УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ИЗ ЭНЕРГИИ ВОДЫ

Полезная модель относится к гидроэнергетике, а именно, к устройствам для выработки электрической энергии из энергии потоков воды и может быть использована для энергоснабжения предприятий сельского хозяйства и малого бизнеса, расположенных в труднодоступных и горных районах.
Известно устройство для преобразования энергии воды в электрическую энергию, содержащее водяное колесо из жестко соединенных барабана, боковых стенок, лопаток и ступицы, жестко скрепленной спицами с барабаном, соединенное механической передачей посредством редуктора с электрогенератором, подшипниковые узлы, опоры, водоподводящую и водоотводящую системы. Оно снабжено водоудерживающим элементом, установленным от нижней по вертикальной оси точки боковых стенок со стороны рабочей части водяного колеса на расстоянии 5-10 мм и выполненным радиально изогнутым с углом охвата, равным 150-165°, и шириной, равной ширине водяного колеса, при этом каждая из лопаток водяного колеса выполнена в виде пластин из двух частей, угол между которыми равен 120-140°, а отношение длины одной части пластины к длине другой части, закрепленной на барабане, равно 1/1,5-1/2,0, с углом к касательной в месте контакта пластины и барабана, равным 25-45°, количество лопаток выбрано с учетом того, что расстояние между ними по внешнему периметру боковых стенок равно 0,25-0,35 м. Водяное колесо посредством ступицы и подшипниковых узлов установлено на оси, закрепленной на опорах. В качестве электрогенератора использован асинхронный двигатель, связанный с системой автоматического управления, включающей блок коммутационной и измерительной аппаратуры, к которому подключены блоки конденсаторов возбуждения, тиристорных преобразователей, полезной нагрузки, и блок регулирования, защиты и управления, соединенный с блоком тиристорных преобразователей, к которому присоединены блоки балластной нагрузки и конденсаторов возбуждения. Механическая передача выполнена в виде цепной передачи, ведущая звездочка которой закреплена на спицах водяного колеса, а водоподводящая и водоотводящая системы выполнены безнапорными.
Недостатком описанного устройства является невозможность использования с напорными водоподводящей и водоотводящей системами и отсутствие автоматического регулирования расхода воды.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является гидравлическая машина объемного вытеснения, содержащая корпус, выполненный в виде обращенных один к другому сообщающихся полых цилиндрических элементов с входным и выходным отверстиями, и установленный вне корпуса редуктор, оси шестерен которого кинематически связаны с вращающимися поршнями, образующими с внутренними поверхностями корпуса замкнутые изменяемые объемы, периодически соединяющиеся с входным и выходным отверстиями, и выполненными в виде плоских пластин, установленных одна в другой с возможностью телескопического перемещения и соединенных с цилиндрическим втулками, расположенными на валах, установленных в отверстиях плоских шайб, причем валы установлены ассиметрично в одном направлении относительно общих осей редуктора и плоских шайб, а если плоские пластины установлены одна в другой жестко, то шестерни редуктора расположены на осях эксцентрично.
Недостатком описанного устройства является узкая сфера использования, обусловленная сложностью применения в качестве гидравлического двигателя при электрогенераторе без наличия дополнительных устройств, повышающих скорость вращения.
Предлагаемой полезной моделью решается задача расширения сферы использования и повышения экономичности.
Для достижения указанного результата устройство для выработки электрической энергии из энергии воды, содержащее корпус, выполненный в виде обращенных один к другому сообщающихся полых цилиндрических элементов с входным и выходным отверстиями, и установленный вне корпуса редуктор, оси шестерен которого кинематически связаны с вращающимися поршнями, образующими с внутренними поверхностями корпуса замкнутые изменяемые объемы, периодически соединяющиеся с входным и выходным отверстиями, и выполненными в виде плоских пластин, установленных одна в другой с возможностью телескопического перемещения и соединенных с цилиндрическим втулками, расположенными на валах, установленных в отверстиях плоских шайб, причем валы установлены ассиметрично в одном направлении относительно общих осей редуктора и плоских шайб, а если плоские пластины установлены одна в другой жестко, то шестерни редуктора расположены на осях эксцентрично, снабжено электрогенератором, установленным на выходной оси дополнительного редуктора, шестерня которого размещена на одной из общих осей редуктора и плоской шайбы, и соединенным с балластной нагрузкой посредством блока автоматического управления, связанного с электрическими задвижкой и расходомером, установленными на водоподводящей системе, при этом корпус, редуктор и дополнительный редуктор расположены в наружном корпусе, на входном и выходном патрубках которого жестко закреплены фланцы для присоединения водоподводящей и водоотводящей систем, причем на фланце, закрепленном на выходном патрубке, смонтирована опорная плита для установки электрогенератора.
Расширение сферы использования и повышение экономичности достигается тем, что устройство для выработки электрической энергии из энергии воды снабжено электрогенератором, установленным на выходной оси дополнительного редуктора, шестерня которого размещена на одной из общих осей редуктора и плоской шайбы, и соединенным с балластной нагрузкой посредством блока автоматического управления, связанного с электрическими задвижкой и расходомером, установленными на водоподводящей системе, при этом корпус, редуктор и дополнительный редуктор расположены в наружном корпусе, на входном и выходном патрубках которого жестко закреплены фланцы для присоединения водоподводящей и водоотводящей систем, причем на фланце, закрепленном на выходном патрубке, смонтирована опорная плита для установки электрогенератора.
Повышение экономичности за счет регулирования расхода воды блоком автоматического управления, связанного с электрическими задвижкой и расходомером.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена схема устройства для выработки электрической энергии из энергии воды; на фиг.2 изображены корпус, редуктор и дополнительный редуктор, общий вид; на фиг.3 - тоже, что на фиг.2, сечение А-А.
Устройство для выработки электрической энергии из энергии воды содержит корпус 1 (фиг.2, 3), выполненный в виде обращенных один к другому сообщающихся полых цилиндрических элементов 2 и 3, в качестве которых могут быть использованы барабаны, закрытые с торцов крышками 4 и 5. Цилиндрические элементы 2 и 3 сообщаются посредством окон (на чертеже не показаны) с входным и выходным отверстиями (на чертеже не показаны), снабженными патрубками (на чертеже не показаны) для впуска и выпуска воды. Вне корпуса 1 установлен редуктор 6, оси шестерен 7 и 8 которого кинематически связаны с вращающимися поршнями, образующими с внутренними поверхностями корпуса 1 замкнутые изменяемые объемы, периодически соединяющиеся с входным и выходным отверстиями. Вращающиеся поршни выполнены в виде плоских пластин 9 и 10 (фиг.3), установленных одна в другой с возможностью телескопического перемещения (на чертеже не показано) и соединенных с цилиндрическими втулками 11 и 12, расположенными на валах 13 и 14, установленных в отверстиях плоских шайб 15 и 16. Вал 13 размещен внутри цилиндрического элемента 2, а вал 14 - внутри цилиндрического элемента 3. Концы плоских пластин 9 и 10 в местах присоединения к цилиндрическим втулкам 11 и 12 выполнены с утолщениями (на чертеже не показаны), перекрывающими окна при вращении поршней. Причем валы 13 и 14 установлены ассиметрично в одном направлении относительно общих осей 17 и 18 редуктора 6 и плоских шайб 15 и 16. А если плоские пластины 9 и 10 установлены одна в другой жестко, то шестерни 7 и 8 редуктора 6 расположены на осях эксцентрично. Устройство снабжено электрогенератором 19 (фиг.1), установленным на выходной оси 20 дополнительного редуктора, шестерня 21 которого размещена, например, на общей оси 17 редуктора 6 и плоской шайбы 15. В отверстии 22 (фиг.3) в подшипниках 23 крышки 5, в отверстии 24 крышки 25 корпуса редуктора бив отверстии 26 в подшипниках 23 крышки 27 наружного корпуса 28 размещена общая ось 17 шестерни 21 дополнительного редуктора, шестерни 7 редуктора 6 и плоской шайбы 15. В отверстии 29 в подшипниках 23 крышки 5 и в отверстии 30 в подшипниках 23 крышки 25 корпуса редуктора 6 размещена общая ось 18 шестерни 8 редуктора 6 и плоской шайбы 16. Общие оси 17 и 18 представляют собой элементы, жестко соединяющие оси шестерни 21 дополнительного редуктора, шестерни 7 редуктора 6 и плоской шайбы 15, а также оси шестерни 8 редуктора 6 и плоской шайбы 16. Дополнительный редуктор состоит из шестерен 21 и 31, кинематически связанных между собой. Наружный торец оси 17 снабжен заглушкой 32. Шестерня 31 размещена на выходной оси 20, установленной одним концом в отверстии 30 в подшипниках 23 крышки 25 корпуса редуктора 6 без контакта с осью 18, а другим концом в отверстии 33 в подшипниках 23 крышки 27 наружного корпуса 28. Установка плоских пластин 9 и 10 одна в другой с возможностью телескопического перемещения позволяет работать с переменным расстоянием между центрами кривошипов. Установка плоских пластин 9 и 10 одна в другой жестко при эксцентричном размещении шестерен 7 и 8 на осях 17 и 18 с постоянным расстоянием между осями валов 13 и 14 при вращении шестерен 7 и 8 позволяет работать образованной монолитной лопасти без дополнительного трения, что упрощает устройство лопасти, увеличивая износостойкость. Вращающиеся поршни, выполненные в виде плоских пластин 9 и 10 с цилиндрическими втулками 11 и 12, шарнирно установленных на валах 13 и 14, перегораживая цилиндрические элементы 2 и 3 с окнами, образуют с внутренними поверхностями корпуса 1 замкнутые изменяемые объемы. Нагнетательная полость представляет собой изменяемый объем, ограниченный вращающимися поршнями, внутренней поверхностью корпуса 1 входным отверстием, а сливная полость представляет собой изменяемый объем, ограниченный вращающимися поршнями, внутренней поверхностью корпуса 1 и выходным отверстием. Плоская шайба 15 с валом 13 и плоская шайба 16 с валом 14 выполняют функции кривошипов, валы 13 и 14 - шеек кривошипов, плоские пластины 9 и 10, соединенные с цилиндрическими втулками 11 и 12 - лопастей со ступицами. Электрогенератор 19, например, трехфазный асинхронный двигатель общепромышленного использования, соединен с балластной нагрузкой 34, в частности, трехфазным электрокотлом посредством блока автоматического управления 35 любого типа, связанного с электрическими задвижкой 36 и расходомером 37, установленными, например, последовательно на водоподводящей системе 38, при этом корпус 1, редуктор 6 и дополнительный редуктор расположены в наружном корпусе 28, который может быть выполнен монолитным или состоять из корпуса 1 и корпусов редуктора 6 и дополнительного редуктора. На входном 39 и выходном 40 патрубках наружного корпуса 28 жестко закреплены фланцы 41 и 42 для присоединения к фланцам во доподводящей 38 и водоотводящей 43 систем, в качестве которых могут быть использованы трубопроводы. Причем на фланце 42, закрепленном на выходном 40 патрубке, смонтирована, например, с помощью сварки опорная плита 44 для установки электрогенератора 19, что позволяет напрямую устанавливать электрогенератор 19 на выходную ось 20 дополнительного редуктора.
Устройство для выработки электрической энергии из энергии воды работает следующим образом.
Вода поступает по водоподводящей системе 38 (фиг.1) через входной 39 патрубок наружного корпуса 28. Под воздействием воды в нагнетательной полости создается давление и вращающиеся поршни совершают 8-ми образный рабочий ход в цилиндрических элементах 2 и 3, вращая плоскую шайбу 15 на валу 13 и плоскую шайбу 16 на валу 14 в разные стороны. Плоские пластины 9 и 10, соединенные с цилиндрическими втулками 11 и 12, поворачиваются и в моменты прохождения окон перекрывают их утолщениями втулок 11 и 12, а после прохождения окон открывают их в сторону сливной полости, сбрасывая в последнюю воду. Расход воды осуществляется порциями. При этом происходит преобразование энергии воды в механическую энергию вращения общей оси 17 и через шестерни 21 и 31 выходной оси 20 дополнительного редуктора, на которой установлен электрогенератор 19, преобразующий механическую энергию вращения в электрическую. Применение повышающего дополнительного редуктора позволяет использовать в качестве электрогенератора трехфазный асинхронный двигатель общепромышленного использования. Возникающее при работе электрогенератора 19 напряжение поступает на блок автоматического управления 35, который связан с балластной нагрузкой 34 и поддерживает электрические параметры в стандартных пределах для потребителя. С помощью электрического расходомера 37 блок автоматического управления 35 осуществляет контроль над расходом воды. При изменении потребительской нагрузки и при аварийном режиме работы изменяется или прекращается подача воды.
Таким образом, применение предлагаемой полезной модели позволяет расширить сферу использования и повысить экономичность.