ГИДРОСИЛОВАЯ УСТАНОВКА
HYDRAULIC POWER UNIT

Изобретение относится к гидроэнергетике и может найти применение при использовании энергии потока воды рек или каналов для преобразования ее в электрическую энергию.
Известно устройство преобразования энергии текучей воды в электрическую энергию, содержащее электрогенератор, корпус, установленный в нем вал отбора мощности, поплавки, шарнирно соединенные со штоками и системой рычагов, связанной с храповыми механизмами (Патент США №168832, М. кл. F03B 13/12,1928 г. Аналог).
Известное устройство обладает малой эффективностью и сложностью средства преобразования энергии текучей воды в электрическую энергию.
Наиболее близким аналогом является гидросиловая установка (далее установка), содержащая корпус, выполненный в виде двух камер с впускными и выпускными отверстиями, поплавки, установленные в камерах, накопительный резервуар, рабочую магистраль, вал отбора мощности, выполненный в виде установленного в подшипниках коленчатого вала с шатунами, связанными с поплавками, маховик, установленный на коленчатом валу (см. RU 2176747 С2, F03B 17/02,10.12.2001 г. Прототип).
Недостатком прототипа является медленное наполнение водой камер по трубам, в результате чего выталкивающая сила по Закону Архимеда осуществляет медленный подъем и скорость перемещения поплавков, что ограничивает мощность установки. Даже оснащение ее дополнительными впускными трубами, соединяющими накопительный резервуар с камерами по высоте и периметру, не устранило этот недостаток. Другим недостатком известной установки являются большие усилия на открывание впускных и выпускных отверстий камеры. Чем больше диаметр впускных и выпускных отверстий и перекрывающих их тарелок клапанов, тем больше на них усилие воды. Это снижает эксплуатационную надежность распределительного вала с кулачками и механизма его привода, связанного с коленчатым валом.
Общими признаками прототипа и заявки является: гидросиловая установка, содержащая корпус, выполненный в виде двух камер с впускными и выпускными отверстиями, поплавки, установленные в камерах, накопительный резервуар, рабочую магистраль, вал отбора мощности, выполненный в виде установленного в подшипниках коленчатого вала с шатунами, связанными с поплавками, маховик, установленный на коленчатом валу.
Техническая задача изобретения - повышение эффективности гидросиловой установки за счет быстрого наполнения камер потоком воды рек или канала и повышение эксплуатационной надежности путем существенного уменьшения нагрузки на коленчатый вал при открывании и закрывании впускных и выпускных отверстий камер.
Техническая задача и результат достигаются тем, что гидросиловая установка содержит корпус, выполненный в виде двух камер с впускными и выпускными отверстиями, поплавки, установленные в камерах, накопительный резервуар, рабочую магистраль, вал отбора мощности, выполненный в виде установленного в подшипниках коленчатого вала с шатунами, связанными с поплавками, маховик, установленный на коленчатом валу. Установка установлена параллельно руслу реки или канала, разделенного продольной перегородкой на рабочую и аварийную магистрали, снабженные заслонкам для их перекрытия. Накопительный резервуар образован в рабочей магистрали, а аварийная магистраль сообщена с обводной магистралью. Корпус размещен между рабочей и обводной магистралями, а впускные и выпускные отверстия его камер расположены друг против друга с возможностью сообщения с рабочей и обводной магистралями и снабжены затворами, установленными с возможностью перемещения по вертикальным направляющим для перекрытия указанных отверстий. Установка дополнительно снабжена электродвигателями, установленными над впускными и выпускными отверстиями, вал каждого из которых снабжен барабаном, соединенным тросом с соответствующим затвором. Установка снабжена поплавковыми выключателями и включателями, а также штанговыми вилочными переключателями электродвигателей для открывания и закрывания соответствующих затворов, а электродвигатели электрической цепью соединены с генератором электрического тока, соединенного передачей с коленчатым валом. Поплавковые выключатели и включатели электродвигателей выполнены в виде патрубков со штоком и поплавковым клапаном и установлены в камерах, а штанговые вилочные переключатели установлены на затворах выпускных отверстий камер.
Указанные признаки необходимы и достаточны для осуществления изобретения и достижения технического результата.
Причинно-следственная связь новых признаков и достигаемого технического результата состоит в следующем. Установка гидросиловой установки параллельно руслу реки или канала, разделенного продольной перегородкой на рабочую и аварийную магистрали, снабженные заслонками для их перекрытия, позволила поток воды реки или канала направить в накопительный резервуар, а перекрывание рабочей магистрали и открывание аварийной магистрали - выключать работу установки.
Образование накопительного резервуара в рабочей магистрали, сообщение аварийной магистрали с обводной магистралью, размещение корпуса между рабочей и обводной магистралями и расположение впускных и выпускных отверстий его камер друг против друга с возможностью сообщения с рабочей и обводной магистралями, а также снабжение затворами, установленными с возможностью перемещения по вертикальным направляющим для перекрытия указанных отверстий, позволило поочередно впускать поток воды из накопительного резервуара в камеры и выпускать отработанный поток воды из камер в обводную магистраль и исключить нагрузку на коленчатый вал при открывании и закрывании затворов.
Дополнительное снабжение установки электродвигателями, установленными над впускными и выпускными отверстиями камер, вал каждого из которых снабжен барабаном, соединенным тросом с соответствующим затвором, позволило существенно уменьшить расход мощности на открывание и закрывание затворов за счет перемещения их по вертикальным направляющим для перекрытия указанных отверстий.
Снабжение установки поплавковыми выключателями и включателями, а также штанговыми вилочными переключателями электродвигателей для открывания и закрывания соответствующих затворов и соединение электродвигателей малой мощности электрической цепью с генератором электрического тока, соединенного передачей с коленчатым валом, позволило поочередно включать и отключать электродвигатели электрическим током указанного генератора.
Выполнение поплавковых выключатели и включателей электродвигателей в виде патрубков со штоком и поплавковым клапаном и установка их в камерах, а штанговых вилочных переключателей на затворах выпускных отверстий камер, позволило четко осуществлять последовательное включение и выключение электродвигателей для открытия и закрытия затворами впускных и выпускных отверстий камер.
На фиг. 1 показана схема гидросиловой установки, вид сверху; фиг. 2 - то же, вид спереди; фиг. 3 - сечение а-а на фиг 1, показан поплавковый выключатель электродвигателя.
Гидросиловая установка (фиг. 1) содержит корпус 1, установленный параллельно руслу 2 реки или канала, разделенного продольной перегородкой 3 на рабочую магистраль 4 с заслонкой 5 и аварийную магистраль 6 с заслонкой 7. В рабочей магистрали 4 образован накопительный резервуар 8, а аварийная магистраль 6 сообщена с обводной магистралью 9. Корпус 1 размещен между аварийной 6 и обводной 9 магистралями и состоит из стояков 10, соединенных продольными 11, крайними 12 и средней 13 поперечными балками, под которыми установлены продольные 14, крайние 15 и средняя 16 поперечные стенки (фиг. 2). Средняя поперечная стенка 16 разделяет корпус 1 на две камеры 17 и 18, а на продольных стенках 14 образованы впускные 19, 20 и выпускные 21, 22 отверстия, расположенные друг против друга с возможностью сообщения с рабочей 4 и обводной 9 магистралями и снабжены затворами 23, 24 и 25, 26, которые установлены с возможностью перемещений по вертикальным направляющим 27 в продольных стенках 14 и пазам 28 в продольных балках 11. На стояках 10 по вертикали закреплены по три ролика 29, а в камерах 17 и 18 установлены поплавки 30 и 31, на которых закреплены направляющие 32 и соединенные с ними ребра 33 жесткости, а на их пересечении ушки 34, к которым присоединены шатуны 35 и 36, соединенные с коленчатым валом 37, закрепленным в подшипниках на поперечных крайних 15 и средней 16 стенках. Коленчатый вал 37, с установленным на нем маховиком 38, передачей 39 соединен с валом 40, к которому присоединен генератор электрического тока (не показан). Установка снабжена электродвигателями 41, 42 и 43, 44, установленными на передней и задней продольных балках 11, соответственно над впускными 19, 20 и выпускными 21, 22 отверстиями камер 17 и 18. На валах электродвигателей 41, 42, 43 и 44 закреплены барабаны 45, которые тросами 46 соединены через обходные ролики 47 с затворами 23, 24, 25 и 26. На средней поперечной балке 13 закреплены, помещенные в камеру 17, поплавковые выключатель 48 электродвигателя 41 и включатель 49 электродвигателя 43, а в камеру 18 - поплавковые выключатель 50 электродвигателя 42 и поплавковый включатель 51 электродвигателя 44. Поплавковые выключатели 48, 50 и включатели 49, 51 электродвигателей 41, 42, 43 и 44 выполнены в виде патрубков 52, сообщенных соответственно с камерами 17 и 18, снабжены поплавковыми клапанами 53 и подпружиненными штоками 54, замыкающими или размыкающими электрическую цепь соответствующего электродвигателя. На затворах 25 и 26 камер 17 и 18 закреплены соответственно штанговый вилочный переключатель 55 для выключения электродвигателя 43 и включения электродвигателя 42 и штанговый вилочный переключатель 56 для выключения электродвигателя 44 и включения электродвигателя 41. Гидросиловая установка работает следующим образом. В нерабочем положении установки все впускные 19, 20 и выпускные 21, 22 отверстия камер 17 и 18, образованных в корпусе 1, расположенном между рабочей 4и обводной 9 магистралями, закрыты соответственно затворами 23, 24 и 25, 26, а рабочая магистраль 4 закрыта заслонкой 5. Заслонка 7 аварийной магистрали 6 открыта, и поток воды из русла 2 реки или канала прямотоком проходит по указанной магистрали. Перед началом работы установки, оператор заслонкой 5 открывает рабочую магистраль 4, а заслонкой 7 закрывает аварийную магистраль 6. Весь поток воды по рабочей магистрали 4 поступает в накопительный резервуар 8, полностью его заполняет, а излишки воды через продольную стенку 3 переливаются в аварийную магистраль 6. После этого оператор переносным аккумулятором (не показан, так как не входит в конструкцию установки) включает электродвигатель 41 над впускным отверстием 19 камеры 17. Барабан 45 тросом 46, перекинутым через обходной ролик 47, поднимает затвор 23, который скользит по вертикальным направляющим 27 в передней продольной стенке 14 и продольном пазу 28 в передней продольной балке 11, не испытывая большого сопротивления и больших затрат энергии, так как перемещается в вертикальном направлении и выполнен облегченным - полым или изготовленным из алюминиевых листов. Вода через впускное отверстие 19 быстро заполняет камеру 17 и поплавок 30 всплывает, перемещаясь направляющими 32 по роликам 29, закрепленным на стояках 10, соединенных крайними 12, средней 13 поперечными и продольными 11 передней и задней балками. Шатун 35, соединенный с ушками 34 ребер жесткости 33 поплавка 30, поворачивает коленчатый вал 37 на 180 градусов, а поплавок 31 в пустой камере 18 шатуном 36 опускается в нижнее положение. Генератор (не показан), соединенный валом 40 и передачей 39 с коленчатым валом 37 и электрической цепью с электродвигателями малой мощности 41, 42, 43 и 44, вырабатывает электрический ток, который поступает на их питание. Одновременно вода заполняет патрубки 52 поплавковых выключателя 48 и включателя 49. Поплавковые клапаны 53 нажимают на подпружиненные штоки 54 и выключают электродвигатель 41 и включают электродвигатель 43. Затвор 23 мгновенно опускается вниз и закрывает впускное отверстие 19 камеры 17, а электродвигатель 43 тросом 46 поднимает затвор 25 и открывает выпускное отверстие 21. Вода сливается в обводной канал 9 и по нему в аварийную магистраль 6, а штанговый вилочный переключатель 55, закрепленный на затворе 25 выпускного отверстия 21 камеры 17, одним пальцем выключает электродвигатель 43, а другим пальцем включает электродвигатель 42 на впускном отверстии 20 камеры 18. Затвор 25 мгновенно опускается вниз и перекрывает отверстие 21, а затвор 24 электродвигателем 42 поднимается. Вода из накопительного резервуара 8 поступает в камеру 18, поплавок 31 всплывает и шатун 36 поворачивает на 180 градусов коленчатый вал 37, который завершает полный оборот. Маховик 38 переводит шатуны 35 и 36 через верхние и нижние «мертвые точки» и обеспечивают плавное вращение коленчатого вала 37, который передачей 39 вращает вал 40. При этом выключатель 50 аналогичным образом выключает электродвигатель 42, а включатель 51 включает электродвигатель 44. Затвор 24 опускается вниз и перекрывает отверстие 20, а затвор 26 поднимается и вода через отверстие 22 сливается в обводную магистраль 9. Штанговый вилочный переключатель 56, закрепленный на затворе 26 выпускного отверстия 22 камеры 18, одним пальцем выключает электродвигатель 44 и затвор 26 перекрывает выпускное отверстие 22, а другим пальцем включает электродвигатель 41, который затвором 23 открывает впускное отверстие 19 камеры 17. Далее процесс работы гидросиловой установки автоматически повторяется с отбором незначительной части энергии, вырабатываемой генератором, на поочередное включение электродвигателей 41, 42, 43 и 44. Применение гидросиловой установки позволяет использовать энергию малых рек или каналов для получения электрической энергии для нужд близ расположенных районов.