УСТАНОВКА ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ

Полезная модель относится к гидроэнергетике и предназначена для обеспечения электрической энергией небольших населенных пунктов, лагерей геологов, охотников, рыбаков, леспромхозов путем преобразования кинетической энергии водного потока реки в электрическую энергию.
Известна речная русловая гидроэлектростанция, содержащая корпус в виде цилиндрической оболочки, состоящий из двух половинок - осевой гидротурбины с лопастями, закрытой с концов невращающимися оголовками, связанными жестко болтами с кольцевыми головками для якорных шестов, и машинного отделения с генератором [см. пат. Российской Федерации №2619966 по классам F03D 13/10, F03D 17/06, опубликованный 22.05.2017 года в Бюл. №15].
Основным недостатком этого технического решения является несовершенство конструкции гидроэлектростанции, выражающееся в отсутствии конфузора, позволяющего собирать и разгонять водный поток для повышения мощности гидроэлектростанции за счет повышения давления водного потока на гидротурбину, и в отсутствии заградительной решетки перед гидроэлектростанцией, предупреждающей попадание в гидротурбину крупных рыб, водных животных (выдр, бобров), а также находящихся в воде крупных предметов биологического или искусственного происхождения (веток деревьев, рыболовных сетей, надувных плавательных средств).
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемым за прототип, является установка для преобразования энергии потока текучей среды в электроэнергию, содержащая раму, снабженную гидротурбиной, выполненной с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной продольной оси установки, кинематически связанной с электрогенератором, снабженную якорным устройством и формирователем потока, выполненным с возможностью затенения нижней части ротора гидротурбины. При этом формирователю потока придана форма конфузора, большее поперечное сечение которого обращено навстречу к потоку, а меньшее обращено к гидротурбине, при этом на раме установлены балластные емкости, одна из которых установлена на донной части рамы, а остальные закреплены по бортам установки и на ее конце, противоположном формирователю потока, причем установка снабжена рулевой пластиной, ориентированной в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось устройства, кроме того, якорное устройство выполнено с возможностью шарнирного поворота установки вокруг него, причем балластная емкость, установленная на донной части рамы, разделена поперечными переборками, по меньшей мере, на два отсека по длине установки [см. пат. Российской Федерации №97774 U1 по классу F03B 7/00, опубликованный 20.09.2010 года в Бюл. №26].
Основным недостатком этой установки для преобразования энергии потока текучей среды в электроэнергию является техническое неизменяемость конструкции (геометрии) конфузора: он рассчитан только на определенный водный поток, имеет только заданную пропускную способность, обусловленную его геометрическими размерами. Если установку использовать для других по мощности водных потоков, необходимо менять размеры конфузора, чтобы максимально использовать потенциал электрогенератора. В известной конструкции этого сделать невозможно из-за неизменяемости конструкции входного конфузора.
В основу полезной модели поставлена задача повышения эффективности выработки электроэнергии за счет учета характеристик водного потока реки путем использования конфузора изменяемых размеров. Технический результат: обеспечение максимальной мощности электрогенератора путем регулирования пропускной способности конфузора изменением его геометрических размеров в соответствии со скоростью водного потока.
Решение поставленной задачи достигается тем, что установка для преобразования энергии потока текучей среды в электроэнергию, содержащая гидротурбину, установленную в трубе, конфузор с заградительной решеткой, предупреждающей попадание предметов и организмов в гидротурбину, примыкающий к трубе, электрический генератор, механически связанный с гидротурбиной, согласно предложению, конфузор выполнен из эластичного материала с набором противоположных парных отверстий для размещения в них шестов, обеспечивающих фиксацию заданного размера и формы раскрытия конфузора, и фиксирующих установку в реке на заданной глубине, а также выполняющих роль заградительной решетки.
Изготовление конфузора из эластичного материала позволяет ему придавать любую требуемую форму и размеры в зависимости от характеристик водного потока. Использование конфузора из эластичного материала позволяет устанавливать установку в любом удобном месте, не «привязываясь» к ширине реки, ее глубине, рельефу дна и другим показателям водного потока.
Наличие парных отверстий в материале по внешнему краю конфузора позволяет через них пропускать шесты (частота установки шестов зависит от частоты отверстий в материале конфузора), втыкая их в донный грунт. Шесты служат не только якорями, но и образуют заградительную сетку, предупреждающую попадание крупных предметов и организмов в гидротурбину. На шестах могут быть выполнены ограничители, которые формируют необходимый размер входного отверстия конфузора. Для этой же цели, в верхнем ряду отверстий в материале конфузора могут быть закреплены поплавки, а на нижнем - грузила, которые раскроют раструб конфузора. Размером входного отверстия конфузора (раструбом) регулируют расход воды, попадающей на гидротурбину. Поэтому всегда имеется техническая возможность отрегулировать конфузор в зависимости от характеристик водного потока. При этом шесты удерживают энергетическую установку в определенном месте. Использование конфузора предложенной конструкции не требует перекрытия всей реки. Из этого следует, что предложенная установка для преобразования энергии потока текучей среды в электроэнергию обладает всеми признаками универсальности.
Таким образом, внесение конструктивных изменений в конфузор установки позволило приобрести ей новые свойства (адаптированность к любой текучей среде), которые не могут быть получены с использованием конфузоров жесткой конструкции. Кроме того, эластичный конфузор не занимает много места в транспортировочном положении, следовательно, энергетическая установка не будет иметь значительных габаритов при транспортировке к месту назначения. Поэтому изменение конструкции конфузора, в совокупности с шестами, следует считать существенными признаками, обеспечивающими получение новых технических показателей энергетической установки.
Дальнейшая сущность предложенного технического решения объясняется совместно с иллюстративным материалом, на котором изображено следующее: фиг. 1 - предложенное устройство для преобразования энергии потока текучей среды в электроэнергию в рабочем положении, вид в плане (стрелками показано направление движения водного потока, стержни воткнуты в дно); фиг. 2 - то же самое, в транспортировочном положении.
Предложенная установка для преобразования энергии потока текучей среды в электроэнергию содержит конфузор 1, выполненный из эластичного материала, например, прорезиненного брезента.
На переднем (входном) крае конфузора 1 выполнены противоположные парные отверстия 2, в которые установлены шесты 3. Шесты 3 выполняют тройную функцию. Во-первых, они раскрывают конфузор 1 для забора воды (для входа в конфузор 1 водного потока). Во-вторых, шесты 3 удерживают конфузор 1 на определенном месте, для чего шесты втыкают в дно. В-третьих, шесты 3, установленные с определенной частотой, препятствуют проникновению крупных предметов и организмов в конфузор 1. Понятно, что для придания определенной формы входному отверстию конфузора 1, шесты 3 могут быть снабжены ограничителями (зацепами) или грузилами и поплавками любой известной конструкции (не показаны ввиду общеизвестности конструкций и принципа действия).
Конфузор 1 примыкает к трубе 4 (патрубку), в которой размещена гидротурбина 5. Гидротурбина насажена на вал электрогенератора 6, который выступает из трубы 4. Это обеспечивает свободный доступ к электрогенератору 6 для его обслуживания и ремонта в случае необходимости.
Предложенная установка для преобразования энергии потока текучей среды в электроэнергию работает следующим образом.
Установку из транспортного положения в рабочее положение переводят на берегу реки (ручья). Для этого раскладывают установку, направляя конфузор 1 против течения реки (ручья). Далее в противоположные парные отверстия 2 продевают шесты 3 (металлические прутья). Затем установку заводят в воду, перекрывая часть реки (ручья), раскрывая при этом входной край (отверстие) конфузора 1. Шесты 3 оттягивают друг от друга на расстояние, определяемое отверстиями 2, натягивая конфузор по ширине, и втыкают в дно водоема. При необходимости на шесты 3 надевают поплавки и грузила для максимального раскрытия конфузора 1. После размещения установки в реке, гидротурбина 5, оказывая сопротивление движению потока воды, натягивает конфузор 1 в направлении течения воды. Водный поток, попадая в сужающийся конфузор 1, ускоряется и под напором попадает на гидротурбину 5, начиная ее вращать. Поскольку гидротурбина насажена на вал электрогенератора 6, последний, вращаясь, вырабатывает электроэнергию, которая передается с помощью кабеля (не показан) потребителю.
Существенное отличие заявляемого объекта техники от ранее известных, заключается в том, что гидроэнергетическая установка снабжена эластичным конфузором, а заградительная решетка образована набором шестов, воткнутых в дно, удерживающих установку в определенном месте и раскрывающих входное отверстие конфузора. Указанные отличия, в совокупности, позволяют сделать предложенную гидроэнергетическую установку действительно универсальной: эластичный конфузор может принимать любые размеры и форму и, в то же время, может сворачиваться в транспортировочное положение, а шесты позволяют растянуть конфузор и закрепить установку в требуемом месте, являясь одновременно заградительной решеткой для крупных предметов, препятствуя их проникновению вовнутрь конфузора. Ни одна из гидроэнергетических установок не может обладать отмеченными свойствами, поскольку не содержит в своем составе эластичных конфузоров, способных принимать заданную форму с помощью «заградительной решетки» и самоустанавливаться в русле реки, поскольку не содержит всей совокупности существенных признаков, присущих заявленной установке.
К техническим преимуществам предложенного технического решения, по сравнению с прототипом, можно отнести следующее:
- возможность раскрытия конфузора на любой размер (в зависимости от мощности водного потока) за счет того, что он выполнен из эластичного материала;
- возможность придания конфузору любой формы за счет того, что он натягивается с помощью шестов;
- возможность фиксации установки в любом месте русла реки или ручья за счет погружения шестов в дно;
- автоматический разворот гидротурбины против водного потока за счет эластичности конфузора;
- повышение эффективности выработки электроэнергии по той же причине;
- возможность «пронизывания» шестами конфузора за счет того, что в последнем по краю выполнены противоположные парные отверстия;
- возможность выполнения шестами двойной функции - заградительной решетки и фиксатора установки в любом месте.