ПРЕЦЕССИОННАЯ ГИДРОТУРБИНА
PRECESSIONAL HYDRAULIC TURBINE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к прецессионной гидротурбине, содержащей резервуар для жидкости с отверстием входа жидкости и с отверстием выхода жидкости, причем между отверстием входа жидкости и отверстием выхода жидкости в резервуаре для жидкости установлено сопло статора, а в сопле статора установлен безлопастный катящийся ротор, содержащий тело вращения с валом, при этом катящийся ротор установлен на удерживающем устройстве, обеспечивающем возможность гирационного перемещения ротора по внутренней стенке сопла статора, причем  катящийся ротор механически соединен с генератором электрического тока.
Уровень техники
Известно, что гидравлические машины имеют статор с отверстием входа жидкости и с отверстием выхода жидкости, а в статоре на удерживающем устройстве установлен безлопастный катящийся ротор, состоящий из корпуса, имеющего форму тела вращения. Удерживающее устройство выполнено с возможностью обеспечения гирационного передвижения ротора по внутренней стенке статора. Поступая на статор, поток жидкости заставляет ротор коснуться внутренней стенки статора и начать гирационное передвижение по внутренней стенке статора. Таким образом, по меньшей мере, часть вала ротора совершает прецессионное перемещение. Поэтому такие машины иногда называют прецессионными машинами.
В чешском патенте № 284483 и европейском патенте EP1015760 B1 раскрыта гидравлическая машина с качением, содержащая резервуар с жидкостью, оснащенный входным и, по меньшей мере, одним выходным соплом, и, по меньшей мере, один катящийся ротор, состоящий из элемента, имеющего форму тела вращения, устанавливаемый в зоне выходного сопла на удерживающем устройстве. Катящийся ротор установлен таким образом, что он может свободно перекатываться по внутренней стенке выходного сопла.
Тот же принцип работы лежит в основе гидравлических машин в соответствии с Европейским патентом EP 1082538 В1, чешскими патентами № 294708 и № 302361 и с чешскими полезными моделями № 7606, № 17908 и № 18890.
Общим недостатком всех известных машин с качением, или прецессионных машин/турбин является то, что в них не решены проблемы, связанные с устранением потерь, вызванных прецессионным перемещением вала в жидкости, и не обеспечена надежная защита генератора электрического тока от попадания воды.
Раскрытие сущности изобретения
Упомянутые выше технические проблемы решены посредством прецессионной гидротурбины, содержащий резервуар для жидкости с отверстием входа жидкости и отверстием выхода жидкости, и в резервуаре для жидкости, между отверстием входа жидкости и отверстием выхода жидкости установлено сопло статора, и в сопле статоре установлен безлопастный катящийся ротор, состоящий из корпуса, имеющего форму тела вращения с валом, при этом катящийся ротор устанавливается на удерживающем устройстве, дающем возможность гирационного передвижения ротора по внутренней стенке сопла статора, а катящийся ротор взаимосвязан с генератором электрического тока посредством механизма в соответствии с изобретением, основанном на том, что в резервуаре для жидкости над ротором расположена воздушная камера, открытая с нижнего конца, причем вал ротора проходит в упомянутую воздушную камеру. В воздушной камере установлен генератор электрического тока, который взаимосвязан с валом ротора посредством механизма.
Преимуществом конструкции, основанной на изобретении, является то, что генератор электрического тока может быть установлен ниже уровня воды, не требуя дорогостоящей изоляции от попадания воды. Еще одним преимуществом является значительное повышение КПД прецессионной гидротурбины, поскольку значительная часть вала ротора и весь механизм, соединяющий катящийся ротор с генератором электрического тока работают в воздушной камере, а значит, их движению не препятствует протекающая жидкость.
В предпочтительном варианте осуществления с воздушной камерой соединена линия подачи сжатого воздуха, а на нижнем краю воздушной камеры может быть установлен датчик уровня жидкости, чтобы управлять подачей сжатого воздуха.
В другом предпочтительном варианте осуществления, линия подачи сжатого  воздуха соединена с компрессором.
В предпочтительном варианте осуществления подающий трубопровод соединен с входным отверстием, так что турбина может работать при перепаде любой высоты.
Если турбина установлена в речном потоке, к входному отверстию предпочтительно может быть присоединено переходное устройство, входное отверстие которого расширяется и ориентировано против речного потока, при этом выходное отверстие резервуара для жидкости ориентировано по потоку.
Чтобы положительно повлиять на функциональность ротора и повысить устойчивость турбины, количество жидкости в нижней части резервуара для жидкости предпочтительно должно быть больше, чем в его верхней части. Это значит, что в предпочтительном варианте осуществления воздушная камера сужается в направлении катящегося ротора.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематически показан пример первого варианта осуществления прецессионной гидротурбины согласно изобретению.
На фиг. 2 показан вариант осуществления со средством подвода сжатого воздуха, присоединенного к воздушной камере.
На фиг. 3 показан вариант осуществления с подводящим трубопроводом, присоединенным к входному отверстию.
На фиг. 4 показан предпочтительный вариант осуществления для установки в морском или речном потоке.
На фиг. 5 показан вариант осуществления со специфической формой воздушной камеры.
Осуществление изобретения
Как показано на фиг. 1, прецессионная гидротурбина содержит резервуар 8 для жидкости с отверстием 3 входа жидкости и отверстием 4 выхода жидкости. Сопло 1 статора расположено в резервуаре 8 для жидкости между отверстием 3 входа жидкости и отверстием 4 выхода жидкости. В сопле 1 статора установлен безлопастный катящийся ротор 2 с валом 9. Катящийся ротор 2 может иметь форму любого тела вращения.
Катящийся ротор 2 установлен на удерживающем устройстве 6. Удерживающее устройство 6 может представлять собой любой известный механизм, обеспечивающий гирационное передвижение ротора 2 вдоль внутренней стенки сопла 1 статора. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, удерживающее устройство 6 состоит из стержневидной опоры, которая прочно соединена с нижней частью ротора 2 и с противоположной стороны оканчивается шаровидным сочленением, установленным в консоли 19.
В резервуаре 8 для жидкости над ротором 2 находится воздушная камера 10, которая, по меньшей мере, частично, погружена в жидкость и открыта на своем нижнем конце, поэтому она работает по принципу известного водолазного колокола, или кессона. Воздушная камера 10 подвешена на кронштейнах 16 в резервуаре 8 для жидкости, а на держателе 17 в воздушной камере закреплен генератор 7 электрического тока. Электрический ток, вырабатываемый генератором 7, передается проводниками 20 электрического тока.
Вал 9 ротора 2 проходит в воздушную камеру 10.
Механизм 5, соединяющий катящийся ротор 2 с генератором 7 электрического тока, может представлять собой любой известный механизм преобразования прецессионного движения вала 9 катящегося ротора 2 во вращательное движение вала 18 генератора 7 электрического тока, например, схематически изображенный рычажный механизм.
Жидкость поступает в резервуар 8 для жидкости через входное отверстие 3, протекает через сопло 1 статора и выходит через выходное отверстие 4. Протекающая жидкость заставляет ротор 2 перекатываться по внутренней стенке сопла 1 статора, т. е. ось 9 ротора 2 совершает прецессионное движение.
Поскольку значительная часть вала 9 ротора 2 и весь механизм 5 перемещаются в воздушной камере 10, протекающая жидкость не препятствует их движению. Результатом такой конструкции является существенное повышение КПД прецессионной гидротурбины. Кроме того, генератор 7 электрического тока расположен вне жидкости и не требует очень дорогостоящей защиты от попадания воды, хотя он расположен ниже уровня воды.
Вариант осуществления на фиг. 2 отличается от варианта осуществления на фиг. 1 тем, что к воздушной камере 10 подсоединена линия 11 подачи сжатого воздуха, соединенная с компрессором 13, и что на нижнем крае воздушной камеры 10 установлен датчик 12 уровня жидкости для управления линией 11 подачи сжатого воздуха. Подаваемый сжатый воздух в комбинации с датчиком 12 уровня жидкости позволяет исключить колебания уровня в воздушной камере 10, вызванные возможной утечкой воздуха. Остальные функции этого варианта осуществления, а также всех вариантов осуществления, описанных ниже, аналогичны описанному действию варианта осуществления с фиг. 1.
Вариант осуществления, показанный на фиг. 3, отличается от варианта осуществления с фиг. 2 тем, что с входным отверстием 3 соединен подводящий трубопровод 14, что позволяет турбине работать на перепаде любой высоты.
Вариант осуществления, показанный на фиг. 4, отличается от варианта с фиг. 2 тем, что с входным отверстием 3 соединено переходное устройство 15, входное отверстие которого расширяется и ориентировано навстречу потоку жидкости, при этом выходное отверстие 4 резервуара 8 для жидкости ориентировано по течению. Данный вариант осуществления предназначен для установки в водный поток.
Вариант осуществления, показанный на фиг. 5, отличается от варианта с фиг. 2 тем, что воздушная камера 10 сужается по направлению к катящемуся ротору 2. Таким образом, в данном варианте осуществления количество жидкости в нижней части резервуара 8 для жидкости больше, чем в его верхней части, что положительно сказывается на устойчивости резервуара 8 для жидкости и функционировании ротора 2.
Перечень номеров позиций
1 сопло статора
2 ротор
3 входное отверстие
4 выходное отверстие
5 механизм
6 удерживающее устройство
7 генератор электрического тока
8 резервуар для жидкости
9 вал
10 воздушная камера
11 линия подачи сжатого воздуха
12 датчик уровня
13 компрессор
14 подводящий трубопровод
15 переходное устройство
16 кронштейн
17 держатель генератора
18 вал генератора
19 консоль
20 проводники электрического тока