УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ РЕЧНОГО ПОТОКА

Полезная модель относится к гидроэнергетике и может быть использована в русловых гидроустановках для отбора части энергии текущей среды и преобразования ее в механическую энергию вращения, а затем в электрическую.
Известно устройство для использования энергии речного потока, содержащее несущее основание, выполненное в виде бетонированного берега, в котором наполовину размещена турбина, имеющая вертикально сориентированные лопасти, закрепленные на ее вертикальном валу, и электрогенератор, кинематически связанный с вертикальным валом (см. описание изобретения к патенту РФ №2020260, заявл. 04.03.1991, опубл. 30.09.1994, по кл. F03B 7/00).
Признаки: несущее основание; турбина, размещенная на несущем основании; наличие у турбины вертикально сориентированных лопастей; закрепленных на ее вертикальном валу и электрогенератор, кинематически связанный с вертикальным валом турбины являются общими существенными признаками с заявляемым техническим решением.
Недостатком указанного устройства является то, что оно использует энергию прибрежного потока, которая меньше энергии потока, движущегося ближе к фарватеру. Кроме того, работа турбины в бетонированном береге приводит к вращению воды, заполняющей нишу корпуса, и значительной турбулизации ее потока в рабочей зоне лопастей, что ухудшает гидродинамические характеристики работы турбины и снижает мощность гидроустановки в целом.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому (прототипом) является устройство для использования энергии речного потока, содержащее несущее основание на котором закреплена, как
минимум, одна гидротурбина, кинематически связанная с электрогенератором, и имеющая, как минимум, две вертикально сориентированные лопасти, шарнирно закрепленные на ее вертикальном валу и снабженные ограничителями поворота, причем несущее основание выполнено в виде протяженной вдоль реки плотины с поперечными проемами в которых установлены гидротурбины, лопасти снабжены вертикальными шарнирами, которые смещены относительно продольной оси плотины с возможностью контакта поверхности рабочих лопастей с потоком воды при их вращении в попутном с ним направлении и их закрытия телом плотины при встречном направлении вращения (см. описание изобретения к патенту РФ №2189492 заявл. 21.03.2000, опубл. 20.09.2002, по кл. F03B 17/06).
Общими существенными признаками заявляемого и известного технических решений являются: наличие несущего основания; закрепление на несущем основании, как минимум, одной гидротурбины, кинематически связанной с электрогенератором; наличие у гидротурбины, как минимум, двух вертикально сориентированных лопастей; закрепление лопастей на вертикальном валу гидротурбины с помощью шарниров и наличие ограничителей поворота лопастей.
Недостатком данного устройства является то, что оно также имеет низкий коэффициент использования энергии потока, так как энергия прибрежных вод значительно ниже энергии вод, протекающих ближе к фарватеру. Кроме того, закрепление лопастей с помощью вертикальных шарниров и размещение их в воде при встречном направлении вращения создает дополнительное сопротивление и снижает мощность устройства.
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, состоит в том, чтобы обеспечить возможность размещения предложенного устройства в потоке, имеющем максимальную энергию, и значительно снизить сопротивление движению лопастей, которые перемещаются
навстречу потоку. Это позволило бы значительно увеличить мощность устройства.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для использования энергии речного потока, содержащем несущее основание на котором закреплена, как минимум, одна гидротурбина, кинематически связанная с электрогенератором, и имеющая, как минимум, две вертикально сориентированные лопасти, шарнирно закрепленные на ее вертикальном валу и снабженные ограничителями поворота, согласно полезной модели, лопасти на вертикальном валу шарнирно подвешены с помощью горизонтальных осей, а ограничители поворота прикреплены к боковым кромкам лопастей со стороны вертикального вала и контактно связаны с ним.
Горизонтальные оси, с помощью которых шарнирно подвешены лопасти, расположены над водой речного потока.
Шарнирное присоединение вертикально сориентированных лопастей к вертикальному валу гидротурбины с помощью горизонтальных осей, а также наличие ограничителей поворота, прикрепленных к боковым кромкам лопастей со стороны вертикального вала и контактно связанных с ним являются существенными признаками и в совокупности с известными позволяют обеспечить возможность размещения предложенного устройства в потоке, имеющем максимальную энергию, и снизить сопротивление движению лопастей, которые перемещаются навстречу потоку. Дополнительное снижение сопротивления движению гидротурбины обеспечено за счет расположения горизонтальных осей над водой речного потока.
Сущность полезной модели поясняется описанием ее конструкции и чертежом, где:
на фиг.1 схематично изображено устройство для использования энергии речного потока;
на фиг.2 показано размещение устройства в речном потоке.
Устройство для использования энергии речного потока содержит несущее основание 1, на котором установлена гидротурбина. На вертикальном валу 2 гидротурбины закреплены две горизонтальные оси 3, 4, к которым с помощью шарниров 5 подвешены вертикально сориентированные лопасти 6, 7. К боковым кромкам лопастей 6, 7 со стороны вертикального вала 2 гидротурбины прикреплены ограничители поворота 8, 9, соответственно, и контактно связаны с вертикальным валом с диаметрально противоположных его сторон. Вертикальный вал 2 гидротурбины через редуктор 10 соединен с электрогенератором 11, а горизонтальные оси 3, 4, с помощью которых к вертикальному валу 2 шарнирно подвешены лопасти 6, 7, расположены над водой речного потока.
На несущем основании может быть установлено несколько гидротурбин, работающих автономно или связанных между собой общим приводом, а гидротурбина может иметь более двух лопастей (на чертеже не показано).
Устройство для использования энергии речного потока работает следующим образом.
Несущее основание 1 любым известным способом, например, посредством плавающего средства или донного фундамента (на чертеже не показаны) фиксируют в русле реки, помещая устройство в потоке, имеющем максимальную энергию и располагая горизонтальные оси 3, 4 над водой, а обе лопасти 6, 7 перпендикулярно речному потоку.
Текущая среда воздействует на подвешенные с помощью шарниров 5 лопасти 6 и 7. Одна из лопастей, например, лопасть 6, (как показано на фиг.2) под воздействием текущей среды фиксируется в вертикальном положении ее ограничителем поворота 8, контактирующим с вертикальным валом 2 гидротурбины, и поворачивает вертикальный вал 2. Вторая лопасть 7 под воздействием текущей среды поворачивается на горизонтальной оси 4 встречным потоком выносится на поверхность воды и скользит по поверхности навстречу потоку, не оказывая сопротивления вращению
вертикальному валу 2. Когда лопасти 6 и 7 займут положение вдоль потока, то обе примут вертикальное положение напротив оси вертикального вала 2. При дальнейшем вращении вертикального вала 2 лопасть 7, под воздействием текущей среды зафиксируется ограничителем поворота 9 в вертикальном положении и потоком текущей среды повернет вертикальный вал 2. При этом лопасть 6 под воздействием потока повернется на горизонтальной оси 4 и будет скользить по поверхности навстречу потоку, также не оказывая сопротивления вращению вертикальному валу 2. Затем лопасти 6 и 7 займут положение вдоль потока и обе примут вертикальное положение напротив оси вертикального вала 2. Далее цикл повторяется.
Вращение вертикального вала 2 через редуктор 10 передается на электрогенератор 11, преобразуя энергию потока текущей среды в электрическую.
По сравнению с прототипом заявляемая полезная модель позволяет значительно увеличить мощность устройства за счет его размещения в потоке, имеющем максимальную энергию, и за счет снижения сопротивления движению лопастей, которые перемещаются навстречу потоку.