RU2073795C1

RU2073795C1 - Drum for taking energy off water streams and wind

Info

Publication number: RU2073795C1
Application number: RU9393028191A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Васильевич Бобров
Original assignee: Анатолий Васильевич Бобров
Priority date: 1993-06-07
Filing date: 1993-06-07
Publication date: 1997-02-20

Abstract

FIELD: hydroelectric and wind-electric power units producing electricity by environmentally friendly method. SUBSTANCE: drum shaft is mounted vertically and supported by baseplate bearings built up of top and bottom disk holders, as well as large external and small internal blades secured between them in parallel to the shaft; external blades are shaped as arcs drawn from extreme distant points of holder radii to one half or two thirds of other radii shifted clockwise through 90 or 60 deg. To prevent water stream or wind dripping over concave sides of blades during their working movement, guards are mounted on concave sides of blades throughout entire blade length. Guards are equal to or slightly larger than, and two middle ones of internal blades are smaller than, lengths of chords of each segment and are at about 55 deg. to chords of each segment so that during working running of blades horns between segments and guards meet the water or wind stream thereby reducing dragging force of water stream or wind acting during their reverse movement. Depending on drum diameter, similar blades having included angle of 90 deg. are relatively shifted clockwise through 90, 60, 45, and 30 deg. and in the latter three cases they overlap each other; the number of external and internal blades is 4, 6, 8 and 12, respectively; in the two latter cases internal blades are not installed as their efficiency appreciably reduces; blades having included angle of 60 deg. are relatively shifted through 60, 45, 30 deg with relative overlapping in two latter cases and number of blades, respectively, 6, 8, 12; in the latter case, internal blades are not installed as their efficiency greatly decreases. EFFECT: provision for using water stream or wind over width greater than drum radius. 2 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к гидро- и ветроэнергетике и предназначено для получения энергии экологически чистым способом путем ее отбора от природных процессов водных потоков и ветра с последующим преобразованием в электроэнергию. The invention relates to hydro and wind energy and is intended to produce energy in an environmentally friendly way by selecting it from the natural processes of water flows and wind, followed by conversion into electricity.

Современная энергетика в немалой степени наносит ущерб природе. Тепловые станции вносят в атмосферу химическое загрязнение в виде углекислого газа, кислотных дождей и всяких вредных примесей от сжигаемых газа, мазута и угля и тепловое загрязнение, которое приближают угрозу "тепличного эффекта". Мазут добавляет загрязнение земли и воды. При добыче угля открытым способом огромные участки земли превращаются в опасную для жизни пустыню в виде карьеров и территорий, засыпанных вскрышной породой с радиоактивными и другими опасными веществами, уничтожаются подземные источники воды в радиусе многих десятков километров от карьеров. При шахтном способе добычи также уничтожаются подземные источники воды и засыпаются пустой и опасной породой большие участки земли. Плюс зола с ее опасными примесями, которой засыпают немалые участки земли. Наконец, ветром разносится опасная пыль из карьеров, от вскрышной и пустой породы и золы. Modern energy is to a large extent detrimental to nature. Thermal stations introduce into the atmosphere chemical pollution in the form of carbon dioxide, acid rain and any harmful impurities from the burned gas, fuel oil and coal, and thermal pollution, which bring the threat of the greenhouse effect closer. Fuel oil adds pollution to land and water. When coal is mined open-pit, huge tracts of land turn into a life-threatening desert in the form of quarries and territories covered with overburden rock with radioactive and other hazardous substances, underground water sources are destroyed within a radius of many tens of kilometers from quarries. Under the mining method, underground water sources are also destroyed and large tracts of land are filled up with waste and dangerous rock. Plus, ash with its dangerous impurities, which are covered with large tracts of land. Finally, dangerous dust from open pits, from overburden and waste rock and ash, spreads in the wind.

Атомные электростанции вносят радиоактивное и тепловое загрязнение. Даже при идеальной работе АЭС добыча, транспортировка ядерных материалов, их переработка, обогащение и подготовка к работе добавляют в окружающую среду радиоактивные элементы. А аварии на АЭС, особенно на Чернобыльской, показали, что они чрезвычайно опасны. Nuclear power plants contribute radioactive and thermal pollution. Even with the perfect operation of nuclear power plants, the extraction, transportation of nuclear materials, their processing, enrichment and preparation for operation add radioactive elements to the environment. And accidents at nuclear power plants, especially at Chernobyl, showed that they are extremely dangerous.

Экологически чистыми являются агрегаты, использующие геотермальную энергию. Но геотермальных источников энергии немного. При их использования в атмосферу вносится дополнительное тепло. Environmentally friendly are units that use geothermal energy. But there are few geothermal energy sources. When used, additional heat is introduced into the atmosphere.

Полностью экологически чистыми являются установки, использующие энергию Солнца, водных потоков и ветра, т.е. естественные природные процессы без добавления искусственных. Но солнечная энергия может быть получена на экваторе и близких к нему территориях, и кроме того, там ночью, практически полсуток, и в пасмурную погоду такая энергия не поступает. Энергия же более всего нужна на территориях, близких к полюсам. Наиболее пригодны для получения энергии экологически чистым способом широко распространенные водные потоки, а также бывающий в любой точке Земли ветер, единственным недостатком которого является его постоянная изменчивость по силе и направлению и иногда полное отсутствие. Installations using the energy of the Sun, water flows and wind, i.e. natural processes without adding artificial ones. But solar energy can be obtained at the equator and territories close to it, and in addition, there at night, almost half a day, and in cloudy weather such energy does not come. Energy is most needed in areas close to the poles. Widespread water flows, as well as winds occurring anywhere on the Earth, the only drawback of which is its constant variability in strength and direction and sometimes complete absence, are most suitable for generating energy in an environmentally friendly way.

Решение для использования водных потоков было найдено более тысячи лет назад. Это водяное колесо, использующее энергию падающей воды. Современные гидротурбины это по сути те же водяные колеса, использующие падающую воду, только ось вращения вертикальная. Т. к. водопадов мало, то пошли по пути строительства плотин. Если плотинный путь приемлем для горных рек, которых не так уж много, то для равнинных это приводит к затоплению больших территорий и ущерб природе и обществу исключительно велик, из-за загрязнения рек водохранилища превращаются в грязные отстойники, небезопасные для человека. При этом используются перепады воды только на небольших участках рек. Для низинных рек, таких как Нева, Обь и т.д. многих низинных участков равнинных рек, такой путь вообще неприемлем. А равнинные и низинные реки обладают огромным энергетическим потенциалом. Он велик у приливов и отливов. Если старый плотинный способ может быть хоть как-то использован в бухтах, то его использование у берегов без бухт практически невозможно. Это техническое решение не позволяет использовать также гигантский энергетический потенциал морских и океанских течений. A solution for using water flows was found over a thousand years ago. This is a water wheel using the energy of falling water. Modern hydraulic turbines are essentially the same water wheels using falling water, only the axis of rotation is vertical. Since there are few waterfalls, we went along the path of dam construction. If the dam path is acceptable for mountain rivers, of which there are not so many, then for plains this leads to flooding of large territories and the damage to nature and society is extremely great, because of the pollution of the rivers, the reservoirs turn into dirty sedimentation tanks, unsafe for humans. In this case, water differences are used only in small sections of rivers. For lowland rivers such as the Neva, Ob, etc. many lowland sections of lowland rivers, such a path is generally unacceptable. And the plain and lowland rivers have huge energy potential. It is great at ebbs and flows. If the old dam method can be used at least somehow in bays, then its use off the coast without bays is almost impossible. This technical solution does not allow using the gigantic energy potential of sea and ocean currents.

Энергия ветра использовалась в ветряных мельницах путем строительства башен и установки на них громадных пропеллеров из деревянных реек и кожи. Этому техническому решению несколько сот лет. Современные ветровые установки полностью повторяют эту схему. Wind energy was used in windmills by building towers and installing huge propellers from wooden battens and leather on them. This technical solution is several hundred years old. Modern wind turbines completely repeat this scheme.

Уже предлагались нетрадиционные решения для использования энергии ветра и водных потоков без плотин. Известен ветроагрегат, содержащий вертикальный вал с закрепленными на нем двумя цилиндрическими секциями с верхним, промежуточным и нижним держателями, между которыми закреплены по три лопасти, расположенные радиально и параллельно валу, которые состоят из трех плоских подлопастей с загнутыми краями. Недостатком ветроагрегата является то, что на его базе не может быть построен ветроагрегат значительной единичной мощности из-за большого сопротивления плоским подлопостям при их обратном движении. Из-за плоской конструкции подлопастей агрегат не может быть использован для отбора энергии водных потоков, т.к. из-за больших по сравнению с воздухом плотности и вязкости воды торможение подлопастей при обратном ходе в воде будет чрезвычайно высоким [1]
Решение этой задачи достигается тем, что барабан состоит из вертикального вала с насаженными на него цилиндрическими секциями, разделенными дисковыми держателями, и профилированных лопастей, закрепленных между дисковыми держателями, параллельно оси вала и размещенных в два ряда по внешней и внутренней концентричным окружностям. Лопасти имеют профиль дуги, первая крайняя точка которой расположена на одном радиусе дискового держателя, а вторая крайняя точка расположена на другом радиусе, повернутом относительно первого по часовой стрелке на угол 90^o.Non-traditional solutions for using wind energy and water flows without dams have already been proposed. Known wind turbine containing a vertical shaft with two cylindrical sections fixed to it with upper, intermediate and lower holders, between which three blades are located, located radially and parallel to the shaft, which consist of three flat sub-blades with curved edges. The disadvantage of the wind turbine is that it cannot be built on the basis of a wind turbine of significant unit power due to the large resistance to flat undercrops during their reverse movement. Due to the flat design of the sub-areas, the unit cannot be used for energy extraction of water flows, because due to the high density and viscosity of water compared to air, the inhibition of the sub-regions during the reverse stroke in water will be extremely high [1]
The solution to this problem is achieved by the fact that the drum consists of a vertical shaft with cylindrical sections mounted on it, separated by disk holders, and profiled blades mounted between the disk holders parallel to the axis of the shaft and arranged in two rows along the outer and inner concentric circles. The blades have an arc profile, the first extreme point of which is located on one radius of the disk holder, and the second extreme point is located on another radius, turned relative to the first clockwise by an angle of 90 ^o .

Дуги лопастей, расположенных на внешней окружности, строятся следующим образом: первая крайняя точка совпадает с крайней точкой радиуса окружности, а вторая крайняя точка дуги расположена на расстоянии, равном половине радиуса внешней окружности. The arcs of the blades located on the outer circle are constructed as follows: the first extreme point coincides with the extreme point of the radius of the circle, and the second extreme point of the arc is located at a distance equal to half the radius of the outer circle.

Для дуги лопасти, расположенной на внутренней окружности, первая крайняя точка дуги расположена на том же радиусе, что и вторая крайняя точка дуги лопастей, расположенных на внешней окружности, но ближе к оси, а вторая на расстоянии от оси, равном половине расстояния между осью и первой точкой крайней точкой дуги лопастей внутренней окружности. For an arc of a blade located on the inner circle, the first extreme point of the arc is located on the same radius as the second extreme point of the arc of the blades located on the outer circle, but closer to the axis, and the second at a distance from the axis equal to half the distance between the axis and the first point is the extreme point of the arc of the blades of the inner circle.

Радиус дуг лопастей внешней и внутренней окружностей равен трем четвертям длины хорды этой дуги. Дуги лопастей одного ряда смещены одна относительно другой по часовой стрелке на угол, равный или 90^o, или 60^o, или 45^o, или 30^o.The radius of the arcs of the blades of the outer and inner circles is equal to three quarters of the length of the chord of this arc. The arcs of the blades of one row are displaced one relative to the other clockwise by an angle equal to either 90 ^o , or 60 ^o , or 45 ^o , or 30 ^o .

Для предотвращения стекания потока воды или ветра на вогнутых поверхностях дуги на равном расстоянии одна относительно другой выполнены заграждения, при этом первое от оси заграждение совпадает со второй крайней точкой дуги; заграждения расположены под углом 55^o к хорде отрезка дуги между двумя соседними заграждениями, а их высота равна или больше длины этой хорды. На лопастях внешней окружности выполнено шесть заграждений, а на лопастях внутренней четыре. Раструбы, образованные заграждением и отрезком дуги, раскрыты в сторону первой крайней точки.To prevent the flow of water or wind on the concave surfaces of the arc at an equal distance, barriers are made one relative to the other, while the first barrier from the axis coincides with the second extreme point of the arc; the barriers are located at an angle of 55 ^o to the chord of the arc segment between two adjacent barriers, and their height is equal to or greater than the length of this chord. Six barriers are made on the blades of the outer circle, and four on the blades of the inner circle. The sockets formed by the obstacle and the arc segment are opened towards the first extreme point.

Во втором варианте выполнения барабана первая крайняя точка дуги лопасти расположена на одном радиусе, а вторая на радиусе, повернутом относительно первого радиуса по часовой стрелке на угол 60^o. Для дуги лопастей внешней окружности вторая крайняя точка выполняется на расстоянии, равном две третьих или половине радиуса окружности, а для дуги внутренней окружности вторая крайняя точка расположена на расстоянии от оси равном две третьих или половине расстояния между осью и первой точкой этой дуги. Радиус дуг лопастей внешней и внутренней окружностей равен длине хорды этой дуги, а дуги лопастей одного ряда смещены одна относительно другой по часовой стрелке на угол, равный или 60^o, или 45^o, или 30^o. Выполнение других элементов барабана совпадает с первым вариантом.In the second embodiment of the drum, the first extreme point of the arc of the blade is located on the same radius, and the second on the radius, rotated clockwise at an angle of 60 ^o relative to the first radius. For the arc of the blades of the outer circle, the second extreme point is performed at a distance equal to two third or half the radius of the circle, and for the arc of the inner circle the second extreme point is located at a distance from the axis equal to two third or half the distance between the axis and the first point of this arc. The radius of the arcs of the blades of the outer and inner circles is equal to the length of the chord of this arc, and the arcs of the blades of one row are shifted one relative to the other clockwise by an angle equal to either 60 ^o , or 45 ^o , or 30 ^o . The implementation of the other elements of the drum coincides with the first option.

На фиг. 1 представлен горизонтальный разрез барабана при выполнении дуги, точки которой расположены на радиусах развернутых под углом 90^o, а дуги одного ряда смещены одна относительно другой также на 90^o; на фиг. 2 тот же вариант, но со смещением дуг на угол 60^o; на фиг. 3 тот же вариант, но со смещением дуг на угол 45^o; на фиг. 4 представлен второй вариант выполнения барабана смещение точек дуги на угол 60^o и смещение дуг одного ряда на угол 45^o; на фиг. 5 показан вертикальный разрез энергоагрегата для отбора энергии водных потоков; на фиг. 6 вариант для отбора энергии ветра; на фиг. 7 схема размещения гидроэнергоагрегатов с барабанами вдоль берегов реки; на фиг. 8 схема размещения гидроэнергоагрегатов на дне вдоль судоходной бухты; на фиг. 9 размещение ветроэнергоагрегатов на возвышенности; на фиг. 10 размещение ветроэнергоагрегатов на крышах зданий; на фиг. 11 разрез одной из платформ, вдоль которой размещены гидроэнергоагрегаты с барабанами из трех секций; на фиг. 12 пример размещения четырех платформ, в каждой из которых по 15 гидроэнергоагрегатов.In FIG. 1 shows a horizontal section of the drum when performing an arc, the points of which are located at radii deployed at an angle of 90 ^o , and the arcs of one row are offset from one another also by 90 ^o ; in FIG. 2 the same option, but with an offset of arcs at an angle of 60 ^o ; in FIG. 3 the same option, but with an offset of arcs at an angle of 45 ^o ; in FIG. 4 shows a second embodiment of a drum displacing arc points at an angle of 60 ^o and displacing arcs of one row at an angle of 45 ^o ; in FIG. 5 shows a vertical section of a power unit for energy extraction of water flows; in FIG. 6 option for the selection of wind energy; in FIG. 7 layout of hydropower units with drums along the banks of the river; in FIG. 8 layout of hydropower units at the bottom along the shipping bay; in FIG. 9 placement of wind power units on a hill; in FIG. 10 placement of wind power units on the roofs of buildings; in FIG. 11 is a section through one of the platforms along which hydroelectric power units with drums from three sections are placed; in FIG. 12 is an example of the placement of four platforms, each of which has 15 hydropower units.

Барабан содержит вал 1 отбора энергии, лопасти 2, закрепленные между верхним и нижним дисковыми держателями 3, разделяющими цилиндрические секции. Вал 1 установлен в нижних подшипниках 4 на основании 5 энергоагрегата и верхних подшипниках 6, конструкции 7. Лопасти 2 имеют профиль дуги с первой крайней точкой 8 и второй крайней точкой 9. Лопасти 2 расположены в два ряда
по внешней окружности и внутренней окружности, каждая внутренняя лопасть 2 является для потоков воды или ветра продолжением соседней внешней лопасти 2. Дальняя от оси вращения точка 8 этой внутренней лопасти 2 размещается на том же радиусе, на котором размещается самая близкая точка 9 дуги соседней внешней лопасти, но ближе к оси вращения. Самая близкая к оси вращения точка 9 дуги этой внутренней лопасти 2 размещается на радиусе, перпендикулярном по часовой стрелке радиусу, на котором размещается дальняя от оси вращения точка 8 дуги этой внутренней лопасти, но на 1/2 или 2/3 расстояния от оси вращения до дальней точки 8 дуги этой внутренней лопасти. Радиусы дуг внешних и внутренних лопастей равны 3/4 длин хорд между крайними точками дуг этих лопастей.The drum comprises a shaft 1 for energy extraction, blades 2, mounted between the upper and lower disk holders 3, dividing the cylindrical sections. The shaft 1 is installed in the lower bearings 4 on the base 5 of the power unit and the upper bearings 6, structure 7. The blades 2 have an arc profile with the first extreme point 8 and the second extreme point 9. The blades 2 are arranged in two rows
along the outer circumference and inner circle, each inner blade 2 is a continuation of the adjacent outer blade 2 for water or wind flows. The point 8 of this inner blade 2, farthest from the axis of rotation, is located on the same radius as the closest arc point 9 of the neighboring outer blade but closer to the axis of rotation. The point 9 of the arc closest to the axis of rotation of the arc of this inner blade 2 is placed on a radius perpendicular to the clockwise radius, on which the point 8 of the arc of this inner blade farthest from the axis of rotation is located, but 1/2 or 2/3 of the distance from the axis of rotation to farthest point 8 of the arc of this inner blade. The radii of the arcs of the outer and inner blades are 3/4 of the lengths of the chords between the extreme points of the arcs of these blades.

Для предотвращения стекания потока воды или ветра по вогнутым сторонам лопастей 2 при их рабочем ходе от крайних дальних точек 8 к самой ближней к оси вращения точке 9 и последующего бесполезного срыва с лопастей 2, что приведет к уменьшению силы давления потока воды или ветра на лопасти 2 и падению КПД и эффективности барабана, на вогнутых сторонах лопастей 2 устанавливаются заграждения 10 на всю длину лопастей: на внешних лопастях в шести точках, начиная с самой ближней к оси вращения, и далее в пяти внутренних точках, получающихся при разделении лопастей 2 на шесть равных сегментов; на внутренних лопастях 2 только в четырех точках, начиная с самой ближней к оси вращения, и далее в трех точках, получающихся при разделении лопастей на четыре равных сегмента. Заграждения 10 равны или несколько больше, а у внутренних лопастей 2 два средних могут быть меньше, длин хорд каждого сегмента и направлены под углом, примерно, 55^o к хордам каждого сегмента так, чтобы раструбы 11 между сегментами и заграждениями 10 направлялись навстречу потокам воды или ветру при рабочем ходе лопастей 2. Благодаря такому наклону заграждений 10 при рабочем ходе лопастей 2, водные потоки или ветер в первую очередь воздействуют на дальние от оси вращения сегменты и заграждения 10 и не стекают по вогнутым сторонам лопастей 2 к середине барабана и там бесполезно не срываются, при обратном ходе лопастей 2 скорость их обтекания водой или воздухом равна скорости водных потоков или ветра плюс скорость движения лопастей 2 за счет вращения барабана и при повороте с рабочего хода лопасти 2 направлены навстречу потоку воды или ветру острым углом в 55^o между лопастями 2 и заграждениями и далее выпуклой стороной до поворота на рабочий ход, а это уменьшает силу торможения водными потоками или ветром обратного хода лопастей 2. Таким образом, заграждения 10 увеличивают КПД, эффективность и мощность барабана. Они одновременно служат в качестве ребер жесткости, что позволяет изготовлять лопасти из предельно тонких листов металла и уменьшить вес барабана. Вообще предлагается штамповать сегменты лопастей вместе с соответствующими заграждениями 10 как единое целое и собирать внешние лопасти 2 из шести таких частей, а внутренние из четырех соответствующих частей.To prevent the flow of water or wind down the concave sides of the blades 2 during their working course from the extreme farthest points 8 to the point 9 closest to the axis of rotation and the subsequent useless stall from the blades 2, which will lead to a decrease in the pressure force of the water or wind flow on the blades 2 and a drop in the efficiency and efficiency of the drum, on the concave sides of the blades 2 barriers 10 are installed for the entire length of the blades: on the outer blades at six points, starting with the closest to the axis of rotation, and then at the five internal points obtained in the section nii blades 2 into six equal segments; on the inner blades 2 only at four points, starting from the one closest to the axis of rotation, and then at three points obtained by dividing the blades into four equal segments. Obstacles 10 are equal to or slightly larger, and for the inner blades 2, the two middle ones can be shorter, the lengths of the chords of each segment and are directed at an angle of approximately 55 ^° to the chords of each segment so that the bell-ends 11 between the segments and the barriers 10 are directed towards the flow of water or to the wind during the working stroke of the blades 2. Due to this inclination of the barriers 10 during the working course of the blades 2, water flows or wind primarily act on segments and barriers 10 that are far from the axis of rotation and do not flow along the concave sides of the blades 2 to the middle e of the drum and there is no use in breaking, when the blades 2 move backwards, the speed of their flow around with water or wind is equal to the speed of the water flows or wind plus the speed of the blades 2 due to the rotation of the drum and when turning from the working stroke, the blades 2 are directed towards the water flow or wind by an acute angle 55 ^o between the blades 2 and booms and more convex side to turn on power stroke, and this reduces the braking force of water streams or reverse wind blades 2. Thus, the boom 10 is increased efficiency, effektivnos s and drum power. At the same time, they serve as stiffeners, which makes it possible to manufacture blades from extremely thin sheets of metal and reduce the weight of the drum. In general, it is proposed to stamp the segments of the blades together with the corresponding barriers 10 as a whole and assemble the outer blades 2 of six such parts, and the internal of four corresponding parts.

В примере на фиг. 4 показаны лопасти 2, когда углы между радиусами, на которых размещаются дальние и ближние к оси вращения точки соответствующих внешних и внутренних лопастей 2 равны не 90^o, 60^o по часовой стрелке. При этом ближние точки 9 внешних лопастей 2 размещаются от оси вращения в 2/3 или 1/2 расстояния от дальних точек 8. Дальние точки 8 внутренних лопастей размещаются на тех же радиусах, что и самые ближние точки 9 соседних внешних лопастей, но на 1/3 ближе к оси вращения. Ближние к оси вращения точки 9 внутренних лопастей 2 размещаются на радиусах также под углом 60^o по часовой стрелке от радиусов дальних точек 8 и на 1/2 или 2/3 расстояния от оси вращения до дальних точек 8 этих лопастей. Дуги лопастей 2 очерчиваются радиусами, равными расстояниями между крайними точками 8 и 9 этих дуг или их 3/4. На вогнутых сторонах лопастей 2 также устанавливаются заграждения 10, шесть на внешних, четыре на внутренних под углом примерно 55^o к хорде каждого сегмента.In the example of FIG. 4 shows the blades 2 when the angles between the radii at which the points distant and closest to the axis of rotation are located of the corresponding external and internal blades 2 are not 90 ^° , 60 ^° clockwise. In this case, the nearest points 9 of the outer blades 2 are located from the axis of rotation at 2/3 or 1/2 of the distance from the distant points 8. The far points 8 of the inner blades are placed at the same radii as the nearest points 9 of the adjacent outer blades, but by 1 / 3 closer to the axis of rotation. The points 9 of the inner blades 2 closest to the axis of rotation are also located at radii also at an angle of 60 ^o clockwise from the radii of the far points 8 and 1/2 or 2/3 of the distance from the axis of rotation to the far points 8 of these blades. The arcs of the blades 2 are defined by radii equal to the distances between the extreme points 8 and 9 of these arcs or 3/4 of them. On the concave sides of the blades 2, barriers 10 are also installed, six on the outer, four on the inside at an angle of about 55 ^o to the chord of each segment.

В небольших по диаметру барабанах, как на фиг. 1, внешние лопасти смещены от соседних внешних лопастей на 90^o по часовой стрелке и таких лопастей по кругу получается 4, аналогично внутренние лопасти смещены от соседних внутренних лопастей также на 90^o по часовой стрелке и таких лопастей получается тоже 4. С увеличением диаметра барабана это смещение от соседних лопастей предусмотрено 60^o и 45^o по часовой стрелке, как на фиг. 2 и 3, и 30^o, последнее не показано. В последних трех случаях соседние лопасти перекрывают друг друга, их число внешних и внутренних: при 60^o по 6, при 45^o по 8 и при 30^o по 12 штук, в последних двух случаях внутренние лопасти предусмотрено не устанавливать, т. к. их эффективность в значительной степени падает. Когда угол между радиусами крайних точек лопастей не 90^o, а 60^o, то смещение одинаковых лопастей друг от друга 60^o (не показано), 45^o (на фиг. 4) и 30^o (не показано) по часовой стрелке и число лопастей соответственно по 6, 8 и 12 штук, в последнем случае внутренние лопасти не устанавливаются, т.к. их эффективность в значительной степени падает.In small diameter drums, as in FIG. 1, the outer blades are offset from the neighboring outer blades by 90 ^o clockwise and such blades in a circle turns 4, similarly, the inner blades are offset from the neighboring inner blades by 90 ^o clockwise and such blades also 4. Also, with an increase in the diameter of the drum offset from adjacent blades is provided at 60 ^° and 45 ^° clockwise, as in FIG. 2 and 3, and 30 ^o , the latter is not shown. In the last three cases, adjacent blades overlap each other, their number of external and internal: at 60 ^o for 6, at 45 ^o for 8 and at 30 ^o for 12 pieces, in the last two cases it is not necessary to install the internal blades, because they efficiency drops significantly. When the angle between the radii of the extreme points of the blades is not 90 ^o , but 60 ^o , then the displacement of the same blades from each other is 60 ^o (not shown), 45 ^o (in Fig. 4) and 30 ^o (not shown) clockwise and the number of blades 6, 8 and 12 pieces, respectively, in the latter case, the internal blades are not installed, because their effectiveness is greatly reduced.

На барабаны с указанными конфигурацией и размещением лопастей в держателях поток воды или ветер могут поступать с любой стороны, но они будут вращаться по часовой стрелке. Для вращения против часовой достаточно их перевернуть, верх сделать низом, низ верхом. For drums with the indicated configuration and placement of the blades in the holders, water flow or wind can come from either side, but they will rotate clockwise. To rotate counterclockwise, it is enough to turn them over, make the top down, bottom up.

В примерах выполнения энергоагрегата для отбора энергии водных потоков (фиг. 5) и энергии ветра (фиг. 6) барабаны состоят из валов 1 и трех секций из держателей 3 и непоказанных, но подразумеваемых лопастей 2, закрепленных параллельно валу. Далее в состав энергоагрегатов входят нижние подшипники 4, основания 5 энергоагрегатов, соединенные для устойчивости с основаниями соседних энергоагрегатов, электрогенераторы 12, механизмы 13 передачи энергии вращения барабанов в электрогенераторы 12, верхние подшипники 6, конструкции 7, соединяющие энергоагрегаты 6 с соседними энергоагрегатами для их устойчивости, кабели 14, отводящие электроэнергию от генераторов к блокам, в которых она преобразуется, суммируется от многих энергоагрегатов, синхронизируется с действующей сетью для передачи в сеть. Гидроэнергоагрегат устанавливается на дне 15, ветроэнергоагрегат на земле или крыше здания 16. У гидроэнергоагрегата, фиг. 5, добавляются: прикрепляемая к верхней конструкции 7 герметичная капсула 17, в которой размещается электрогенератор 12, герметичный подшипник 18, через который проходит вал механизма 13 передачи энергии вращения барабана в электрогенератор 12, нижний держатель 19 капсулы 17, подшипник 20, с помощью которого этот держатель 19 прикрепляется к валу 1 отбора энергии. При достаточно надежном креплении капсулы 17 к конструкции 7 нижний держатель 19 и его подшипник 20 можно не устанавливать. И наконец, в зимнее время на поверхности водных потоков может устанавливаться лед. In examples of the power unit for selecting the energy of water flows (Fig. 5) and wind energy (Fig. 6), the drums consist of shafts 1 and three sections of holders 3 and not shown, but implied blades 2, mounted parallel to the shaft. Further, the power units include lower bearings 4, bases 5 of power units connected for stability with the bases of neighboring power units, electric generators 12, mechanisms 13 for transmitting rotational energy of the drums to electric generators 12, upper bearings 6, structures 7, connecting power units 6 with neighboring power units for their stability , cables 14 that divert electricity from generators to the units in which it is converted, is summed from many power units, synchronized with the existing network for transmission and to the network. The hydroelectric power unit is installed on the bottom 15, the wind power unit on the ground or on the roof of the building 16. At the hydroelectric power unit, FIG. 5, are added: a sealed capsule 17 attached to the upper structure 7, in which the electric generator 12 is placed, a sealed bearing 18, through which the shaft of the drum rotation energy transfer mechanism 13 passes to the electric generator 12, the lower holder 19 of the capsule 17, the bearing 20, with which this the holder 19 is attached to the shaft 1 of the power take-off. With a sufficiently reliable fastening of the capsule 17 to the structure 7, the lower holder 19 and its bearing 20 can be omitted. Finally, in winter, ice may be established on the surface of water flows.

Для удобства обслуживания, ремонта и замены у гидроэнергоагрегата, размещенного на дне (фиг. 5) электрогенератор 12 в герметичной капсуле 17 размещается выше барабана, а у ветроэнергоагрегата (фиг. 6) электрогенератор размещается ниже барабана. For ease of maintenance, repair and replacement, at the hydroelectric power unit located at the bottom (Fig. 5), the electric generator 12 in the sealed capsule 17 is placed above the drum, and at the wind power unit (Fig. 6) the electric generator is located below the drum.

При размещении гидроэнергоагрегатов вдоль берегов реки (фиг. 7), чтобы не мешать судоходству, учитывается, что течение реки ближе к середине бывает сильнее, в соответствии с направлением потока у правого берега устанавливаются барабаны, вращающиеся по часовой стрелке, у левого против часовой стрелки. Одной чертой 21 показаны соединяющие соседние гидроэнергоагрегаты для устойчивости нижние основания и верхние конструкции. Т.к. у этих агрегатов генераторы расположены выше барабанов, то по верхним конструкциям агрегатов правого и левого берегов, от агрегатов левого берега к правому по дну и далее на правый берег прокладывается кабель 14, по которому электроэнергия от генераторов поступает в блок 22, где она преобразуется, объединяется от разных агрегатов, синхронизируется с действующей трехфазной сетью 23 и далее передается в сеть 23 потребителям. На фиг. 7 показаны также берега 24 реки. When placing hydropower units along the river banks (Fig. 7), so as not to interfere with navigation, it is taken into account that the river flow closer to the middle is stronger, in accordance with the direction of the flow, drums rotating clockwise are installed on the right bank, counterclockwise on the left. One line 21 shows the lower bases and upper structures connecting adjacent hydropower units for stability. Because for these units, the generators are located above the drums, then on the upper structures of the units of the right and left banks, from the units of the left bank to the right bottom and further to the right bank, cable 14 is laid, through which the electricity from the generators enters block 22, where it is converted, combined from different units, synchronized with the existing three-phase network 23 and then transferred to the network 23 to consumers. In FIG. 7 also shows the banks of the 24 rivers.

На фиг. 8 схематично показано размещение гидроэнергоагрегатов на дне вдоль берега 24 судоходной бухты, где регулярно происходят приливы и отливы. Так же, как на фиг. 7, здесь одной чертой показаны соединяющие для устойчивости соседние гидроэнергоагрегаты нижние основания 5 и верхние конструкции 7. Далее так же, как и в предыдущем случае. In FIG. Figure 8 schematically shows the placement of hydropower units at the bottom along the coast of 24 shipping bays, where tides regularly occur. As in FIG. 7, here, one line shows the lower bases 5 and the upper structures 7 connecting adjacent hydroelectric power units for stability. Further, the same as in the previous case.

На фиг. 9 показано размещение ветроэнергоагрегатов на возвышенности, контуры которой очерчены извилистой линией 25. Одной чертой показаны соединяющие для устойчивости соседние ветроэнергоагрегаты нижние основания 5 и верхние конструкции 7. Т.к. у этих агрегатов генераторы располагаются ниже барабанов, то кабели 14 от генераторов прокладываются по нижним основаниям 5 или по земле, по ним электроэнергия поступает в блок 22, где, как и в предыдущих случаях, преобразуется, суммируется от разных агрегатов, синхронизируется с действующей сетью 23 и далее передается в сеть потребителям. In FIG. 9 shows the placement of wind power units on a hill, the contours of which are outlined by a winding line 25. One line shows the lower bases 5 and upper structures 7 connecting adjacent wind power units for stability. for these units, the generators are located below the drums, then the cables 14 from the generators are laid on the lower bases 5 or on the ground, through which the electricity goes to block 22, where, as in previous cases, it is converted, summed from different units, synchronized with the current network 23 and then transferred to the network to consumers.

На фиг. 10 показано размещение ветроэнергоагрегатов на крышах зданий 26 разных конфигураций. Для уменьшения вибрации производится тщательная центровка барабанов и под их основания подкладываются резиновые амортизаторы. In FIG. 10 shows the placement of wind power units on the roofs of buildings of 26 different configurations. To reduce vibration, drums are carefully centered and rubber shock absorbers are placed under their bases.

Для отбора практически неограниченных объемов энергии морских и океанских течений создаются платформы, на которых монтируются несколько гидроэнергоагрегатов. На фиг. 11 показан разрез одной из платформ 27, вдоль которой размещены 5 гидроэнергоагрегатов с барабанами указанной конструкции из трех секций. Указаны валы 1 отбора энергии, дисковые держатели 3 лопастей 2 с подразумеваемыми, но неначерченными лопастями, механизм 13 передачи энергии вращения барабанов в электрогенераторы 12. Верхняя часть валов 1 равна высоте платформы 27, чтобы под напором течения барабаны не выворачивало из платформы 27. Для предотвращения выскальзывания барабанов из платформы 27 вниз в верхних частях валов 1 внутри платформы 27 имеются два наплыва, верхний и нижний, которые закрепляются в верхних и нижних подшипниках 4 и 6 и обеспечивают устойчивое вращение барабанов. Нижние подшипники 4 герметичны. Верхние части валов 1, подшипники, механизмы передачи энергии и генераторы размещаются в отсеках с герметичными переборками 28, которые обеспечивают дополнительную жесткость конструкции платформы 27 и ее плавучесть при прорыве воды в любой из отсеков. В переборках 28 для прохода ремонтников делаются герметично закрывающиеся люки. Для проведения осмотра и ремонта оборудования агрегатов и самой платформы 27 для причаливания подводных аппаратов с персоналом и прохода внутрь платформы 27 предусмотрен гидрошлюз. Для уменьшения плавучести платформы 27 и облегчения ее погружения на нужную глубину, чтобы не мешать судоходству, платформа 27 обеспечивается балластными цистернами 29. Для удержания платформы на определенной глубине и в определенном месте она прикрепляется к дну 15 моря или океана с помощью тросов 30 и якорей 31. Для погружения платформы 27 на нужную глубину, кроме закачивания воды в балластные цистерны 29, предусмотрено ее подтягивание к якорям 31 четырьмя тросами 30 с помощью установленных в специальных отсеках по углам платформы 27 четырех лебедок 32, которые при необходимости путем отматывания с них тросов 30 позволяют всплыть платформе 27 для капитального осмотра и ремонта платформы 27 и ее оборудования. При полном вытеснении воды из балластных цистерн 29 обеспечивается такая плавучесть платформы 27, которая позволяет подтянуть к ней якоря 31 с помощью лебедок 32 для последующего буксирования платформы 27 в нужное место. Поверхность моря или океана отмечена цифрой 33. To select practically unlimited energy volumes of sea and ocean currents, platforms are created on which several hydropower units are mounted. In FIG. 11 shows a section through one of the platforms 27, along which there are 5 hydroelectric power units with drums of the indicated design of three sections. Shafts 1 of energy extraction, disk holders of 3 blades 2 with implied but not drawn blades, a mechanism 13 for transmitting rotational energy of the drums to the generators 12 are indicated. The upper part of the shafts 1 is equal to the height of the platform 27 so that the drums do not turn out of the platform 27 under the pressure of the current. the drums slip from the platform 27 downward in the upper parts of the shafts 1 inside the platform 27 there are two influxes, the upper and lower, which are fixed in the upper and lower bearings 4 and 6 and ensure stable rotation of the drums. The lower bearings 4 are sealed. The upper parts of the shafts 1, bearings, energy transfer mechanisms and generators are located in compartments with hermetic bulkheads 28, which provide additional rigidity to the structure of the platform 27 and its buoyancy when water breaks into any of the compartments. In bulkheads 28, hermetically closing manholes are made for repairmen to pass. A hydraulic lock is provided for inspecting and repairing the equipment of the units and platform 27 itself for mooring underwater vehicles with personnel and passage into platform 27. To reduce the buoyancy of the platform 27 and facilitate its immersion to the desired depth, so as not to interfere with navigation, the platform 27 is provided with ballast tanks 29. To hold the platform at a certain depth and in a certain place, it is attached to the bottom 15 of the sea or ocean using ropes 30 and anchors 31 . To immerse platform 27 to the desired depth, in addition to pumping water into ballast tanks 29, it is provided to pull it to anchors 31 with four cables 30 using four foreheads installed in special compartments at the corners of platform 27 ca. 32 which, if necessary, by unwinding them with cables 30 allow the platform to float 27 for major inspection and repair of the platform 27 and its equipment. With the complete displacement of water from the ballast tanks 29, a buoyancy of the platform 27 is ensured, which allows the anchors 31 to be pulled to it using the winches 32 for the subsequent towing of the platform 27 to the desired location. The surface of the sea or ocean is marked with the number 33.

В качестве примера на фиг. 12 показано размещение четырех платформ 27, в каждой из которых по 15 гидроэнергоагрегатов, электроэнергия от их генераторов по кабелям 14 собирается в одном месте одной из ближайших к берегу платформ и далее по объединенному кабелю 14 направляется на берег 24 в блок 22 и сеть 23 к потребителям. Платформы предусмотрено строить на заводах и потом буксировать к месту установки. Размеры платформы и соответственно объем получаемой от нее энергии ограничиваются прочностью конструкционных материалов и возможностями завода-изготовителя и буксиров. Для уменьшения трения о воду, защиты от коррозии и морских организмов барабаны и платформы имеют специальное покрытие. As an example in FIG. 12 shows the placement of four platforms 27, each of which has 15 hydropower units, the electricity from their generators is collected via cables 14 in one place of one of the platforms closest to the shore and then transferred to shore 24 to block 22 and network 23 to consumers via a combined cable 14 . Platforms are planned to be built in factories and then towed to the installation site. The dimensions of the platform and, accordingly, the amount of energy received from it are limited by the strength of structural materials and the capabilities of the manufacturer and tugs. To reduce friction against water, protect against corrosion and marine organisms, drums and platforms have a special coating.

Таким образом, предлагается барабан для получения электроэнергии экологически чистым способом от природных процессов водных потоков и ветра - и в таких объемах, которые покроют значительную часть потребности в ней и можно будет в немалой степени отказаться от наносящих вред природе атомных, тепловых и плотинных электростанций. Барабан прост в строительстве и надежен в эксплуатации. Возможно массовое производство таких барабанов по типоразмерам в зависимости от мощности гидро(ветро)энергоагрегатов. Thus, a drum is proposed for generating electricity in an environmentally friendly way from the natural processes of water flows and wind - and in such volumes that will cover a significant part of the need for it and it will be possible to abandon to a large extent the harmful nuclear plants, thermal and dam power plants. The drum is easy to build and reliable. Mass production of such drums by size depending on the power of hydro (wind) power units is possible.

Claims

1. A drum for selecting the energy of water flows and wind, comprising a vertical shaft with cylindrical sections mounted on it, separated by disk holders and profiled blades fixed between the holders parallel to the shaft axis and arranged in two rows along the outer and inner concentric circles, characterized in that the blades have an arc profile, the first extreme point of which is located on one radius of the disk holder, and the second on a radius rotated clockwise by an angle of 90 ^o relative to the first radius, the first point of the arc of the blades located on the outer circle coincides with the extreme point of the radius, and the second extreme point is located at a distance equal to half the radius, the first extreme point of the arc of the blades of the inner circle is located on the same radius as the second extreme point of the previous arc the blades of the outer circle, but closer to the axis, and the second at a distance from the axis equal to half the distance between the axis and the first point, in addition, the radius of the arcs of the blades of the outer and inner circumference is three quarters of the length of the chord of the arc, and the arc of one row of blades one displaced relative to the other in a clockwise direction by an angle equal to or 90 ^o, and 60 ^o, and 45 ^o, and 30 ^o, the blades are provided with barriers formed on the concave side of the arc at an equal distance with respect to one another , while the first obstacle from the axis coincides with the second extreme point of the arc, the barriers are located at an angle of 55 ^o to the chord of the arc segment between two adjacent barriers, and their height is equal to or greater than the length of this chord, the outer circumference blades are equipped with six barriers, and the vanes inside the circumference with four barriers, while the sockets formed by the barrage and the arc segment are opened towards the first extreme point of the arc.

2. A drum for selecting the energy of water flows and wind, comprising a vertical shaft with cylindrical sections mounted on it, separated by disk holders, and profiled blades fixed between the holders parallel to the shaft axis and arranged in two rows along the outer and inner concentric circles, characterized in that the blades have an arc profile, the first extreme point of which is located on one radius of the disk holder, and the second on a radius rotated clockwise by an angle of 60 ^o relative to the first radius, the first point of the arc of the blades located on the outer circle coincides with the extreme point of the radius, and the second extreme point at a distance equal to two third of the radius or half the radius, the first extreme point of the arc of the blades of the inner circle is located on the same radius as the second extreme the point of the previous arc of the blades of the outer circle, but closer to the axis, and the second at a distance from the axis equal to two third or half the distance between the axis and the first point of this arc, in addition, the radius of the arcs of the blades of the outer and inner circles awns equal to the length of the chord of this arc, a series of one offset blades arc of one relative to the other in a clockwise direction by an angle equal to or 60 ^o, and 45 ^o, and 30 ^o, the blades are provided with barriers formed on the concave arcs of the equidistant one relative to the other , the first obstacle from the axis coincides with the second extreme point of the arc, the obstacles are located at an angle of 55 ^o to the chord of the arc segment between two adjacent obstacles, and their height is equal to or greater than the length of this chord, the outer circumference blades are equipped with six obstacles holes, and the blades of the inner four, with the sockets formed by the fence and a segment of the arc, opened towards the first extreme point of the arc.