані на "тяговому" принципі, мають криволінійну лопать під навантаженням, здатну сприймати силу швидкісного напору так, що швидкість течії з потоку береться і перетворюється в кубі (V ³_п). Класичним прикладом в цьому може служити ротор Стільман (парашути на замкнутому тросу), що показав на випробуваннях і в університеті Флориди протоці високий ККД, але виявився ненадійним в експлуатації через м'якої основи.

М'яка основа вимагає порівняно складних вузлів кріплення лопаті до неї, постійного контролю, регулювання, заміни. До недоліків цієї групи слід віднести і те, що вони, як правило, взаємодіють з двома гілками потоку: "робочої" і "зустрічній", на якій змушені прибирати лопать на повітря або складати в воді зменшуючи опір. Збільшення кількості лопатей не збільшує помітно їм потужність, так як щоб кожна лопать отримала максимально можливу енергію, необхідно збільшити відстань між ними для виключення взаємного впливу, а зі збільшенням відстані між лопатями не тільки ростуть загальна довжина м'якого "водяного колеса", витрата матеріалів, але і збільшується загальний опір руху, падає ККД. і, чим довше подібне м'яке порівняно легке "водяне колесо" (як і трос з гірляндою фігурних лопатей в аеродинамічній групі), тим вони більше бояться збурень потоку, виникнення небажаних коливань, тим більше вони є як би ремінною передачею шківа - робочого колеса гідроагрегату.

Водяні колеса ж жорсткої конструкції мають надійну, міцну лопать, але в силу підняття лопаті назовні не можуть працювати всесезонно - льодостав на переважній більшості річок їх зупинить.

Висновок: майбутнє мають заглиблені гідроагрегати, які мають жорстку конструкцію з жорсткою криволінійної рухомий лопатою, що працює за принципом тягової і має гранично допустиму площу лопаті під навантаженням, наскільки дозволяють розрахунки на міцність. Взаємодія потоку з лопатою (ми) і його проходження через виріб, включаючи і опору, враховує діючі сили за принципом аеродинамічних на користь роботи лопаті. Тобто той і інший принцип повинен бути присутнім, створюючи оптимальні умови роботи лопаті. Але все таки головним повинен бути тяговий, так як самопливний потік води не має тих швидкостей течії, де аеродинамічний ефект може проявити себе в повну міру. Виріб повинен забезпечувати взяття потоку в роботу по обидва боки, щоб збільшити концентрацію води на робочу частину лопатей, які не повинні затінювати один одним.

Найбільш близьким за технічною сутністю до заявленого пристрою є обраний в якості прототипу гідроагрегат американського винахідника Г.Стільмана - парашутний варіант стрічкового колеса (США, пат.№3887817, 1975). На замкнутій петлі троса (еліпсі), опущеному уздовж потоку, закріплені парашути, що автоматично відкриваються при попаданні на робочу гілку безперервно рухається троса, який проходить через приводний колесо, розкручує його і через нього розкручується вал електрогенератора. Розкритий парашут на робочої гілки потоку, як і криволінійна лопать, має високий коефіцієнт перетворення енергії, складений ж на зустрічній гілці - низьку величину опору руху в воді. Виняток затінення йде попереду лопаті (парашута) подальшої дещо компенсується величиною їх розкриття.

Недоліками відомого пристрою є: м'яка основа (матерія, трос) призводить до складності в експлуатації, на яких зупинялися вище; відсутність другого колеса в місці розвороту петлі дають небажані коливання в системі навіть при порівняно невеликому обуренні потоку, що заважає складатися парашутам і чітко проходити по приводного колеса; через асиметрію додатка зусилля до тросу останній зміщується від заданого напрямку строго по потоку, що створює додаткові перешкоди.

Метою винаходу є збільшення ККД пристрою і надійності в роботі.

Збільшення ККД досягається за рахунок залучення в роботу потоку з обох сторін вироби, виключення затінення криволінійних лопатей один одним на робочому ділянці, а й проходженням цими лопатами шляху в зворотному напрямку в складеному положенні, що забезпечує найменший опір у воді, що має уповільнене зустрічний рух. Надійність в роботі досягається за рахунок виконання пристрою з жорстких матеріалів (метал, пластик і т.п.).

У заявленій пристрої "Бесплотінная всесезонна гідроелектростанція" (БВГЕС) зберігається принцип роботи гідроагрегату Стільман в сенсі забезпечення роботи криволінійних лопатей, опущених уздовж потоку, тільки замість парашутів на тросі застосовуються двостулкові лопаті з жорсткого матеріалу, закріплення на транспортерної ланцюга і замкнуті в елліпсность петлю, що забезпечують їм барабани, які фіксують конфігурацію петлі, перетворять зусилля через жорстку прив'язку - зубчасте колесо, шестерню і т.п.

Кожна вісь двостулкових лопатей кріпиться на ланцюгової передачі на певній відстані один від одного і забезпечує транспортерної петлі деяку жорсткість. Відкриття і закриття стулок лопаті відбувається автоматично силою потоку. Фіксація відкриття стулок на заданому розі проводиться обмежувачем, виконаним відомим способом. Барабани пустотілі та у торців мають зубчасті колеса для ланцюгової передачі, за рахунок чого і утворюється як би транспортерна стрічка з осями двостулкових лопатей. Розміри лопатей тісно пов'язані з барабанами, через які вони виходять на робочу і зустрічну гілки потоку, а діаметр осей барабанів забезпечує безперешкодне складання стулок і їх відкриття.

На відміну від прототипу БВГЕС має дві замкнуті петлі з лопатями, рознесені від центральної перегородки, яка встановлюється паралельно напрямку потоку під кутом з подвійною метою: 1) включення в роботу потоку з обох сторін вироби; 2) забезпечення незатененние знову відкрилася лопатою подальшої.

Центральна перегородка є кріпильної основою, що зв'язує кліть і забезпечує жорсткість всієї конструкції.

На початку зустрічі потоку виробом барабани тієї та іншої петлі, названі відомими, взаємодіють один з одним через пристрій передачі зворотного обертання і мультиплікатор, який дає потрібні обороти валу електрогенератора. Барабани ж в кінці петлі мають холостий хід і виконують роль напрямних. Кут розносу петель від перегородки визначається можливістю отримання найбільшої незатененние площі лопаті під навантаженням, але з урахуванням виключення найбільшого лобового опору потоку самої петлею. Це регулюється кількістю лопатей в петлі і їх розміром.

Обертання барабанів відбувається за рахунок руху по ним ланцюгової петлі з лопатями як транспортера, яке виникає за рахунок різниці опору потоку на робочій гілки відкритих лопатей і закритих на зустрічній.

Фіксація БВГЕС в потоці має кілька варіантів: закріплення на донному фундаменті; закріплення на плаваючому засобі з подальшим затопленням його в потрібному місці; закріплення на катамарані (в річках без ледостоя); фіксація в півводи за допомогою якорів і поплавців і ін.

Пристрій, дія, підтвердження можливості здійснення винаходу, назване "Бесплотінная всесезонна гідроелектростанція" (БВГЕС) дається з допомогою наступних креслень, схем і пояснень.

На фіг.1, 2 дані фронтальна і горизонтальна проекції БВГЕС (відповідно).

На Фіг.3 - БВГЕС в аксонометричному зображенні. На фіг.4 показано взаємодію зубчастих коліс барабанів з пристроєм передачі зворотного обертання і мультиплікатором.

БВГЕС містить кріпильну кліть 1, посилену по центру перегородкою 2. За допомогою них на початку зустрічі потоку виконуються поруч два приводних барабана 3, а в кінці кліті (1) по її кутах по барабану холостого ходу 4. Барабани порожні і мають по торцях зубчасті колеса 5, за якими ходить ланцюгова замкнута передача 6, на якій за допомогою осей 7 кріпляться двостулкові лопаті 8, що в цілому утворюють дві замкнуті, типу транспортера, петлі 9 - праву і ліву, рознесені під кутом від центральної перегородки (2). У барабанів (3, 4) фланець 10 і вісь 11 виконується з діаметром, що забезпечує його міцність, а й можливість вільного і упорядкованого проходу стулок лопатей (8). Підключення в роботу (під навантаження) у правій і лівій петлі (9) лопатей (8) зовнішніми сторонами транспортерної стрічки виробляє обертання ведених барабанів (3) в різні боки, тому через пристрій передачі зворотного обертання 12 розкручується мультиплікатор 13, який передає відомим способом потрібні обороти електрогенератори 14.

Можлива різна швидкість обертання ведених барабанів (3) через різницю швидкості течії з тієї чи іншої сторони вироби вирівнюється шестернями пристрою зворотного обертання (12) і мультиплікатора (13) при скороченні ще до валу електрогенератора (14).

Розглянемо взаємодію частин і механізмів БВГЕС і визначимо оптимальні умови роботи, що забезпечують найбільшу потужність.

Потік, підійшовши до конструкції БВГЕС, змушений розбитися на дві частини. Чим точніше центральна перегородка (2) встановлена ​​по стрижні потоку і розділяє його на рівні частини, тим вище ККД вироби, хоча для роботи механізмів це не має значення - вони візьмуть і перетворять в кіловати середню силу, що отримали лопаті під навантаженням тієї та іншої ланцюгової транспортерної петлі (9), і сплюсуют, тому розглянемо роботу одного з них.

Вільно закріплені стулки лопатей (8) у транспортерної петлі, проходячи через приводний барабан (3), автоматично піднімаються на робочої гілки потоку і утримуються на заданому куті обмежувачем, виконаним одним з відомих способів (на кресленні не показано), проходять до барабана холостого ходу ( 4) під навантаженням від потоку і виробляють роботу (див. фіг.2, 3). На барабані холостого ходу внутрішня стулка лопаті (8), ковзаючи по осі (11) барабана (4), складається, а друга стулка складається при виході на зустрічну гілку потоку і разом проходять цей шлях, виробляючи опір руху, в основному, тертям.

Приводні барабани (3) того чи іншого петлі (9) змушені обертатися в різні боки, тому на мультиплікатор (13) обертання в одному напрямку від них приходить через спеціальний пристрій (12). Вал електрогенератора (14) мультиплікатор розкручує з заданими оборотами відомим способом.

Діаметр барабанів (3, 4), кут між транспортерної петлею (9) і центральної перегородкою (2), кількість лопатей на петлі, їх ширина визначається можливістю дати найбільшу сумарну площу лопатей під навантаження і виключення їх затінення, знаходячи оптимальний варіант з урахуванням загальної довжини петлі і її лобового опору потоку.

При збільшенні довжини петлі (9) виконується проміжний барабан холостого ходу (4). Оптимальний кут відкриття стулок лопаті (8) визначиться можливістю наблизити її конфігурацію до криволінійної, щоб отримати найбільший опір потоку, в той же час домагаючись найбільшої проекції її на робочий потік. Для більшої ефективності отримання лопаті криволінійної її стулки можуть бути округлими, але з урахуванням, що на зустрічній гілці потоку вони не дадуть значного опору руху, що визначиться в експерименті для різних розмірів лопаті при різних V _п.

Якщо домогтися, що складені, гладкостінні, вільно закріплені стулки лопаті, проходячи зустрічну гілку потоку, дають опір руху тільки тертям, то оціночні розрахунки показують, що ця сила більш ніж в 40 разів менше сили, одержуваної від потоку відкритої лопатою на робочої гілки. (R = · _C x · S _л · V _п / 2). Визначаючи R тертям безрозмірний коефіцієнт С _тр беремо для (сталь фарбована) = 0,013-0,017. Так як лопата обтекается потоком з двох сторін, вводимо в розрахунки 2 · S _л. Визначаючи лобове опір відкритої криволінійної лопаті R _л вправі взяти З _х = 1,4, так як у пластини С _х = 1,28. V _п приймаємо рівними з того чи іншого боку гілки.

Втрата потужності відбувається і за рахунок розкрутки вала електрогенератора мультиплікатором. Скорочення цієї втрати досягається за рахунок зменшення передавального числа в редукторі, що можливо при застосуванні багатополюсного, низкооборотного електрогенератора.

БВГЕС найбільшу ефективність покаже при виготовленні під певний потік з урахуванням його глибини, ширини і V _п. При зміні V _п (повінь, паводки) оптимальне зняття енергії досягається за рахунок резерву в електрогенераторі або роботи мультиплікатора, як коробки відбору потужності. У великих конструкцій можливе застосування автоматики. При серійному випуску БВГЕС можлива стандартизація вузлів і агрегатів, в цьому випадку під річки з різними V _п передбачається заміна електрогенератора і зміна шестерні в мультипликаторе.

Установка окремих БВГЕС у віддалених місцях розширить видобуток і обробку сировини на місці. Якщо звузити русло річки або спрямити закрут дериваційного каналом для отримання більшої V _п, то встановлені тут кілька БВГЕС уздовж потоку і підсумовані на одній будівлі дадуть електроенергію промислового значення за вартістю, що не перевищує греблі ГЕС.

Натурні випробування автором даної заявки БВГЕС з вертикальною віссю обертання (пат.№2171912, бюл. №22, 2001) показали, що залучення в роботу потоку з обох сторін вироби криволінійної жорсткої лопатою і застосування низкооборотного електрогенератора дають хороший коефіцієнт перетворення енергії потоку, що проходить безпосередньо через лопаті, ~ 0,65. Але подібна конструкція не дає можливості збільшити площу лопаті під навантаженням в залежності від довжини потоку. А запропонована конструкція БВГЕС придатна для цього, тому особливо знайде широке застосування на гірських річках, де на мілководді збільшення сумарної площі лопатей (8) під навантаженням можливо тільки за рахунок збільшення довжини петлі (9), що збільшить потужність вироби.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Бесплотінная всесезонна гідроелектростанція, яка містить зафіксовану в потоці за допомогою донного фундаменту або плаваючого засобу кріпильну кліть з виконаними поруч на початку зустрічі потоку двома приводними барабанами, а в кінці кліті по її кутах - з барабанами холостого ходу, при цьому кліть посилена центральної перегородкою, барабани виконані порожнистими з осями і з розташованими по торцях барабанів зубчастими колесами, що контактують з ланцюгової зубчастої передачею, на якій за допомогою осей закріплені двостулкові лопаті, утворюючи замкнуті, типу транспортера, праву і ліву петлі, виконані з жорсткого матеріалу і рознесені під кутом від центральної перегородки із забезпеченням обертання в різні боки ведених барабанів, пов'язаних шестернями пристрою зворотного обертання і мультиплікатора з електрогенератором, причому стулки лопатей закріплені вільно з можливістю відкриття і закриття потоком, при закритті внутрішня стулка лопаті розташовується з можливістю ковзання по осі барабана холостого ходу, а фіксація відкриття стулок зроблена за допомогою обмежувача .

Версія для друку
Дата публікації 12.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів