RU2147285C1

RU2147285C1 - River navigational buoy with built-in hydraulic power unit

Info

Publication number: RU2147285C1
Application number: RU97113181A
Authority: RU
Inventors: Д.Н. Горелов; А.Е. Зубарев; Г.А. Ковалев; В.М. Шаев
Original assignee: Научно-производственный центр "Авиан"; Индивидуальное частное предприятие "Фирма ВМШа"
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1997-07-30
Publication date: 2000-04-10

Abstract

FIELD: river buoys. SUBSTANCE: underwater portion of buoy is made in form of truss structure consisting of two vertical plates rigidly connected with float and lower transversal plate used as balancing weight; lower plate is additionally connected with float by means of four struts. Frame mounted between vertical plates is used for mounting hydraulic turbine with vertical shaft connected with generator shaft by means of flexible transmission; generator shaft is enclosed in waterproof chamber mounted on float in above-water portion of buoy. Garbage protective shield is mounted along edge of float. Hydraulic power unit built inside buoy converts water energy into electrical energy. EFFECT: enhanced reliability, stabilization and stability of buoy in water. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области речного судоходства и предназначено для обеспечения навигационного пути. The invention relates to the field of river navigation and is intended to provide a navigation path.

Известны речные навигационные буи, имеющие поплавок, надводную часть в виде сигнальной фигуры, сигнальный фонарь, источник электропитания, балансировочный груз в подводной части буя, стабилизатор и приспособление для крепления якорной цепи [1]. Known river navigation buoys having a float, a surface part in the form of a signal figure, a signal light, a power source, a balancing weight in the underwater part of the buoy, a stabilizer and an anchor chain attachment device [1].

В качестве источника электропитания применяются обычно сухие гальванические батареи или щелочные аккумуляторы. Однако срок работы этих источников питания ограничен одной навигацией, что требует их ежегодной замены. Dry galvanic batteries or alkaline batteries are usually used as the power source. However, the life of these power sources is limited to one navigation, which requires their annual replacement.

Известны гидроэнергетические установки, преобразующие энергию течения воды в электрическую и устанавливаемые на поплавках, понтонах и других плавсредствах. Такие установки включают в себя гидротурбину и генератор, имеют многолетний срок работы и могут быть использованы в качестве источников питания электрооборудования речных буев [2, 3]. Known hydropower installations that convert the energy of the flow of water into electricity and are installed on floats, pontoons and other boats. Such installations include a hydraulic turbine and a generator, have a long term of operation and can be used as power sources for electrical equipment of river buoys [2, 3].

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является буй по заявке Франции [4], содержащий сигнальный фонарь, стабилизатор, надводную часть в виде сигнальной фигуры, балансировочный груз. Однако конструкция буя не приспособлена для установки на нем гидроэнергетической установки. Of the known technical solutions, the closest in technical essence to the claimed object is a buoy according to the application of France [4], containing a signal light, a stabilizer, a surface part in the form of a signal figure, a balancing weight. However, the design of the buoy is not suitable for installing a hydropower installation on it.

Задачей изобретения является размещение внутри речного навигационного буя гидроэнергетической установки, преобразующей энергию течения воды в электрическую, обеспечение надежной защиты этой установки, а также стабилизации положения и устойчивости буя в потоке. The objective of the invention is the placement inside the river navigation buoy of a hydropower installation that converts the energy of the flow of water into electricity, ensuring reliable protection of this installation, as well as stabilizing the position and stability of the buoy in the stream.

Поставленная задача решается за счет того, что стабилизатор выполнен в виде двух вертикальных пластин, жестко связанных с поплавком, а балансировочный груз выполнен в виде нижней поперечной пластины, образующей с указанными пластинами ферментную конструкцию, являющуюся подводной частью буя, причем нижняя поперечная пластина дополнительно жестко связана с поплавком четырьмя стойками, при этом гидротурбина размещена на опорах в раме, установленной между вертикальными пластинами, и выполнена с вертикальным валом, соединенным посредством гибкой передачи с валом генератора, заключенного в водозащитную камеру, смонтированную на поплавке в надводной части буя, а вдоль нижнего края поплавка установлен мусорозащитный щиток. The problem is solved due to the fact that the stabilizer is made in the form of two vertical plates rigidly connected with the float, and the balancing weight is made in the form of a lower transverse plate, forming with these plates an enzymatic structure, which is the underwater part of the buoy, and the lower transverse plate is additionally rigidly connected with a float of four racks, while the turbine is placed on supports in a frame mounted between vertical plates, and is made with a vertical shaft connected by m of flexible transmission with a generator shaft enclosed in a waterproof chamber mounted on a float in the surface part of the buoy, and along with the lower edge of the float a garbage shield is installed.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена полуконструктивная схема буя со встроенной гидроэнергетической установкой. Центральным элементом буя является поплавок 1, соединяющий надводную часть, выполненную в виде сигнальной фигуры 2, и подводную часть, имеющую ферменную конструкцию. Эта конструкция включает в себя две вертикальные пластины 3, жестко связанные с поплавком 1 и нижней поперечной пластиной 4, которая дополнительно связана с поплавком 1 четырьмя стойками 5. Между вертикальными пластинами 3 и стойками 5 установлена рама 6, в которой на опорах 7 размещена гидротурбина 8 с вертикальным валом 9, соединенным гибкой передачей с валом генератора 10. Генератор 11 размещен в водозащитной камере 12, которая смонтирована на поплавке 1 внутри сигнальной фигуры 2. Вдоль нижнего края поплавка установлен мусорозащитный щиток 13. The invention is illustrated in the drawing, which shows a semi-structural diagram of a buoy with an integrated hydropower installation. The central element of the buoy is a float 1, connecting the surface part, made in the form of a signal figure 2, and the underwater part having a truss structure. This design includes two vertical plates 3, rigidly connected with the float 1 and the lower transverse plate 4, which is additionally connected with the float 1 by four posts 5. Between the vertical plates 3 and the posts 5, a frame 6 is installed, in which a turbine 8 is mounted on the supports 7 with a vertical shaft 9 connected by a flexible transmission to the shaft of the generator 10. The generator 11 is placed in a waterproof chamber 12, which is mounted on the float 1 inside the signal figure 2. A dust shield 13 is installed along the bottom edge of the float.

Предлагаемый речной навигационный буй со встроенной гидроэнергетической установкой функционирует следующим образом. Буй обтекается потоком воды, который взаимодействует с гидротурбиной, поплавком и неподвижными деталями конструкции подводной части буя. Взаимодействие потока с гидротурбиной приводит к ее вращению, которое через вал турбины передается ротору генератора. В результате в генераторе вырабатывается электрический ток, необходимый для питания электрооборудования буя. The proposed river navigation buoy with integrated hydropower installation operates as follows. The buoy is surrounded by a stream of water, which interacts with a hydraulic turbine, a float, and fixed structural parts of the underwater part of the buoy. The interaction of the flow with the turbine leads to its rotation, which is transmitted through the turbine shaft to the generator rotor. As a result, an electric current is generated in the generator necessary to power the buoy's electrical equipment.

При взаимодействии потока с поплавком и подводной частью буя возникают гидродинамические силы, которые имеют две основные составляющие: силу Архимеда, направленную вверх, и силу сопротивления, направленную вдоль скорости течения реки. Сила Архимеда уравновешивается весом буя, а сила сопротивления - реакцией якорной цепи. Кроме того, на буй действуют боковые и другие силы, дестабилизирующие положение буя. В предлагаемой конструкции буя роль стабилизатора выполняют вертикальные пластины. Под действием гидродинамических сил, действующих на эти пластины, буй занимает положение, в котором плоскости вертикальных пластин направлены вдоль скорости течения. Вертикальные перемещения буя стабилизируются гидродинамическими силами, действующими на нижнюю поперечную пластину (балансировочный груз), и нижнюю поверхность поплавка. Устойчивость буя во многом определяется положением центра тяжести, который должен находиться ниже уровня воды. Ферменная конструкция подводной части буя позволяет размещать центр тяжести ниже, чем у известных буев. When the stream interacts with the float and the underwater part of the buoy, hydrodynamic forces arise, which have two main components: the Archimedes force, directed upward, and the drag force, directed along the river flow velocity. The strength of Archimedes is balanced by the weight of the buoy, and the strength of resistance - by the reaction of the anchor chain. In addition, lateral and other forces that destabilize the position of the buoy act on the buoy. In the proposed buoy design, the role of the stabilizer is performed by vertical plates. Under the influence of hydrodynamic forces acting on these plates, the buoy occupies a position in which the planes of the vertical plates are directed along the flow velocity. The vertical movements of the buoy are stabilized by hydrodynamic forces acting on the lower transverse plate (balancing weight) and the lower surface of the float. The stability of the buoy is largely determined by the position of the center of gravity, which should be below the water level. The truss structure of the underwater part of the buoy allows you to place the center of gravity lower than that of known buoys.

Во время эксплуатации буй может подвергаться кратковременному затоплению, что требует защиты генератора от воды. С этой целью генератор заключен в специальную водозащитную камеру. During operation, the buoy may be subject to short-term flooding, which requires protection of the generator from water. To this end, the generator is enclosed in a special waterproof chamber.

Наиболее уязвимым элементом гидроэнергетической установки является гидротурбина. Она должна быть защищена от механических повреждений при транспортировке буя и от мусора, плывущего по реке. Монтаж гидротурбины в раме и размещение этой рамы внутри ферменной конструкции в подводной части буя защищают гидротурбину от повреждений. Защита от мусора осуществляется двумя способами. Первый способ - установка мусорозащитного щитка вдоль нижнего края поплавка. Основная часть мусора плывет по поверхности воды. Щиток препятствует движению этого мусора вниз к гидротурбине и вместе с потоком воды мусор огибает поплавок и уносится за буй. Второй способ защиты - выбор расстояния между вертикальными пластинами, конструкции гидротурбины и ее размеров такими, чтобы мусор, плывущий в нижних слоях воды, мог беспрепятственно проходить через ферменную конструкцию подводной части буя. Вращение гидротурбины способствует ее самоочищению. The most vulnerable element of a hydropower installation is a turbine. It must be protected from mechanical damage during transportation of the buoy and from debris floating on the river. The installation of a hydraulic turbine in the frame and the placement of this frame inside the truss structure in the underwater part of the buoy protect the hydraulic turbine from damage. There are two ways to protect against garbage. The first way is to install a dust shield along the bottom edge of the float. The bulk of the debris floats on the surface of the water. The shield prevents the movement of this garbage down to the turbine and, together with the flow of water, the garbage goes around the float and is carried away by the buoy. The second method of protection is the choice of the distance between the vertical plates, the design of the hydraulic turbine and its dimensions so that debris floating in the lower layers of the water can freely pass through the truss structure of the underwater part of the buoy. The rotation of the turbine contributes to its self-cleaning.

Таким образом, предложенная ферменная конструкция позволяет размещать гидроэнергетическую установку внутри буя, обеспечивает надежную защиту этой установки, стабилизацию положения и устойчивость буя в потоке. Thus, the proposed truss design allows you to place a hydropower installation inside the buoy, provides reliable protection for this installation, stabilization of the position and stability of the buoy in the stream.

Источники информации
1. Орлович К.С., Шмерлинг И.Е. Внутренние водные пути и судоходная обстановка. М.: Транспорт, 1977, С. 37-39.Sources of information
1. Orlovich KS, Schmerling I.E. Inland waterways and shipping conditions. M .: Transport, 1977, S. 37-39.

2. Глебов Е. О. Плавучая маломощная гидроэлектростанция с вертикальным ротором. Авторское свид. СССР N 77885. Кл. 88 в 4, опубл. 30.11.49. 2. Glebov E. O. Floating low-power hydroelectric station with a vertical rotor. Author's certificate. USSR N 77885. Cl. 88 in 4, publ. 11/30/49.

3. Каргиев В.М., Муругов В.П., Шутьков С.А. Свободнопоточная гидроэнергетическая установка. Авторское свид. СССР N 1737148. Кл. F 03 B 13/00, опубл 30.05.92. 3. Kargiev V.M., Murugov V.P., Shutkov S.A. Free-flow hydropower installation. Author's certificate. USSR N 1737148. Cl. F 03 B 13/00, publ. 05/30/92.

4. Заявка Франции N 561305, B 63 B 51/02, 1923 г. 4. Application of France N 561305, B 63 B 51/02, 1923

Claims

A river navigation buoy with a built-in hydropower installation, containing a float, a surface part in the form of a signal figure, a signal light, a balancing weight in the underwater part of the buoy, a stabilizer connected to a generator a hydroturbine of a hydropower installation that converts the energy of the flow of water from electrical energy, and an anchor chain attachment characterized in that the stabilizer is made in the form of two vertical plates rigidly connected to the float, and the balancing weight is made in the form of a lower cross a plate, forming with these vertical plates a truss structure, which is the underwater part of the buoy, and the lower transverse plate is additionally rigidly connected to the float by four posts, while the turbine is placed on supports in a frame mounted between the vertical plates and is made with a vertical shaft connected by flexible transmission with the shaft of the generator, enclosed in a waterproof chamber mounted on the float in the surface of the buoy, and garbage is installed along the lower edge of the float protective shield.