ГЕНЕРАТОР ГИДРОЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
HYDROELECTRIC POWER GENERATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к генератору гидроэлектроэнергии и в частности к генератору гидроэлектроэнергии, который имеет компактную и простую конструкцию, эффективно генерирует электрическую энергию путем размещения многоступенчатых лопаточных узлов вдоль траектории потока жидкости и не только повышает эффективность выработки энергии, но также легко устанавливается и существенно снижает стоимость установки, благодаря тому, что местоположение и количество лопаточных узлов могут быть должным образом отрегулированы в соответствии с объемом потока, расходом жидкости, расчетной мощностью и условиями по месту работы.
Уровень техники
В целом, малая гидроэнергетика заслуживает достаточного внимания в качестве альтернативного энергетического ресурса, поскольку имеет большой потенциал для развития в отношении применения в сельскохозяйственных резервуарах, сельскохозяйственных оросительных бассейнах, установках по очистке сточных вод, аквафермах, многоцелевых водосливах плотин и т.п., а также в маленьких реках.
Такие средства малой гидроэнергетики подразделяются в соответствии с напором, типами генерации энергии и т.п., а типы генерации энергии включают форватерный тип, плотинный тип, туннельный тип и т.д.
Далее, средства малой гидроэнергетики подразделяется на импульсные гидротурбины и реактивные гидротурбины в соответствии со способом выработки энергии, а импульсные гидротурбины включают в себя ковшовую гидротурбину (турбину Пельтона), гидротурбину Турго, гидротурбину Оссбергера и т.п., тогда как реактивные гидротурбины включают в себя гидротурбину Френсиса и пропеллерную гидротурбину.
Кроме того, проводятся различные научные разработки и исследования малой гидроэнергетики, поскольку установку малой гидроэнергетики удобно устанавливать и использовать даже в гористой местности, на удаленном острове и подобных местах, в которых имеются трудности с получением электричества, и она является относительно высокорентабельной, в том случае если объем потока постоянен.
Такое малое гидроэнергетическое устройство раскрыто, например, в корейском патенте No. 10-1256823 (зарегистрированном 16 апреля 2013.04.16). Известное малое гидроэнергетическое устройство включает в себя два рабочих колеса - первое рабочее колесо 130 и второе рабочее колесо 140, и три направляющих лопатки, такие как первая направляющая лопатка 150, вторая направляющая лопатка 160 и третья направляющая лопатка 170, расположенные друг за другом в корпусе 110 в направлении притока жидкости. Дополнительно, за пределами корпуса 110 имеется генератор 120, соединенный с соединителем, выполненным на наружной периферийной поверхности одного из рабочих колес 130 и 140 так, что кинетическая энергия рабочих колес 130 и 140 может быть преобразована в электрическую энергию, благодаря чему происходит выработка энергии.
Внутри корпуса 100 на его передней стороне имеется первая направляющая лопатка 150, которая функционирует так, чтобы заставить жидкость, втекающую в первый корпус 111, плавно входить в первое рабочее колесо 130.
Вместе с тем, первое рабочее колесо 130 расположено за первой направляющей лопаткой 150 и жидкость, вводимая через первую направляющую лопатку 150, приводит первое рабочее колесо 130 во вращение так, что первое рабочее колесо 130 может иметь кинетическую энергию.
Малое гидроэнергетическое устройство 100 дополнительно имеет вторую направляющую лопатку 160 и второе рабочее колесо 140, расположенное за первым рабочим колесом 130. Таким образом, жидкость, вытекающая от первого рабочего колеса 130, снова входит во второе рабочее колесо 140 через вторую направляющую лопатку 160 без завихрения.
Известное малое гидроэнергетическое устройство имеет достоинство, состоящее в уменьшении потери энергии потока в области потока, поскольку оборудование, необходимое для генерации энергии, установлено за пределами гидротурбины, но также имеет и множество недостатков, упомянутых ниже.
Во-первых, недостаток известного малого гидроэнергетического устройства состоит в ограниченном выходе электрической энергии, произведенной в ходе генерирования энергии, поскольку количество рабочих колес, которые можно установить внутрь корпуса 110, ограничено примерно двумя.
Другой недостаток малого гидроэнергетического устройства состоит в том, что стоимость оборудования является слишком высокой, а увеличение массы затрудняет установку и обслуживание оборудования из-за необходимости устанавливать генератор 120 в каждый корпус 110.
Кроме того, известное малое гидроэнергетическое устройство имеет сложную конструкцию, так как направляющие лопатки установлены спереди и сзади рабочего колеса, что не только повышает производственные издержки, но и усложняет техническое обслуживание.
В частности, известное малое гидроэнергетическое устройство требует длительного времени установки и рабочего времени, поскольку в случае многоступенчатой установки вдоль канала корпуса 110 расположены один за другим и затем соединены, при этом генератор необходимо установить в каждый корпус, а также имеет низкое качество установки, потому что очень сложно составить множество корпусов 110, поддерживая заданный маршрут и единообразие в ходе создания конструкции, что также неблагоприятным образом снижает КПД выработки энергии.
Кроме того, недостаток известного малого гидроэнергетического устройства состоит не только в длительном времени, которое требуется для проведения работ по его ремонту, поскольку это малое гидроэнергетическое устройство необходимо полностью разобрать, в том случае, если рабочее колесо вышло из строя, а продолжительность простоя увеличивается, так как сложная внутренняя конструкция легко засоряется и часто ломается, если оно установлено в реке или подобном месте, в котором присутствует много посторонних веществ, но также и в невозможности установки в изогнутый канал.
Документы уровня техники
Патентные документы
Патентный документ 0001. Корейский патент No. 10-1256823 «Малое гидроэнергетическое устройство».
Патентный документ 0002. Корейская патентная публикация No. 10-2011-0010269 «Устройство для малой генерации гидроэлектрической энергии».
Патентный документ 0003. Корейский патент No. 10-1088101 «Малая система генерации гидроэлектроэнергии».
Исходя из вышеизложенного, одна из технических проблем, решаемых изобретением, состоит в том, чтобы предложить генератор гидроэлектроэнергии, имеющий компактную и простую конструкцию и обеспечивающий эффективную генерацию электроэнергии путем установки многоступенчатых лопаточных узлов вдоль траектории потока жидкости.
Другая техническая проблема, решаемая изобретением, состоит в том, чтобы предложить генератор гидроэлектроэнергии, который легко и быстро устанавливается с малыми затратами и эффективно генерирует электроэнергию, поскольку местоположение и количество лопаточных узлов могут быть должным образом отрегулированы в соответствии с объемом потока, расходом жидкости, расчетной мощностью и условиями по месту работы.
Еще одна техническая проблема, решаемая изобретением, состоит в том, чтобы предложить генератор гидроэлектроэнергии, в котором многоступенчатая генерация энергии возможна даже при наличии в канале изогнутого участка, при этом предотвращается попадание посторонних веществ, увеличивается время генерации энергии с обеспечением простого технического обслуживания, повышается срок службы и улучшается техническое обслуживание.
Еще одна техническая проблема, решаемая изобретением, состоит в том, чтобы предложить генератор гидроэлектроэнергии, надежно установленный в положении на поверхности воды или под водой для генерации энергии и в котором работы по установке могут быть выполнены быстро и удобным образом.
Раскрытие сущности изобретения
Для решения указанной технической проблемы генератор гидроэлектроэнергии согласно изобретению содержит: приводной вал, установленный вдоль траектории, по которой протекает жидкость; множество лопаточных узлов, установленных в продольном направлении приводного вала; опору вращения, поддерживающую приводной вал с возможностью вращения; и генератор энергии, принимающий вращающую силу приводного вала и генерирующий электроэнергию.
Для решения указанной технической проблемы генератор гидроэлектроэнергии согласно изобретению содержит: приводной вал, установленный вдоль траектории, по которой протекает жидкость; множество лопаточных узлов, установленных вдоль продольного направления приводного вала; опору вращения, поддерживающую приводной вал с возможностью вращения; генератор энергии, принимающий вращающую силу приводного вала и генерирующий электроэнергию; и проточный трубопровод, внутри которого вдоль его продольного направления размещен приводной вал, и имеющий канал, по которому протекает жидкость.
Опора вращения может содержать подшипник приводного вала, установленный в приводном валу; и поддерживающий вал элемент, связанный с проточным трубопроводом и соединяющийся с подшипником приводного вала.
Опора вращения может содержать подшипник приводного вала, установленный в приводном валу; и поддерживающий вал элемент, содержащий опорную ступицу, имеющую центральное отверстие, в которое установлен подшипник приводного вала, множество опор, первые концы которых соединены с периферийной поверхностью опорной ступицы, и опорный фланец, выполненный на вторых концах опор и связанный с проточным трубопроводом, причем имеется множество проточных трубопроводов, расположенных в продольном направлении и соединенных друг с другом.
Опора вращения может дополнительно содержать соединительный элемент приводного вала, вставленный и установленный в поддерживающий вал элемент для соединения с приводными валами, расположенными спереди и сзади.
Предпочтительно, приводной вал может содержать трубу и соединительное кольцо, соединенное с трубой, в центре которого имеется отверстие для соединения вала, причем соединительный элемент приводного вала имеет центр, в который вставлен подшипник приводного вала, и противоположные стороны, на которых выполнены выступы для соединения с валом для соединения с приводным валом, и на наружной периферийной поверхности выступа для соединения с валом имеется неравномерный выступ, при этом отверстие для соединения вала имеет на своей внутренней периферийной поверхности неравномерную выемку, в которую вставлен неравномерный выступ.
Проточный трубопровод может содержать соединительный фланец, посредством которого соединены проточные трубопроводы, расположенные спереди и сзади, при этом опорный фланец расположен и удерживается между соединительными фланцами.
Вместе с тем, проточный трубопровод может содержать устройство контроля для наблюдения за его внутренней частью и определения его внутреннего состояния.
В этом случае устройство контроля может содержать отверстие для наблюдения и технического обслуживания, выполненное путем выреза участка проточного трубопровода, расположенное в соответствии с местом установки лопаточного узла; окно наблюдения, герметично соединенное с отверстием для наблюдения и технического обслуживания; и датчик, установленный в окне наблюдения и определяющий рабочее состояние лопаточного узла или состояние жидкости.
Для решения указанной технической проблемы генератор гидроэлектроэнергии согласно изобретению содержит приводной вал, установленный вдоль траектории по которой протекает жидкость; множество лопаточных узлов, установленных вдоль продольного направления приводного вала; опору вращения, поддерживающую приводной вал с возможностью вращения; генератор энергии, принимающий вращающую силу приводного вала и генерирующий электроэнергию; и проточный трубопровод, внутри которого вдоль его продольного направления расположен приводной вал, и имеющий канал, по которому протекает жидкость; изогнутую проточную трубу, расположенную в изогнутом участке канала и соединенную с проточным трубопроводом, и соединительный шарнирный элемент, установленный внутри изогнутой проточной трубы и соединяющий приводные валы, расположенные спереди и сзади.
Опора вращения может содержать: подшипник приводного вала, установленный в приводном валу, и поддерживающий вал элемент, содержащий опорную ступицу, имеющую центральное отверстие, в которое установлен подшипник приводного вала, множество опор, первые концы которых соединены с периферией опорной ступицы, и опорный фланец, выполненный на вторых концах опор и связанный с проточным трубопроводом, причем изогнутая проточная труба имеет конструкцию, в которой с противоположными концами изогнутого корпуса соединен соединительный фланец, имеющий форму, соответствующую соединительному фланцу проточного трубопровода, причем опорный фланец размещен, соединен и удерживается между соединительным фланцем изогнутой проточной трубы и соединительным фланцем проточного трубопровода.
Дополнительно, опоры вращения могут быть расположены спереди и сзади изогнутой проточной трубы и дополнительно содержат соединительный элемент приводного вала, соединенный с приводным валом и вставленный и установленный в поддерживающий вал элемент, и соединительный шарнирный элемент содержит первый универсальный шарнир, соединенный с соединительным элементом приводного вала, расположенным на передней стороне, второй универсальный шарнир, соединенный с соединительным элементом приводного вала, расположенным на задней стороне, и ось шарнира, расположенную между первым универсальным шарниром и вторым универсальным шарниром.
Для решения указанной проблемы генератор гидроэлектроэнергии согласно изобретению содержит приводной вал, установленный вдоль траектории, по которой протекает жидкость; множество лопаточных узлов, установленных вдоль продольного направления приводного вала; опору вращения, поддерживающую приводной вал с возможностью вращения; генератор энергии, принимающий вращающую силу приводного вала и генерирующий электроэнергию; и проточный трубопровод, внутри которого вдоль его продольного направления расположен приводной вал, и имеющий канал, по которому протекает жидкость; и вспомогательный вращательный элемент, соединенный с приводным валом или проточным трубопроводом и содержащий лопасть, выполненную в плавучем корпусе.
Здесь плавучий корпус имеет полое тело, имеющее вход.
Далее, может быть предусмотрено множество вспомогательных вращательных элементов, причем множество вспомогательных вращательных элементов расположены спереди и сзади и соединены соединительным шарнирным элементом.
В этом случае может быть предусмотрено множество вспомогательных вращательных элементов, причем множество вспомогательных вращательных элементов расположены спереди и сзади и соединены друг с другом соединительным шарнирным элементом, и генератор гидроэлектроэнергии дополнительно содержит устройство натяжения, соединенное с самым задним вспомогательным вращательным элементом из множества вспомогательных вращательных элементов, и производящее и прикладывающее натяжение.
В этом случае устройство натяжения может содержать тянущий элемент, имеющий конструкцию с широкой передней частью и узкой задней частью, содержащую канал потока, в котором вход для входящего потока жидкости имеет большой диаметр, а выход для выходящего потока имеет малый диаметр.
Для решения указанной технической проблемы генератор гидроэлектроэнергии согласно изобретению содержит приводной вал, установленный вдоль траектории, по которой протекает жидкость; множество лопаточных узлов, установленных вдоль продольного направления приводного вала; опору вращения, поддерживающую приводной вал с возможностью вращения; генератор энергии, принимающий вращающую силу приводного вала и генерирующий электроэнергию; и конструкционную опору, расположенную вдоль продольного направления приводного вала и связанную с опорой вращения.
Опора вращения может содержать подшипник приводного вала, установленный в приводном валу; и опорную ступицу, имеющую центральное отверстие, в которое установлен подшипник приводного вала, множество опор, первые концы которых соединены с периферийной поверхностью опорной ступицы, поддерживающий вал элемент, выполненный на вторых концах опор, и соединительный элемент приводного вала, вставленный и установленный в поддерживающий вал элемент для соединения с приводными валами, расположенными спереди и сзади, причем конструкционная опора содержит множество опорных конструкционных труб, установленных в поддерживающем вал элементе посредством элементов для соединения с трубой.
Для решения указанной технической проблемы генератор гидроэлектроэнергии согласно изобретению содержит приводной вал, установленный вдоль траектории, по которой протекает жидкость; множество лопаточных узлов, установленных вдоль продольного направления приводного вала; опору вращения, поддерживающую приводной вал с возможностью вращения; генератор энергии, принимающий вращающую силу приводного вала и генерирующий электроэнергию; и проточный трубопровод, внутри которого вдоль его продольного направления расположен приводной вал, и имеющий канал, по которому протекает жидкость; измельчитель, установленный в проточном трубопроводе и измельчающий попавшие в него посторонние материалы.
Здесь генератор энергии может содержать корпус генератора энергии, установленный в проточном трубопроводе; устройство передачи энергии, соединенное с приводным валом и передающее вращательную силу; и генерирующий блок, установленный в корпусе генератора энергии и генерирующий электрическую энергию в ходе вращения на основе силы, принимаемой посредством его соединения с устройством передачи энергии.
Устройство передачи энергии может содержать входной шкив большого диаметра, расположенный внутри корпуса генератора энергии и принимающий вращающую силу от приводного вала; выходной шкив малого диаметра, расположенный внутри корпуса генератора энергии и установленный на поворотном валу генератора; и ремень, соединенный с входным шкивом большого диаметра и выходным шкивом малого диаметра.
Генератор гидроэлектроэнергии может дополнительно содержать вал передачи энергии, расположенный между входным шкивом большого диаметра и приводным валом и передающий вращающую силу, причем противоположные концы вала передачи энергии расположены в передней и задней части корпуса генератора энергии, поддерживаются с возможностью вращения опорой вращения и соединены с проточным трубопроводом.
Вместе с тем, генератор энергии может содержать устройство передачи энергии, соединенное с приводным валом и передающее вращательную энергию; и генератор, генерирующий электрическую энергию в ходе вращения на основе силы, принимаемой посредством его соединения с устройством передачи энергии.
Здесь устройство передачи энергии может содержать ведущую шестерню, установленную в приводном валу; шестерню передачи энергии, входящую в зацепление с ведущей шестерней; вал передачи энергии, связанный с шестерней передачи энергии; и блок повышающей передачи, соединенный с валом передачи энергии и передающий вращающую силу поворотному валу генератора.
В этом случае блок повышающей передачи может содержать первую повышающую шестерню, соединенную с валом передачи, и вторую повышающую шестерню, входящую в зацепление с первой повышающей шестерней и соединенную с поворотным валом генератора, причем ведущая шестерня и шестерня передачи энергии содержат конические шестерни для вхождения в зацепление друг с другом, при этом первая повышающая шестерня и вторая повышающая шестерня содержат конические шестерни для вхождения в зацепление друг с другом.
Лопаточный узел может содержать по меньшей мере одну лопатку, имеющую держатель лопатки в лопаточном участке; и соединительный элемент для лопатки, соединенный с приводным валом и соединяющийся с держателем лопатки.
Здесь приводной вал может содержать трубу и соединительное кольцо, связанное с трубой, и имеющее в своем центре отверстие для соединения с валом, при этом соединительный элемент для лопатки содержит соединитель для держателя, выполненный в его центре, к которому прикреплен держатель лопатки, при этом спереди и сзади расположен выступ для соединения с валом, соединенный с приводным валом, причем держатель лопатки содержит соединительный выступ держателя, при этом соединитель для держателя содержит соединительную выемку держателя, в которую вставлен соединительный выступ держателя, при этом соединительный выступ вала имеет неравномерный выступ на наружной периферийной поверхности, а соединительное кольцо на внутренней периферийной поверхности отверстия соединения с валом имеет неравномерную выемку для установки в нее неравномерного выступа.
Вместе с тем, генератор гидроэлектроэнергии может дополнительно содержать элемент защиты от постороннего материала, установленный на входе проточного трубопровода для предотвращения попадания в него посторонних материалов.
В этом случае элемент защиты от посторонних материалов содержит шнек удаления посторонних материалов, образованный спиралевидным поворотом ленточного элемента, швартовочный соединитель, расположенный на переднем конце шнека удаления посторонних материалов и имеющий тяговое отверстие, и фланец шнека, расположенный на заднем конце шнека удаления посторонних материалов.
Далее генератор гидроэлектроэнергии может дополнительно содержать измельчитель, измельчающий посторонние материалы, попавшие в проточный трубопровод, в котором имеется множество измельчителей, причем множество измельчителей установлено на передней стороне самого переднего проточного трубопровода из соединенных проточных трубопроводов, или соответственно установлено на передней стороне самого переднего проточного трубопровода и установлено на задней стороне самого заднего проточного трубопровода из соединенных проточных трубопроводов.
Измельчитель может содержать поворотный режущий узел, установленный с возможностью поворота внутри проточного трубопровода и содержащий множество поворотных ножей; и стационарный режущий узел, расположенный напротив поворотного ножа и содержащий множество стационарных ножей.
Генератор гидроэлектроэнергии может дополнительно содержать устройство обводного трубопровода, ответвленное и образованное из проточного трубопровода
Здесь устройство обводного трубопровода может содержать первый Т-образный трубопровод, соединенный с самым передним концом проточного трубопровода, второй Т-образный трубопровод, соединенный с самым задним концом проточного трубопровода, обводной трубопровод, расположенный между первым Т-образным трубопроводом и вторым Т-образным трубопроводом, первый регулирующий клапан, установленный с возможностью контактировать с первым Т-образным трубопроводом для предотвращения потока к проточному трубопроводу, второй регулирующий клапан, установленный в обводном трубопроводе, и третий регулирующий клапан, установленный на самом заднем конце проточного трубопровода.
Для решения указанной технической проблемы генератор гидроэлектроэнергии согласно изобретению может дополнительно содержать плавучий элемент, выполненный с возможностью обеспечения плавучести.
Дополнительно генератор гидроэлектроэнергии может содержать плавучий элемент, выполненный с возможностью обеспечения плавучести; и якорь, установленный с возможностью крепления в положении под водой.
В этом случае якорь может содержать корпус якоря, содержащий якорный элемент, имеющий внутренний полый участок, в котором размещен материал высокой удельной плотности, швартовочные крепежные элементы, расположенные на переднем и заднем концах корпуса якоря и имеющие тяговые отверстия, и множество крюков, отходящих от наружной поверхности якорного элемента.
Далее, якорь может содержать множество крепежных крюков трубопровода, прикрепленных к проточному трубопроводу.
Для решения указанной технической проблемы генератор гидроэлектроэнергии может дополнительно содержать плавучий элемент, выполненный с возможностью обеспечения плавучести, при этом плавучий элемент содержит крепежный держатель плавучего элемента, установленный в проточном трубопроводе и плавучий модуль, соединенный с крепежным держателем плавучего элемента.
Далее, генератор гидроэлектроэнергии может дополнительно содержать плавучий элемент, выполненный с возможностью обеспечения плавучести; и швартовочное устройство, содержащее привязывающий элемент, привязанный к плавучему элементу и тяговое устройство для приложения тянущего усилия к привязывающему элементу.
Преимущества, обеспечиваемые изобретением
В генераторе гидроэлектроэнергии согласно изобретению приводные валы, связанные с лопаточными узлами, расположены внутри проточных трубопроводов и соединены друг с другом с образованием многоступенчатой конструкции, благодаря чему выработка электроэнергии происходит путем многократного использования ограниченной жидкостной нагрузки, при этом для получения электрической энергии используется максимальный отбор мощности, благодаря большому крутящему моменту, вызываемому множеством лопаточных узлов.
В этом случае приводной вал надежно поддерживается опорой вращения и, таким образом, местоположение и количество узлов лопаток может быть должным образом отрегулировано вдоль канала с получением, тем самым, высокоэффективной системы генерации энергии, которая подходит для объема потока, расхода, расчетной мощности и условий на месте, а также обладает конструкционной надежностью.
Далее, в генераторе гидроэлектроэнергии согласно изобретению электрическая энергия вырабатывается единственным генератором, на основе крутящего момента, заданного в единицах вращающегося узла, в котором множество лопаточных узлов расположены в многоступенчатом виде, а проточный трубопровод имеет компактную и простую конструкцию, внутри которой расположены приводные валы с множеством лопаточных узлов, при этом исключены сложные устройства, благодаря чему обеспечивается преимущество, состоящее в существенном уменьшении производственных затрат, конструкционных затрат и затрат на техническое обслуживание, что обусловлено малой массой конструкции.
Далее, в генераторе гидроэлектроэнергии согласно изобретению предусмотрено устройство для наблюдения и технического обслуживания, на участке проточного трубопровода, на котором установлен лопаточный узел, для наблюдения и отслеживания рабочего состояния и поддержания стабильной работы, а также на входе жидкости предусмотрено устройство защиты от посторонних материалов и измельчитель для предотвращения попадания посторонних материалов в лопаточный узел, благодаря чему предотвращается выход оборудования из строя и увеличивается срок эксплуатации.
В частности, в генераторе гидроэлектроэнергии согласно изобретению возможно разделить устройство генерации энергии на блоки таким образом, что множество лопаточных узлов связано с проточным трубопроводом, изготовленным так, что он подходит для длины, размера, стандартов и.т.п. канала, а также возможно быстро и удобным образом установить генератор гидроэлектроэнергии методом модульной сборки без необходимости собирать детали одну за одной в неподходящем месте, благодаря чему можно значительно снизить конструкционные затраты за счет сокращенного времени установки и уменьшения рабочего времени, с обеспечением при этом точности установки и единообразия конструкции проточного трубопровода и лопаточного узла, что приводит к повышению срока эксплуатации и увеличению КПД генерации электроэнергии.
Вместе с тем, в генераторе гидроэлектроэнергии согласно изобретению, даже если траектория потока жидкости является изогнутой вдоль русла реки или ландшафта, устанавливают изогнутую проточную трубу, соответствующую радиусу изогнутого участка, а внутри нее установлен и соединен соединительный шарнирный элемент так, что передний приводной вал и задний приводной вал могут функционировать как единый элемент, что позволяет получить эффективным образом систему генерации гидроэлектроэнергии, независимо от ландшафта и подобных внешних условий.
Дополнительно, генератор гидроэлектроэнергии согласно изобретению содержит якорь, плавучее тело и швартовочное устройство, чтобы он мог быть надежно установлен в положении на водной поверхности или под водой, что позволяет быстро и легко выполнять установочные работы.
Кроме того, в генераторе гидроэлектроэнергии согласно изобретению проточные трубопроводы, внутри которых размещены лопаточные узлы, расположены в виде многоступенчатой конструкции, а с приводным валом соединено вспомогательное вращательное устройство так, что может производиться и прикладываться дополнительная вращающая сила, что еще больше повышает КПД генерации энергии.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан известный малый генератор гидроэлектроэнергии.
На фиг. 2 схематически показана полностью конструкция генератора гидроэлектроэнергии согласно первому варианту осуществления изобретения.
На фиг. 3а показан увеличенный вид зоны «А» с фиг. 2 в ее частичном разрезе.
На фиг. 3b показан вид с покомпонентным разделением элементов зоны «А» с фиг. 2.
На фиг. 3с показан увеличенный вид зоны «В» с фиг. 2.
На фиг. 3d в аксонометрии показан вид с покомпонентным разделением элементов зоны «В» с фиг. 2.
На фиг. 3е показан увеличенный разрез зоны «С» с фиг. 2.
На фиг. 3f показан вид с покомпонентным разделением элементов зоны «С» с фиг. 2.
На фиг. 3g показан увеличенный вид зоны «D» c фиг. 2.
На фиг. 4 показан первый альтернативный пример генератора гидроэлектроэнергии согласно первому варианту осуществления изобретения.
На фиг. 5 показан второй альтернативный пример генератора гидроэлектроэнергии согласно первому варианту осуществления изобретения.
На фиг. 6 показан третий альтернативный пример генератора гидроэлектроэнергии согласно первому варианту осуществления изобретения.
На фиг. 7а показан увеличенный вид зоны «Е» с фиг. 6.
На фиг. 7b показан поперечный разрез по линии F-F с фиг. 7а.
На фиг. 8а в аксонометрии показан вид, частично иллюстрирующий генератор гидроэлектроэнергии согласно второму варианту осуществления изобретения.
На фиг. 8b в аксонометрии показан вид с покомпонентным разделением элементов зоны «G» с фиг. 8а.
На фиг. 9а показан вид генератора гидроэлектроэнергии согласно третьему варианту осуществления изобретения.
На фиг. 9b показан вид с покомпонентным разделением элементов зоны «Н» с фиг. 9а.
На фиг. 10а в аксонометрии показан внешний вид конструкции первого альтернативного примера генератора гидроэлектроэнергии согласно третьему варианту осуществления изобретения.
На фиг. 10b в аксонометрии показан увеличенный вид зоны «I» c фиг. 10а.
На фиг. 11а показан второй альтернативный пример генератора гидроэлектроэнергии согласно третьему варианту осуществления изобретения.
На фиг. 11b в аксонометрии показан вид зоны «J» c фиг. 11а.
На фиг. 12 в аксонометрии показан третий альтернативный пример генератора гидроэлектроэнергии согласно третьему варианту осуществления изобретения.
На фиг. 13а в аксонометрии показан четвертый альтернативный пример генератора гидроэлектроэнергии согласно третьему варианту осуществления изобретения.
На фиг. 13b в аксонометрии показан увеличенный вид зоны «К» с фиг. 13а.
На фиг. 13с показан частичный разрез зоны «L» с фиг. 13а.
Номера позиций
1. Проточный трубопровод
2. Приводной вал
3. Лопаточный узел
4. Опора вращения
5. Генератор энергии
6. Устройство обводного трубопровода
7. Изогнутый соединитель
8. Несущая опора
9. Измельчитель
10. Якорь
11. Плавучий элемент
12. Швартовочное устройство
13. Вспомогательный вращающий элемент
14. Устройство натяжения
Осуществление изобретения
Ниже подробно описаны примерные варианты осуществления изобретения со ссылкой на приложенные чертежи фиг. 2-13с, на которых одинаковые номера позиций относятся к одним и тем же элементам на всех фиг. 2-13с. Вместе с тем, иллюстрации и подробные описания элементов, которые могут быть легко поняты специалистами в данной области, исходя из уровня техники, их работа и производимые эффекты на чертежах упрощены и опущены, а иллюстрации сделаны с акцентом на деталях, относящихся к изобретению.
На фиг. 2 показан вид, схематически иллюстрирующий всю конструкцию генератора гидроэлектроэнергии согласно первому варианту осуществления изобретения, на котором генератор гидроэлектроэнергии является настолько длинным, что частично разрезан для того, чтобы показать его внутреннюю конструкцию и поперечные разрезы (В и D), при этом в продольном направлении имеются пропущенные участки.
Показанный на фиг. 2 генератор гидроэлектроэнергии согласно первому варианту осуществления изобретения содержит проточный трубопровод 1, приводной вал 2, лопаточный узел 3, опору 4 вращения и генератор 5 энергии и характеризуется тем, что вращающая сила, прикладываемая к элементам вращающегося узла, в котором приводной вал 2 расположен вдоль траектории потока жидкости, а многоступенчатые лопаточные узлы расположены на приводном валу 2, используется для выработки энергии посредством единственного генератора.
На фиг. 3а показан увеличенный вид зоны «А» с фиг. 2 с частичным разрезом, на фиг. 3b в аксонометрии показан вид с покомпонентным разделением элементов зоны «А» с фиг. 2, на фиг. 3с показан увеличенный вид зоны «В» с фиг. 2, а на фиг. 3d показан в аксонометрии вид с покомпонентным разделением элементов зоны «B» c фиг. 2.
Показанный на фиг. 2 и фиг. 3а проточный трубопровод 1 представляет собой трубопроводный элемент, имеющий канал, по которому протекает жидкость, и может иметь различные формы, такие как труба квадратного сечения и т.п. Вместе с тем, в рассматриваемом варианте осуществления проточный трубопровод 1 может быть выбран из представленных на рынке труб круглого сечения в соответствии с типами жидкости, температурами жидкости, объемами потока, расходами, расчетными мощностями, условиями на месте и т.п.
Проточный трубопровод 1 составлен из последовательно расположенных проточных трубопроводов посредством соединительных фланцев 1b, как показано на увеличенном виде с фиг. 3с, на котором соединительные фланцы 1b соединены друг с другом так, что между соединительными фланцами 1b размещен опорный фланец 41с поддерживающего вал элемента 41 (будет описан ниже).
Далее, как показано на фиг. 3b, проточный трубопровод 1 оснащен устройством 13 контроля для наблюдения за его внутренним пространством или измерения или наблюдения за работой приводного вала или размещенного на нем лопаточного узла.
Устройство 13 контроля имеет отверстие 13а для наблюдения и технического обслуживания, выполненное путем выреза участка проточного трубопровода, соответствующего месту установки лопаточного узла 3, окно 13с наблюдения, прикрепленное к отверстию 13а для наблюдения и технического обслуживания, например с помощью болта или другого крепежного элемента, и датчик 13d, установленный в окне 13с наблюдения.
Здесь окно 13с наблюдения может быть выполнено из прозрачного материала для облегчения наблюдения и оснащено водонепроницаемым элементом 13b, таким как прокладка, для получения герметичного соединения, предотвращающего протекание воды.
Далее, датчик 13d включает в себя датчик скорости вращения для определения скорости вращения лопаточного узла 3, но не ограничиваясь этим. Альтернативно, датчик 13d может включать в себя датчики разных типов, такие как датчик расхода для измерения расхода, датчик температуры для измерения температуры жидкости и т.д. Датчик скорости вращения может представлять собой датчик числа оборотов в минуту (RPM) для определения скорости движения на основе изменения интенсивности магнитного поля, оптический датчик для определения скорости вращения на основе полученных данных о состоянии светового потока и т.д.
Приводной вал 2 представляет собой вал, расположенный внутри проточного трубопровода 1 и поддерживаемый с возможностью вращения опорой 4 вращения, и может быть выбран без какого либо конкретного ограничения, так, чтобы он представлял собой стержнеобразный элемент, на который может быть установлен лопаточный узел 3. Например, приводной вал 2 содержит трубу 21, расположенную между лопаточным узлом 3 и опорой 4 вращения, и соединительное кольцо 22, соединенное с концевым участком трубы и используемое для соединения с лопаточным узлом 3 и опорой 4 вращения.
Далее, как показано на фиг. 3а-3с, соединительное кольцо 22 выполнено с отверстием 22с для соединения вала, имеющим неравномерную выемку (т.е. зубчатую поверхность) так, что неравномерный выступ (т.е. зубчатая поверхность) 32b или 42с для соединения с валом соединительного элемента 32 для лопаток или соединительного элемента 42 приводного вала (будет описан ниже) может быть вставлен внутрь центра круглого корпуса 22а соединительного кольца, имеющего ступенчатый участок 22b. Здесь выступ 32b или 42с (будет описан ниже) выполнен приблизительно также как шлицевый вал, имеющий зубчики и, следовательно, отверстие 22с для соединения вала также выполнено с зубчиками так, чтобы входить в зацепление с выступом 32b или 42с для соединения c валом.
В продольном направлении приводного вала 2 расположено множество лопаточных узлов 3, которые вращаются при наличии потока жидкости. Лопаточные узлы 3 вставлены в проточный трубопровод 1 и установлены и закреплены на приводном валу 2 посредством болтов или других крепежных элементов. Количество лопаточных узлов, установленных с одинаковыми интервалами между ними, варьируется надлежащим образом в зависимости от объема потока, расхода, расчетной мощности, условий на месте установки и т.д. В этом случае при вращении лопатки 31 возникает вихрь и, следовательно, лопаточные узлы 3 могут быть установлены с такими интервалами, что задний лопаточный узел может быть расположен в месте, где вихрь, возникающий в переднем лопаточном узле, рассеивается, исходя из соображений эффективности выработки энергии.
Далее, как показано на фиг. 3a и 3b, лопаточный узел 3, вставленный в проточный трубопровод 1, и установленный и закрепленный на приводном валу 2 посредством крепежного элемента, содержит по меньшей мере одну лопатку 31 и соединительный элемент 32 для лопатки, с которым соединена лопатка.
Лопатка 31 имеет лопаточную часть 31а, с которой контактирует жидкость, и держатель 31b лопатки, соединенный с концевым участком лопаточной части 31а. Держатель 31b лопатки имеет соединительный выступ 31с, отходящий от внутренней поверхности основного корпуса держателя, имеющего приблизительно дугообразное поперечное сечение, и крепежное отверстие 31d, образованное путем выреза в основном корпусе держателя.
Соединительный элемент 32 для лопатки содержит соединитель 32а для держателя, имеющий центральный участок, к которому крепится держатель 31b лопатки, и выступ 32b для соединения с валом, соединенный с приводным валом 2 на своем переднем и заднем конце. Здесь выступ 32b для соединения с валом выполнен с неравномерным выступом (т.е. зубчатой поверхностью) для установки в отверстие 22с для соединения с валом упомянутого выше соединительного кольца 22 по наружной периферийной поверхности.
Соединитель 32а для держателя имеет такую конструкцию, в которой вырезана соединительная выемка 32с для держателя, предназначенная для установки в нее соединительного выступа 31с держателя. Соединительная выемка 32с для держателя имеет крепежное отверстие 32d, в которое вставляется крепежный элемент, проходя через держатель 31b лопатки.
Как описано выше, держатель 31b лопатки лопатки 31 имеет соединительный выступ 31с держателя, а соединитель 32а для держателя соединительного элемента 32 для лопатки имеет соединительную выемку 32с для держателя. Таким образом, когда соединительный выступ 31с держателя и соединительная выемка 32с для держателя входят в зацепление друг с другом, они могут быть более надежно соединены, нежели в случае соединения болтовым способом, что обеспечивает преимущество, состоящее в надежном сохранении закрепленного состояния даже в случае воздействия больших вращательных нагрузок.
Вместе с тем, в лопаточном узле 3 могут по выбору использоваться лопатки различных типов, такие как лопатки подъемного типа, вращающиеся под воздействием подъемной силы, возникающей при протекании жидкости, лопатки тягового типа, вращающиеся под воздействием тяговой силы, возникающей при протекании жидкости, комбинации лопаток - наличие лопаток подъемного и тягового типа, и т.п., без ограничений. В месте, в котором жидкость течет в определенном направлении, могут быть в соответствии со скоростью жидкости установлены ассиметричные лопатки, действующие как при тяге, так и при подъеме. В месте приливно-отливного течения, в котором направление потока жидкости чередуется с некоторым временным интервалом, могут быть в соответствии со скоростью жидкости установлены симметричные лопатки.
Например, лопаточный участок 31а лопаточного узла 3 может содержать ассиметричные лопатки подъемного типа для канала, в котором жидкость течет в определенном направлении с относительно высокой скоростью, может содержать ассиметричные лопатки тягового типа для канала, в котором жидкость течет в определенном направлении с относительно малой скоростью, и может содержать симметричные лопатки подъемно-тягового типа для места с приливно-отливным течением, в котором направления потока жидкости вперед и назад чередуются с временным интервалом между ними.
Под опорой 4 вращения понимается элемент для поддержки с возможностью вращения приводного вала 2 и ее подробное описание приведено со ссылкой на фиг. 3с и фиг. 3d.
Опора 4 вращения может иметь любую конструкцию без конкретных ограничений, которая позволяет ей поддерживать с возможностью вращения приводной вал 2. В данном варианте осуществления, показанном на фиг. 3с и фиг. 3d, опора вращения включает в себя поддерживающий вал элемент 41, соединительный элемент 42 приводного вала и подшипник 43 приводного вала, что позволят осуществить как соединение с проточным трубопроводом 1, так и поддержку приводного вала 2 без сложных работ по соединению и установке.
Поддерживающий вал элемент 41, представляет собой элемент, который соединен с проточным трубопроводом 1 и выполнен примерно в форме колеса, с которым соединен подшипник 43 приводного вала, и содержит опорную ступицу 41е, имеющую центральное отверстие 41d, выполненное в ее центре для установки в ней подшипника 43; множество опор 41b, размещенных под одинаковым углом так, чтобы образовать между ними отверстия для потока, через которые протекает жидкость, первые концы которых соединены с периферией опорной ступицы 41е; кольцеобразный элемент 41а, расположенный на вторых концах опор 41b; и опорный фланец 41с, сформированный на одной стороне кольцеобразного элемента 41а и размещаемый между соединительными фланцами 1b проточного трубопровода 1 в ходе соединительных работ. Здесь центральное отверстие 41d опорной ступицы 41е имеет центральный ступенчатый участок, выступающий с ее внутренней поверхности для предотвращения отсоединения подшипника, как показано на фиг. 3с.
Соединительный элемент 42 приводного вала представляет собой элемент, вставленный и установленный в центре поддерживающего вал элемента 41 для соединения с приводными валами 2, установленными спереди и сзади, как показано на фиг. 3d, в котором посадочный 42b выступ подшипника выступает с одной стороны цилиндрического стержнеобразного элемента 42а, установленного с возможностью вращения в центральном отверстии 41d, а выступы 42с для соединения с валом соединены с передней и задней частью приводного вала. Здесь, как показано на увеличенном виде с фиг. 3d, выступ 42с для соединения с валом выполнен с выступом (т.е. с зубцами) на своей периферии и, таким образом, входит в зацепление с неравномерной выемкой (т.е. зубцами) отверстия 22с для соединения с валом, выполненного в соединительном кольце 22 приводного вала 2.
На фиг. 3е показан увеличенный поперечный разрез зоны «С» с фиг. 2, а на фиг. 3f в аксонометрии показан вид с покомпонентным разделением элементов зоны «С» с фиг. 2.
Показанный на фиг. 3е и 3f генератор 5 энергии представляет собой элемент, принимающий вращающую силу приводного вала 2 и генерирующий и вырабатывающий электроэнергию, причем его конструкция и форма могут быть любыми, при условии, что они позволяют преобразовывать вращающую силу приводного вала 2 в электрическую энергию. В рассматриваемом варианте осуществления генератор 5 энергии содержит корпус 51 генератора энергии, устройство 52 передачи энергии и генераторный блок 53.
Корпус 51 генератора энергии представляет собой элемент, соединенный с проточным трубопроводом 1 так, что опора 4 вращения вставлена спереди и сзади него, и содержит первый кожух 51а генерации энергии, выполненный так, что он имеет приблизительно коническую форму при наблюдении спереди, и второй кожух 51b генерации энергии, соединенный с задней частью первого кожуха 51а генерации энергии.
Как показано на фиг. 3f, первый кожух 51а генерации энергии имеет переднюю пластину 51d и боковую пластину 52е, наклоненную перпендикулярно и отходящую от края передней пластины 51d. Передняя пластина 51d в своей нижней части имеет сквозное отверстие 51f, через которое течет жидкость, а в своей верхней части отверстие 52g установки генератора, в котором установлен генератор 53а. Также вокруг сквозного отверстия 51f, отверстия 52g установки генератора и края боковой пластины 52е имеются крепежные отверстия.
Второй кожух 51b генерации энергии представляет собой пластинчатый элемент, соответствующий боковой пластине 52е первого кожуха 51а генерации энергии и имеет сквозное отверстие для крепления к боковой пластине 52е и содержит участок 51с соединительного фланца, проходящий за сквозным отверстием.
Устройство 52 передачи энергии представляет собой элемент, соединенный с приводным валом 2 и передающий полученную вращательную силу генератору, что осуществляется посредством метода ременной передачи энергии, основанного на применении ремня.
Более подробно, устройство 52 передачи энергии включает в себя входной шкив 52а большого диаметра, установленный в концевой части приводного вала 2 и имеющий относительно большой диаметр, выходной шкив 52b малого диаметра, установленный на поворотном валу 53b генератора 53а (описан ниже) и имеющий диаметр, меньший, чем диаметр входного шкива 52а большого диаметра, а также ремень 52с, соединенный с входным шкивом большого диамета и выходным шкивом 52b малого диаметра.
Далее, входной шкив 52а большого диаметра соединен с валом 54 передачи энергии, соединенным с приводным валом 2, и имеет неравномерную выемку (т.е. зубцы) в его центральной ступице для зацепления с неравномерным выступом (т.е. зубцами), сформированными в участке 54а соединения со шкивом.
Вал 54 передачи энергии, как показано на фиг. 3f, имеет участок 54а соединения со шкивом, образованный в центре тела вала передачи энергии, выполненный в виде цилиндрического стержня, для соединения с входным шкивом 52а большого диаметра, выступы 54b для соединения с валом для соединения с соединительным кольцом 22 приводного вала спереди и сзади тела вала передачи энергии, и участки 54с для соединения с подшипником, образованные между участком 54а соединения со шкивом и передними и задними выступами 54b для соединения с валом и устанавливаемые посредством подшипника 43 приводного вала опоры 4 вращения.
Участок 54а соединения со шкивом имеет неоднородный выступ (т.е. зубцы) на своей периферийной поверхности, выступ 54d, предотвращающий отсоединение, выступающий с одной его стороны, и посадочный участок 54е, выступающий с его другой стороны и соединяющийся с крепежным кольцом 54f и Е-образным стопорным кольцом 54g (описанным ниже).
Вал 54 передачи энергии включает в себя крепежное кольцо 54f для соединения с посадочным участком 54е участка 54а соединения со шкивом и Е-образное стопорное кольцо 54g, выполненное с возможностью контактировать и соединяться с крепежным кольцом 54f.
Генераторный блок 53 представляет собой элемент, соединенный с устройством 52 передачи энергии и вращаемый посредством передаваемой энергии для генерации мощности с электрической энергией, и содержит генератор 53а, имеющий поворотный вал 53b и водонепроницаемый кожух 53с, выполненный с возможностью закрывать наружную часть генератора 53а и соединенный с первым кожухом 51а генерации энергии, предотвращая тем самым попадание в него жидкости.
Фиг. 3g, на которой показан увеличенный вид зоны «D» c фиг. 2, иллюстрирует поперечный разрез опоры 4 вращения, установленной во входной части проточного трубопровода 1 и поддерживающей приводной вал 2.
Как показано на фиг. 3g, опора 4 вращения содержит поддерживающий вал элемент 41, соединительный элемент 42 приводного вала и подшипник 43 приводного вала, а также включает в себя элемент 48 уменьшения сопротивления, установленный в соединительный элемент 42 приводного вала, соответствующий входной части проточного трубопровода 1.
Элемент 48 уменьшения сопротивления выполнен в виде чаши, имеющей приблизительно коническую форму, и служит для уменьшения сопротивления и минимизации риска возникновения вихря во время потока жидкости.
Ниже кратко описана работа генератора гидроэлектроэнергии согласно первому варианту осуществления изобретения.
Во-первых, процесс сборки генератора гидроэлектроэнергии согласно первому варианту осуществления изобретения выглядит следующим образом. Как показано на фиг. 2, лопаточные узлы 3 устанавливают на приводном валу 2 с постоянными интервалами в соответствии с объемом потока жидкости, расходом, расчетной мощностью, условиями по месту работы и т.п. и устанавливают и размещают в проточном трубопроводе 1. Затем, в опорную ступицу 41е поддерживающего вал элемента 41 вставляют подшипник 43 приводного вала и соединительный элемент 42 приводного вала, а приводные валы 2, размещенные спереди и сзади, соединяют друг с другом так, что выступ 42с для соединения с валом соединительного элемента 42 приводного вала вставляют внутрь соединительного кольца 22 приводного вала 2 и соединяют с ним.
Когда передние и задние соединительные фланцы 1b проточного трубопровода 1 соединены друг с другом болтами так, что опорный фланец 41с поддерживающего вал элемента 41 расположен между передним и задним соединительными фланцами 1b, соседние проточные трубопроводы 1 соединяют друг с другом. Таким образом, вдоль направления движения жидкости размещают и собирают множество проточных трубопроводов 1.
Когда жидкость протекает в собранном таким образом проточном трубопроводе 1, лопаточный узел 3 вращается под нагрузкой, оказываемой жидкостью, и таким образом приводной вал 2, соединенный с лопаточным узлом 3, также вращается, вызывая выработку энергии генератором 5 энергии, установленным на конце проточного трубопровода с получением генерации электрической энергии, как показано на фиг. 3е и фиг. 3f.
В частности, генератор 5 энергии выполняет следующие операции. Вращающая сила приводного вала 2, взаимосвязанного с вращением лопаточных узлов 2, передается на входной шкив 52а большого диаметра посредством вала 54 передачи энергии и, таким образом, соединенный ремень 52с вращает выходной шкив 52b малого диаметра, осуществляя движение гусеничного хода так, что выходной шкив 52b малого диаметра может вращать поворотный вал 53b, тем самым позволяя генератору 53а генерировать электрическую энергию.
Генератор электроэнергии согласно первому варианту осуществления изобретения позволяет получить высокий выход электроэнергии даже при условии ограниченных потоков жидкости через проточный трубопровод 1, поскольку приводные валы 2, соединяющиеся с множеством лопаточных узлов 3, установлены в каждом проточном трубопроводе 1 и соединены друг с другом так, что представляют собой многоступенчатую конструкцию, позволяющую повторно использовать жидкостную нагрузку и получать высокий крутящий момент.
На фиг. 4 показан вид, иллюстрирующий первый альтернативный пример генератора электроэнергии согласно первому варианту осуществления изобретения, который представляет собой вид в аксонометрии, показывающий внешний вид общей конструкции установленного генератора электроэнергии.
Как показано на фиг. 4, генератор электроэнергии согласно первому альтернативному примеру первого варианта осуществления изобретения характеризуется тем, что в нем предусмотрено средство предотвращающее поток жидкости в проточном трубопроводе 1, когда работу лопаточного узла 3 или другого подобного устройства необходимо остановить с целью технического обслуживания, и, таким образом, дополнительно содержит устройство 6 обводного трубопровода, отходящее от переднего конца проточного трубопровода 1, как показано на фиг. 4.
Устройство 6 обводного трубопровода содержит первый Т-образный трубопровод 6а, соединенный с передним концом проточного трубопровода 1 и имеющий приблизительно Т-образную форму, второй Т-образный трубопровод 6b, соединенный с задним концом проточного трубопровода, обводной трубопровод 6с, установленный между первым Т-образным трубопроводом 6а и вторым Т-образным трубопроводом 6b, первый регулирующий клапан 6d, установленный с возможностью контактировать с первым Т-образным трубопроводом 6а для предотвращения потока к проточному трубопроводу 1, второй регулирующий клапан 6е, установленный в обводном трубопроводе 6с, и третий регулирующий клапан 6f, установленный на заднем конце проточного трубопровода 1. Проточный трубопровод 6с соединен с первым и вторым Т-образными трубопроводами 6а и 6b коленами 6g, соединенными с его передней и задней частями.
Генератор гидроэлектроэнергии согласно первому альтернативному примеру, показанному на фиг. 4, может генерировать электрическую энергию, когда жидкость течет только в проточном трубопроводе 1, чтобы вызвать вращение лопаточного узла 3 так, чтобы вращающая сила приводного вала 2, соединенного с лопаточным узлом 3, могла быть передана генератору 5 энергии, когда первый регулирующий клапан 6d и третий регулирующий клапан 6f управляются таким образом, что они открыты, а второй регулирующий клапан 6е управляется таким образом, что он закрыт с получением генерации электрической энергии путем образования потока жидкости в проточном трубопроводе 1.
С другой стороны, когда первый регулирующий клапан 6d и третий регулирующий клапан 6f закрыты, а второй регулирующий клапан 6е открыт для технического обслуживания и т.п., потоки жидкости отводятся в обводной трубопровод 6с и поток жидкости в проточный трубопровод 1 предотвращается так, что техническое обслуживание приводного вала 2, лопаточного узла 3, генератора 5 энергии и т.п. внутри проточного трубопровода может быть с легкостью осуществлено.
Кроме того, внутри обводного трубопровода 6с имеется приводной вал, с которым соединен лопаточный узел так, что электрическая энергия может постоянно генерироваться даже во время проведения технического обслуживания проточного трубопровода 1.
На фиг. 5 показан вид, иллюстрирующий второй альтернативный пример генератора гидроэлектроэнергии согласно первому варианту осуществления изобретения, на котором для обеспечения понимания детали, имеющие одинаковую или схожую конструкцию с деталями вышеупомянутого первого варианта осуществления, опущены и только отличающиеся детали открыты и показаны посредством их частичных разрезов.
Как показано на фиг. 5, генератор гидроэлектроэнергии согласно второму альтернативному примеру первого варианта осуществления изобретения содержит проточный трубопровод 1, имеющий канал, в котором протекает жидкость, приводной вал 2, установленный вдоль продольного направления проточного трубопровода 1, лопаточный узел 3, установленный внутри проточного трубопровода 1 и опору 4 вращения, поддерживающую приводной вал 2 с возможностью вращения, и дополнительно включает в себя изогнутый соединитель 7, содержащий изогнутую проточную трубу 71 и соединительный шарнирный элемент 72 так, что многоступенчатые лопаточные узлы 3 могут быть размещены путем соединения приводных валов 2 для генерации энергии с сохранением потока жидкости, даже если траектория потока жидкости изогнута.
Изогнутая проточная труба 71 представляет собой элемент, имеющий форму наподобие изогнутой трубы, предназначенный для соединения с изогнутым участком проточного трубопровода 1, и имеет такую конструкцию, в которой с обоими концами элемента, имеющего форму, соответствующую проточному трубопроводу, соединены соединительные фланцы 71а.
Изогнутая проточная труба 71 выполнена так, что она имеет разные углы, такие как 15°, 45° и т.п. в соответствии с радиусами кривизны, которые имеет траектория потока. В этом варианте осуществления проточный трубопровод 1 выполнен в виде цилиндрической трубы и, таким образом, изогнутая проточная труба 71 выполнена так, что она имеет цилиндрическую трубу, изогнутую на угол около 15° и такой же диаметр, как и проточный трубопровод 1.
Изогнутые проточные трубы 71 соединены друг с другом так, что опоры 4 вращения расположены с обоих концов изогнутых проточных труб 71, а опорные фланцы 41 размещены между соединительным фланцем 71а и соединительным фланцем 1b соседнего проточного трубопровода 1.
Соединительный шарнирный элемент 72 представляет собой элемент, установленный внутри изогнутой проточной трубы 71 и соединенный с приводными валами 2, расположенными спереди и сзади, и содержит первый универсальный шарнир 72а, соединенный с соединительным элементом 42 приводного вала опоры 4 вращения, размещенным спереди, второй универсальный шарнир 72b, соединенный с соединительным элементом 42 приводного вала, размещенным сзади, и ось 72с шарнира, расположенную между первым и вторым универсальными шарнирами 72а и 72b. Здесь подробная иллюстрация и описание первого и второго универсальных шарниров 72а и 72b опущены, так как они включают в себя пару вилок, расположенных так, что они пересекаются друг с другом, крестовину, связанную с игольчатым подшипником и т.п., и представляют собой хорошо известный механический элемент, снаружи которого имеется чехол, выполняющий роль крышки.
Со ссылкой на фиг. 5 кратко описана работа генератора гидроэлектроэнергии согласно второму альтернативному примеру. Несмотря на то, что траектория потока жидкости, такого как река или канал, является искривленной на протяжении ландшафта и т.п., изогнутую проточную трубу 71 устанавливают в соответствии с радиусом изогнутого участка, а соединительный шарнирный элемент 72 устанавливают внутрь и соединяют так, что передний приводной вал 2 и задний приводной вал 2 могут работать как единый элемент для передачи вращающей силы к генератору 5 энергии, тем самым, получая эффективным образом систему генерации гидроэлектроэнергии независимо от ландшафта и других подобных внешних условий.
На фиг. 6 показан вид, иллюстрирующий третий альтернативный пример генератора гидроэлектроэнергии согласно первому варианту осуществления изобретения, в котором некоторые части генератора гидроэлектроэнергии опущены вдоль продольного направления, поскольку генератор гидроэлектроэнергии является очень длинным, одна часть открыта, чтобы показать внутреннюю конструкцию, а основные части проиллюстрированы в виде их поперечных разрезов. На фиг. 7а показан увеличенный вид зоны «E» с фиг. 6, на котором основные части частично показаны в виде поперечных разрезов, а на фиг. 7b показан вид в поперечном разрезе по линии F-F с фиг. 7а.
Показанный на фиг. 6-фиг. 7b генератор гидроэлектроэнергии согласно третьему альтернативному примеру первого варианта осуществления изобретения содержит проточный трубопровод 1, приводной вал 2, лопаточный узел 3, опору 4 вращения и генератор 5 энергии, при этом генератор 5 энергии включает в себя устройство 55 передачи энергии и генератор 56, при этом устройство 55 передачи энергии использует способ передачи энергии, основанный на зубчатой передаче с зацеплением шестерен друг с другом.
Устройство 55 передачи энергии представляет собой элемент, расположенный между приводным валом 2 и генератором 56, для передачи вращающей силы, возникающей при вращении многоступенчатых лопаточных узлов, и содержит ведущую шестерню 55а, шестерню 55b передачи энергии, вал 55с передачи энергии и блок 55d повышающей передачи, как показано на фиг. 7а и 7b.
Ведущая шестерня 55а представляет собой шестерню, расположенную на концевом участке приводного вала 2, а шестерня 55b передачи энергии представляет собой шестерню, расположенную на валу 55с передачи энергии и входящую в зацепление с ведущей шестерней 55а, при этом используются конические шестерни так, что входной участок конической шестерни и выходной участок конической шестерни могут зацепляться друг с другом с образованием зубчатой передачи.
Вал 55с передачи энергии выполнен в виде стержнеобразного элемента, установленного перпендикулярно направлению потока жидкости и имеющего множество ступенчатых участков разного диаметра так, чтобы соответствовать форме присоединенной детали, и взаимодействует и входит в зацепление с шестерней 55b передачи энергии в месте, соответствующем ведущей шестерне 55а, и соединяется с блоком 55d повышающей передачи на верхнем конце, открытом наружу.
Вал 55с передачи энергии может быть установлен прямо в проточный трубопровод 1, но установлен с возможностью поворота в трубопроводный блок 57 генерации энергии, который в данном варианте осуществления представлен отдельно.
Блок 55d повышающей передачи представляет собой элемент, который соединен с валом 55с передачи энергии и передает вращающую силу поворотному валу 56b генератора 56 и может использовать различные повышающие системы, обеспечивающие превосходную надежность и эффективность повышения передачи. В данном варианте осуществления блок 55d повышающей передачи содержит первую повышающую шестерню 55е, соединенную с валом 55с передачи энергии, и вторую повышающую шестерню 55f, входящую в зацепление с первой повышающей шестерней 55е и соединенную с поворотным валом генератора 56.
Первая повышающая шестерня 55е и вторая повышающая шестерня 55f выполнены в виде упомянутых выше конусных шестерен и входят в зацепление друг с другом, при этом первая повышающая шестерня 55е представляет собой входную часть конусной шестерни, имеющей большой диаметр, а вторая повышающая шестерня 55f представляет собой выходную часть конусной шестерни, имеющей малый диаметр с целью повышения передачи.
Генератор 56 представляет собой элемент, соединенный с устройством 55 передачи энергии и генерирующий электрическую энергию при вращении принятой силой и содержит генератор по выбору, подходящий для генерации мощности, рассчитанной с учетом конструкции или количества лопаточных узлов, установленных на приводном валу 2, объема потока жидкости, протекающей в проточном трубопроводе 1, расхода и т.п.
Генератор 56 далее включает в себя крепежный элемент 56с генератора для крепления корпуса 56а генератора к трубопроводному блоку 57 генерации энергии, описанному ниже.
В генераторе гидроэлектроэнергии согласно изобретению, трубопроводный блок 57 генерации энергии, в котором установлены устройство 55 передачи энергии и генератор 56, соединен с проточным трубопроводом 1.
Трубопроводный блок 57 генерации энергии может быть установлен в начале или в середине множества размещенных и собранных проточных трубопроводов 1, но может быть, как показано на фиг. 6, соединен с проточным трубопроводом 1, расположенным на заднем конце сборки проточного трубопровода, в которую входит множество проточных трубопроводов 1.
Трубопроводный блок 57 генерации энергии имеет такую конструкцию, в которой соединительные фланцы 57b соединены с обоими концами корпуса, имеющего форму, соответствующую проточному трубопроводу 1, и выполнен в виде цилиндрической трубы, имеющей такой же внутренний диаметр как диаметр проточного трубопровода 1, выполненного в данном варианте осуществления в виде цилиндрической трубы.
Опора 4 вращения установлена так, что она вставлена между передней частью трубопроводного блока 57 генерации энергии и соединительным фланцем 1b соседнего проточного трубопровода 1. Опора 4 вращения предназначена для поддержания надежной работы зубчатой передачи между ведущей шестерней 55а и шестерней 55b передачи энергии, связанной с валом 55с передачи энергии с одновременной поддержкой расположенного в ней конца приводного вала 2.
Кроме того, трубопроводный блок 57 генерации энергии установлен посредством нижнего опорного элемента 58 вала передачи, который поддерживает с возможностью вращения вал 55с передачи энергии на нижней стороне, и верхнего опорного элемента 59 вала передачи на верхней стороне.
Нижний опорный элемент 58 вала передачи содержит чашеобразный нижний удерживающий элемент 58а, соединенный с нижней наружной поверхностью трубопроводного блока 57 генерации энергии, и нижний подшипник 58b вала передачи, вставленный в нижний удерживающий элемент 58а и связанный с нижним концом вала 55с передачи энергии.
Верхний опорный элемент 59 вала передачи содержит верхний удерживающий вал элемент 59а, связанный с верхней наружной поверхностью трубопроводного блока 57 генерации энергии, и верхний подшипник 59b вала передачи, вставленный в верхний удерживающий вал элемент 59а и связанный с верхним концом вала 55с передачи энергии. Верхний удерживающий вал элемент 59а содержит верхний удерживающий вал корпус 59с, связанный с трубопроводным блоком 57 генерации энергии и имеющий форму сопла, и верхнюю удерживающую вал чашу 59d, связанную с верхней частью удерживающего вал корпуса 59 и вмещающую верхний подшипник 59b вала передачи. В этом случае верхний удерживающий вал корпус 59с и верхняя удерживающая вал чаша 59d выполнены с соединительными фланцами и скреплены болтами. Также, между наружной периферийной поверхностью вала 55с передачи энергии и отверстием, сформированным в верхней удерживающей вал чаше 59d, размещено уплотнение или подобный водонепроницаемый элемент 59е для предотвращения протекания.
Генератор гидроэлектроэнергии согласно третьему альтернативному примеру первого варианта осуществления изобретения, как показано на фиг. 6-фиг. 7, использует способ передачи энергии на основе механической передачи для устройства 55 передачи энергии так, что вращающая сила приводного вала 2, передаваемая на ведущую шестерню 55а, шестерню 55b передачи энергии, вал 55с передачи энергии и блок 55d повышающей передачи, поочередно может быть принята посредством зацепляющего действия зубцов шестерен, обеспечивая, тем самым, преимущество, состоящее в стабильной передаче энергии, поскольку вращающая сила передается точно.
Ниже описаны другие варианты осуществления изобретения, в которых внимание будет уделено элементам, отличным от элементов, показанных в альтернативных примерах описанного выше первого варианта осуществления, при этом описания схожих элементов опущены. Далее, конструкция может выборочно относиться к следующим вариантам настолько, насколько она применима с элементами, показанными в альтернативных примерах первого варианта осуществления или с элементами, показанными в другом варианте осуществления, а подробные ее описания или иллюстрация опущены.
Фиг. 8а представляет собой вид в аксонометрии частично иллюстрирующий генератор гидроэлектроэнергии согласно второму варианту осуществления изобретения, а фиг. 8b представляет собой вид в аксонометрии с покомпонентным разделением элементов зоны «G» с фиг. 8а.
Как показано на фиг. 8а и фиг. 8b, генератор гидроэлектроэнергии согласно второму варианту осуществления изобретения содержит такие же основные элементы как приводной вал 2, лопаточный узел 3, опора 4 вращения и генератор 5 энергии, как и те, которые описаны применительно к вышеупомянутому первому варианту осуществления, при этом дополнительно предусмотрены конструкционные опоры 8 для поддержки опоры 4 вращения, включая приводной вал 2 и лопаточный узел 3.
Приводной вал 2 представляет собой стержневой элемент, установленный вдоль траектории течения жидкости, при этом лопаточный узел 3 представляет собой элемент, установленный вдоль продольного направления приводного вала 2 и вращающийся под воздействием нагрузки жидкости, при этом генератор энергии (не показан) представляет собой элемент, принимающий вращающую силу приводного вала 2 и генерирующий электроэнергию, причем указанные элементы являются такими же элементами, или схожими с ними, которые описаны выше в отношении первого варианта осуществления и, следовательно, подробное их описание будет опущено. В последующем описании акцент сделан на отличающихся элементах.
Опора 4 вращения представляет собой элемент, поддерживающий с возможностью вращения приводной вал 2 и содержащий поддерживающий вал элемент 41, соединительный элемент 42 приводного вала и подшипник 43 приводного вала, подобные тем, которые были описаны в первом варианте осуществления. Поддерживающий вал элемент 41 соединен с элементом 85 для соединения с трубой для удержания конструкционной опоры 8.
Элемент 85 для соединения с трубой может иметь разную конструкцию в зависимости от формы, количества и т.п. конструкционных опор 8. В этом варианте осуществления имеются четыре элемента 85 для соединения с трубой, расположенные с равными угловыми интервалами на наружных поверхностях поддерживающих вал элементов 41, при этом каждый элемент 85 для соединения с трубой имеет участок 85а контакта с трубой, имеющий форму наподобие дуги и находящийся в тесном контакте с конструкционной опорой 8, и два опорных участка 85b, выполненных в участке 85а контакта с трубой.
Конструкционные опоры 8 представляют собой элементы, размещенные вдоль продольного направления приводного вала 2, связанные с опорой 4 вращения и выполненные так, что они содержат опорные конструкционные трубы, имеющие форму труб, соединенные с элементом 85 соединения с трубой и соединенные друг с другом их трубными фланцами 82.
Как описано выше, генератор гидроэлектроэнергии согласно второму варианту осуществления изобретения имеет такую конструкцию, в которой приводной вал 2, лопаточный узел 3 и т.п. поддерживаются конструкционной опорой 8 и, следовательно, приводной вал 2 и лопаточный узел 3 не закрыты проточным трубопроводом 1, а обращены наружу в отличие от описанного выше первого варианта осуществления, обеспечивая, тем самым, преимущество, состоящее в том, что можно легко проверить рабочее состояние приводного вала и лопаточного узла 3 и удобно осуществить техническое обслуживание.
Генератор гидроэлектроэнергии согласно второму варианту осуществления изобретения предпочтительно устанавливается и используется в реке, канале и других подобных местах, в которых не присутствуют плавучие материалы, поскольку приводной вал 2, лопаточный узел 3 и т.п. открыты наружу и могут быть повреждены плавучими материалами.
На фиг. 9а показан генератор гидроэлектроэнергии согласно третьему варианту осуществления изобретения, в котором некоторые детали генератора гидроэлектроэнергии вдоль его продольного направления опущены, поскольку генератор гидроэлектроэнергии является очень длинным, но его часть вдоль продольного направления проточной трубы открыта, чтобы показать внутреннюю конструкцию. На фиг. 9b показан в аксонометрии вид с покомпонентным разделением элементов зоны «Н» с фиг. 9а.
Как показано на фиг. 9а и фиг. 9b, основные элементы генератора гидроэлектроэнергии согласно третьему варианту осуществления изобретения, такие как приводной вал 2, лопаточный узел 3, опора 4 вращения и генератор 5 энергии, подобны элементам вышеописанного первого варианта осуществления, при этом дополнительно предусмотрен измельчитель 9 для измельчения посторонних материалов, вводимых в проточных трубопровод в виде содержащихся в жидкости включений.
Измельчитель 9 может иметь различную конструкцию без каких-либо специальных ограничений, которая обеспечивает возможность разрезания и разрывания на маленькие куски посторонних материалов, присутствующих в жидкости. Как показано на фиг. 9а и 9b, измельчитель содержит поворотный режущий узел 91, установленный с возможностью поворота внутри канала и стационарный режущий узел 92, размещенный напротив поворотного режущего узла 91.
Поворотный режущий узел 91 содержит множество поворотных режущих элементов 91b, расположенных на одинаковом угловом расстоянии внутри корпуса 91а поворотного режущего элемента, имеющего форму кольца, как показано на фиг. 9b, и установленного с возможностью поворота посредством подшипника 91d, установленного на центральную ось 91с.
Стационарный режущий узел 92 установлен в соответствии с поворотным режущим узлом 91 и взаимодействует с поворотным режущим узлом 91 для осуществления операции резания при вращении поворотного режущего узла 91. Стационарный режущий узел 92 включает в себя корпус 92а стационарного режущего элемента, имеющий фланцы 92с на противоположных сторонах его цилиндрического тела, и множество стационарных режущих элементов 92b, установленных внутри стационарного режущего элемента 92а и соответствующих поворотным режущим элементам 91b.
Генератор гидроэлектроэнергии согласно третьему варианту осуществления изобретения содержит элемент 94 защиты от постороннего материала, установленный на входе проточного трубопровода 1 для предотвращения попадания внутрь него посторонних материалов, как показано на фиг. 9.
Элемент 94 защиты от постороннего материала может иметь разную форму без каких-либо специальных ограничений, так, чтобы его конструкция позволяла направлять входящие посторонние материалы наружу и предотвращать введение посторонних материалов в проточный трубопровод 1. Например, элемент 94 защиты от постороннего материала содержит шнек 94а удаления постороннего материала, образованный путем спирального поворота ленточного элемента, швартовочный соединитель 94b, выполненный на переднем конце шнека 94а удаления постороннего материала и имеющий тяговое отверстие, с которым соединяют канат или другой подобный элемент, и фланец 94с шнека, выполненный на заднем конце шнека 94а для удаления постороннего материала.
Далее, как показано на фиг. 9а, генератор гидроэлектроэнергии согласно третьему варианту осуществления изобретения, отдельно оснащен обтекаемой трубой 1а переднего конца, на которую установлены измельчитель 9 и элемент 94 защиты от постороннего материала и которая соединена с соединительным фланцем 1b основного проточного трубопровода 1.
При попадании жидкости с посторонними материалами в элемент 94 защиты от постороннего материала генератора гидроэлектроэнергии согласно третьему варианту осуществления изобретения, он направляет посторонние материалы от проточного трубопровода 1, выполняя тем самым первичное предотвращение попадания посторонних материалов в проточный трубопровод. Тем не менее, если посторонние материалы попадают внутрь, поворотный режущий узел 91 вращается под действием потока и измельчает посторонние материалы путем взаимодействия со стационарным режущим узлом 92, тем самым, предотвращая проблему, состоящую в наматывании посторонних материалов на приводной вал 2 или лопаточный узел 3.
Элемент 94 защиты от постороннего материала генератора гидроэлектроэнергии согласно третьему варианту осуществления изобретения может содержать режущее устройство (не показано) для разрезания посторонних материалов, имеющих большую площадь, таких как ПВХ (поливинилхлорид) или тканевые отходы, для предотвращения полного закрытия посторонними материалами входа в проточный трубопровод и прекращения притока жидкостей.
Такое режущее устройство может быть получено путем установки режущей кромки на наружной периферийной поверхности обтекаемой трубы 1а переднего конца и таким образом режущее устройство может легко резать посторонние материалы, такие как ПВХ, ткань и подобные им отходы, имеющие большую площадь, при попадании посторонних материалов на вход проточного трубопровода, тем самым предотвращая нарушение работы из-за посторонних материалов большой площади.
На фиг. 10а в аксонометрии показан внешний вид конструкции первого альтернативного примера генератора гидроэлектроэнергии согласно третьему варианту осуществления изобретения, а на фиг. 10b увеличенный вид в аксонометрии зоны «I» c фиг. 10а.
Как показано на фиг. 10а и фиг. 10b, генератор гидроэлектроэнергии согласно первому альтернативному примеру третьего варианта осуществления изобретения содержит приводной вал 2, лопаточный узел 3, опору 4 вращения, генератор 5 энергии и измельчитель 9 с элементом 94 защиты от постороннего материала, и дополнительно включает в себя якорь 10, установленный с возможностью удержания проточного трубопровода 1 в положении под водой.
Якорь 10 может иметь различную конструкцию так, чтобы она обеспечивала эффективное закрепление генератора гидроэлектроэнергии под водой. В этом варианте осуществления якорь 10 включает в себя множество крепежных крюков 102 трубопровода, выполненных в проточном трубопроводе 1 и якорный элемент 103, соединенный с передней частью проточного трубопровода 1 тяговым канатом 104.
Крепежный крюк 102 трубопровода имеет держатель 102а крюка и крюк 102b, установленный в держатель 102а крюка, как показано на фиг. 10b.
Якорный элемент 103 имеет якорный корпус 103а, внутри которого имеется полая часть, в которую вставлен материал с высокой удельной плотностью, швартовочные крепежные элементы 103b, размещенные на переднем и заднем концах якорного элемента 103 и имеющие тяговые отверстия, и множество крюков 103с, отходящих от наружной поверхности якорного корпуса 103а. С тяговым отверстием швартовочного крепежного элемента 103b соединяют тяговый канат (не показан) и, таким образом, удобно освобождать якорный элемент 103 из закрепленного состояния путем приложения тянущего усилия для ослабления пришвартованного состояния.
Как показано на фиг. 10а и 10b, генератор гидроэлектроэнергии согласно первому альтернативному примеру третьего варианта осуществления изобретения, надежно закреплен под водой, когда крепежный крюк 102 закреплен на дне под водой, в якорный элемент 103 вставлен материал, удельная плотность которого выше, чем удельная плотность воды, а проточный трубопровод 1 соединен и затем закреплен на дне под водой тяговым тросом 104, что позволяет получать стабильную генерацию энергии на основе потока жидкости, такого как морское течение, приливно-отливное течение и т.п.
Фиг. 11а представляет собой вид второго альтернативного примера генератора гидроэлектроэнергии согласно третьему варианту осуществления изобретения, на котором в аксонометрии показан генератор гидроэлектроэнергии в установленном состоянии, а на фиг. 11b в аксонометрии показан увеличенный вид зоны «J» с фиг. 11а.
Как показано на фиг. 11а и 11b, генератор гидроэлектроэнергии согласно второму альтернативному примеру третьего варианта осуществления изобретения содержит приводной вал 2, лопаточный узел 3, опору 4 вращения, генератор 5 энергии и измельчитель 9 с элементом 94 защиты от постороннего материала, и дополнительно содержит плавучий элемент 11, который обеспечивает плавучесть проточному трубопроводу 1 так, чтобы генерировать электрическую энергию во время плавания или погружения под воду.
Плавучий элемент 11 может иметь различную конструкцию без ограничения какой-либо специальной конструкцией или формой так, чтобы он мог обеспечить плавучесть генератора гидроэлектроэнергии на воде или под водой. В данном варианте осуществления плавучий элемент 11 содержит крепежный держатель 11b плавучего элемента, установленный в проточный трубопровод 1, и плавучий модуль 11а, соединенный с крепежным держателем 11b плавучего элемента, как показано на фиг.11b.
Здесь плавучий модуль 11а выполнен в виде полого тела, имеющего форму колонны и длину, соответствующую полной длине множества проточных трубопроводов 1, соединенных друг с другом в ряд, при этом два плавучих модуля 11а связаны с крепежными держателями 11b плавучего элемента и, таким образом, соединены с проточным трубопроводом 1 и размещены параллельно друг другу. В данном случае плавучий модуль 11а изготовлен так, что он является достаточно плавучим, чтобы обеспечить размещение проточного трубопровода под водой с плавучим модулем 11а, находящимся на поверхности воды.
Кроме того, генератор гидроэлектроэнергии согласно второму альтернативному примеру третьего варианта осуществления изобретения содержит швартовочное устройство 12 так, что энергия может вырабатываться в ходе плавания по реке или морю.
Например, как показано на фиг. 11а, швартовочное устройство 12 включает в себя канат 12а или другой подобный привязывающий элемент, привязанный к проточному трубопроводу 1, тяговое устройство 12b для приложения тянущей силы к канату 12а, швартовую тумбу 12с и т.д. Здесь тяговое устройство 12b может содержать тянущий подъемник, содержащий балансировочный груз, штангу, колонну и т.п., как показано на фиг. 11а.
Швартовочное устройство 12 может иметь конструкцию не ограниченную специальными условиями или формой и должно обеспечивать надежное швартование генератора гидроэлектроэнергии. Помимо тягового устройства 12b швартовочное устройство 12 может быть реализовано с использованием лебедки, киповой планки, и т.п.
На фиг. 12 в аксонометрии показан третий альтернативный пример генератора гидроэлектроэнергии согласно третьему варианту осуществления изобретения.
Генератор гидроэлектроэнергии согласно третьему примеру третьего варианта осуществления изобретения, показанный на фиг. 12, содержит приводной вал 2, лопаточный узел 3, опору 4 вращения, генератор 5 энергии, измельчитель 9с элементом 94 защиты от постороннего материала, и плавучий элемент 11, и характеризуется более эффективной выработкой электрической энергии в такой окружающей среде как место с приливным-отливным течением, в котором происходит чередование потока жидкости и его отсутствия.
С этой целью, как показано на фиг. 12, измельчитель 9, содержащий элемент 94 защиты от постороннего материала расположен как спереди самого переднего проточного трубопровода, так и сзади самого заднего проточного трубопровода в трубопроводном узле, в котором расположены и соединены несколько проточных трубопроводов 1.
В генераторе гидроэлектроэнергии согласно третьему примеру третьего варианта осуществления изобретения измельчитель 9, содержащий элемент 94 защиты от постороннего материала, расположен как в самом переднем, так и в самом заднем из проточных трубопроводов 1, что, следовательно, позволяет удалять и измельчать посторонние материалы, присутствующие в жидкости, даже если жидкость течет в любом направлении с обеспечением таким образом надежной генерации электрической энергии.
На фиг. 13а в аксонометрии показан четвертый альтернативный пример генератора гидроэлектроэнергии согласно третьему варианту осуществления изобретения, на фиг. 13b в аксонометрии показан увеличенный вид зоны «К» с фиг. 13а, а на фиг. 13с показан частичный поперечный разрез зоны «L» с фиг. 13а, на котором часть открыта и основные детали показаны для иллюстрации их конструкции в поперечном разрезе.
Показанный на фиг. 13а генератор гидроэлектроэнергии согласно четвертому примеру третьего варианта осуществления изобретения содержит приводной вал 2, лопаточный узел 3, опору 4 вращения, генератор 5 энергии, измельчитель 9 с элементом 94 защиты от постороннего материала, плавучий элемент 11 и швартовочное устройство 12, а также включает в себя вспомогательный вращательный элемент 13, сообщающий более сильное вращательное усилие приводному валу 2, повышая тем самым эффективность выработки энергии.
Как показано на фиг. 13b, вспомогательный вращательный элемент 13 содержит плавучий корпус 13а, лопасть 13b, выполненную в плавучем корпусе 13а, соединительный шарнирный элемент 13с, и т.п. и выполнен с возможностью соединения с приводным валом 2 или проточным трубопроводом 1.
Плавучий корпус 13а имеет вход 13d, выполненный в полом корпусе. В данном случае вход 13d выполнен так, что он имеет конструкцию, в которой предусмотрена возможность выхода воздуха для управления плавучестью.
Для изготовления лопасти 13b могут быть использованы лопасти различных форм. В данном варианте осуществления лопасть представляет собой винтовую лопасть, в которой лопасти расположены по спирали для предотвращения наматывания вокруг них посторонних материалов. В этом случае винтовая лопасть может быть выполнена так, что диаметр спирали увеличивается в направлении назад.
Соединительный шарнирный элемент 13с предназначен для организации соединительного участка для выполнения операции вращения и, таким образом, можно изменять направление вращения, даже если приливно-отливное течение или волнение на море изменятся в размерах и направлении, в состоянии, в котором множество вспомогательных вращательных элементов 13 расположены и соединены спереди и сзади, предотвращая тем самым столкновение соседних устройств, обеспечивая таким образом надежную работу без повреждения или разрушения.
Соединительный шарнирный элемент 13с может быть выполнен в виде универсального шарнира и подобного ему широко известного механического элемента, как описано выше со ссылкой на фиг. 5, и поэтому его подробное описание опущено.
Генератор гидроэлектроэнергии согласно четвертому примеру третьего варианта осуществления изобретения содержит устройство 14 натяжения для обеспечения натяжения так, чтобы множество вспомогательных вращательных элементов 13 могли быть расположены по прямой линии.
Устройство 14 натяжения соединено с соединительным шарнирным элементом 13с, связанным с самым задним вспомогательным вращательным элементом 13, как показано на фиг. 13а и фиг. 13с, и содержит тянущий элемент 14а и опорный элемент 14b, расположенный спереди тянущего элемента 14а и соединенный с осью соединительного шарнирного элемента 13с (или c приводным валом) шарниром 43.
Тянущий элемент 14а имеет форму, подобную конусу для создания сопротивления входному потоку жидкости и имеет канал 14с потока, в котором вход имеет большой диаметр, а выход имеет относительно малый диаметр.
Множество опорных элементов 14b расположены радиально на входе большого диаметра тянущего элемента 14а и содержат соединительную ступицу 14d, выполненную в центре, с которой соединена ось соединительного шарнирного элемента 13с, и множество опорных пластин 14е, расположенных на наружной периферийной поверхности соединительной ступицы 14d и соединенных с внутренней периферийной поверхностью тянущего элемента 14а.
Как показано на фиг. 13с, когда жидкость со скоростью потока жидкости втекает во вход большого диаметра в направлении опорного элемента 14b и затем двигается к выходу малого диаметра, устройство 14 натяжения производит сопротивление (толкающую в направлении назад силу) для проталкивания тянущего элемента 14а назад по мере сужения выхода и такая толкающая сила тянет множество вспомогательных вращательных элементов, соединенных соединительным шарнирным элементом 13с, заставляя множество вспомогательных вращательных элементов выстроиться по прямой линии. Когда проточный трубопровод 1 и множество вспомогательных вращательных элементов 13 расположены по прямой линии вдоль одной и той же линии, выработка энергии осуществляется надежно без возникновения проблемы, связанной со столкновением множества вспомогательных вращательных элементов 13.
Предыдущие описания относятся всего лишь к одному варианту осуществления генератора гидроэлектроэнергии согласно изобретению и изобретение не ограничено описанным вариантом осуществления, но техническая идея изобретения охватывает диапазон, в котором специалистом могут быть сделаны различные изменения, не выходящие за рамки сущности изобретения, охарактеризованного приложенной формулой изобретения.
Термины, использованные при описании вышеупомянутого варианта осуществления, предназначены только для описания конкретного варианта осуществления и не ограничивают его объем. Элементы, упомянутые в единственном числе, также включают в себя элементы во множественном числе, если из контекста не следует иное. Следует понимать, что в настоящем описании слова «включает», «имеет» и т.п. использованы для обозначения наличия признаков, количеств, этапов, операций, элементов, компонентов или их комбинации, но не исключают наличия или добавления одного или более других признаков, количеств, шагов, операций, элементов, компонентов или их комбинации.
Промышленная применимость
Генератор гидроэлектроэнергии согласно изобретению имеет компактную и простую конструкцию, эффективно генерирует электрическую энергию путем размещения многоступенчатых лопаточных узлов вдоль траектории потока жидкости и не только повышает эффективность выработки энергии, но также легко устанавливается и существенно уменьшает затраты на установку, благодаря тому, что местоположение и количество лопаточных узлов можно подходящим образом регулировать в соответствии с объемом потока, расходом, расчетной мощностью и условиями на месте, тем самым осуществляя эффективное генерирование энергии в любом месте, где протекает вода.