СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ОСВЕЩЕНИЯ МОСТА
SYSTEM OF AUTONOMOUS BRIDGE LIGHTING

Изобретение относится к области гидроэнергетики, а более конкретно - к устройствам, преобразующим течение реки в электрическую энергию для нужд конкретного потребителя (бесплотинные ГЭС), и может быть использовано для автономного освещения больших и средних мостов.
Из уровня техники известны устройства, преобразующие энергию течения реки в электрическую энергию, которая служит для питания источника света. Встроенная гидроэнергетическая установка для освещения речного навигационного буя по патенту на изобретение RU 2147285, МПК B63B 22/16, опубл. 10.04.2000, предназначена для обозначения навигационного пути и содержит гидротурбину с вертикальным валом, который гибкой передачей соединен с валом электрогенератора. Гидротехническая установка установлена на поплавке, являющемся центральным элементом буя. Гидротурбина расположена в ферменной конструкции в подводной части буя, а электрогенератор размещен в водозащитной камере, которая смонтирована внутри сигнальной фигуры, расположенной в надводной части буя. Для защиты гидротурбины от мусора вдоль нижнего края поплавка установлен мусорозащитный щиток. Поскольку гидроэнергетическая установка выполнена с вертикальным валом, возникают потери энергии, обусловленные преодолением сопротивления потока лопаткой турбины. Следовательно, эффективность использования энергии речного потока, а значит, и КПД установки снижаются.
Наиболее близкой к заявляемой в качестве изобретения системе автономного освящения является микрогидроэлектростанция (микроГЭС) для питания сигнального источника света речного навигационного буя по патенту на изобретение RU 2241631, МПК B63B 22/16, F03B 13/10, опубл. 20.08.2003. Гидроэнергетическая установка (микроГЭС) по указанному патенту выполнена с горизонтальным валом и установлена на поплавке катамаранного типа. Гидроэнергетическая установка содержит соединенные между собой гидротурбинный узел, электрогенератор и устройство управления источником сигнального света. Устройство управления источником сигнального света соединено с сигнальным источником света. Гидротурбинный узел (лопастной агрегат) выполнен в виде двух гидротурбин, закрепленных с двух сторон электрогенератора на его валу и смещенных по углу вращения относительно друг друга на половину углового шага их лопаток. Вал электрогенератора, являющийся одновременно валом гидротурбин, расположен горизонтально поперек потока над его поверхностью с обеспечением взаимодействия лопаток гидротурбин с потоком, проходящим ниже оси вращения этого вала. Электрогенератор и устройство управления источником сигнального света размещены в водозащитной камере, служащей корпусом гидроэнергетической установки. Диаметр корпуса превышает диаметр гидротурбин. Для защиты лопаток гидротурбин от мусора, плывущего по поверхности воды, предусмотрен мусорозащитный щиток в виде козырька, выполненного на поплавке буя. КПД гидроэнергетической установки по прототипу выше КПД предыдущего аналога.
Недостатком изобретения по прототипу является малая мощность устройства для внешнего освещения мостового перехода, поскольку: гидроэнергетическая установка расположена в свободном потоке, который характеризуется малой скоростью течения и имеет малую площадь воздействия потока на лопатки гидротурбин. Помимо этого, к недостаткам следует отнести неудобство обслуживания и монтажа.
Задача изобретения - используя течение реки, без привлечения энергии извне, обеспечить надежное, автономное освещение моста, а также удобное обслуживание и монтаж системы освещения.
Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в повышении КПД системы освещения за счет значительного увеличения скорости потока речной воды при обтекании опоры и увеличения частоты вращения вала электрогенератора.
Задача решена следующим образом.
Система автономного освещения моста, как и прототип, содержит соединенную с источником света гидроэнергетическую установку. Гидроэнергетическая установка состоит из лопастного агрегата и электрогенератора, соединенных единым валом. Вал расположен горизонтально с обеспечением взаимодействия лопаток лопастного агрегата с речным потоком воды. Как и прототип, система содержит мусорозащитный щиток.
В отличие от прототипа согласно изобретению гидроэнергетическая установка размещена под водой и дополнительно содержит планетарный мультипликатор, установленный на едином валу между лопастным агрегатом и электрогенератором, при этом вал расположен вдоль речного потока воды. Лопастной агрегат выполнен в виде реактивного винта. Винт, планетарный мультипликатор и электрогенератор размещены в едином корпусе с расширенными входным и выходным отверстиями. Отличием является также то, что мусорозащитный щиток выполнен в виде решетки и установлен перед винтом во входном отверстии корпуса. Кроме этого, гидроэнергетическая установка закреплена на опоре моста на направляющих с возможностью вертикального перемещения и фиксации. Система автономного освещения моста дополнительно содержит преобразователь частоты напряжения, соединенный с электрогенератором и источником света, и аккумулятор, связанный с преобразователь частоты напряжения. Помимо этого, система снабжена лебедкой, соединенной с корпусом гидротехнической установки. Преобразователь частоты напряжения, аккумулятор и лебедка установлены на монтажной площадке, которая дополнительно смонтирована в верхней части опоры моста.
Направляющие гидроэнергетической установки могут быть выполнены в виде швеллеров, закрепленных на опоре моста, а корпус гидроэнергетической установки установлен в направляющих посредством роликов. Для фиксации положения гидроэнергетической установки на опоре моста выполнены упоры. Для повышения мощности системы она может дополнительно содержать еще одну или более гидроэнергетических установок, закрепленных на опоре по высоте на одних направляющих и жестко соединенных между собой, при этом с лебедкой соединен корпус верхней гидроэнергетической установки.
Задача автономного освещения решается использованием гидроэнергетической установки, состоящей из электрогенератора, планетарного мультипликатора и осевого реактивного винта. На винт воздействует течение воды, что приводит его во вращение, передаваемое с помощью вала на планетарный мультипликатор, который увеличивает частоту вращения в электрогенераторе. Корпус имеет расширенное входное отверстие и мусорозащитную решетку, предохраняющую винт от воздействия посторонних предметов под водой. Корпус с помощью роликов и направляющих швеллеров крепится к опоре моста, что позволяет осуществлять поднятие корпуса лебедкой на монтажную площадку для осмотра и ремонта. Ток низкой частоты от генератора поступает на преобразователь частоты напряжения для приведения и дальнейшего его использования стандартным потребителям источника света. Излишки электроэнергии, например в дневное время, направляются далее на аккумулятор, который при поломке или ремонте гидроэнергетической установки будет поддерживать автономное освещение.
Размещение гидроэнергетической установки на опоре позволяет:
1. Развить большую мощность, а значит, повысить КПД, по сравнению с прототипом, вследствие значительного увеличения скорости потока при обтекании опоры и увеличения частоты вращения вала электрогенератора.
2. Обеспечить подъем и опускание турбины на необходимую глубину по установленным направляющим на опоре.
3. Путем устройства монтажной площадки на опоре обслуживать и ремонтировать гидроэнергетическую установку без демонтажа всего агрегата.
Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично представлена система автономного освещения моста.
Гидроэнергетическая установка содержит винт 1 и электрогенератор 2, соединенные между собой единым валом 3 и подключенные к планетарному мультипликатору 4, служащему для увеличения частоты вращения электрогенератора 2.
Корпус 5 гидроэнергетической установки имеет расширенное входное отверстие для увеличения воздействия водного потока и расширенное выходное отверстие для свободного протекания воды. На входе установлена мусорозащитная решетка 6, предохраняющая винт 1 от воздействия посторонних предметов под водой.
Корпус 5 установлен на опоре моста 7, в зоне сжатия водного потока вследствие значительного увеличения скорости течения при обтекании опоры. С помощью роликов 8 и направляющих швеллеров 9 и лебедки 10 осуществляется поднятие корпуса 5 на монтажную площадку 11 для осмотра и ремонта.
Корпус 5 в зимний период устанавливается на равноудаленном расстоянии от дна реки и низа ледяного покрова. Глубина погружения корпуса 5 фиксируется упором 12, расположенным в нижней части опоры. Расположение устройства между дном и нижней поверхностью льда обеспечит его использование в любое время года.
С электрогенератором 2 соединен преобразователь частоты напряжения 13 для стабилизации рабочей частоты электрооборудования. С преобразователем 13 соединен аккумулятор 14. С преобразователем частоты напряжения 13 соединен также источник света (на чертеже не показан). Источником света м.б. любой светильник для искусственного освещения мостового перехода.
Мощность гидроэнергетической установки может изменяться в зависимости от диаметра реактивного винта, а освещение моста - от количества расположений предлагаемых систем на опорах. В зависимости от длины моста и количества потребляемого электричества гидроэнергетическую установку возможно располагать с двух сторон опоры и на несколько опор, а также в зависимости от глубины реки возможно устраивать несколько гидроэнергетических установок по высоте (на чертеже не показано).
Система автономного освещения моста работает следующим образом. Поток воды при встрече с опорой моста огибает опору, при этом, как известно (Федотов Г.А. Изыскание и проектирование мостовых переходов: учеб. пособие для студ. высш. учеб. Заведений. / Г.А.Федотов. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 304 с.) скорость течения воды у опоры значительно увеличивается. Воздействуя на реактивный винт 1, поток воды, обладающий значительной скоростью, приводит винт 1 во вращение. При этом мусорозащитная решетка 6 защищает винт от посторонних предметов. Вращение винта 1 передается с помощью вала 3 через планетарный мультипликатор 4 к электрогенератору 2, на выходе которого вырабатывается электроэнергия. При помощи планетарного мультипликатора частота вращения вала электрогенератора увеличивается. Для стабилизации и регулирования частоты напряжения служит преобразователь частоты напряжения 13, от которого по кабелю электроэнергия передается источнику света. В дневное время эта электроэнергия запасается в аккумуляторе 14 для использований электричества при ремонте гидроэнергетической установки. В случае возникновения неисправности или с целью осмотра гидроэнергетическая установка с помощью лебедки 10 по направляющим 9 поднимается на монтажную площадку 11, где производится ее ремонт с последующим опусканием до рабочего положения. При устройстве двух вертикально расположенных и жестко закрепленных между собой гидроэнергетических установок на поверхность воды поднимаются обе установки одновременно.
Таким образом, изобретение позволит:
1. Обеспечить освещение мостового перехода за счет использования гидроэнергетической установки, монтируемой на опоре (опорах) моста.
2. Повысить мощность гидроэнергетической установки, закрепленной на опоре в сжатом сечении потока воды, по сравнению с расположенной в свободном потоке по прототипу.
3. Защитить установку от воздействия движущихся предметов под водой путем устройства мусорозащитной решетки.
4. Обеспечить удобство монтажа и обслуживания оборудования при поднятии и размещении его на монтажной площадке.