Гидросиловая установка
HYDRAULIC POWER PLANT

Изобретение относится к области силовых механизмов, а именно к водяным двигателям и может быть использовано для привода вентилятора при вентилировании помещений, насоса при перекачивании жидкости, но основную ценность данное изобретение имеет для выработки электроэнергии при работе с электрогенератором в качестве нагрузочного устройства.
Известны гидросиловые установки (см. SU 31832 A1, 31.08.1933; KR 102175264 B1, 06.11.2020; CN 113007002 A, 22.06.2021). Указанные устройства не достаточно экономично используют потенциальную энергию воды.
В качестве прототипа принята гидросиловая установка для преобразования потенциальной энергии воды в электрическую, содержащая элементы доставки воды к месту преобразования, расположенные в верхней её части, вертикальный цепной конвейер с доньями, валом, на котором жестко установлена ведомая звездочка, нагрузочное устройство - генератор цепной передачи (см. KR 2010000341129 А, 01.04.2010). Основным недостатком этого устройства является то, что она не может использовать весь водяной столб перепада в результате снижается КПД использования потенциальной энергии воды.
Техническим результатом предложенного изобретения является повышение КПД гидросиловой установки.
Технический результат достигается тем, что гидросиловая установка для преобразования потенциальной энергии воды в электрическую, содержащая элементы доставки воды к месту преобразования, расположенные в верхней её части, вертикальный цепной конвейер с доньями, валом, на котором жестко установлена ведомая звездочка, нагрузочное устройство - генератор цепной передачи, согласно изобретению, снабжена трубой, имеющей пазы для прохождения штанги, соединяющей цепи, на которой закреплены донья, пазы на трубе закрыты планками, жестко установленными на штанге с возможностью регулирования, при этом верхняя часть установки выполнена с возможностью поступления воды на донья с образованием между ними и стенками трубы емкостей по всей высоте перепада высот и созданием посредством веса воды, находящейся в емкостях, через цепи конвейера крутящего момента на валу с последующей передачей его через ведомую звездочку и цепную передачу нагрузочному устройству - генератору, при этом установка выполнена с возможность размещения на платформе в водоеме плотины в герметичном кожухе.
Кроме того, дно дополнительно снабжено роликами, по два на каждой стороне, для уменьшения силы трения, это особенно актуально при использовании сливающейся воды для вращения дополнительной турбины.
Кроме того, планки дополнительно снабжены валиками в местах контакта со стенкой трубы, а также они выполнены с продольными пазами с подводом воды к ним или без. На дне могут быть предусмотрены валики, на местах контакта со стенками на чертеже не показаны.
Кроме того, штанга соединена с цепью валиком и муфтой, причем зазор между валиком и штангой выполнен достаточным для установки или замены планки.
Кроме того, установка снабжена турбиной с использованием сливной воды.
Кроме того, дно выполнено с возможностью горизонтального положения во всех позициях.
Кроме того, выход отработанных вод осуществлен через трубу, расположенную в нижней части плотины.
Кроме того, установка расположена выше нижнего уровня перепада с выходом отработавшей воды по трубе, проходящей через верх плотины до нижней части перепада, за счет сифона из-за разности уровней начала выхода и уровнем слива отработавшей воды.
Кроме того, установка снабжена воронкой с горловиной, а подача отработавшей воды на турбину осуществлена через середину горловины воронки, при этом турбина является турбиной гидроэлектростанции. Подобным образом можно получить электроэнергию при наличии движения воды в морях, создавая специальную воронку и подавая отработавшую воду на середину горловины.
Пазы в трубе для прохождения штанги закрываются планками жестко, с возможностью регулирования, установленными на штанге. В процессе движения планки стыкуются между собой под углом или по радиусу.
Между дном и стенками трубы создаются емкости, и в верхнюю часть емкости поступает вода, причем вода поступает постепенно, сначала с отверстия небольшого сечения, направленного на дно по ходу движения, далее из основной трубы с задвижками заполняется весь объем между доньями.
Вес воды, находящийся в емкостях на всем протяжении перепада, создает крутящий момент на валу конвейера, на котором жестко сидят звездочки. Диаметры звездочек конвейера должны быть достаточными для прохождения доньев, не задевая друг друга, и поэтому они получаются довольно большими, и через цепную передачу и ведомую звездочку вращение передается нагрузочному устройству - генератору.
Для возможности качения стяжки вместе с дном предусмотрены подшипниковые втулки, так как за один оборот конвейера стяжка делает один оборот относительно оси штанги.
Труба крепится к стойкам обечайками, на которых крепятся стенки трубы, причем обечайки выполнены ступенчатыми для прохождения цепей с обеих сторон трубы.
На установке предусмотрены передачи-вращения на два нагрузочных устройства - генераторам, так как на установке каждая капля воды участвует в создании крутящего момента на протяжении всей высоты перепада, в результате создается, огромный крутящий момент, а скорость транспортировки ограничена, эффективнее вращать сразу два генератора, а также в этом случае нагрузка на подшипники вала минимальные. Крутящий момент, созданный конвейером, может быть передан нагрузочному устройству цепной передачей, клиноременной передачей и т.д.
Звездочки или шкивы могут быть закреплены непосредственно на ведущие звездочки конвейера, а также вращения могут быть переданы разным генераторам из одной звездочки с двумя рядами зубцов.
Установка выполнена с возможностью размещения на платформе, на плотах, на кораблях, в водоеме плотины, где нижняя часть установки расположена в герметичном кожухе, жестко закрепленном на платформе, нижняя часть конвейера закреплена на дно кожуха.
Место платформ наверху и кожуха внизу определены ограничителями.
Для обеспечения платформы на плаву предусмотрены поплавки внизу и емкость на платформе взаимно связанные, например, насосом, поплавок и емкость частично или полностью могут быть заполнены водой или пустыми, в зависимости от обстоятельств.
На платформе дополнительно может быть установлена ветро-гидросиловая установка по патенту на изобретение RU 2587731 С2 для получения дополнительной электрической энергии от ветра.
Изобретение поясняется чертежами, где:
На Фиг. 1 изображен общий вид гидросиловой установки ГСУ с частичным вырезом для наглядности, где уровень воды в верхней части обозначен буквой W, в нижней буквой S.
На Фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1;
На Фиг. 3 - разрез В-В на фиг.1;
На Фиг. 4 - узел I на фиг.2, где зазор между специальным валиком цепи и штангой выполнен достаточным для установки и съема планки в соединительной муфте и с вариантом подпорки роликами дна об стенки трубы может быть предусмотрена специальная дорожка;
На Фиг. 5 - вид Г на фиг. 3 с вариантом соединения планок между собой под углом;
На Фиг. 6 - вид Г на фиг. 3 с вариантом соединения планок между собой по радиусу;
На Фиг. 7 - разрез Д-Д на фиг. 5, где изображено соединения планок на стыке при соединении планок под углом;
На Фиг 8 - разрез Е-Е на фиг. 6, где изображено соединение планок на стыке при соединении планок по радиусу;
На Фиг. 9 - разрез Ж-Ж на фиг. 6, где изображено взаимодействие планок со стенками трубы и с вариантом применения ролика, и с вариантом с продольными пазами, и с подводом воды к пазам или без;
На Фиг. 10 изображен общий вид гидросиловой установки при варианте исполнения, когда установка расположена на платформе, расположенной на водоеме плотины, установка работает в герметичном кожухе, а отработавшая вода уходит через трубу, расположенную в нижней части плотины;
На Фиг. 11 изображен общий вид гидросиловой установки и водоемов рядом с ущельем, когда установка расположена, например, на платформе, расположенной на водоеме плотины, или когда рядом с водоемом есть ущелья, или водопад, установка работает в герметичном кожухе и расположена выше нижнего уровня перепада, отработавшая вода уходит, например, по гибкой трубе до нижней части перепада за счет сифона, созданного разностью высот, между выходом отработавши вод и сливом, разность высот обозначена буквой L;
На Фиг. 12 изображен общий вид половины гидросиловой установки по оси со стороны выхода отработавших вод при варианте исполнения, когда установка расположена, например, на платформе, расположенной на водоеме плотины, установка работает в герметичном кожухе, отработавшая вода подается к месту подачи воды на турбину ГЭС посередине потока, где создается у выхода отрицательное давление, это особенно актуально при работающих ГЭС.
Описание конструкции
На плотине ГЭС 1 имеется машинное отделение и на полу 2 установлен вертикальный, например, цепной конвейер 3, состоящий из верхних звездочек 4, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, цепей 5, доработанных, например, от стандартной пластинчатой цепи или от специальных пластинчатых цепей, или от цепей якорного типа, или с применением специальных цепей с учетом требований конструкции установки, цепи соединены между собой штангой 6, на которой на стяжках 7 жестко закреплено дно 8, которое, в процессе движения, всегда остается в горизонтальном положении, при дальнейшем движении дно входит в трубу 9, имеющую пазы с двух противоположных сторон для прохождения штанги, пазы закрываются специальными планками 10 жестко, с возможностью регулирования, установленными на штанге 6, труба установлена на стойках 11 и закреплена обечайками 12.
Вода в верхней части на дно подается по трубе 13, причем вода на дно подается постепенно, сначала из парубков меньшего сечения под углом в направлении движения, при дальнейшем движении из основного отверстия для окончательного заполнения емкости, образованной между дном и стенками трубы, и вес воды, находящейся в образованных емкостях по всей высоте перепада, создает крутящий момент на валу 14, на котором жестко сидят звездочки 15 и через цепные передачи 16 вращением передается нагрузочному элементу, например, генератору 17, установленному на станине 18.
Применен вариант передачи вращения сразу на два нагрузочных устройства, так как в процессе работы создается огромный крутящий момент, а также в этом случае нагрузка на подшипники вала минимальные.
На нижней части конвейера, на оси на подшипниках, сидят звездочки 19 в корпусе подшипников 20 с целью выработки дополнительной электроэнергии, на наружной стене трубы 9 выполнено окно, и сливающаяся вода через окно попадает в лоток 21, далее на лопасти дополнительной турбины 22.
Вал 14 сидит на подшипниках в корпусе подшипников 23, установленном на станине 24.
Штанга 6 соединяется с цепью 5 муфтой 25 и специальным валиком 26, на штанге 6 установлена подшипниковая втулка 27, работающая в паре с втулкой 28, установленной во втулке 29 для крепления стяжки 7.
Дно 8 жестко крепится к стяжке 7 с помощью планки 30 П-образного сечения.
На нижней стороне дна установлены ролики 31, по два на каждой стороне, с целью уменьшения трения скольжения, это особенно важно в момент слива при использовании сливающейся воды, например, для вращения турбины.
На планке 10, на месте контакта со стенкой, предусмотрен валик 32, а также с целью уменьшения силы трения предусмотрены продольные пазы с подводом воды на них или без.
На платформе 33 жестко установлен герметичный кожух 34, вода в трубу 9 поступает по трубе 35, герметично заделанной кожуху 34, отработанная вода в нижней части уходит через промежуточную трубу 36 и трубу, проходящую через плотины 37, сливается в реку.
Для поддержания платформы 33 на водоеме предусмотрены поплавки 38 с возможностью заполнения водой и слива, на платформе предусмотрена емкость 39 для поддержания платформы на плаву, противовес подъемной силе герметичного кожуха. Для ограничения положения предусмотрены ограничители наверху 40 и внизу 41.
При работе установки за счет сифона из-за разности уровня отработавшей воды и уровня слива на расстоянии L для отвода воды предусмотрена, например, гибкая труба 42.
При применении установки при действующей ГЭС отработанная вода по парубку 43 попадает на середину специальной воронки 44 на турбину 45 вместе с основной водой.
Высокий КПД и широкая область применения предложенной гидросиловой установки найдет широкое применение на практике.