ГИДРОКОЛЕСО

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам, использующим энергию потока воды, и может быть использована в гидроэнергетике.
Известно устройство, содержащее радиальные стержни и закрепленные на них лопасти в виде клина (авторское свидетельство СССР №1285182, МПК F03B 13/12, F03B 17/06, опубл. 23.01.1987).
Устройство работает за счет гидродинамической несимметричности, поскольку сопротивление потоку со стороны клина меньше, чем с его противоположной стороны.
Недостатком известного устройства является необходимость использования при его работе различных механизмов, передающих энергию вращения к электрогенераторам, что существенно снижает эффективность его работы.
Известно гидроколесо (патент РФ на полезную модель №160517, МПК F03B 13/12, опубл. 28.07.2015), включающее вал и жестко установленные на валу изогнутые лопасти в виде, по меньшей мере, двух последовательных групп, каждая из которых включает, по меньшей мере, три лопасти, причем, каждая последующая группа установлена с поворотом относительно предыдущей группы на 30°.
Для использования данного гидроколеса в мини гидроэлектростанциях также требуется наличие передаточных механизмов, что снижает эффективность его работы.
Наиболее близким к предлагаемому является гидроколесо, установленное в гидроэлектростанции  (патент РФ №2171910 (МПК F03B 13/00, опубл. 10.08.2001), состоящее из жестко закрепленных на вертикальном цилиндрическом элементе двух параллельных горизонтальных дисков, по периферии которых и между ними равномерно установлены лопасти длиной не более 2/3 его радиуса под углом к нему от 0 до 180°. Лопасти гидроколеса установлены при помощи разъемных соединений, причем каждое гидроколесо снабжено своими редукторами и электрогенераторами по длине гидроэлектростанции.
Недостатком гидроколеса по патенту №2171910 является низкая эффективность его работы, обусловленная необходимостью снабжения гдроэлектростанции, использующей его, редукторами для передачи энергии вращения.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении эффективности работы гидроколеса за счет исключения потерь при передаче энергии вращения к электрогенератору.
Поставленная задача решается тем, что гидроколесо, включающее цилиндр и жестко установленные на цилиндре лопасти, дополнительно снабжено неподвижной осью, установленной в цилиндре таким образом, чтобы обеспечивать свободное вращение цилиндра, на оси жестко закреплен корпус, охватывающий лопасти, в стенках корпуса выполнены окна и герметично установлена обмотка статора электрогенератора, а в лопасти вмонтированы элементы ротора электрогенератора.
Элементы ротора электрогенератора могут быть выполнены в виде герметично вмонтированных в лопасти обмотки возбуждения электромагнитного поля и солнечных фотоэлементов, подключенных к обмотке возбуждения.
Элементы ротора электрогенератора могут быть выполнены в виде вмонтированных в лопасти постоянных магнитов.
Элементы ротора электрогенератора могут быть выполнены в виде вмонтированных в лопасти постоянных магнитов и герметично вмонтированных в лопасти обмотки возбуждения электромагнитного поля и солнечных фотоэлементов, подключенных к обмотке возбуждения.
Снабжение гидроколеса неподвижной осью и жестко закрепленным на оси корпусом обеспечивает возможность установки в корпусе обмотки статора электрогенератора. А вмонтированные в лопасти элементы ротора электрогенератора обеспечивают появление электрического тока в обмотках статора электрогенератора. При этом не происходит потерь вследствие передачи энергии вращения к ротору электрогенератора, поскольку ротор электрогенератора вращается с той же скоростью, что и лопасти.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фигуре схематически изображено предлагаемое гидроколесо без верхней стенки.
Предлагаемое гидроколесо включает цилиндр 1 и установленные на цилиндре 1 лопасти 2. Внутри цилиндра 1 установлена неподвижная ось 3, на которой жестко закреплен корпус 4, охватывающий лопасти 2. В параллельных лопастям 2 стенках корпуса 4 выполнены окна 5 и герметично установлена обмотка 6 статора электрогенератора, а в лопасти 2 вмонтированы элементы 7 ротора электрогенератора.. Элементы 7 ротора электрогенератора могут быть выполнены в виде вмонтированных в лопасти постоянных магнитов и/или герметично вмонтированных в лопасти обмотки возбуждения электромагнитного поля и солнечных фотоэлементов, подключенных к обмотке возбуждения.
Предлагаемое гидроколесо работает следующим образом.
Гидроколесо устанавливают в водном потоке. Рабочий поток воды проходит через окна 5 и падает на лопасти 2, обеспечивая вращение лопастей 2 на цилиндре 1. Установленные в лопастях 2 элементы 7 ротора электрогенератора вращаются соответственно с той же скоростью, что и сами лопасти 2. Вращающиеся элементы 7 ротора электрогенератора создают вращающееся магнитное поле, что обеспечивает появление электрического тока в обмотках 6 статора электрогенератора.
Элементы 7 ротора электрогенератора могут быть выполнены в виде герметично вмонтированных в лопасти 2 обмотки возбуждения электромагнитного поля и солнечных фотоэлементов, подключенных к обмотке возбуждения. В этом случае солнечный свет через слой воды поступает на герметично вмонтированные в лопасти 2 солнечные фотоэлементы (на фигуре не показано). Вырабатываемый солнечными фотоэлементами электрический ток питает герметично вмонтированную в лопасти 2 обмотку возбуждения электромагнитного поля (на фиг. не показано). Вращение лопастей 2 происходит так же, как и в описанном выше примере. В результате вращения лопастей 2 создается вращающееся магнитное поле, что обеспечивает появление электрического тока в обмотках 6 статора электрогенератора.
Элементы 7 ротора могут также быть выполнены в виде постоянных магнитов и обмоток возбуждения электромагнитного поля с солнечными фотоэлементами.
Таким образом, энергия рабочего потока без потерь используется для создания вращающегося магнитного поля, что существенно повышает эффективность работы предлагаемого гидроколеса. Фактически, предлагаемое гидроколесо является электрогенератором.
Предлагаемое гидроколесо может использоваться как самостоятельная гидроэлектростанция при снабжении его электрическими проводами, соединяющими обмотки 6 статора электрогенератора с потребителями электроэнергии. Также гидроколесо может использоваться как элемент более сложной конструкции гидроэлектростанции.