ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к гидроэнергетике и может быть использована для преобразования энергии волн или течения в реках для получения электроэнергии.
Известны устройства для преобразования течения воды или волн приливов в электрический потенциал с использованием различных механических приводов (рычаги, поршни, турбины и др.). Например: а.с. №178338.
Недостатки таких устройств в том, что в этих приводах происходят большие потери энергии и у подобных устройств очень низкий коэффициент полезного действия (к.п.д.).
Известны устройства и установки получения гидроэнергии без различных механических преобразователей, например, с использованием пьезоэлементов (а.с. №7208297, бюл. №4 от 30.01.86 г; а.с. №1209917, бюл. №5 от 07.02.86 г.). Серьезной задачей для подобных устройств является генерирование переменных давлений в жидкости. В устройстве по а.с. №1209917 возникновение пульсаций давления предлагается осуществлять за счет подачи питания на модулирующие пьезоэлементы. Данное устройство данное устройство принято нами за прототип. Недостатки прототипа следующие: в прототипе последовательно используется обратный пьезоэлектрический эффект, при котором к модулирующим элементам прикладывается переменные электрические потенциалы и они, изменяя свои геометрические размеры, создают в жидкости переменное давление. В дальнейшем, предполагается что это переменное давление создает на пьезоэлементах прямой пьезоэлектрический эффект и приводит к разности потенциалов на пьезоэлементах в полости водовода. Однако, эффект прямого и обратного пьезоэлектрического действия не равнозначен, а определяется пьезомодулем d. (В книге Д.Г. Гершгал, В.М. Фридман «Ультразвуковая технологическая аппаратура». Изд. 3-е, перераб. и доп. М: «Энергия» 1976 г., 320 с. Стр. 61-63.). Пьезомодуль d определяет пропорциональность изменения размеров пьезоэлемента от приложенного напряжения U:ΔdU.
-6
-6
Приводится пример значения d для пластины кварца равен 6,9*10 мм; ниобат свинца бария-550; цирконат-титанат свинца -770 (табл. 3-3, стр. 63) «Простой расчет показывает, что приложенное к электродам пластины кварца напряжение 1000 В вызывает изменение ее размеров на миллионные доли миллиметра (2*10 мм); при этом амплитуда колебаний пластины будет весьма невелика (стр. 61).
Недостаток прототипа заключается в том, что использование в качестве модулирующих элементов пьезокристаллов малоэффективно, т.к. возникающие переменные давления в жидкости будут незначительными и к.п.д. установки будет очень маленьким.
Технический результат заявляемого технического решения заключается в повышении к.п.д. за счет генерирования в жидкости колебаний высокого давления.
Технический результат достигается тем, что в гидроэнергетической установке, содержащей водяной накопительный резервуар, напорный водовод, преобразователь энергии, пьезоэлементы и эластичную водонепроницаемую оболочку, преобразователь энергии выполнен в виде гидродинамического излучателя пластинчатого типа, а перед излучателем установлен щелевой направляющий аппарат соосно пластинчатому излучателю, причем, установка снабжена несколькими дополнительными последовательными щелевыми направляющими аппаратами с гидродинамическими излучателями пластинчатого типа, расположенными по напорному водоводу, а водяной накопительный резервуар имеет сужающийся канал, являющийся концентратором потока воды, выполненный в виде двух конфузорных отражателей.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1 - фиг. 3, где:
фиг. 1 - общая схема гидроэнергетической установки;
фиг.2 - схема водовода (поперечное сечение) с гидродинамическими излучателями;
фиг. 3 - расположение конфузоров и гидродинамических излучателей.
Здесь:
1 - водяной накопительный резервуар;
2 - наклонный напорный водовод;
3 - щелевой направляющий аппарат;
4 - гидродинамический излучатель;
5 - пьезоэлементы;
6 - эластичная водонепроницаемая оболочка;
7 - кронштейн.
Установка содержит водяной накопительный резервуар 1. От нее отходит наклонный напорный водовод 2, в котором организован сток воды в щелевой направляющий аппарат 3. В зависимости от количества воды в водосборной емкости 1 и его размеров, водовод 2 может иметь несколько сужающихся каналов, в которых за счет сужения возрастает скорость течения воды. После узла разгона устанавливается гидродинамический излучатель 4 пластинчатого типа, который закреплен в кронштейне 7. После зоны излучения на стенках водовода 2 устанавливаются пьезоэлементы 5, защищенные от действия жидкости эластичной непроницаемой оболочкой 6, от которых отводятся электрические потенциалы. Для защиты стенок водовода 2 от кавитационных разрушений, вся внутренняя поверхность вместе с пьезоэлементами 5, покрыта эластичной защитной оболочкой, через который давление передается на пьезоэлементы 5.
Установка работает следующим образом.
Вода из водяного накопительного резервуара 1 под напором протекает по напорному водоводу 2, попадает в щелевой направляющий аппарат 3, где скорость течения воды увеличивается. Струя воды с большой скоростью натекает на гидродинамический излучатель 4 пластинчатого типа, закрепленный в кронштейне 7, имеющий плоскую пластинчатую форму. Попадая на лезвие излучателя, струя жидкости срывается и образует кавитационные вихри, которые, пульсируя, движутся вниз по течению водовода 2. Они схлопываются и образуют в жидкости импульсы давлений. Эти импульсы воздействуют через эластичную водонепроницаемую оболочку 6 на расставленные вдоль водовода 2 пьезоэлементы 5 и за счет прямого пьезоэлектрического эффекта можно снимать электрический потенциал.
Использование предлагаемого устройства позволит увеличить вырабатываемый электрический ток, без использования различных механических преобразователей.