ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ ТЕКУЩЕЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к гидроэнергетике, в частности к силовым установкам для утилизации энергии текущей среды, и может быть использована для преобразования энергии потока текущей среды, например потока рек, в электрическую.
Известна силовая установка для утилизации энергии текущей среды, содержащая несущий каркас, на котором размещена активная турбина, с установленными в ней с возможностью вращения двумя вертикальными валами, по краям которых закреплены приводные колеса, связанные между собой верхним и нижним гибкими тяговыми элементами, между которыми размещены лопасти, выполненные в виде плоских пластин, образуя замкнутый конвейер, расположенный поперек потока, лопасти установлены под углом к направлению потока, замкнутый конвейер снабжен скользящими опорами, взаимодействующими с направляющими, выполненными в верхнем и нижнем основаниях несущего каркаса, а на несущем каркасе размещен электрогенератор, связанный приводом с одним из валов замкнутого конвейера, причем несущий каркас имеет как минимум две пары направляющих, а скользящие опоры, взаимодействующие с направляющими, расположены на фронтальной и тыльной боковых кромках лопастей (см. описание изобретения к патенту РФ №2166664, заявл. 19.06.2000, опубл. 10.05.2001, по кл. F03D 5/02).
Выполнение лопастей в виде плоских пластин, установленных наклонно к потоку, и размещение их на ветвях замкнутого конвейера, расположенного поперек потока, не позволяет создать на каждой ветви замкнутого конвейера чередование зон для увеличения скорости потока текущей среды и зон повышенного давления с созданием условий для гидродинамической кавитации, что снижает мощность гидродинамической
установки. Кроме того, наличие, как минимум, двух пар направляющих, выполненных в верхнем и нижнем основаниях несущего каркаса, и наличие у каждой лопасти двух пар скользящих опор, взаимодействующих с соответствующими направляющими, усложняют конструкцию, а значительное количество опор скольжения увеличивает сопротивление движению бесконечного конвейера и также приводит к потере мощности.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому (прототипом) является гидродинамическая установка для утилизации энергии текущей среды, содержащая несущий каркас, с установленными в нем с возможностью вращения как минимум двумя вертикальными валами, с приводными колесами, охватываемыми как минимум одним гибким тяговым элементом, к которому, образуя замкнутый конвейер, жестко прикреплены лопасти, как минимум одной ветвью замкнутого конвейера взаимодействующие с потоком текущей среды, а на несущем каркасе размещен электрогенератор, связанный приводом с одним из вертикальных валов замкнутого конвейера, причем каждая лопасть выполнена в виде ковша, способного складываться и ложиться на замкнутый конвейер при переходе с его рабочей ветви на холостую, а замкнутый конвейер имеет на внешней поверхности карман для автоматического подъема лопасти потоком среды при переходе ее из холостого в рабочее положение (см. описание изобретения к патенту РФ №2269672, заявл. 17.06.2004, опубл. 10.02.2006, по кл. F03B 9/00).
Недостатком данной гидродинамической установки также является то, что она не позволяет создать даже на рабочей ветви замкнутого конвейера чередование зон для увеличения скорости потока текущей среды и зон повышенного давления с созданием условий для гидродинамической кавитации, что значительно снижает ее мощность. Кроме того, известная гидродинамическая установка не берет значительную часть энергии потока, так как она имеет холостую ветвь, не участвующую в работе.
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, состоит в том, чтобы при прохождении потока через замкнутый конвейер создать чередование зон ускорения текущей среды и зон повышенного давления с образованием гидродинамической кавитации, что позволит дополнительно увеличить скорость движения замкнутого конвейера и увеличить мощность гидродинамической установки.
Поставленная задача решается тем, что в гидродинамической установке для утилизации энергии текущей среды, содержащей несущий каркас, с установленными в нем с возможностью вращения как минимум двумя вертикальными валами, с приводными колесами, охватываемыми как минимум одним гибким тяговым элементом, к которому, образуя замкнутый конвейер, жестко прикреплены лопасти, как минимум одной ветвью замкнутого конвейера взаимодействующие с потоком текущей среды, а на несущем каркасе размещен электрогенератор, связанный приводом с одним из валов замкнутого конвейера, согласно полезной модели, лопасти выполнены в виде объемных геометрических фигур, боковые поверхности которых образованы двумя вертикальными, симметрично расположенными цилиндрическими поверхностями, а основания лопастей имеют форму лепестков, на которых в местах пересечения их осей симметрии закреплены скользящие опоры, контактирующие с замкнутыми направляющими, выполненными в верхнем и нижнем основаниях несущего каркаса.
Объемные геометрические фигуры, образующие лопасти, имеют положительную плавучесть.
Объемные геометрические фигуры выполнены полыми.
Выполнение каждой лопасти замкнутого конвейера в виде объемной геометрической фигуры, с боковой поверхностью, образованной двумя вертикальными, симметрично расположенными цилиндрическими поверхностями и с основаниями, имеющими форму лепестков, при наклонном или поперечном расположении ветвей замкнутого конвейера к потоку позволяет создать между смежными лопастями на входе зону
ускорения текущей среды, а на выходе зону повышенного давления с образованием кавитационного поля, что позволяет увеличить скорость движения замкнутого конвейера.
Закрепление в местах пересечения осей симметрии каждого основания, имеющего форму лепестка, по одной скользящей опоре и наличие одной верхней и одной нижней замкнутой направляющей, выполненных в соответствующих основаниях несущего каркаса, позволяет значительно упростить конструкцию заявляемой установки, уменьшить значительное количество опор скольжения и снизить сопротивление движению бесконечного конвейера.
Выполнение лопастей в виде объемных геометрических фигур с положительной плавучестью, в частности, выполнение их полыми, позволяет без дополнительных плавающих средств удерживать гидродинамическую установку на плаву, что также упрощает ее конструкцию.
Сущность полезной модели поясняется описанием ее конструкции и чертежом, где:
на фиг.1 схематично изображена гидродинамическая установка для утилизации энергии текущей среды, разрез по А-А на фиг.2;
на фиг.2, то же, вид сбоку;
на фиг.3 схематично изображена лопасть замкнутого конвейера.
Гидродинамическая установка для утилизации энергии текущей среды содержит несущий каркас 1, с противоположных сторон которого с возможностью вращения установлены два вертикальных вала 2 и 3. К вертикальным валам 2, 3 прикреплены приводные колеса 4, 5, охватываемые гибким тяговым элементом 6, на котором жестко закреплены лопасти, образуя замкнутый конвейер. Лопасти на гибком тяговом элементе 6 установлены под углом к направлению потока текущей среды. Каждая лопасть замкнутого конвейера выполнена в виде объемной геометрической фигуры, с боковой поверхностью, образованной двумя вертикальными, симметрично расположенными цилиндрическими поверхностями 7 и 8 и с
верхним и нижним основаниями, имеющими форму лепестков 9 и 10 соответственно. В верхнем и нижнем основаниях несущего каркаса 1 расположены замкнутые направляющие 11, 12, а на лепестках 9, 10, в местах пересечения их осей симметрии закреплены скользящие опоры 13, контактирующие с соответствующими замкнутыми направляющими 11, 12. На несущем каркасе 1 размещен электрогенератор 14, с помощью, например, редуктора 15 и ременной передачи 16, связанный с одним из вертикальных валов, например с валом 2 замкнутого конвейера.
Лопасти, выполненные в форме объемных геометрических фигур, имеют положительную плавучесть, и изготовлены, например, полыми.
Гидродинамическая установка для утилизации энергии текущей среды работает следующим образом.
Предварительно устанавливают угол наклона лопастей относительно ветвей гибкого тягового элемента 6. Угол наклона лопастей должен соответствовать скорости потока и необходимой мощности гидродинамической установки.
Несущий каркас 1 любым известным способом, например канатами с якорями, посредством плавающего средства или донного фундамента (на чертеже не показаны) фиксируют в русле реки, располагая замкнутый конвейер поперек потока текущей среды или наклонно.
При расположении замкнутого конвейера поперек потока текущая среда воздействует на фронтально расположенные к потоку участки вертикальных боковых цилиндрических поверхностей 7, 8 лопастей обеих ветвей. Лопасти под воздействием потока начинают перемещаться по замкнутым направляющим 11, 12, с которыми контактируют их скользящие опоры 13, закрепленные на основаниях, выполненных в форме лепестков 9 и 10. При этом, гибкий тяговый элемент 6, охватывающий колеса 4, 5, приводит вертикальные валы 2 и 3 во вращение. Вращение вертикального вала 2 через ременную передачу 16 и редуктор 15 передается на электрогенератор 14, преобразуя энергию потока в электрическую.
Так как каждая лопасть замкнутого конвейера выполнена в виде объемной геометрической фигуры, с боковой поверхностью, образованной двумя вертикальными, симметрично расположенными цилиндрическими поверхностями 7 и 8 и с верхним и нижним основаниями, имеющими форму лепестков 9 и 10 соответственно, то при прохождении потока между смежными лопастями на входе каждой ветви замкнутого конвейера создается зона ускорения текущей среды, а на выходе зона повышенного давления.
В зоне ускорения текущей среды за счет сужения проходного сечения скорость потока увеличивается, а давление падает. При достижении величины давления насыщенных паров в текущей среде образуются газонаполненные пузырьки (коверны). Перемещаясь в потоке и попадая в зону повышенного давления, газонаполненные пузырьки схлопываются. Схлопывание микропузырьков по всему сечению потока приводит к образованию пульсирующих ударных волн, к увеличению энергии кавитационного поля и значительному увеличению давления, что способствует увеличению скорости движения замкнутого конвейера. Из зоны повышенного давления первой ветви замкнутого конвейера поток проступает в зону ускорения текущей среды второй ветви, а затем в зону ее повышенного давления, что также позволяет увеличить скорость движения замкнутого конвейера.
Данная гидродинамическая установка может работать и при наклонном расположении замкнутого конвейера, при этом лопасти первой ветви должны быть расположены вдоль встречного потока, а лопасти второй ветви замкнутого конвейера - поперек этого потока (на чертеже не показано).
По сравнению с прототипом заявляемая полезная модель позволяет за счет дополнительного увеличения скорости движения замкнутого конвейера увеличить мощность гидродинамической установки.