МИНИ - ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к области малой гидроэнергетики и может применяться для энергообеспечения удаленных объектов (жилого дома, турбазы, стоянки фермера и др.) за счет использования энергии небольших водотоков.
Известен преобразователь энергии потока, представленный в з. №93028342 по кл. F03D 07/00, з. 01.06.93, оп. 27.12.95.
Известный преобразователь энергии потока состоит из лопастей, установленных с возможностью поворота на концентрических венцах, закрепленных на силовом валу и удерживаемых в работе упорами, подпружиненных пружинами и управляемыми электромагнитами, например от общего источника сигнала, поступающего на электромагниты через кольца. Вал закреплен с возможностью поворота на раме, которая в зависимости от вида преобразуемого потока-водяного или воздушного - может быть жестко закреплена либо на понтоне (катамаране), либо на возвышении. Концентрично основному силовому валу установлен дополнительный вал, соединенный с основным с помощью храпового механизма, на дополнительном валу жестко установлено храповое колесо, а на основном валу - подпружиненная собачка, связанная с валом. Одновременно с храповым колесом связаны подпружиненные собачки, каждая из которых через подпружиненные штоки соединены с эксцентриками, жестко установленными на осях лопастей. Энергия потока с дополнительного вала поступает на приемник энергии, например электрогенератор или гидронасос. На случай, когда энергия потока превышает расчетный номинал (паводок, усиление ветра) и валы не набрали недопустимых оборотов, при которых возникает опасность разрушения конструкции, к дополнительному валу присоединяют еще один дополнительный вал, соединенный с ним кинематически. С помощью центробежного регулятора, выполненного из подпружиненных дебалансов, соединенных с фрикционной муфтой один из валов соединен с дополнительным приемником энергии, например электрогенератором, работающим на подзарядке аккумулятора. На случай, если и присоединение дополнительного приемника энергии не погасит обороты, то срабатывает концевой выключатель, обесточивающий электромагниты, при этом упоры под действием пружин и собственной массы смещаются, все лопасти, лишенные упоров, устанавливаются вдоль потока, и вращение устройства прекращается.
Недостатком известного устройства является его сложность, обусловленная выполнением лопастей управляемыми электромагнитами, наличием общего источника сигнала, двух валов - основного и дополнительного, а также второго дополнительного вала и дополнительного приемника энергии.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является энергоустановка для преобразования энергии водного потока, описанная в п. РФ №121870 «Мини-гидроэлектростанция» по кл. F03B 13/00, з. 13.07.12, оп. 10.11.12 и выбранная в качестве прототипа.
Известная мини-гидроэлектростанция включает раму 1, установленные на раме 1 вал 2 с насаженным на нем лопастями 3 и редуктор 4. С валом 2 и редуктором 4 связан механизм передачи энергии вращения, выполненный в виде зубчатого ремня 5. На раме 1 также установлен генератор 6, выполненный в виде асинхронного двигателя с конденсаторами, и, по меньшей мере, один понтон 7. Редуктор 4 выполнен двухступенчатым с передаточным числом по меньшей мере 1×25.
Мини-гидроэлектростанция может быть дополнительно снабжена установленным на раме стопорным устройством, выполненным в виде опоры или якоря и троса, один конец которого прикреплен к раме, а второй - к опоре или к якорю.
При этом рама может быть выполнена разборной, а все узлы установлены на ней с возможностью демонтажа.
Недостатком известной мини-гидроэлектростанции является ее не вполне удовлетворительная надежность, не очень высокое качество электроэнергии, а также некоторая сложность конструкции, что объясняется следующим.
Использование в мини-гидроэлектростанции асинхронного генератора приводит к тому, что с изменением скорости потока (например, при перемещении ее в другое место на реке или на другую реку) меняется частота тока, что снижает качество производимой электроэнергии. Кроме того, используемая зубчатая ременная передача имеет достаточно жесткую конструкцию и при пробуксовке устройства или возрастании нагрузки такой ремень может просто порваться. При этом конструкция усложняется наличием и размещением на раме понтона (понтонов).
Задачей является повышение надежности работы и повышение качества производимой электроэнергии при упрощении конструкции.
Поставленная задача решается тем, что в мини-гидроэлектростанции, имеющей по меньшей мере одно несамоходное судно и включающей снабженное содержащим трос и опору стопорным устройством основание, установленные на нем механическое устройство преобразования энергии потока воды в энергию вращательного движения в виде вала с насаженными на нем лопастями, повышающий редуктор, связанный с валом и редуктором механизм передачи энергии вращения и генератор, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, в качестве основания использовано несамоходное судно-катамаран, между двух разъемно соединенных друг с другом поперечными элементами корпусов которого размещен вал с насаженными на него лопастями, механизм передачи энергии вращения выполнен в виде клино-ременной передачи, а в качестве генератора использован генератор постоянного тока, соединенный через аккумуляторную батарею с преобразователем напряжения.
При этом опорой стопорного устройства может служить якорь или кнехт.
При этом верхняя (надводная) часть механического устройства преобразования энергии потока воды в энергию вращательного движения может быть закрыта защитным кожухом.
Применение в качестве несамоходного судна-основания катамарана, корпуса которого разъемно соединены между собой поперечными элементами, позволяет обойтись без рамы, упрощая и саму конструкцию, и ее перевозки и перемещения.
Использование в конструкции генератора постоянного тока, связанного через аккумуляторную батарею с преобразователем напряжения, дает возможность избежать колебаний частоты и амплитуды напряжения, обеспечивая высокое качество получаемой электроэнергии.
Выполнение механизма передачи энергии вращения в виде клино-ременной передачи, которая является не столь жесткой, как зубчатый ремень, обеспечивает надежную работу и при пробуксовках устройства, и при возрастании нагрузки.
Технический результат - повышение качества получаемой электроэнергии, повышение надежности работы и упрощение конструкции.
Заявляемая мини-гидроэлектростанция обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как использование в качестве основания катамарана, между двух разъемно соединенных друг с другом поперечными элементами корпусов которого размещен вал с насаженными на него лопастями, выполнение механизма передачи энергии вращения в виде клино-ременной передачи, и использование генератора постоянного тока, соединенного через аккумуляторную батарею с преобразователем напряжения, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемая мини-гидроэлектростанция может применяться для энергообеспечения удаленных объектов за счет использования энергии небольших водотоков, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где представлены на:
- фиг. 1 - вид мини-гидроэлектростанции сбоку;
- фиг. 2 - вид мини-гидроэлектростанции сверху;
- фиг. 3 - функциональная схема получения электроэнергии.
Мини-гидроэлектростанция (фиг. 1-3) содержит корпуса - поплавки 1 катамарана, между которыми размещен и закреплен с возможностью вращения вал 2 с закрепленными на нем лопастями 3. На одном из поплавков-корпусов 1 катамарана размещены повышающий редуктор 4, связанный с валом 2 через клино-ременную передачу 5, а также соединенный с редуктором 4 генератор 6, который соединен через аккумуляторную батарею 7 с преобразователем 8 напряжения.
Мини-гидроэлектростанция снабжена опорным устройством 9, состоящим из троса 10 и опоры 11. При этом корпуса-поплавки 1 катамарана разъемно соединены между собой с двух сторон с помощью поперечин 12. Трос 10 одним концом прикреплен к одному из поплавков-корпусов катамарана, а другим концом при установке мини-ГЭС в рабочее положение крепится к опоре в виде якоря или кнехта 11.
Надводная часть вала 2 с лопастями 3 может быть закрыта защитным кожухом 12 для защиты от осадков.
Мини-гидроэлектростанция используется следующим образом.
Мини-гидроэлектростанцию доставляют автотранспортом или по воде к месту использования. Производят сборку и установку на воду, а затем стопорят установку с помощью стопорного устройства 9, крепя тросы 10 к якорям 11 или кнехту 11. Затем производят настройку параметров и запуск мини- гидроэлектростанции.
Под действием потока воды лопасти 3 начинают вращаться и вращать вал 2, на котором они установлены. Посредством клино-ременной передачи 5 энергия вращения с вала 2 передается на редуктор 4. Усиленная редуктором 4 энергия вращения поступает на генератор 6. В генераторе 6 энергия вращения преобразуется в электрическую энергию, которая накапливается в аккумуляторной батарее 7, затем преобразуется преобразователем 9 и в виде напряжения 220 В частотой 50 Гц поступает к пользователю.
Использование предлагаемой мини-гидроэлектростанции необычайно просто, не требует эксплуатационных затрат и затрат на техническое обслуживание. Не требуется также использование внешних источников бесперебойного питания.
В сравнении с прототипом заявляемая мини-гидроэлектростанция является более надежной, выдает более качественную электроэнергию и является более простой.