ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПРОТОЧНАЯ

Установка (полезная модель) относится к области получения электроэнергии в стационарной гидравлической камере-опоре на русловых энергетических установках.
Известно устройство для получения дополнительной электроэнергии в прилегающей к гидростанции акватории. Оно содержит гидроэлектростанцию, в акватории нижнего барьера которой установлены острова, выполненные в виде многоступенчатых бетонных тумб, расположенных в два и более рядов. На ступенях тумб установлены соединенные в единую энергетическую систему волновые электростанции, поплавки которых плавают на волнах. Технический результат - обеспечение возможности непрерывного функционирования волновых электростанций в течение года (см. Патент №2394960, МПК: E02B 9/08).
Недостатки. По описанию: «…На этих волнах плавают поплавки шести волновых электростанций, пять из которых поднимаются и опускаются. При этом их механизмы вырабатывают электроэнергию…». Не указаны признаки (механизмы) вырабатываемой электроэнергии. Высказан желаемый результат без практической связи с действительностью.
Неизвестен ход поплавков и частота движения их в зависимости от параметров волн, их кинетическая связь с электрогенератором, каким образом может практически вырабатываться электроэнергия и какой мощности.
На рисунке (фиг.) изображен поплавок 6 с противовесом, т.е. у него есть холостой ход (при падении поплавка), а отсюда движение поплавка вверх-вниз передает обороты на электрогенератор в разных направлениях, что для электрогенератора не годится, так как перед каждой сменой направления вращения должна быть остановка вала.
На рисунке (фиг.) изображено соединение острова 4 с поплавком 6 жесткой связью, что не рационально на больших расстояниях из-за ее большой массы. В практике применяется гибкая связь (см. канатные дороги, краны, скреперы и т.п.), что естественно потребует усложнения конструкции.
Таким образом, возможность выработки электроэнергии этим устройством от движения поплавка не обоснована, а обосновано устройство получения искусственных волн и цель его.
Наиболее близко по технической сущности и частично по достигаемому положительному эффекту к заявляемой полезной модели подходит энергетическая установка Пряхина И.Е., содержащая, понтон и механизм преобразования возвратно-поступательного перемещения понтона во вращение вала электрогенератора, включающий закрепленную на размещенных над и под понтонах опорах вертикальную гибкую связь и контактирующий с ней барабан, связанный с валом электрогенератора, причем гибкая связь выполнена в виде двух обратных полиспастов, неподвижные блоки, которых закреплены на опорах, подвижные - сверху и снизу понтона, а сбегающие концы тросов полиспастов намотаны на барабан (см. А.С. №1273635 А1; Кл. F03, В - 13/00, 13/12).
Недостатки устройства. 1) Сложность конструкции из-за наличия полиспастов и отклоняющих блоков понижает надежность устройства. 2) Не предусмотрено вращение барабана 4 в одном направлении при движении понтона вверх-вниз, что исключает работу эл. генератора. 3) Не рационально применение тросов в водной среде: ржавеют, вытягиваются быстрее цепей, жесткие при работе и создают рывки, проскальзывание. 4) Понтон (пустой) при опускании за водой создает силу тяги равную его массе, т.к. вода уходит, и нет ее выталкивающей силы, а при подъеме вода поднимает понтон ее выталкивающей силой равной объему понтона за минусом его массы. Получаются разные силы и они создают в итоге разное число оборотов вала для одного и того же эл. генератора, что для него не годится, ибо обороты должны соответствовать числу пар полюсов выбранного эл. генератора.
п
3
Например. Понтон 7 м·7 м·0,6 м массой (из стали) - 7,2 т. Объем понтона V=29,4 м. При опускании его сила тяги будет 7,2 т. При подъеме 29,4 т - 7,2=22,2 т. Силы разнятся 22,2 т/7,2 примерно в три раза. Соответственно и число оборотов эл. генератора. Генератор не в состоянии работать в таком широком диапазоне оборотов.
В предлагаемой энергетической установке таких недостатков нет.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении надежности и производительности энергетической установки проточной.
Указанная задача решается тем, что в энергетической установке проточной, содержащей гидравлическую камеру-опору, затворы приема и слива воды, понтон, механизм преобразования возвратно-поступательного перемещения понтона во вращение вала электрогенератора, включающий закрепленную на размещенных над и под понтоном опорах вертикальную гибкую связь и контактирующий с ней механический привод, связанный с валом электрогенератора, вертикальная гибкая связь выполнена в виде вертикальных цепных передач с возможностью вращения опор-звездочек цепей и с проходом одной ветви передачи через герметичный узел понтона, в механизм преобразования возвратно-поступательного перемещения понтона во вращение вала электрогенератора дополнительно включены горизонтальные прямая и перекрестная цепные передачи со звездочками цепей - муфтами одностороннего вращения, установленными с возможностью вращения в одну сторону вала с зубчатым колесом и его шестерни, вал которой соединен с валом электрогенератора через электромагнитную муфту и его механический привод, причем понтон содержит автоматические клапаны смены воды и герметичную воздушную камеру, а гидравлическая камера-опора содержит верхние и нижние подпружиненные упоры.
Предлагаемая энергетическая установка проточная отличается от ближайшего аналога тем, что вертикальная гибкая связь выполнена в виде вертикальных цепных передач с возможностью вращения опор-звездочек цепей и с проходом одной ветви передачи через герметичный узел понтона, в механизм преобразования возвратно-поступательного перемещения понтона во вращение вала электрогенератора дополнительно включены горизонтальные прямая и перекрестная цепные передачи со звездочками цепей - муфтами одностороннего вращения, установленными с возможностью вращения в одну сторону вала с зубчатым колесом и его шестерни, вал которой соединен с валом электрогенератора через электромагнитную муфту и его механический привод, причем понтон содержит автоматические клапаны смены воды и герметичную воздушную камеру, а гидравлическая камера-опора содержит верхние и нижние подпружиненные упоры.
Гидравлическая камера-опора служит для попеременного набора в нее воды и выпуска из нее воды, чем обеспечивается возвратно-поступательное движение понтона. Гидравлическая камера-опора как строительное сооружение герметична для воды (при закрытых положениях затворов приема и слива воды) и имеет перекрытие, в котором выполнены отверстия. Отверстия необходимы, в частности, для того чтобы воздух мог вытесняться из гидравлической камеры-опоры при наборе воды и поступать в нее при выпуске воды.
Затворы приема и слива воды необходимы для обеспечения циклического заполнения гидравлической камеры-опоры водой и освобождения ее от воды. Автоматические клапаны смены воды необходимы для обеспечения циклического заполнения понтона водой и освобождения его от воды. Затворы приема и слива воды могут управляться обслуживающим персоналом вручную с помощью известных средств, например, с помощью тяг, штанг, воротов, лебедок и т.п. Степень открытия каждого затвора может быть выбрана персоналом на основании визуального наблюдения за уровнем воды в гидравлической камере-опоре или за другими параметрами (например, скорости вращения валов, звездочек). Также для управления затворами приема и слива воды гидравлической камеры-опоры, а также автоматическими клапанами смены воды понтона, эксплуатирующие установку лица могут дополнительно установить автоматическую систему управления, содержащую датчики (например, датчики уровня воды, скорости вращения вала), исполнительные механизмы привода затворов, клапанов (например, электрические лебедки, гидроизолированные электромеханические реле и т.п.), вычислительное устройство (процессор), линии передачи сигналов от датчиков к вычислительному устройству и от вычислительного устройства к исполнительным механизмам. Мощностью, которую потребляет такая автоматическая система управления, можно пренебречь в сравнении с мощностью, развиваемой предлагаемой установкой. Мощность предлагаемой установки пропорциональна перепаду уровней воды в гидравлической камере опоре (высоте плотины) и объему понтона, т.е. требуемая мощность установки задается на стадии проектирования. Системы управления известны в технике. Эксплуатация предлагаемой энергетической установки проточной с помощью системы управления, выполненной по известным правилам, может обеспечить дополнительный технический результат, выражающийся в повышении стабильности выработки электроэнергии и повышении коэффициента полезного действия энергетической установки проточной.
Понтон находится в вертикальном возвратно-поступательном движении в гидравлической камере-опоре в соответствии с текущим уровнем воды в гидравлической камере-опоре, служит для соединения с ним вертикальной гибкой связи, обеспечивает передачу на вертикальную гибкую связь результирующей сил тяжести и архимедовой, действующих на понтон. Герметичная воздушная камера понтона обеспечивает его непотопляемость, благодаря чему начало движения понтона из верхнего положения в нижнее положение синхронизируется с началом понижения уровня воды в гидравлической камере-опоре.
Механизм преобразования возвратно-поступательного перемещения понтона во вращение вала электрогенератора служит для вращения вала электрогенератора при наполнении гидравлической камеры-опоры водой и при ее опорожнении, что необходимо для выработки электроэнергии.
Вертикальная гибкая связь обеспечивает преобразование перемещения понтона через опоры-звездочки, размещенные над понтоном, в движение горизонтальных прямой и перекрестной цепных передач.
Выполнение вертикальной гибкой связи в виде вертикальных цепных передач обеспечивает большую долговечность и стабильность ее работы в водной среде по сравнению с вертикальной гибкой связью ближайшего аналога.
Возможностью вращения опор-звездочек цепей обеспечивается преобразование перемещения понтона во вращательное движение.
Выполнение в понтоне герметичных узлов и проход одной ветви вертикальной цепной передачи через герметичный узел понтона позволяет упростить изготовление и повысить надежность и долговечность вертикальных цепных передач, так как обеспечивается свободное, без трения, движение цепей в указанных герметичных узлах понтона, исключается необходимость установки отклоняющих механизмов для этих ветвей вертикальных цепных передач, которые могли бы вызвать дополнительный износ их цепей. «Герметичный узел понтона» - это термин, который использован в настоящей заявке для краткости формулы полезной модели и относится к выполненному в понтоне сквозному каналу произвольной формы, позволяющему по кратчайшему пути протянуть цепь между ее опорами-звездочками, размещенными над и под понтоном. Герметичным узел назван потому, что он не ухудшает герметичность внутренних полостей понтона, то есть сообщается такой выполненный в понтоне сквозной канал только с окружающим понтон пространством, но не с внутренними полостями понтона. Как понятно специалисту, простейшей и предпочтительной формой выполнения герметичного узла понтона является вертикально расположенная труба, вваренная одним концом в крышу, а другим в дно понтона (см. фиг.1, фиг.2).
Термин «звездочка цепи - муфта одностороннего вращения» использован в настоящей заявке для краткости формулы полезной модели и характеризует звено передачи, объединяющее в себе функции звездочки цепной передачи и муфты одностороннего вращения (обгонной муфты). Такие устройства известны в технике. Это может быть муфта одностороннего вращения, на наружной обойме которой коаксиально закреплена звездочка или зубчатое колесо. Также это может быть муфта одностороннего вращения, на наружной поверхности внешней обоймы которой выполнен (закреплен) зубчатый венец. См., например: изобретение RU 2135783 («зубчатое колесо … является ободом обгонной муфты»); изобретение RU 2323380 («на наружной обойме муфты заодно с ней выполнено зубчатое колесо»); изобретение SU 1767203 («наружная обойма обгонной муфты выходного вала снабжена зубчатым венцом»); изобретение RU 2040165 («…с ведомым колесом, выполненным в виде зубчатого венца…, закрепленного на наружной обойме … обгонной муфты…»). Звездочки могут быть закреплены на ступице и на наружной обойме одной обгонной муфты, см., например, изобретение SU 1726172 («обе обгонные муфты … содержат ступицы … и обоймы …, на которых закреплены зубчатые венцы…»). С обгонными муфтами можно ознакомиться в монографии П.Ф. Дунаева «Конструирование узлов и деталей машин», 1966, Москва, «Высшая школа», на стр.286, 287; например, на стр.287: «Муфта на рисунке изображена в виде контура, а деталь, связанная с обоймой, условно показана в виде зубчатого колеса (вообще же вместо зубчатого колеса может быть любая деталь)».
Звездочки цепей - муфты одностороннего вращения, установленные с возможностью вращения в одну сторону вала с зубчатым колесом, обеспечивают вращение шестерни этого зубчатого колеса (т.е. шестерни, находящейся в зацеплении с этим зубчатым колесом) в одну сторону независимо от направления возвратно-поступательного перемещения понтона. Вал этой шестерни, соединенный с валом электрогенератора через электромагнитную муфту и его механический привод, обеспечивает вращение вала электрогенератора в одну сторону независимо от направления возвратно-поступательного перемещения понтона, что важно для непрерывности выработки электроэнергии.
Верхние упоры ограничивают движение понтона вверх, обеспечивают возможность заполнение понтона водой через автоматические клапаны смены воды при максимальном подъеме уровня воды в гидравлической камере-опоре.
Нижние упоры ограничивают движение понтона вниз, обеспечивают возможность выпуска воды из понтона через автоматические клапаны смены воды при минимальном уровне воды в гидравлической камере-опоре.
Выполнение верхних и нижних упоров подпружиненными предотвращает повреждение понтона верхними и нижними упорами. Также пружины верхних и нижних упоров могут быть использованы в качестве чувствительных элементов датчиков касания.
Возможность выработки электроэнергии независимо от направления движения понтона (непрерывность выработки электроэнергии) является частью достигаемого технического результата. Шестерня и зубчатое колесо, находящиеся в зацеплении, образуют передачу, обеспечивающую требуемую скорость вращения входного вала механического привода электрогенератора; передаточное число этой передачи выбирают экспериментально или рассчитывают по известным правилам в зависимости от применяемого механического привода электрогенератора, передаточных чисел цепных передач и среднего модуля скорости перемещения понтона. Электромагнитная муфта служит для отключения вала электрогенератора от его механического привода при достижении понтоном крайнего нижнего или крайнего верхнего положения. Этим предотвращается торможение вала электрогенератора механическим приводом (редуктором), что также необходимо для достижения вышеупомянутого важного технического результата - непрерывности выработки электроэнергии. Автоматические клапаны смены воды позволяют наполнять понтон водой (за исключением его герметичной воздушной камеры), когда гидравлическая камера-опора наполнена водой и понтон находится в своем верхнем положении (при этом уровень воды в гидравлической камере-опоре предпочтительно достигает верхних подпружиненных упоров). Вода заполняет понтон, находящийся в своем верхнем положении, при открытии автоматических клапанов смены воды, например, по сигналу с датчика касания понтоном верхних подпружиненных упоров, затем автоматические клапаны смены воды закрываются, например, по сигналу с датчика наполнения понтона водой. Масса понтона увеличивается на массу поступившей внутрь понтона воды, и этим обеспечивается важный технический результат: увеличение силы тяги понтона на вертикальную гибкую связь при движении понтона вниз (в результате понижения уровня воды в гидравлической камере-опоре при открытии затвора слива воды и закрытии затвора приема воды, например, по сигналу с датчика наполнения понтона водой) по сравнению с ближайшим аналогом. В нижнем положении понтона, после понижения уровня воды в гидравлической камере-опоре (предпочтительно до уровня ниже расположения нижних подпружиненных упоров) клапаны смены воды открываются, например, по сигналу с датчика касания понтоном нижних подпружиненных упоров, обеспечивая выпуск из понтона воды, затем клапаны смены воды и затвор слива воды закрываются, а затвор приема воды открывается, например, по сигналу с датчика опорожнения понтона. Этим обеспечивается пустота понтона при наполнении гидравлической камеры-опоры водой, и, следовательно, максимальная архимедова сила и максимальная сила тяги понтона на вертикальную гибкую связь при движении понтона вверх (в результате повышения уровня воды в гидравлической камере-опоре при закрытом затворе слива воды и открытом затворе приема воды). В различных реализациях предлагаемой полезной модели качестве автоматических клапанов смены воды могут быть использованы известные клапаны, в том числе поплавковые или, например, срабатывающие от сигнала датчика уровня воды, или эти клапаны могут быть подключены к дополнительной системе управления, упомянутой выше.
Конструкция и работа полезной модели поясняется на примерах ее воплощения с привлечением следующих схематических чертежей (эскизов).
На фиг.1 показан вид сбоку энергетической установки проточной с разрезом гидравлической камеры-опоры.
На фиг.2 показан вид сверху фиг.1.
На фиг.3 показан вид А на фиг.2.
На фиг.4 показано преимущество понтона с герметичным узлом в сравнении с понтоном, не имеющим герметичного узла.
На фиг.5 показана схема примера механического управления клапаном смены воды с закрытым положением клапана.
На фиг.6 показана схема примера механического управления клапаном смены воды с открытым положением клапана.
Фиг.1 иллюстрирует полезную модель в движении, понтон опускается.
Фиг.2 и фиг.3 иллюстрируют полезную модель независимо от состояния покоя или движения.
Гидравлическая камера-опора 1 содержит затвор (шибер, гидротехнический глубинный затвор, см. статью «Гидротехнический затвор» в Большой Советской Энциклопедии, М., 1969-1978, т.6, стр.504) приема воды 2, затвор (шибер) слива воды 3, нижние подпружиненные упоры 4, верхние подпружиненные упоры 5. Внутри гидравлической камеры-опоры 1 находится понтон 6, содержащий герметичную воздушную камеру 7 с воздухом, герметичные узлы 7′, выполненные в виде вертикальных труб, вваренных своими концами в крышку и дно понтона 6, клапаны дренажные 8 (клапаны дренажные в закрытом положении предупреждают случайное попадание посторонних предметов и воды в понтон) и автоматические клапаны смены воды 9 (см., например, П.Е. Осипов, Гидравлика и гидравлические машины, М., 1965, стр.312), шарниры 10, 10′, к которым крепится вертикальная гибкая связь - две вертикальные цепные передачи 11 с опорами - звездочками цепей 12, 13, закрепленными соответственно на валах 14, 15, являющихся опорами, размещенными соответственно над и под понтоном. На валу 14 закреплены так же ведущие звездочки 16 горизонтальной прямой цепной передачи 17 и 16′ горизонтальной перекрестной цепной передачи 18, содержащей отклоняющий вертикальный ролик 19. На валу 20 установлены ведомые звездочки цепей - муфты одностороннего вращения 21, 23 цепных передач соответственно 17, 18. Конструкции звездочек - муфт 21, 23 не показаны, так как их принципиальные схемы известны специалистам (см. П.Ф. Дунаев, Конструирование узлов и деталей машин, М., 1966, стр.284-289). На валу 20 также закреплено зубчатое колесо 22, в зацеплении с которым находится его шестерня 24, вал 25 которой через муфту 26 соединен с редуктором 27. Редуктор 27 соединен с валом электрогенератора 29 через электромагнитную муфту 28, на валу электрогенератора 29 закреплены маховик 30 и тахометр 31, колесо 22 оснащено тормозом 32. Энергетическая установка проточная подключена к автоматическому управляющему электронному блоку (не показан), изготовленному по известным схемам электронных управляющих устройств. Управляющий электронный блок установлен снаружи гидравлической камеры-опоры 1. Сигнальные линии от датчиков и клапанов к управляющему электронному блоку могут быть проложены через отверстия, служащие для сообщения гидравлической камеры-опоры с атмосферой. Специалисту понятно, что энергетическая установка проточная альтернативно может быть подключена к иному известному автоматическому управляющему устройству, например, электромеханическому, или механическому. Поэтому в формулу предлагаемой полезной модели включены только признаки, присущие ей во всех ее воплощениях, при любой применяемой системе управления, а признаки, характеризующие в частных случаях ту или иную систему управления, которая дополнительно может быть подключена к полезной модели, в формулу не включены и не отражены на фиг.1 - фиг.3.
К управляющему электронному блоку посредством гибких кабелей (не показаны) подключены:
датчики касания (не показаны на фиг.1 - фиг.3), установленные на одном из верхних упоров 5 и одном из нижних упоров 4;
исполнительные механизмы (например, лебедки с электродвигателями 33, 34, см. А.А. Вайнсон, Подъемно-транспортные машины, М., Машиностроение. 1975, стр.165), соединенные тягами, соответственно, с затворами 2 и 3;
исполнительные механизмы (не показаны на фиг.1 - фиг.3) клапанов 8;
исполнительные механизмы (не показаны на фиг.1 - фиг.3) клапанов 9;
тахометр 31 и тормоз 32, снабженный исполнительным механизмом (не показан на фиг.1 - фиг.3);
датчики уровня воды (не показаны на фиг.1 - фиг.3) в гидравлической камере-опоре 1.
Специалисту понятно, что в иных примерах воплощения полезной модели в качестве клапанов 8, 9 могут быть использованы автономные клапаны поплавкового типа, срабатывание которых обеспечивается изменением уровня воды относительно поплавков клапанов.
Энергетическая установка проточная в настоящем примере воплощения работает следующим образом.
Затвор 2 соединяют с более высоким, а затвор 3 с менее высоким местом в течении реки, например, выше и ниже плотины. Верхние упоры 5 предпочтительно устанавливают не выше верхнего бьефа плотины. Нижние упоры 4 предпочтительно устанавливают не ниже нижнего бьефа плотины.
При закрывании затвора 2 и открывании затвора 3 вода выходит самотеком из заполненной гидравлической камеры-опоры 1, и уровень воды начинает снижаться. Понтон 6, нагруженный водой, с закрытыми клапанами 9, начинает опускаться вниз передавая свой вес через шарниры 10 на цепные передачи 11, и производя вращение опор-звездочек 12 вместе с валом 14, с которым они жестко связаны, против часовой стрелки. Горизонтальная прямая цепная передача 17 передает это вращение через звездочку цепи - муфту одностороннего вращения 21 на вал 20 с зубчатым колесом 22. При этом звездочка цепи - муфта одностороннего вращения 23 вращается по часовой стрелке своей перекрестной передачей 18 и проскальзывает на валу 20. От зубчатого колеса 22 его вращение против часовой стрелки преобразуется во вращение по часовой стрелке его шестерни 24 и вала 25, а от вала 25 вращение передается через редуктор 27 и электромагнитную муфту 28 на вал электрогенератора 29. Сигналы с тахометра 31, отражающие скорость вращения вала электрогенератора и, следовательно, скорость опускания понтона, поступают в управляющий блок. Скорость опускания понтона регулируется (ограничивается) тормозом 32, на исполнительный механизм которого подает сигналы управляющий блок. Движение понтона вниз прекращается подпружиненными упорами 4. С датчика касания, установленного на упоре 4, на электромагнитную муфту 28 подается сигнал на отключение, и вал электрогенератора 29 продолжает вращение под действием маховика 30 (также к предлагаемой энергетической установке проточной, например, к валу ее электрогенератора, может быть подсоединен вспомогательный двигатель, для обеспечения равномерности вращения вала электрогенератора в периоды остановки понтона при заполнении его водой или при опорожнении; вспомогательному двигателю требуется автономное питание, не связанное с выработкой электроэнергии электрогенератором 29).
Далее на исполнительные механизмы клапанов 9 и 8 управляющий блок подает сигнал на открытие, например, по сигналу с датчика касания понтоном нижнего подпружиненного упора 4 или, например, с упреждением до касания понтоном упоров 4. Величина упреждения может вычисляться на основе сигналов с тахометра. Клапаны 9, 8 открываются, выпускают из понтона воду и запускают в него воздух.
Управляющий блок по истечении заданного периода времени (достаточного для опорожнения понтона) или, например, по сигналу с датчика опорожнения понтона подает сигналы на закрытие клапанов 8, 9, на открытие затвора 2, на закрытие затвора 3.
Далее через открытый затвор 2 вода самотеком поступает в гидравлическую камеру-опору 1, и ее уровень начинает повышаться. Управляющий блок получает сигналы с датчиков уровня воды и ограничивает скорость ее поступления путем подачи управляющих сигналов на исполнительный механизм затвора 2, во избежание явлений гидроудара в гидравлической камере-опоре 1.
В гидравлической камере-опоре 1 пустой понтон 6 поднимается водой с упоров 4. Например, по сигналу с датчика касания, установленного на одном из упоров 4, включается электромагнитная муфта 28, и через редуктор 27 возобновляется передача вращающего момента на вал электрогенератора 29. Поднимаясь, понтон вращает передачами 11 через опоры-звездочки 13 и 12 вал 15 и вал 14 со звездочками 12 по часовой стрелке (фиг.2). При этом звездочка цепи - муфта одностороннего вращения 23 вращается против часовой стрелки своей перекрестной цепной передачей 18 и вращает вал 20 с колесом 22 по-прежнему против часовой стрелки, а звездочка цепи - муфта одностороннего вращения 21 вращается своей прямой цепной передачей 17 по часовой стрелке и проскальзывает на валу 20. Далее шестерня 24 с валом 25 вращается по часовой стрелке, передавая вращение через муфты 26, 28, редуктор 27 на вал электрогенератора 29. Понтон 6, достигнув упоров 5 в верхней части гидравлической камеры-опоры, останавливается. С датчика касания, установленного на одном из упоров 5, поступает сигнал на управляющий блок, который отправляет сигнал на открытие на исполнительные механизмы клапанов 8, 9. Понтон заполняется водой через открытые клапаны 9. Воздух выходит из понтона через открытые клапаны 8. По истечении заданного периода времени (достаточного для наполнения понтона водой) управляющий блок подает сигналы на закрытие клапанов 8, 9, на открытие затвора 3, на закрытие затвора 2, и цикл движения понтона повторяется. Затвор 2 закрывается, а 3 открывается, регулируя расход воды в камере 1 и скорость движения вниз заполненного до нормы понтона 6 с использованием тормоза 32 при чрезмерном погружении его в воду или при чрезмерной скорости опускания, во избежание «разноса» передач и механического привода, или во избежание повреждения понтона при ударе о поверхность воды или об упоры 4. Упоры 4 и 5 выполнены подпружиненными (также понтон может быть снабжен подпружиненными пятками), что обеспечивает смягчение удара понтона об упоры. При опускании понтона происходит вращение вала 14 против часовой стрелки. Звездочка цепи - муфта одностороннего вращения 21 вращает вал 20 по-прежнему против часовой стрелки, а звездочка 23 - проскальзывает. Понтон 6 вблизи упоров 4 освобождается от воды путем открытия клапанов 8, 9 по сигналу от управляющего блока, облегчаясь и гася при этом инерцию. Затем понтон становится на упоры 4, муфта 28 отключается, а освободившийся от редуктора 27 вал электрогенератора 29 вращается маховиком 30, до тех пор когда вода вновь поступит в камеру 1 через открытый затвор 2 при закрытом затворе 3, понтон начнет подниматься, и муфта 28 вновь включится по сигналу управляющего электронного блока.
Установкой будет выработано электроэнергии 147 кВт при скорости воды 0,4 м/с, 37 кВт при скорости воды 0,2 м/с и т.п. Производительность зависит от созданных условий. Увеличение производительности ограничивается прочностью цепей передач и допустимой величиной кинетической энергии понтона и силы его удара об упоры. Расчет прилагается.
1
2
2
1
2
1
1
Производительность установки повышается с увеличением объема понтона (и, соответственно, силы тяги), в том числе его ширины, когда это потребуется. Сам понтон также достаточно широк. Одна ветвь «В» цепной передачи 11 должна быть над центром тяжести понтона «Ц», а другая «В» проходить через герметичный узел 7` понтона (см. фиг.4), и тогда получается выгодная (технологичная) цепная передача. В противном случае потребовались бы отклоняющие ролики «Р» для ветви «В», с увеличением длины цепей в разы и усложнением конструкции. Ролики «Р» воспринимали бы боковые усилия «Б» (показаны стрелками на фиг.4) от цепи. Усложнился бы механизм натяжения цепей и появились иные подобные недостатки. В случае увеличения ширины понтона передача претерпевала бы изменения, а при проходе через понтон (через герметичный узел 7` понтона) такие изменения не потребуются. Рационально расстояние между ветвями «B» и «В», равное диаметру d опор-звездочек 12, 13. На фиг.4 диаметр d равен 0,5 м.
На фиг.5 и фиг.6 приведена схема механического управления клапаном с подачей усилия гидроприводом.
Прибытие пустого понтона фиксируется в блоке управления по сигналу датчика 35 верхнего подпружиненного упора 5, с учетом положения поплавка 36, определяемого по движению груза 37 поплавка, которое регистрирует прибор автоматики 38. По этому сигналу срабатывает верхний гидродвигатель 39 (фиг.6), выдвигая упор 40 гидродвигателя и нажимая на верхний упор 41 клапана 9, и клапан 9 открывается. Нижний упор 42 прижимается к дну понтона 6 рычагом 43 с тягой 43`, укрепленным на шарнире в перегородке (без позиции) герметичной воздушной камеры 7. По окончанию наполнения подается сигнал о положении поплавка 36, груза 37 через прибор автоматики 38 на блок управления, и гидродвигатель 39 снимает давление. Пружина 40` отводит упор 40 гидродвигателя, освобождая верхний упор 41 клапана 9, и его пружина через тягу 44 закрывает клапан 9 (фиг.5). Сигнал от поплавка 36, груза 37 отправляет понтон 6 при снижении воды в гидравлической камере-опоре 1. Поплавок 36 и груз 37 соединены гибкой связью, перекинутой через блок (шкив) 45. Дренажный клапан 8 приводится в действие поплавком 46. Внизу гидродвигатель нижний нажимает на упор 42 и клапан 9 открывается. Происходит слив. Поплавок 36 отслеживает действие. Внизу расположение и взаимодействие гидродвигателя зеркальное по отношению к верхнему.
Предлагаемая установка может быть встроена в существующие речные гидротехнические сооружения (плотины). Установка испытана в виде упрощенной модели.
Ориентировочный расчет производительности энергетической установки проточной
3
Принимаем. Объем гидравлической камеры 7 м·7 м·2,6 м=127 м
п
3
Понтон. Материал - Полиэтилен γ=0,92 т/м; Стенка δ=10 мм=0,010 м.
п
п
п
3
2
Объем V=7 м·7 м·0,6 м=29,4 м; масса P=[7·2+(7·0,6)·4]·γ·δ=1,1 (сухой)
п
п
3
Объем воды в понтоне V=7 м·7 м·0,55 м=27 м G=27 т.
под
выталк
п
Сила. а) При подъеме*. P=P-P=29,4-1,1=28,3 т;
сп
п
п
б) При спаде. P=P+G=1,1+27=28,1 т.
Скорость воды в реках от нескольких см/с. До 6-7 м/с (Большая советская энциклопедия 21 стр.609).
в
Принимаем V=0,4 м/с
пр
н
2
3
Приливное отв. F=0,5 м·0,5 м=0,25 м. Расход наполнения камеры Q=0,25·0,4=0,1 м/с.
к
к
3
Время заполнения камеры t=127 м/0,1·60=21 мин. t=21 мин.
0
Высота напора в камере. Н=2,6 м -0,6 м -0,25 (середина отв.)=1,75 м (до дна h=2 м)
0
Скорость истечения из камеры при Н=1,75 м .
сл
н
3
Слив равен расходу Q=Q=0,1 м/с;
А.М. Латышев и др., М., 1956 г. «Гидравлика», стр.155 (вверху) и табл.5,2 µ=0,7
Площадь сливного отв. ; .
слива
сл
3
3
Сторона отв. . ά=158 мм. t=127 м/0,1 м/с·60=21 мин. t=21 мин.
цикла
Время цикла 21 мин·2=42 мин. t=42 мин.
Обороты, Моменты кручения. Мощность генератора
Схема для расчета
d<sub>1</sub>=0,5 м
d<sub>2</sub>=0,9 м
d<sub>3</sub>=0,5 м
D<sub>к</sub>=2,4 м
d<sub>ш</sub>=0,2 м
i<sub>1</sub>=1.8
I=D<sub>к</sub>/d<sub>ш</sub>=12
i<sub>ред</sub>=6,3
1
1
1
Подъем. Обороты. 1) Длина окружности d l=π d=3,14·0,5=1570 мм.
2
1
2) Длина дуги в 1°:l=1570/360=4,36 мм/град. 3) Обороты d за ход h=2 м.
.
d1
d2
d3
d2
1
d3
Dк
n=n; n=n·i=21,84·1,8=39,3 об/мин; n=n=39,3 об/мин.
dш
Dк
2
г
dш
n=n·i=39,3·12=471 об/мин. 4) Обороты генератора n=n·6,3=471·6,3=3000 об/мин.
подъема
кр
1
Силы и моменты *P=28,3 т; М на валу d=28,3 т ·0,25 м=7,075 т·м.
d3
d1
1
dш
d3
2
p
dш
M=M/i=7,075/1,8=3,93 т·м. M=M/i=3,93 тм/12=327,5 кг·м; M=M/i=327,5/6,3=52 кг·м; Мощность генератора (производительность)
г
кр
пара
пара
г
N=314·М·η/102 кг·м·1=314·52·0,92 (кпд)/102·1=147 квт. N=147 квт.