ВОДЯНОЙ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР

Заявляемая полезная модель относится к области конструкции устройств для выработки электрической энергии с помощью использования потенциальной и кинетической энергии речной, озерной и ручьевой воды, образующейся при перепаде высот уровней воды. Устройство может быть использовано в мини гидроэлектростанциях в автономных и полевых условиях.
Известно устройство, содержащее электрогенератор с пультом управления, подводящий улиточный патрубок, вал, осевое рабочее колесо с лопастями пропеллерного типа, отсасывающую трубу, верхний и нижний опорные подшипники (см. Мини-ГЭС - гидрогенератор Nautilus - технические характеристики, manbw.ru>analitycs/mini-GES_hydro-turbine…power…).
Недостатки известного устройства:
1. Невозможность работы на низких напорах воды.
2. Невозможность работы при малых расходах воды.
Указанные недостатки устранены в заявляемой полезной модели, которая направлена на решение задачи обеспечения возможности работы устройства при низких напорах и малых расходах воды.
Поставленная задача решается в водяном электрогенераторе, содержащем электрогенератор с пультом управления, подводящий улиточный патрубок, вал с осевым рабочим колесом, отсасывающую трубу, верхний и нижний опорные подшипники, согласно полезной модели, часть осевого рабочего колеса для движения воды выполнена в виде спирально закрученных сужающихся каналов в количестве от 4 до 12 штук, расположенных по окружности вокруг вала и жестко связанных с ним, закрутка каналов выполнена на 1,6…3,2 оборота на всей длине по гиперболической поверхности, диаметр которой уменьшается вначале на участке в 1,5…2 раза по отношению к ее начальному диаметру, затем на оставшейся длине расширяется в 2,2…3,8 раза по отношению к диаметру сужения, а каждый из спиральных каналов в поперечном сечении имеет форму геликоида с соотношение малой и большой осей 0,47…0,75 и с внутренним плавным выступом по геометрической поверхности второго порядка с острого конца геликоида, а с тупого конца по внутренней поверхности геликоида имеется от 3 до 6 небольших плавных выступов, а направление вращения вала является противоположным направлению первичной закрутки каждого из геликоидных каналов.
.
Конструкция заявляемого устройства приведена на фиг. 1 на фронтальном виде с частичным продольным сечением, на фиг. 2 в виде местного поперечного сечения спирального геликоидного канала, на фиг. 3 при виде поперечного сечения устройства сверху.
Элементы устройства обозначены следующими позициями:
1 - электрогенератор с пультом управления,
2 - подводящий улиточный патрубок,
3 - вал,
4 - электромагнитная муфта,
5 - отсасывающая труба,
6 - гиперболическая поверхность,
7 - верхний опорный подшипник,
8 - спиральные геликоидные каналы,
9 - основной выступ,
10 - дополнительные выступы,
11 - направление вращения основного вихря,
12 - направление вращения дополнительного вихря,
13 - направление закрутки геликоидных каналов по гиперболической поверхности,
14 - направление вращения вала,
15 - нижний опорный подшипник.
Назначение и взаимодействие элементов следующее.
Электрогенератор 1 служит для получения электроэнергии при вращении вала 3 за счет потока воды, протекающей по спиральным геликоидным каналам 8. Электрогенератор 1 имеет пульт управления с электропреобразователем и электрическим аккумулятором (на фиг. пульт управления с электропреобразователем и электрическим аккумулятором не показаны). Пульт управления имеет тахометр для контроля число оборотов вала 3. После электропреобразователя электрический ток подается потребителям. Электрический аккумулятор обеспечивает работоспособность устройства при первоначальном пуске.
Подводящий улиточный патрубок 2 служит для подвода воды и закручивания его в виде спирали перед подачей ее потока в геликоидные каналы 8. На верхнем фланце улиточной камеры (на фиг. 1 улиточная камера позицией не обозначена) крепится электрогенератор 1 и верхний опорный подшипник 7.
Нижним фланцем (на фиг. фланец позицией не обозначен) патрубок крепится к верхнему фланцу отсасывающей трубы 5. В средине нижнего фланца имеется конфузор (на фиг. 1 конфузор условно не показан), с помощью которого закрученный в улитке поток подается в геликоидные каналы 8. По окружности конфузор в месте сопряжения с вращающейся периферийной частью каналов 8 уплотняется при помощи лабиринтных уплотнений (на фиг. 1 и 3 уплотнения не показаны).
К валу 3 крепится проточная часть, выполненная в виде спиральных геликоидных каналов 8. Электромагнитная муфта 4 связана с пультом управления электрической связью и служит для автоматического соединения вала 3 с хвостовиком вала электрогенератора 1 при наборе рабочей частоты вращения валом 3 по сигналу с пульта.
Отсасывающая труба 5 служит для отвода отработанной воды из зоны вращения вала. На верхней части трубы 5 крепится патрубок 2. На кронштейне нижней части (на фиг. 1 кронштейн не показан) крепится опорный нижний подшипник 15.
Спиральные геликоидные каналы 8 преобразуют потенциально-кинетическую энергию напора воды во вращение вала 3. Каналы 8 жестко закреплены на торцевых участках и посредине между ними с помощью фланцев на валу 3 и вращаются вместе с ним.
Число каналов составляет от 4 до 12 штук в зависимости от расхода и давления воды. Каналы 8 расположены по окружности вокруг общей оси и одновременно спирально закручены на 1,6... 3,2 оборота на всей длине по гиперболической поверхности 6, диаметр которой уменьшается вначале на участке в 1,5…2 раза по отношению к ее начальному диаметру, затем на оставшейся длине расширяется в 2,2…3,8 раза по отношению к диаметру сужения.
Уменьшение диаметра поперечного сечения гиперболической поверхности 6 на сужающемся участке необходимо для повышения скорости воды при движении в каналах 8, которая обеспечивается первоначально при малых расходах и давлениях воды закруткой в улиточном патрубке 2. За счет первоначального закручивания воды в патрубке 2 и последующего спирального движения воды в каналах 8 создается первоначальный вращающий момент на валу 3.
На втором расширяющемся участке при увеличении диаметра гиперболической поверхности 6 кинетическая энергия спирально закрученного потока движущейся воды возрастает за счет сужения самих каналов 8 и преобразуется за счет центробежного ускорения в высокое динамическое давление потока струи воды, которая ударяется о стенку отсасывающей трубы 5 и создает повышенный вращательный момент для вала 3. Этим достигается положительный эффект по сравнению с известным устройством.
Форма геликоида канала 8 в поперечном сечении имеет соотношение малой и большой осей 0,47…0,75 и содержит внутренний плавный выступ 9 (фиг. 2) по геометрической поверхности второго порядка с узкого конца геликоида. Назначение выступа 9 преобразовать поток движущейся воды в непрерывно вращающийся вихрь 11 (см. фиг. 2). При этом скорость движения потока воды в вихре 11 резко возрастает.
С тупого конца по внутренней поверхности геликоида (см. фиг. 2) в зависимости от площади поперечного сечения геликоидного канала имеется от 3 до 6 небольших плавных выступов 10 для получения дополнительных вихрей 12, которые выполняют функцию жидкостных подшипником по отношению к вихрю 11.
Направление 14 (см. фиг. 3) одновременного механического вращения всех геликоидных каналов 8 вместе с валом 3 является противоположным направлению первичной закрутки 13 (см. фиг. 2) каждого из геликоидных каналов 8. Этим самым достигается дополнительное механическое ускоренное движение элементарных объемов воды по геликоидальным каналам 8, что при малых давлениях воды обеспечивает работоспособность заявляемого устройства по сравнению с известным устройством.
Заявляемый водяной электрогенератор работает следующим образом.
По подводящему патрубку 2 подается поток воды. В улиточной части (на фиг. 1 и 3 позицией улиточная часть не показана) происходит закручивание потока. В рассматриваемой схеме на фиг. 3 поток в улитке закручивается против часовой стрелки. Закрученный поток подается на вход спиральных геликоидных каналов 8. При движении объемов воды по каналам 8 приводится во вращательное движение вал 3. При достижении рабочей частоты вращения вала в автоматическом режиме вал 3 соединяется с валом электрогенератора 1 при помощи муфты 4 и генерируется электрический ток в электрогенераторе 1.