BRPI1003571A2 - HYDROCINETIC GENERATOR OF MECHANICAL ENERGY - Google Patents

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Abstract

GERADOR HIDROCINÉTICO DE ENERGIA MECÂNICA. Descreve um gerador hidrocinético de energia mecânica, montada numa balsa, flutuante em rio ou riacho, com um eixo central disposto perpendicular à superfície do rio, com pás radiais que dispõe de mecanismo que realiza movimentação vertical, fazendo com que o conjunto de pás que se encontram no sentido da correnteza do rio, estejam submersa no rio, girando o eixo central; e o conjunto de pás, que se encontram no sentido oposto da correnteza, se elevem, ficando acima da superfície da água, não causando resistência ao movimento de rotação da turbina. A movimentação alternativa das pás é feita pela própria rotação da turbina e por meio de came guia. A rotação das pás realiza a rotação do eixo central que, por sua vez faz rodar uma polia, ou volante, fixado na extremidade superior do dito eixo central.MECHANICAL ENERGY HYDROKINETIC GENERATOR. It describes a hydrokinetic mechanical energy generator, mounted on a raft, floating in a river or stream, with a central axis arranged perpendicular to the river surface, with radial blades that have a mechanism that performs vertical movement, causing the set of blades to be they are in the direction of the river current, they are submerged in the river, turning the central axis; and the set of paddles, which are in the opposite direction of the current, rise above the surface of the water, causing no resistance to the rotational motion of the turbine. The alternate movement of the blades is made by the rotation of the turbine itself and by means of guide cam. The rotation of the blades performs the rotation of the central axis which in turn rotates a pulley, or flywheel, fixed at the upper end of said central axis.

Description

GERADOR HIDROCINÉTICO DE ENERGIA MECÂNICAMECHANICAL ENERGY HYDROKINETIC GENERATOR

Trata-se de um gerador hidrocinético de energia mecânica constituído por uma turbina com pás móveis, que utiliza fluxo de água de rios. O objeto do presente pedido de patente consiste na forma construtiva do gerador e sua disposição sobre uma balsa flutuante.It is a mechanical energy hydrokinetic generator consisting of a movable blade turbine, which uses water flow from rivers. The object of the present patent application is the constructive form of the generator and its arrangement on a floating raft.

Existem diversos equipamentos geradores de energia, do tipo roda d'água, que faz uso da correnteza da água de rios e riachos, para conversão desta energia hidrocinética em energia mecânica. A maioria destas rodas d'água é disposta na vertical, tangenciando a superfície do rio; a extremidade das pás dessas rodas toca a superfície da água, fazendo com que a correnteza do rio ou riacho arraste cada pá e gire a roda transformando a energia hidrocinética em energia mecânica. São conhecidos também disposições construtivas de sistemas que fazem o uso de rodas ou turbinas dispostas na horizontal submersa um pouco abaixo da superfície do rio ou riacho. O documento de pedido de patente MU8702740-2 descreve um desses sistemas de aproveitamento da energia hidráulica em nível, de rios de pequena vazão ou de desvio de vazão desejada de rios caudalosos, por meio de turbina horizontal submersa, disposta logo abaixo do nível mínimo do rio. Transforma a energia hidrocinética em energia mecânica transmitida por um eixo vertical perpendicular ao plano da turbina. Este sistema necessita de um desvio de correnteza do rio ou riacho, para evitar que a energia mecânica gerada por meio da rotação da pá posicionada de um lado da turbina, e que girará por ação da correnteza, não seja anulada pela resistência da pá oposta, dispostas do outro lado da turbina que irá se movimentar contra a correnteza. O presente pedido de patente descreve um gerador hidrocinético de energia mecânica, montada numa balsa, flutuante em rio ou riacho, com um eixo central disposto perpendicular à superfície do rio, caracterizada por sua configuração construtiva, onde as pás da turbina estão acopladas ao eixo central e são móveis; dispõe de mecanismo que realiza, perpendicular à superfície do rio, movimento alternativo das pás. Enquanto uma pá está submersa no rio, a pá oposta está fora d'água. A pá submersa é arrastada pela correnteza do rio, fazendo girar a turbina, enquanto que a pá oposta, fora d'água não oferece resistência ao movimento rotativo da turbina. O mecanismo de movimentação das pás é compreendido por uma carne fixa na balsa e pelos braços das pás. Cada pá, em rotação, de realiza a rotação do eixo central que, por sua vez faz rodar uma polia, ou volante, fixado na extremidade superior do dito eixo central, transformando a energia hidrocinética em energia mecânica.There are several energy generating equipment, such as waterwheels, that make use of the water flow of rivers and streams to convert this hydrokinetic energy into mechanical energy. Most of these waterwheels are arranged vertically, tangent to the surface of the river; The end of the paddles on these wheels touches the surface of the water, causing the current of the river or stream to drag each paddle and spin the wheel, turning hydrokinetic energy into mechanical energy. Constructive arrangements of systems using wheels or turbines arranged horizontally submerged just below the surface of the river or stream are also known. Patent application document MU8702740-2 describes such a system for harnessing the desired level, low-flow river flow or high-flow diversion systems by means of a submerged horizontal turbine arranged just below the minimum level of the River. Transforms hydrokinetic energy into mechanical energy transmitted by a vertical axis perpendicular to the turbine plane. This system requires a current deviation from the river or stream to prevent mechanical energy generated by rotating the blade on one side of the turbine, which will rotate by the current, from being offset by the resistance of the opposite blade, arranged on the other side of the turbine that will move against the current. The present patent application describes a hydrokinetic mechanical energy generator mounted on a river or stream floating raft with a central axis arranged perpendicular to the river surface, characterized by its constructive configuration, where the turbine blades are coupled to the central axis. and are mobile; It has a mechanism that performs, perpendicular to the river surface, alternative movement of the blades. While a spade is submerged in the river, the opposite spade is out of the water. The submerged shovel is dragged by the river current, turning the turbine, while the opposing, out-of-water shovel does not resist the rotational movement of the turbine. The blade movement mechanism is comprised of a fixed meat on the raft and the blade arms. Each rotating blade performs the rotation of the central axis, which in turn rotates a pulley, or flywheel, fixed at the upper end of said central axis, turning hydrokinetic energy into mechanical energy.

Esta configuração de turbina para um gerador hidrocinético de energia mecânica confere vantagens quanto a sua utilização, não necessitando de desvio do leito do rio, ou qualquer modificação referente à correnteza dos rios para seu funcionamento. Não interfere no meio ambiente. Instalado sobre uma balsa flutuante, tem seu funcionamento continuo independente da variação do nível do rio em períodos de chuva. Possibilita o aproveitamento energético pulverizado ao longo dos rios através de micro usinas hidroelétricas.This turbine configuration for a mechanical energy hydrokinetic generator confers advantages in its use, requiring no diversion of the riverbed, or any modification regarding the river current for its operation. Does not interfere with the environment. Installed on a floating raft, its operation is continuous regardless of the variation of the river level in periods of rain. It enables the energy use sprayed along the rivers through micro hydroelectric plants.

A descrição que se segue e as figuras associadas, dados a título de exemplo e ilustração, farão compreender melhor o objeto do presente pedido de patente.The following description and associated figures, given by way of example and illustration, will further understand the subject matter of the present patent application.

A figura 1 é uma vista frontal do gerador hidrocinético de energia mecânica e mostra a balsa(1), as pás(2); o eixo central(3) e a polia(4) ou volante. A figura 2 mostra uma vista isométrica do gerador hidrocinético de energia mecânica.Figure 1 is a front view of the hydrokinetic mechanical energy generator and shows the raft (1), the blades (2); the central axis (3) and the pulley (4) or flywheel. Figure 2 shows an isometric view of the hydrokinetic mechanical energy generator.

A figura 3 mostra uma vista frontal do gerador disposto na superfície do rio, com uma pá(2) imersa na água e a pá(22) oposta fora d'água.Figure 3 shows a front view of the generator disposed on the surface of the river, with a paddle (2) immersed in water and the opposite paddle (22) out of water.

A figura 4 mostra uma vista superior do gerador hidrocinético de energiaFigure 4 shows a top view of the hydrokinetic power generator.

mecânica, disposto na superfície do rio.mechanical, laid out on the surface of the river.

A figura 5 mostra, em vista frontal, detalhes da região central do gerador hidrocinético de energia mecânica.Figure 5 shows, in front view, details of the central region of the hydrokinetic mechanical energy generator.

Em alusão às figuras acima mencionadas para efeitos de compreensão do gerador hidrocinético de energia mecânica, o objeto do presente pedido de patente é montado sobre uma balsa(1). A balsa(1) é ancorada nas margens do rio com auxílio de cabos flexíveis e ganchos(9). O gerador é compreendido por um conjunto de pás(2) radiais, pelo menos duas pás(2 e 22), ligadas a um eixo central(3), vertical, perpendicular à superfície do rio. O conjunto de pás(2) transforma a energia hidrocinética, promovida pela rotação das pás(2) em energia mecânica transmitida pelo eixo central(3) à uma polia(4), ou volante, que é fixada ao dito eixo central(3).Alluding to the above-mentioned figures for the purposes of understanding the hydrokinetic mechanical energy generator, the object of the present patent application is mounted on a raft (1). The raft (1) is anchored on the river banks with the help of flexible cables and hooks (9). The generator is comprised of a set of radial blades (2), at least two blades (2 and 22), connected to a vertical central axis (3) perpendicular to the river surface. The blade assembly (2) transforms the hydrokinetic energy promoted by the rotation of the blades (2) into mechanical energy transmitted by the central axis (3) to a pulley (4), or flywheel, which is fixed to said central axis (3). .

Conforme pode ser observado nas figuras 1 a 5, o gerador hidrocinético de energia mecânica é constituído por um eixo central(3), disposto perpendicular à superfície do rio e em cuja região mediana do eixo central(3) é disposto um suporte(5) fixo ao eixo central(3). Os suportes(5) possuem, na periferia, mancais(51) onde são presas as pás(2) radiais. Em cada mancal(51) é articulado um braço(6) de sustentação de cada uma das pás(2). Um trecho do comprimento do bráço(6) de sustentação tem a forma de uma barra cilíndrica que atua como eixo fixo(61) sobre o qual gira livremente uma luva(62) deslizante. O braço(6) se prolonga por meio de conexão(7) conhecida, tipo flange ou similar, formando a haste(21) da pá(2) e a haste(23) da pá(22). Em plano perpendicular ao eixo central(3), há uma came(8) fixada na estrutura(11) do gerador hidrocinético. A came(8) possui perfil excêntrico em relação ao eixo(3) central e não está acoplada ao dito eixo(3). A rotação das pás(2) faz com que a luva(62) deslizante de cada pá role tangenciando o perfil da came(8). A excentricidade da carne possibilita a imersão de cada pá(2) e retirada d'água de cada pá(22). O gerador hidrocinético de energia mecânica é preso a uma balsa(1) por braços estruturais(11). Outras vigas(12) estruturais são utilizadas nas extremidades da balsa(1) para manter a estrutura da balsa(1).As can be seen from figures 1 to 5, the mechanical energy hydrokinetic generator is constituted by a central axis (3), arranged perpendicular to the river surface and in whose middle region of the central axis (3) a support (5) is arranged. fixed to the central axis (3). The supports (5) have, on the periphery, bearings (51) to which the radial blades (2) are attached. In each bearing (51) a support arm (6) is hinged from each of the blades (2). A portion of the length of the supporting arm (6) is in the form of a cylindrical bar acting as a fixed axis (61) on which a sliding sleeve (62) freely rotates. The arm (6) extends through a known flange-like connection (7) or the like, forming the blade stem (21) and blade blade (23). In plane perpendicular to the central axis (3), there is a cam (8) fixed to the frame (11) of the hydrokinetic generator. The cam (8) has an eccentric profile with respect to the central axis (3) and is not coupled to said axis (3). The rotation of the blades (2) causes the sliding sleeve (62) of each blade to roll tangentially to the cam profile (8). The eccentricity of the meat allows the immersion of each shovel (2) and water withdrawal from each shovel (22). The hydrokinetic mechanical energy generator is attached to a raft (1) by structural arms (11). Other structural beams (12) are used at the ends of the raft (1) to maintain the raft structure (1).

O funcionamento da turbina, ou gerador hidrocinético de energia mecânica, é dado pelo giro das pás(2), pela ação da correnteza do rio, a luva(62) deslizante rola apoiada no came(8) contornando-o desde seu lado(81) com menor comprimento, para seu lado(82) com maior comprimento, conforme representado na figura 5, realizando a articulação dos braços(6) e elevando as pás(2) para fora da superfície da água. As pás(2) atuam apenas no sentido da correnteza do rio, eliminando a resistência destas pás(2) quando estiverem no lado oposto, no sentido contra a correnteza do rio, pois neste último lado, as pás(2) se encontrarão erguidas sobre e fora da superfície do rio, não oferecendo resistência à rotação do eixo central(3). Para minimização das perdas por atritos e desgaste de cada um dos braços(6) e do came(8), pelo fato do braço(6) ser empurrado contra o perfil da came(8), durante a rotação das pás(2), é disposta uma luva(62) deslizante, de material com alta dureza superficial. Desta forma, com o movimento de rotação das pás(2), pela força da correnteza do rio, o conjunto que realiza rotação, que é formado pelas pás(2), braço(6) de sustentação, o suporte(5) e o eixo central(3), irá girar, e o braço(6), com o auxílio da luva(61) deslizante, irá se movimentar, deslizando com movimento tangencial sobre a aresta do came(8), elevando-se para fora da superfície da água do rio, no lado(82) do came(8), lado com maior comprimento, e retornando à sua posição horizontal, abaixo da superfície do rio, no lado(81) do came(8), lado com menor comprimento. Este mecanismo disposto num rio com certa correnteza, garante a movimentação de rotação contínua das pás(2), rotacionando todo o conjunto que é formado pelas pás(2), braço(6) de sustentação, o suporte(5) e o eixo central(3), sendo esta rotação transferida para a polia(4) ou volante, que está fixada na extremidade superior do eixo central(3), podendo, este movimento de rotação ser aproveitado para acionar um gerador elétrico, bombas de irrigação e outros fins.The operation of the turbine, or hydrokinetic generator of mechanical energy, is given by the turning of the blades (2), the action of the river current, the sliding sleeve (62) rolls supported by the cam (8) bypassing it from its side (81). ) of shorter length, to its side (82) longer, as shown in Figure 5, by articulating the arms (6) and lifting the paddles (2) off the water surface. The paddles (2) act only in the direction of the river current, eliminating the resistance of these paddles (2) when they are on the opposite side, against the river current, because in this last side, the paddles (2) will be raised on and outside the river surface, offering no resistance to the rotation of the central axis (3). To minimize friction losses and wear on each of the arms (6) and the cam (8) by the fact that the arm (6) is pushed against the cam profile (8) during the rotation of the blades (2), A sliding sleeve 62 of high surface hardness material is arranged. Thus, with the rotational movement of the paddles (2), by the force of the river current, the rotating assembly, which is formed by the paddles (2), support arm (6), the support (5) and the center axis (3) will rotate and the arm (6), with the aid of the sliding sleeve (61), will move, sliding tangentially over the cam edge (8), rising off the surface river water on the side (82) of the cam (8), longest side, and returning to its horizontal position below the river surface, on the side (81) of cam (8), the shortest side. This mechanism arranged in a river with a certain current, ensures the continuous rotation movement of the blades (2), rotating the whole assembly that is formed by the blades (2), support arm (6), the support (5) and the central axis. (3), this rotation being transferred to the pulley (4) or flywheel, which is fixed to the upper end of the central axis (3), and this rotation movement can be used to drive an electric generator, irrigation pumps and other purposes. .

Claims (3)

1. "GERADOR HIDROCINÉTICO DE ENERGIA MECÂNICA", descreve um gerador hidrocinético de energia mecânica, que utiliza a força da correnteza de rio ou riacho para gerar energia mecânica, caracterizado pelo gerador ser compreendido por um conjunto de pás(2) radiais acopladas em um eixo central(3) disposto perpendicular à superfície do rio e em cuja região mediana do eixo central(3) é disposto um suporte(5) fixo ao eixo central(3); e na periferia do suporte(5) possuir mancais(51) que articulam braços de sustentação(6) de cada uma das pás(2); e o dito braço de sustentação(6) ter um trecho do comprimento com a forma de uma barra cilíndrica que atua como eixo fixo(61) sobre o qual gira livremente uma luva(62) deslizante; e o dito braço de sustentação(6) se prolongar por meio de conexão(7) conhecida, tipo flange ou similar, formando a haste(21) da pá(2); e em plano perpendicular ao eixo central(3), ter uma came(8) fixada na estrutura(11) do gerador hidrocinético, com perfil excêntrico em relação ao eixo(3) central e por não estar acoplada ao dito eixo(3); e a luva(62) deslizante de cada pá rolar tangenciando o perfil da came(8), por ação da rotação das pás(2).1. "MECHANICAL ENERGY HYDROKINETIC GENERATOR" means a mechanical energy hydrokinetic generator that uses the force of a river or stream stream to generate mechanical energy, characterized in that the generator is comprised of a set of radial blades (2) coupled to a central axis (3) arranged perpendicular to the river surface and in whose mid-region of the central axis (3) a support (5) is fixed to the central axis (3); and on the periphery of the support (5) have bearings (51) which articulate support arms (6) of each of the blades (2); and said support arm (6) is of a length in the form of a cylindrical bar acting as a fixed axis (61) about which a sliding sleeve (62) freely rotates; and said support arm (6) extends through known flange-like connection (7) or the like, forming the shaft (21) of the blade (2); and in a plane perpendicular to the central axis (3), having a cam (8) fixed to the structure (11) of the hydrokinetic generator, with an eccentric profile to the central axis (3) and not being coupled to said axis (3); and the sliding sleeve (62) of each blade rolling tangent to the cam profile (8), by action of the rotation of the blades (2). 2.2. "GERADOR HIDROCINÉTICO DE ENERGIA MECÂNICA", de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo conjunto, formado pelas pás(2), braços(6) de sustentação, o suporte(5) e eixo central(3), elevar cada uma das pás(2) para fora da superfície da água do rio ao girar em um dos lados(82) do came(8), e mergulhar cada uma das pás(2), abaixo da superfície do rio, ao girar no outro lado (81) do came(8);"MECHANICAL ENERGY HYDROKINETIC GENERATOR" according to claim 1, characterized in that the assembly formed by the blades (2), support arms (6), the support (5) and the central axis (3) raise each of the blades ( 2) out of the river water surface by turning on one side (82) of the cam (8), and plunging each of the paddles (2) below the river surface by turning on the other side (81) of the cam (8);
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