RU212546U1 - Hydropower plant with rotary converter - Google Patents

Hydropower plant with rotary converter Download PDF

Info

Publication number
RU212546U1
RU212546U1 RU2022110388U RU2022110388U RU212546U1 RU 212546 U1 RU212546 U1 RU 212546U1 RU 2022110388 U RU2022110388 U RU 2022110388U RU 2022110388 U RU2022110388 U RU 2022110388U RU 212546 U1 RU212546 U1 RU 212546U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
converter
rotor
blades
shaft
rotation
Prior art date
Application number
RU2022110388U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Идгай Хасанович Мингазетдинов
Людмила Дмитриевна Шурыгина
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ"
Application granted granted Critical
Publication of RU212546U1 publication Critical patent/RU212546U1/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к устройствам альтернативных источников в области гидроэнергетики и может быть использована для преобразования энергии волн или течения в реках, приливах для получения электроэнергии. Для получения высоких значений энергии и увеличения к.п.д., предложена энергетическая установка, в которой преобразователь энергии выполнен в виде роторного преобразователя, перед входом в кавитационный тракт имеются поворотные лопасти, а перед входом в полость ротора установлены аэродинамические лопатки, и вращение вала ротора преобразователя является источником вращения вала ротора гидрогенератора, при этом корпус узла преобразователя фиксируется в кольцевом пазе выходного кольца.

Figure 00000001
The utility model relates to devices of alternative sources in the field of hydropower and can be used to convert the energy of waves or currents in rivers, tides to generate electricity. To obtain high energy values and increase efficiency, a power plant is proposed in which the energy converter is made in the form of a rotary converter, there are rotary blades in front of the entrance to the cavitation path, and aerodynamic blades are installed in front of the entrance to the rotor cavity, and the rotation of the shaft converter rotor is a source of rotation of the hydro generator rotor shaft, while the body of the converter assembly is fixed in the annular groove of the output ring.
Figure 00000001

Description

Полезная модель относится к устройствам альтернативных источников в области гидроэнергетики и может быть использована для преобразования энергии волн или течения в реках, приливах для получения электроэнергии.The utility model relates to devices of alternative sources in the field of hydropower and can be used to convert the energy of waves or currents in rivers, tides to generate electricity.

Известны устройства для преобразования течения воды или волн и приливов в электроэнергию с использованием различных механических устройств (поршни, турбины, рычаги и др.) (например, по а.с. №178338, №868097) Недостатки подобных устройств состоят в значительных потерях энергии в устройствах преобразования, что определяет их низкий коэффициент полезного действия (к.п.д.).Devices are known for converting the flow of water or waves and tides into electricity using various mechanical devices (pistons, turbines, levers, etc.) (for example, according to AS No. 178338, No. 868097) conversion devices, which determines their low efficiency (efficiency).

Известны устройства получения гидроэнергии с использованием пьезоэлементов (а. с.№ 1208297, бюл. №4 от 30.01.86г.; а.с. № 1209917 бюл. №5 от 07.02.86г.). Недостатком данных устройств является низкий к.п.д. за счет реализации обратного пьезоэффекта.Devices for generating hydropower using piezoelectric elements are known (AS No. 1208297, bull. No. 4 of 30.01.86; AS No. 1209917 Bull. No. 5 of 02.07.86). The disadvantage of these devices is the low efficiency. due to the implementation of the inverse piezoelectric effect.

Известно устройство (Гидроэнергетическая установка. Патент на полезную модель №183125 (бюл. №26 от 11.09.2018г.), в котором, для увеличения к.п.д. использован гидродинамический излучатель пластинчатого типа. Данное устройство принято нами за протопит. Основные недостатки прототипа следующие. Использование пластинчатых излучателей ограничивает поле кавитационных вихрей только боковыми поверхностями плоских излучателей, и позволяет снимать электрический ток только с пьезоэлементов, расположенных на боковых поверхностях стен водовода. Такое расположение пьезоэлемнтов ограничивает получение электрической мощности с устройства и снижает к.п.д. установки. A device is known (Hydropower plant. Utility model patent No. 183125 (bul. No. 26 dated 09/11/2018), in which, to increase the efficiency, a plate-type hydrodynamic emitter is used. This device is taken by us as a protopit. The main disadvantages The use of plate emitters limits the field of cavitation vortices only to the side surfaces of flat emitters, and allows you to remove electric current only from piezoelectric elements located on the side surfaces of the conduit walls. .

Для получения более высоких значений получаемой электрической энергии предложена гидроэнергетическая установка, содержащая водяной накопительный резервуар, напорный водовод, установленный в нем с образованием кавитационного тракта преобразователь энергии с пьезоэлементами, защищенными эластичной водонепроницаемой оболочкой, согласно полезной модели, преобразователь энергии выполнен в виде гидродинамического преобразователя, включающего ротор и статор с корпусом, снабжен гидрогенератором и выходным кольцом с силовыми спицами, при этом в корпусе установлены пьезоэлементы, перед входом в кавитационный тракт установлены поворотные лопасти, а перед ротором на его валу установлены профилированные лопасти.To obtain higher values of the received electrical energy, a hydropower plant is proposed, containing a water storage tank, a pressure conduit installed in it with the formation of a cavitation path, an energy converter with piezoelectric elements protected by an elastic waterproof shell, according to the utility model, the energy converter is made in the form of a hydrodynamic converter, including a rotor and a stator with a housing, equipped with a hydrogenerator and an output ring with power spokes, while piezoelectric elements are installed in the housing, rotary blades are installed in front of the entrance to the cavitation path, and profiled blades are installed in front of the rotor on its shaft.

Кроме того, лопасти выполнены профилированными по направлению поворотных лопастей. Вал ротора преобразователя выполнен с возможностью вращения ротора гидрогенератора. Корпус статора преобразователя зафиксирован в кольцевом пазу силовых спиц выходного кольца.In addition, the blades are made profiled in the direction of the rotary blades. The converter rotor shaft is made with the possibility of rotation of the hydrogenerator rotor. The stator housing of the converter is fixed in the annular groove of the power spokes of the output ring.

Предложенное устройство представлено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, где:The proposed device is shown in Fig. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, where:

фиг. 1 - общий вид,fig. 1 - general view,

фиг. 2 - сечение роторного преобразователя,fig. 2 - section of the rotary converter,

фиг. 3 - поперечное сечение,fig. 3 - cross section,

фиг. 4 - сечение А-А,fig. 4 - section A-A,

фиг. 5 - поворотные лопасти кавитационного тракта, fig. 5 - rotary blades of the cavitation tract,

фиг. 6 - профилированные аэродинамические лопасти ротора,fig. 6 - profiled aerodynamic rotor blades,

фиг. 7 - узел I - соединение статора с выходным кольцом.fig. 7 - node I - connection of the stator with the output ring.

Здесь: 1 - резервуар, 2 - напорный наклонный кольцевой водовод, 3 - силовые входные спицы, 4 - поворотные лопасти кавитационного тракта, 5 - корпус узла преобразователя, 6 - пьезоэлементы, 7 - электрические выводы с пьезоэлементов, 8 - статор преобразователя с отверстием «В», 9 - выходное кольцо со спицами, 10 - электрические выводы с гидрогенератора, 11 - гидрогенератор, 12 - патрубок отвода, 13 - узлы вращения задние, 14 - заднее днище ротора, 15 - ротор преобразователя с отверстиями «а», 16 - вал, 17 - эластичная водонепроницаемая оболочка, 18 - профилированные аэродинамические лопасти, 19 - узлы вращения передние, 20 - наконечник, 21 - кольцо, 22 - кавитационный тракт.Here: 1 - tank, 2 - pressure inclined annular water conduit, 3 - power input spokes, 4 - rotary blades of the cavitation tract, 5 - converter unit housing, 6 - piezoelectric elements, 7 - electrical outputs from piezoelectric elements, 8 - converter stator with a hole " B", 9 - output ring with spokes, 10 - electrical outlets from the hydro generator, 11 - hydro generator, 12 - outlet pipe, 13 - rear rotation units, 14 - rear bottom of the rotor, 15 - converter rotor with holes "a", 16 - shaft, 17 - elastic waterproof shell, 18 - profiled aerodynamic blades, 19 - front rotation units, 20 - tip, 21 - ring, 22 - cavitation path.

Предложенная установка содержит резервуар 1, в котором накапливается вода (приливы, течение рек, волновые процессы). От резервуара 1 отходит напорный наклонный кольцевой водовод 2, имеющий сужающуюся конфузорную форму, позволяющую увеличивать скорость воды при входе в корпус узла преобразователя 5. При входе в корпус 5 поток воды разделяется. Часть воды проходит через поворотные лопасти 4 кавитационного тракта 22 и по спиральной траектории движется по кавитационному тракту внутри корпуса узла преобразователя 5, на внутренней поверхности которой закреплены пьезоэлементы 6, покрытые эластичной водонепроницаемой оболочкой 17. От пьезоэлементов 6 отходят электрические выводы 7 (отдельно на фигурах не показаны). Другая часть воды проходит через силовые входные спицы 3, которые имеют обтекаемую форму, спицы 3 одним концом закреплены со статором преобразователя 8, на котором имеются отверстия «в», а другим концом связаны с кольцом 21, внутри которого расположен узел вращения 19. Кольцо 21 вместе с узлом вращения 19 находится внутри наконечника 20, имеющего обтекаемую форму. Поток воды, проходит через входные спицы 3 поступает в зону профилированных аэродинамических лопастей 18, которые начинают раскручивать вал 16, который вращается в узлах вращения 19 и 13. Вращение вала 16 приводит во вращение ротор преобразователя 15, имеющего отверстия «а». Внутренняя часть полости ротора 15 закрыта задним днищем ротора 14. Корпус узла преобразователя 5 опирается на выходное кольцо 9, которое в зоне гидравлического тракта имеет силовые спицы обтекаемой формы (сеч. А-А, фиг. 8). Внутренняя часть кольца 9 имеет отверстие для прохода вала 16 и установление узла вращения заднего 13. На выходе из кольца 9 вал 16 связан с гидрогенератором 11, от которого имеются электрические выводы 10. По наружному диаметру внутренней части кольца 9 имеется кольцевой паз для фиксации корпуса статора преобразователя 8. К корпусу узла преобразователя 5 крепится патрубок отвода 12.The proposed installation contains a tank 1, which accumulates water (tides, river flow, wave processes). A pressure inclined annular conduit 2 departs from the tank 1, having a tapering confuser shape, which makes it possible to increase the water velocity at the entrance to the body of the converter unit 5. At the entrance to the body 5, the water flow is divided. Part of the water passes through the rotary blades 4 of the cavitation path 22 and moves along a spiral path along the cavitation path inside the body of the transducer assembly 5, on the inner surface of which piezoelectric elements 6 are fixed, covered with an elastic waterproof shell 17. shown). The other part of the water passes through the power input spokes 3, which have a streamlined shape, the spokes 3 at one end are fixed to the converter stator 8, on which there are holes "in", and the other end is connected to the ring 21, inside which the rotation unit 19 is located. Ring 21 together with the rotation unit 19 is located inside the tip 20, which has a streamlined shape. The flow of water passing through the input spokes 3 enters the zone of profiled aerodynamic blades 18, which begin to spin the shaft 16, which rotates in the nodes of rotation 19 and 13. The rotation of the shaft 16 drives the rotor of the converter 15, which has holes "a". The inner part of the cavity of the rotor 15 is closed by the rear bottom of the rotor 14. The body of the converter assembly 5 rests on the outlet ring 9, which has streamlined power spokes in the area of the hydraulic path (sec. A-A, Fig. 8). The inner part of the ring 9 has a hole for the passage of the shaft 16 and the establishment of the rear rotation unit 13. At the outlet of the ring 9, the shaft 16 is connected to the hydrogenerator 11, from which there are electrical outlets 10. Along the outer diameter of the inner part of the ring 9 there is an annular groove for fixing the stator housing transducer 8. Branch pipe 12 is attached to the body of the transducer unit 5.

Предложенное устройство работает следующим образом.The proposed device works as follows.

Накопленная в резервуаре 1 вода, за счет разницы уровней устремляется вниз по наклонному кольцевому водоводу 2, где ускоряется за счет сужения канала и попадает в корпус узла преобразователя 5. Часть воды проходит через поворотные наклонные лопасти 4 и, двигаясь по кавитационному тракту 22, приобретает спиральную траекторию. Организация спиральной траектории течения воды позволяет турбулизировать течение, что интенсифицирует процессы кавитации. Кроме того, спиральная траектория удлиняет путь движения воды в кавитационном тракте и это увеличивает энергоотдачу пьезоэлементов. Одновременно с этим, другая часть воды проходит через входные спицы 3 с обтекаемой формой и натекает на профилированные аэродинамические лопасти 18. Обтекание водой лопастей 18, имеющих аэродинамический профиль, приводит к возникновению на лопатках подъемной силы и обуславливает интенсивное вращение вала 16, на котором закреплены лопасти 18. Вращение вала 16 вызывает интенсивное вращение ротора 15,закрепленного на валу 16. Внутренняя полость ротора 15 закрыта задним днищем 14, и поступившаяся жидкость начинает истекать через имеющиеся отверстия «а». Вокруг ротора 15 расположен статор преобразователя 8, закрепленный неподвижно со спицами 3 и задним днищем 8. На статоре 8 имеются отверстия «в». При вращении ротора 15 происходит быстрое чередование совмещения и несовмещения отверстий «а» и «б», вследствие чего, в жидкости, истекающей в полость, где по спиральной траектории течет вода после наклонных лопастей 4, возникающие скачки давлений образуют кавитационные полости. Возникающие скачки давления фиксируются пьезоэлектрическими элементами и снимаются электрические потенциалы с электрических выводов 7. Пьезоэлементы 6 защищены от воздействия воды эластичной водонепроницаемой оболочкой 17. Вал 16, вращающийся в узлах вращения 19 и 13 за счет действия сил на лопастях 18 проходит через отверстие выходного кольца 9 и передает вращение гидрогенератору 11, который вырабатывает электроэнергию и передает ее через электрические выводы 10. Движение воды после кавитационного тракта осуществляется через спицы выходного кольца 9 и удаляется через патрубок отвода 12. Таким образом, используя предложенную гидродинамическую установку, можно получать экологическую электроэнергию, использую как пьезоэлементы, так и гидротурбину.The water accumulated in the tank 1, due to the difference in levels, rushes down the inclined annular conduit 2, where it accelerates due to the narrowing of the channel and enters the body of the converter unit 5. Part of the water passes through the rotary inclined blades 4 and, moving along the cavitation path 22, acquires a spiral trajectory. The organization of the spiral trajectory of the water flow makes it possible to turbulize the flow, which intensifies the cavitation processes. In addition, the spiral trajectory lengthens the path of water movement in the cavitation path and this increases the energy efficiency of the piezoelectric elements. At the same time, the other part of the water passes through the input spokes 3 with a streamlined shape and flows onto the profiled aerodynamic blades 18. The flow of water around the blades 18, which have an aerodynamic profile, leads to the emergence of lift on the blades and causes intense rotation of the shaft 16, on which the blades are fixed 18. The rotation of the shaft 16 causes an intensive rotation of the rotor 15, mounted on the shaft 16. The internal cavity of the rotor 15 is closed by the rear bottom 14, and the incoming liquid begins to flow through the existing holes "a". Around the rotor 15 is the stator of the converter 8, fixed motionless with the spokes 3 and the rear bottom 8. On the stator 8 there are holes "in". When the rotor 15 rotates, there is a rapid alternation of alignment and misalignment of holes "a" and "b", as a result of which, in the liquid flowing into the cavity, where water flows along a spiral path after inclined blades 4, the resulting pressure surges form cavitation cavities. The resulting pressure surges are fixed by piezoelectric elements and electrical potentials are removed from electrical terminals 7. Piezoelectric elements 6 are protected from water by an elastic waterproof shell 17. Shaft 16 rotating in rotation nodes 19 and 13 due to the action of forces on the blades 18 passes through the hole of the output ring 9 and transmits rotation to the hydrogenerator 11, which generates electricity and transmits it through electrical outputs 10. The movement of water after the cavitation tract is carried out through the spokes of the output ring 9 and is removed through the branch pipe 12. Thus, using the proposed hydrodynamic installation, it is possible to obtain ecological electricity, using it as piezoelectric elements , as well as a hydraulic turbine.

Claims (4)

1. Гидроэнергетическая установка, содержащая водяной накопительный резервуар, напорный водовод, установленный в нем с образованием кавитационного тракта преобразователь энергии с пьезоэлементами, защищенными эластичной водонепроницаемой оболочкой, отличающаяся тем, что преобразователь энергии выполнен в виде гидродинамического преобразователя, включающего ротор и статор с корпусом, снабжен гидрогенератором и выходным кольцом с силовыми спицами, при этом в корпусе установлены пьезоэлементы, перед входом в кавитационный тракт установлены поворотные лопасти, а перед ротором на его валу установлены профилированные лопасти.1. A hydropower plant containing a water storage tank, a pressure conduit installed in it with the formation of a cavitation path, an energy converter with piezoelectric elements protected by an elastic waterproof shell, characterized in that the energy converter is made in the form of a hydrodynamic converter, including a rotor and a stator with a housing, equipped with a hydrogenerator and an output ring with power spokes, while piezoelectric elements are installed in the housing, rotary blades are installed in front of the entrance to the cavitation path, and profiled blades are installed in front of the rotor on its shaft. 2. Гидроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что лопасти выполнены профилированными по направлению поворотных лопастей.2. Hydropower plant according to claim. 1, characterized in that the blades are made profiled in the direction of the rotary blades. 3. Гидроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что вал ротора преобразователя выполнен с возможностью вращения ротора гидрогенератора.3. Hydropower plant according to claim. 1, characterized in that the rotor shaft of the converter is made with the possibility of rotation of the rotor of the hydrogenerator. 4. Гидроэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что корпус статора преобразователя зафиксирован в кольцевом пазу силовых спиц выходного кольца.4. Hydropower plant according to claim 1, characterized in that the stator housing of the converter is fixed in the annular groove of the power spokes of the output ring.
RU2022110388U 2022-04-18 Hydropower plant with rotary converter RU212546U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU212546U1 true RU212546U1 (en) 2022-07-28

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1209917A1 (en) * 1984-08-09 1986-02-07 Научно-Исследовательский Сектор Проектно-Изыскательского И Научно-Исследовательского Института "Гидропроект" Им.С.Я.Жука Hydraulic power plant
RU2370660C1 (en) * 2008-02-26 2009-10-20 Николай Борисович Болотин Hydrogenerator
CN104747353A (en) * 2015-01-27 2015-07-01 上海理工大学 Fluid pipeline system utilizing piezoelectric technology to generate electricity
KR101642676B1 (en) * 2016-05-11 2016-07-29 (주)큰나무 internal mounted inline screw type of small scale hydropower
RU183125U1 (en) * 2017-12-07 2018-09-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) HYDRO POWER PLANT

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1209917A1 (en) * 1984-08-09 1986-02-07 Научно-Исследовательский Сектор Проектно-Изыскательского И Научно-Исследовательского Института "Гидропроект" Им.С.Я.Жука Hydraulic power plant
RU2370660C1 (en) * 2008-02-26 2009-10-20 Николай Борисович Болотин Hydrogenerator
CN104747353A (en) * 2015-01-27 2015-07-01 上海理工大学 Fluid pipeline system utilizing piezoelectric technology to generate electricity
KR101642676B1 (en) * 2016-05-11 2016-07-29 (주)큰나무 internal mounted inline screw type of small scale hydropower
RU183125U1 (en) * 2017-12-07 2018-09-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) HYDRO POWER PLANT

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4258271A (en) Power converter and method
KR101489218B1 (en) A power generator assembly, a power generator installation and propulsion or pump device
US4722665A (en) Turbine
US8022567B2 (en) Underwater ducted turbine
AU2002328217A1 (en) Underwater ducted turbine
WO2010109169A2 (en) Bladeless turbine and power generator
RU212546U1 (en) Hydropower plant with rotary converter
US20090257863A1 (en) Turbine assembly
CN109441691A (en) A kind of draft tube band cowling panel Francis turbine
CN201068836Y (en) Drop height-free long vane column-shaped hydroturbine
US20120100004A1 (en) High efficiency impeller
KR101042650B1 (en) A water power generation fixing in flowing water
WO2006096091A1 (en) Wind plant
CN212003412U (en) Pipeline hydroelectric generator set
RU206086U1 (en) PORTABLE MICROHEPS FOR OPERATION IN NATURAL WATER FLOWS OF STREAMS AND SMALL RIVERS
RU137060U1 (en) PORTABLE WATER FLOW ENERGY CONVERTER
KR20100100564A (en) Hydroelectric power generation using floating body
RU2360141C1 (en) Motor for fluid energy utilisation
TWM633398U (en) River water wheel power generation system
JP2011007172A (en) Waterwheel utilizing vortex
RU2661225C1 (en) Spherical orthogonal power unit
SU1684539A1 (en) River bed water power plant
RU2012713C1 (en) Hydroelectric power plant
Prasad et al. Low-head hydropower energy resource harvesting: analysis and design of a Venturi turbine
RU61360U1 (en) MINI-HYDRO POWER PLANT