МИКРО-ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПОНТОННОГО МОСТА

Полезная модель относится к области малой гидроэнергетике в частности автономному снабжению электроэнергией, мощностью от 3 кВт, понтонных (наплавных) переправ, имеющих возобновляемый источник энергии в виде малоскоростного течения водного потока.
Известен наплавной мост, содержащий плавучие опоры (понтоны) на воде, аппарели, пролетное строение с проезжей частью [2]. Основным недостатком этого изобретения является отсутствие освещение проезжей части, въездных и выездных путей, что серьезно затрудняет организацию переправу войск, техники и гражданского населения особенно в ночное время, отсутствует также система регулирования прохождения техники и людей по переправе.
Существует наплавной мост с автономной системой, содержащий плавучие опоры, пролетное строение с проезжей частью, стойки освящения стационарные и переносные, подключенные к воздушно-алюминиевой батарее, которые могут располагаться на мосту, в воде и на берегу [3]. Недостатком этого решения является необходимость частой смены водно-солевого электролита, снижение электрической емкости батареи в период эксплуатации в течение 10-12 часов. Общая емкость заявленных батарей составляет не более 900 Вт, что явно недостаточно для их многофункционального применения электроэнергии.
Наиболее близким по совокупности существующих признаков и достигаемому техническому результату является понтонный мост, содержащий плавучие опоры, пролетное строение с проезжей частью, аппарели, систему освещения, соединенной с традиционной электросетью [1]. Недостаток этого патента является зависимость от внешней линии электропередачи.
Целью полезной модели является создание автономной, энергоэффективной, надежной установки для снабжения электроэнергией понтонных переправ и прилегающих мобильных объектов военного гражданского и военного назначения.
Поставленная цель достигается путем увеличения скорости потока воды с помощью конфузоров и организации встречного вращения водяных роторов, а также внутреннего и внешнего роторов магнитно-электрического генератор а (МЭГ), что позволяет эффективно использовать и превращать малоскоростной напор водяного потока в электрическую энергию. Конструкция микро-гидроэнергетической установки (МГЭУ) является встраиваемой в специальную нишу понтона. Предусматриваются перекрытия потока воды во входной конфузор с помощью ручной лебедки и заслонки. Наличие сетки на входе конфузора защищает аквакультур от ущерба.
Новизна полезной модели состоит в том, чтобы эффективно преобразовать энергию малоскоростного течения воды, в районе наведения наплавных переправ, в электрическую энергию, используя: МГЭУ, встроенную в порт понтона, входные конфузора и выходные диффузоры МГЭУ, организацией встречного движения водяных роторов, внутреннего и внешнего роторов МЭГ, а также путем минимизации сопротивления водяных роторов, половинки которых расположены в специальных нишах и не воспринимают скоростной напор воды, причем их диаметры должны быть не менее 1 метра. Общий вид МГЭУ показан на фиг.1. Водяные роторы правого и левого вращения входные конфузоры и выходные диффузоры, приведены на фиг.2. На фиг.3 представлен общий вид понтонного моста с инфраструктурой обслуживания и обеспечения переправы техники и людей.
МГЭУ 1 состоит из корпуса 8, внешнего ротора 2 и внутреннего 6 роторов, МЭГ 8, на корпусе 1 и на внутренней стороне внешнего ротора расположены обмотки 7. По периметру внутреннего ротора 6 и на внешней стороне внешнего ротора 2 МЭГ расположены магниты 5 с соблюдением очередности полюсов, общий вал 3, закрепленный в подшипниках 16, полный вал 17 внешнего ротора 2, водяной ротор правого вращения 9, водяной ротор левого вращения 10, входные конфузоры 11 расположенные друг над другом, выходные диффузоры 18, защитная сетка 15, ручная лебедка 12 для заслонки 13, порт 14 для размещения МГЭУ 1 внутри секции понтонного моста 4, токосъемное кольцо 19, клемма 20 плюсового провода, (отрицательным проводником служит металлический корпус секции понтонного моста 4) ниша 25 водяного ротора правого вращения 10 (по часовой стрелки), ниша 22 водяного ротора 9 левого вращения (против часовой стрелки), вертикальные стенки выходных диффузоров 24, вертикальные стенки 25 конфузора, пункт технического обслуживания (ПТО) техники 26, пункт связи 27, подвижный энергетический пост 29 с аккумуляторными батареями и типовой аппаратурой преобразования и распределения электроэнергии, медицинский пункт 30, временное жилищное помещение 31 (палатка) пост управления переправой 28, фонари освещения и регулирование движения 33, I и II критические сечения входных конфузоров 11 для правого 10 и левого 9 вращения водяных роторов соответственно.
МГЭУ ПМ 1 работает следующим образом: после установки секций понтонов 4 для переправки войск, техники и гражданского населения, ручным устройствам 12 поднимается заслонка 13 вода устремляется в конфузоры 11, скорость воды V ускоряется по крайней мере в 1,5 раза в критических сечениях I и II, и попадая на водяной ротор 9 и 10 правого и левого вращения обеспечивает встречное вращение внешнего ротора 2 и внутреннего 6 роторов, магниты 5 размещенные по периметру внутреннего ротора 6 и на внешней стороне внешнего ротора 2, при вращении магнитов 5 их поля пересекают обмотки 7, размещенные на внутренней стороне внешнего ротора 2 и на корпусе 8 МГЭУ 1 напротив магнитов 5, вырабатывают электрическую энергию, которая токосъемное кольцо 19 и клемму 20 по электропроводке (не обозначены) попадают на подвижный энергетический пост 29, где часть электроэнергии накапливается в аккумуляторах и через аппаратуру преобразования (не показан), электрический ток подается на позиции 26, 27, 28, 30, 31, 33, тем самым обеспечивается энергоснабжение потребителей. Технический результат и новизна изобретения обеспечивает с помощью входных конфузоров 11 с вертикальными стенками 25 угол между которыми составляет 60°, площадь входных конфузоров 11 должна быть, по крайней мере, большей площади критических сечений I и II в 1,5 раза скорость водяного потока в этих критических сечениях, исходя из условия неразрывности течения жидкого тела и с учетом того, что жидкость несжимаемая можно приближено вычислить рабочую скорость воды по формуле , где  - скорость воды в критичных сечениях I и II,  - скорость течения реки (водной природы),  - площадь входного сечения конфузоров 11,  - площадь критического сечения I, II. Ускоренный водяной поток в критических сечениях I и II, попадая на криволинейные лопасти - конфузоры 32 водяных роторов 9, 10, увеличивают крутящий момент, доведя КПД МГЭУ до уровня 0,65 (по результатам испытаний на рабочих моделях водяных роторов). Водяной ротор 9 правого вращения передает крутящий момент на общий вал 3, неподвижно соединенный с внешним ротором 2, на котором по периметру установлены магниты 5. Водяной ротор 10 левого вращения через полый вал 17 передает вращение на внешний ротор 6, где на внутренней поверхности закреплены обмотки 7, а на внешней поверхности закреплены магниты 5 с чередование полюсов, таким образом, встречное вращение внешнего и внутреннего роторов 9, 10 обеспечивают эффективную выработку электроэнергии, так как встречная скорость пересечения переменного магнитного поля обмоток катушки, расположенных на внутренней стороне внешнего ротора 2, в 1,85 раза больше, чем при одностороннем вращении магнитов относительно обмоток или наоборот. Увеличению вырабатываемой электроэнергии способствует наличие обмоток 6 на корпусе 8 МГЭУ, расположенных напротив магнитов 5 на внешней сторонке внешнего ротора 2, тем самым получаем дополнительную электроэнергию. Основной вал 3 вращается в подшипниках 16 и является опорой всех роторов, подшипники 16 обеспечивают встречное вращение внутреннего ротора 6, и внешнего ротора 2, водяной ротор 9 неподвижно связан с основным валом 3, который также неподвижно связан с внутренним ротором 6, а водяной ротор 10 неподвижно связан с полым ротором 17, которой также неподвижно связан с внешним ротором 2. Так как криволинейные лопасти - конфузоры 32 водяных роторов 9 и 10 ориентированы относительно водяного потока так, чтобы обеспечить встречное вращение, в этом случае выработка электроэнергии возможна при скорости течения воды от 0,5 м/с с учетом того, что входные конфузоры 11 увеличивают скорость воды по крайней мере в 1,5 раза. Комплексное применение встречных вращений водяных роторов и концентрация водяного потока во входных конфузорах позволяет увеличить КПД МГЭУ, надежно обеспечивая электроэнергией заявленных объектов. В целях проведения технического обслуживания МГЭУ предусмотрена ручная лебедка 12, которая перекрывает водяной поток во входные конфузоры 11 с помощью задвижки 13. МГЭУ фиксируется в порте секции понтонного моста 4 крепежными элементами 35.
Список литературы
1. Патент РФ на полезную модель №13805, кл. Е01Д 15/14, от 27.05.2000.
2. Патент РФ на изобретение №2080431, кл. E01D 15/14, от 27.05.1997.
3. Патент РФ на полезную модель №80464 U1, кл. F01Д 15/14, F21L 4/00, от 10.02.2009.