ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к гидроэнергетике и может быть использована для преобразования кинетической энергии воды малых и средних рек в электроэнергию без строительства плотин.
Известна гидроэнергетическая установка содержащая корпус с входными и выходными отверстиями, установленное в корпусе лопастное колесо и электрогенератор с имеющим обмотку статором и ротором, связанным с колесом. Ротор электрогенератора выполнен в виде кругового горизонтального мостика с жестко закрепленными под ним на стержнях электромагнитами для взаимодействия со статорами, при этом водяное колесо с лопастями гидрогенератора выполнено в виде конической консоли, вершина которой установлена на опорном подшипнике, а основание прикреплено к мостику (см. SU №1828941, F03В 17/06, 1993 г.),
Недостатком описанного устройства является то, что его сооружение требует больших капитальных вложений, кроме того, он сложный по конструкции, а эксплуатация его в основном рассчитана в незамерзающих реках.
Известна также гидроэнергетическая установка содержащая поперечную гидротурбину вал которой установлен в подшипниках, закрепленных на раме, снабженную формирователем потока, выполненную с возможностью закрепления к береговым или донным опорам и генератор, кинематически связанный с гидротурбиной, при этом формирователь потока выполнен с возможностью затенения нижней части ротора гидротурбины (см. SU №1700276, кл. F03В 7/10, 1989).
Недостаток такого устройства проявляется при сравнительно небольших массогабаритных характеристиках устройства, поскольку вращающий момент, возникающий при вращении ротора турбины приводит к развороту гидроагрегата и/или опрокидыванию, или ухудшению условий взаимодействия ротора гидроагрегата с набегающим потоком кроме того, недостаточно высока скорость водного потока, воздействующего на ротор гидроагрегата, что снижает мощность генератора.
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение стабильности условий работы устройства, при одновременном повышении мощности генератора.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи выражается в обеспечении возможности стабилизации параметров пространственного размещения установки относительно набегающего потока. Кроме того, обеспечиваются мобильность и компактность установки, а также повышение ее энергопроизводительности.
Поставленная задача решается тем, что гидроэнергетическая установка содержащая раму, снабженную гидротурбиной выполненной с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси перпендикулярной продольной оси установки, кинематически связанную с электрогенератором, снабженную якорным устройством и формирователем потока, выполненным с возможностью затенения нижней части ротора гидротурбины, отличается тем, что формирователю потока придана форма конфузора, большее поперечное сечение которого обращено навстречу к потоку, а меньшее обращено к гидротурбине, при этом на раме установлены балластные емкости, одна из которых установлена на донной части рамы, а остальные закреплены по бортам установки и на ее конце, противоположном формирователю потока, причем установка снабжена рулевой пластиной, ориентированной в вертикальной плоскости проходящей через продольную ось устройства, кроме того, якорное устройство выполнено с возможностью шарнирного поворота установки вокруг него, причем, балластная емкость установленная на донной части рамы, разделена поперечными переборками, по меньшей мере на два отсека по длине установки. Кроме того, приемное отверстие формирователя потока снабжено поворотной непроницаемой заслонкой.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом совокупность существенных признаков полезной модели обеспечивает решение поставленной технической задачи - обеспечение стабильности условий работы устройства, при одновременном повышении мощности генератора.
Заявленное устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез установки; на фиг.2 показан ее вид сверху.
На чертежах показаны гидротурбина 1 (генератор, кинематически связанный с гидротурбиной 1 на чертежах не показан), вал 2 которой установлен в подшипниках 3, закрепленных на раме 4, снабженной формирователем потока 5, гибкие тяги 6 якорное устройство 7, центральная балластная емкость 8, установленная на донной части рамы 4, бортовые балластные емкости 9, концевая балластная емкость 10. Кроме того, показаны дно 11 и поверхность 12 водоема, ограждающая решетка 13, рулевая пластина 14, поворотная заслонка 15, продольная ось 16 установки.
В качестве гидротурбины 1 использован агрегат известной конструкции, выполненный с возможностью вращения в подшипниках 3 на горизонтальном валу 2, поперечном продольной оси 16 установки. Генератор представляет из себя конструкцию известного типа, в водозащищенном исполнении, с рабочими параметрами, определяемыми конкретными условиями эксплуатации, при этом генератор известным образом кинематически связан с гидротурбиной 1 и, посредством герметизированных кабельных выводов, связан с приемником энергии (на чертежах не показан), смонтированным вне водоема (если речь идет о речной установке, то приемник энергии размещен на берегу, если о морской, то либо на берегу, либо на платформе, известным образом смонтированной на свайном основании).
Формирователь рабочего потока 5 выполнен в виде конфузорной воронки, большее поперечное сечение которой обращено навстречу к потоку, а меньшее обращено к гидротурбине 1.
Балластные емкости 8-10 выполнены по одной конструктивной схеме, имеют дистанционно управляемые клапаны (на чертежах не показаны), обеспечивающие сообщение полости емкостей с внешней средой и подключены, посредством шлангов, рассчитанных на давление 5-10 атмосфер, к аккумулятору сжатого воздуха (рассчитанному на соответствующее давление). Они отличаются местоположением (центральная емкость 8 установлена на донной части рамы 4, бортовые балластные емкости 9 - по бортам установки, а концевая 10 установлена на конце установки, противоположном формирователю рабочего потока 5. Кроме того, центральная балластная емкость 8 (установленная на донной части рамы 4), разделена поперечными переборками, по меньшей мере на два отсека 17 по длине установки.
Ограждающая решетка 13 может быть выполнена в виде жесткой решетки из параллельных прутьев закрепленных в одной плоскости на раме 4, под острым углом к горизонту (желательно не более 45°), при этом ее верхняя кромка должна несколько выступать над самой верхней точкой установки. Как вариант - возможно ее выполнение в виде свай (деревянных, железобетонных или металлических) забитых в дно водоема перед местом позиционирования установки.
Рулевая пластина 14 выполнена по типу рулевого пера судового рулевого устройства и размещена в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось 16 устройства.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Известным образом выявляют глубину местоположения наиболее скоростного участка водной акватории. Далее на это место по поверхности 12 водоема буксируют на плаву (при пустых балластных емкостях 8-10) установку. Далее, дистанционно открыв клапаны балластных емкостей 8-10 принимают в них воду в количестве необходимом для погружения установки в воду. После посадки установки на дно размещают на дне якорное устройство 7 (например, анкерное устройство, заделываемое известным образом в дно 11 так, чтобы оно находилось перед установкой, если смотреть по ходу водного потока (течения) 18, после чего, посредством гибких тяг 6, фиксируемых на противоположных «бортах» устройства, последнее закрепляют на якорном устройстве 7 (при этом длину тяг 6 подбирают так, чтобы при подвсплытии устройство оказалось в зоне наиболее скоростного участка водной акватории). Эти работы и работы по демонтажу названных узлов, выполняют с привлечением водолазов или дистанционно управляемых подводных роботов-манипуляторов известной конструкции.
Затем в балластные емкости 8-10 подают воздух, обеспечивая плавучесть установки несколько большую нулевой, причем подачу воздуха в балластные емкости 8-10 регулируют таким образом, чтобы устройство всплывало «на ровном киле» т.е. его продольная ось 16 находилась в горизонтальной плоскости. В процессе выполнения этих операций гидротурбина застопорена, например фрикционным роликом, поджатым к валу турбины (на чертежах не показан) или заслонкой 15, выполненной в виде плоской крышки установленной шарнирно на кромке формирователя потока 5, с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси. Разделение балластной емкости 8 на отсеки 17 позволяет «усилить» работу кормовой балластной емкости 10 при соответствующем заполнении (осушении) отсеков 17.
После вывода устройства в рабочее положение (в зону 19 максимальных скоростей водного потока) турбину запускают в работу (соответственно, либо освобождают ее вал от контакта с фрикционным роликом, либо открывают заслонку 15, переворачивая ее на верхнюю поверхность формирователя потока 5.
Конфузорность воронки формирователя потока 5 обеспечивает повышение скорости потока воды взаимодействующего с турбиной 1, пропорционально отношениям площадей входного и выходного ее сечений. Поэтому, даже при сравнительно невысоких абсолютных величинах скорости движения воды в зоне 19 максимальных скоростей водного потока (в реке или морском течении) на рабочем колесе турбины скоростной напор воды будет достаточно большим.
Рулевая пластина 14 обеспечивает постоянное удержание продольной оси 16 устройства на стрежне потока, «работая» как флюгер отслеживающий направление водного потока.
Вращение рабочего колеса турбины 1 приводит во вращение генератор, кинематически связанный с ней. Вырабатываемая электроэнергия по кабельным выводам уходит на приемник энергии (на чертежах не показан), смонтированный вне водоема.
При установке устройства в реках, особенно, реках отличающихся бурным паводком устройство защищают ограждающей решеткой 13, которая исключает вероятность разрушения установки плавучим мусоров (в том числе деревьями, корягами и т.п. объектами увлекаемыми течением, при этом кабельные и воздушные линии с берега на установку размещают непосредственно на дне водоема, вне зоны воздействия на них плавучего мусора. Поскольку ограждающей решетке 13 придан наклон, это в большинстве случаев исключает вероятность образования заторов на участке ее размещения.
Для перемещения установки на новое место работы продувают балластные емкости 8-10, обеспечивая всплытие установки на поверхность водоема, закрепляют на ней буксирный трос и перемещают наплаву на новое место. Извлекают якорное устройство и перемещают его на новый участок.
Далее все повторяется.