УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ПОТОКА ВОДЫ В МЕХАНИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ

Устройство для преобразования энергии потока воды в механическую энергию
Полезная модель относится к области гидроэнергетики, в частности, к устройствам, преобразующим энергию самотечного потока воды в механическую энергию.
Известна «Бесплотинная всесезонная ГЭС», которая содержит заглубленный в поток вертикальный корпус ротора, разделенный на барабаны со смещенными по окружности лопастями для равномерной работы. Лопастей имеется три вида - внутренние створчатые, поворотные ступенчатые и флюгерные. Последние вращаются в едином направлении от барабанов, так как работают на встречной ветви потока (см. RU 2171912 C2, 10.08.2001,F03В 17/06).
Основным недостатком известного устройства является то, что оно не берет всю энергию текущей воды, с которой соприкасаются (лопасти) и та часть, которая воздействует на лопасти ротора, производит работу не концентрированной силой, потому оно имеет низкий КПД.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является «Бесплотинная всесезонная гидроэлектростанция», которая содержит зафиксированную в потоке по средством донного фундамента или плавающего средства крепежную клеть, выполненным рядом в начале встречи потока двумя приводными барабанами, а в конце клетки по ее углам - с барабанами холостого хода. При этом клеть усилена центральной перегородкой. Барабаны выполнены полыми с осями и с расположенными по торцам барабанов зубчатыми колесами, контактирующими с цепной зубчатой передачей. На последние посредством осей закреплены двустворчатые лопасти, образуя замкнутые, типа транспортера, правую и левую петли, выполненные из жесткого материала и разнесенные под углом от центральной перегородки, с обеспечением вращения в разные стороны ведомых барабанов, связанных с шестернями устройства обратного вращения и мультипликатора с электрогенератором. Причем створки лопастей закрепленных свободно с возможностью открытия и закрытия потоков, при закрытии внутренняя створка лопасти располагается с возможностью скольжения по оси барабана холостого хода, фиксация открытия створки произведена посредством ограничителя (см. RU 2227227 C2, 20.04.2004, F03В 17/06).
Основным существенным недостатком известного технического решения, выбранного заявителем в качестве прототипа, заявляемого решения является то, что для увеличения мощности устройства необходимо увеличить площадь лопастей, длину цепной передачи и размер клети с барабанами, т.е. увеличивается расходы на материалы, что приводит к удорожанию данного устройства. Еще одним недостатком является то, что известное устройство зависит от направления течения.
Задачей, решаемой заявляемым техническим решением, является увеличение мощности получаемой механической энергии с минимальными затратами.
Поставленная задача достигается в устройстве для преобразования энергии потока воды в механическую энергию, содержащее силовой вертикальный вал и створчатые поворотные лопасти, в котором согласно полезной модели, к силовому вертикальному валу устройства прикреплены обтекаемые каркасы, выполненные в виде траверс с закрепленными к ним вертикальными стойками, в которых укреплены наклонные и горизонтальные обтекаемые потоком воды поворотные лопасти с помощью стержней, установленных в них подшипниках, а оси поворота наклонных лопастей располагаются под углом к горизонту, при этом силовой вал установлен на платформе, заглубленной в воде с возможностью вращения. Кроме того поставленная задача решается в полезной модели за счет выполнения наклонных и горизонтальных лопастей с ограничителями наклона, а наклонные лопасти выполняются с прижимными выступами для обеспечения наклона горизонтальных лопастей, и расположением линии осей верхнего и нижнего ряда лопастей за задней поверхностью траверс и тем что все лопасти имеют нулевую плавучесть.
Полезная модель поясняется чертежами:
На фиг. 1 показан общий вид устройства.
На фиг. 2 показаны раскрытые лопасти на обтекаемом каркасе устройства.
На фиг. 3 показано крепление лопастей к вертикальной стойке при помощи стержней с подшипниками.
Устройство состоит из наклонных лопастей 1 (фиг.1), имеющих плоское обтекаемое сечение. На краю наклонных лопастей 1 выполнены прижимные выступы 7 (фиг.2), которые обеспечивают наклон горизонтальных лопастей 3 (фиг.1), имеющих такое же плоское обтекаемое сечение, что и наклонные лопасти 1. Наклонные и горизонтальные лопасти крепятся к вертикальным стойкам 5 (фиг.1)при помощи стержней 8 (фиг.3) и подшипников 9 (фиг.3)и обеспечены также ограничителями наклона 10 (фиг.3). Вертикальные стойки 5 (фиг.1) имеют обтекаемую форму на встречном потоке и крепятся они на траверсах 2 (фиг.1), один конец которых прикреплен к вертикальному силовому валу 4 (фиг.1), а другой имеет загиб, угол которого совпадает с углом к линии горизонта осей стержней 8 (фиг.3) наклонных лопастей 1 (фиг.1), таким образом оси стержней 8 (фиг.3) верхнего и нижнего ряда лопастей находятся за задней поверхностью траверс 2 (фиг.1)и на них не действует лобовое сопротивление от встречного потока. Силовой вал 4 (фиг.1) вращается в платформе 6 (фиг.1), заглубленной в воде.
Устройство работает следующим образом.
Когда обтекаемый каркас с открытыми от потока воды лопастями приближается к точке, где на поверхность наклонных лопастей начинает воздействовать поток воды наклонные лопасти начинают поворачиваться на вертикальных стойках, это происходит за счет того, что оси поворота стержней наклонных лопастей расположены под углом к горизонту и наклонные лопасти в открытом положении также находятся под углом к горизонту, таким образом, перед потоком возникает препятствие и он начинает давить на поверхность наклонных лопастей, тем самым стремится прижать их к вертикальным стойкам. Наклонные лопасти начинают поворачиваться и вслед за собой поворачивают горизонтальные лопасти благодаря прижимным выступам наклонных лопастей, которые давят на поверхность горизонтальных лопастей. При дальнейшем продвижении каркаса с лопастями поток уже начинает давить не только на наклонные лопасти, но и на горизонтальные, так как они приобрели наклон, при котором на их поверхность начинает действовать поток. Благодаря давлению потока все лопасти прижимаются к вертикальным стойкам и начинают давить на траверсы, которые играют роль рычага, вращают силовой вал, установленный в платформе заглубленный на дне водоема. Движение обтекаемого каркаса с закрытыми лопастями продолжается до момента, когда на лопасти уже не действует давление потока из- за перегораживания от вслед идущего обтекаемого каркаса с закрытыми лопастями. Когда на лопасть не действует поток они под воздействием сопротивления воды и благодаря тому, что имеют нулевую плавучесть, легко раскрываются, а благодаря ограничителям наклона они не опрокидываются. В таком положении обтекаемый каркас с открытыми лопастями движется против встречного потока воды с минимальными энергетическими потерями, благодаря тому, что все лопасти имеют плоское обтекаемое сечение с минимальным лобовым сопротивлением. Траверсы и вертикальные стойки также имеют обтекаемые формы и так как оси поворота верхнего и нижнего ряда лопастей находится за задней поверхностью траверс, эти лопасти не испытывают лобовое сопротивление. Цикл повторяется при подходе к месту прямого воздействия потока на наклонные лопасти. Преимущества заявляемого устройства перед прототипом состоит в повышение КПД за счет использования большой площади рядов лопастей снижением сопротивление потоку воды открытием и закрытием лопастей естественным образом без специальных механизмов, в возможности наращивания мощности устройства за счет удлинения траверсов или увеличения количества лопастей, в возможности применения устройства при любом направлении течения в водоемах с изменением русла.