ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
HYDROPOWER INSTALLATION

Изобретение относится к конструкциям установок для преобразования энергии набегающего потока воды в электрическую энергию.
Известна гидроэнергетическая установка (см. RU 93029865 А, 27.08.1985, F03B 13/12), содержащая два винта, вращающиеся в разные стороны, соединенные валами соответственно с ротором и статором генератора. При этом статор генератора вращается. Это является большим недостатком, т.к. статор необходимо разместить в неподвижном корпусе, предназначенном для крепления к опоре и вывода электрических проводов. Кроме того, ротор, статор и винты вращаются с одинаковыми угловыми скоростями. Если спроектировать высокоскоростной генератор, имеющий частоту вращения, например, 3000…10000 об/мин, то спроектировать винт диаметром более 1 м не удастся по соображениям прочности, из-за больших центробежных нагрузок.
Например, при n=10 000 об/мин и D=1 м/с
скорость вращения винта по периферии будет
т.е. почти в 2 раза превышает скорость звука в воздухе и соизмерима со скоростью распространения звука в воде и не допустима по условиям прочности.
Для промышленных гидрогенераторов для получения максимальной мощности необходимо иметь винты диаметром 5…10 м и более. В этом случае скорость вращения винтов не должна превышать 50 об/мин, т.е. необходима установка мультипликатора, повышающего частоту вращения роторов в 10…20 раз. Кроме того, предпочтительно статор генератора выполнить не вращающимся.
Известна гидроэнергетическая установка, содержащая генератор, направляющий аппарат и гидродинамический привод, выполненный в виде двух последовательно установленных винтов, выполненных с возможностью вращения в противоположные стороны и соединенных с генератором через средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала, выполненное в виде конического мультипликатора, установленного во внутреннем корпусе, при этом направляющий аппарат предназначен для раскрутки потока воды перед его подачей на задний винт (см. SU 1280178 А1, 30.12.1986, F03B 13/10).
Недостатком известной установки является наличие единственного направляющего аппарата, установленного перед вторым винтом, трех опор, одна - в верхней части устройства и две - в нижней.
Задача изобретения - увеличение КПД установки за счет увеличения КПД заднего винта путем раскрутки потока воды на выходе из переднего винта, направления оптимальным образом потока воды на вход заднего винта.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых
на фиг.1 приведена гидроэнергетическая установка,
на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1,
на фиг.3 - разрез В-В на фиг.1.
Установка (фиг.1) содержит генератор 1 с вращающимися магнитами 2, обмоткой возбуждения и присоединенный к нему перпендикулярно гидродинамический привод 4, работающий от энергии течения воды. Гидродинамический привод 4 содержит наружный корпус 5 и внутренний корпус 6, выполненные обтекаемой формы. Полость «А» внутри внутреннего корпуса 6 герметизирована и заполнена смазывающей жидкостью.
Гидродинамический привод 4 (фиг.1) состоит из установленных последовательно переднего и заднего винтов 7 и 8 на соответственно переднем и заднем обтекателях 9 и 10, которые жестко связаны с валами 11, установленными на опорах 12.
Средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала выполнено в виде конического мультипликатора 13. Винты 7 и 8 при работе вращаются в разные стороны.
На валах 11 установлены ведущие конические шестерни 14 и 15 конического мультипликатора 13. Ведомая шестерня 16 установлена на валу 17. Вал 17 при помощи муфты 18 соединен с валом генератора 19. Вал 17 установлен внутри защитного кожуха 20. К защитному кожуху 20 приварены ребра 21. Генератор 1 установлен на опорной плите 22. Внутренний корпус 6 прикреплен к наружному корпусу 5 при помощи направляющих аппаратов 23 и 24 (фиг.2 и 3), предназначенных для раскрутки потока воды перед его подачей на задний винт 8, что позволит более эффективно, по сравнению с одним направляющим аппаратом, раскрутить поток воды перед задним винтом. Это увеличивает КПД установки. На входе в гидродинамический привод 4 установлена защитная решетка 25, предотвращающая попадание посторонних предметов на винты 7 и 8 и обеспечивающая безопасность эксплуатации. Провода 26 выведены на поверхность воды к потребителю.
Применение такой схемы позволит уменьшить диаметральные габариты винтов 7 и 8, увеличить их КПД, уменьшить диаметр установки почти в 1,5 раза и уменьшить уровень шума, создаваемого винтами 7 и 8.
Перед эксплуатацией осуществляют монтаж установки. При этом возможны два варианта монтажа установки. Первый вариант (фиг.1) обеспечивает установку генератора 1 на дне водоема при помощи опорной плиты 22.
По второму варианту генератор 1 крепят над поверхностью воды на платформе, а гидродинамический привод устанавливается под водой. Это дает значительное преимущество: генератор можно обслуживать, не погружаясь под воду, и проще вывести провода 26 и соединить их с потребителями энергии.
При эксплуатации установки ее устанавливают в районе постоянного течения воды. Поток воды приводит в действие гидродинамический привод 4 (фиг.1), т.е. винты 7 и 8 через средство преобразования вращательного движения (конический мультипликатор 13), и вал 17 приводит в действие вал генератора 19. Вырабатываемая электрическая энергия поступает по электрическим проводам к потребителям энергии по проводам 26.
Наличие защитного кожуха 20 обеспечивает безопасность эксплуатации и, кроме того, разгружает вал 17 от изгибающих нагрузок. Для этой же цели предназначены ребра 21.
Защитная решетка 25 предотвращает попадание посторонних предметов и рыбы внутрь установки, что также повышает ее надежность и обеспечивает безопасность.
Обтекаемая форма корпусов 5 и 6 дополнительно увеличивает КПД установки и ее мощность. Внешний корпус 5 предотвращает радиальный переток воды под действием центробежных сил и увеличивает КПД установки.
Применение изобретения позволит:
1. Раскрутить поток воды на выходе из первого винта.
2. Направить оптимальным образом поток воды на вход заднего винта.
3. Значительно увеличить КПД заднего винта, а следовательно, КПД установки в целом.
4. Получить большую мощность за счет применения винтов максимально возможного диаметра для того, чтобы через них проходил максимальный расход воды, применения максимальной угловой скорости вращения винтов из условия прочности, применения конического мультипликатора для того, чтобы электрогенератор, имея минимальные габариты, имел максимальную мощность.
5. Обеспечить снижение уровня шума, создаваемого винтами, за счет применения обтекателя.
6. Облегчить обслуживание генератора, выполненного отдельно от гидродинамического привода и отнесенного от него на значительное расстояние при помощи вала 17.
7. Обеспечить безопасность эксплуатации устройства.