RU2459973C1

RU2459973C1 - System of autonomous bridge lighting

Info

Publication number: RU2459973C1
Application number: RU2011121638/06A
Authority: RU
Inventors: Евгений Иванович Киряков (RU); Евгений Иванович Киряков; Дмитрий Александрович Насекин (RU); Дмитрий Александрович Насекин; Дмитрий Сергеевич Батурин (RU); Дмитрий Сергеевич Батурин
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-08-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: system of autonomous bridge lighting comprises a hydropower plant connected to a source of light and installed under water and comprising a reactive screw 1, a power generator 2, a planetary multiplier 4, arranged on a single shaft 3 between 1 and the power generator 2, and a garbage-protecting grid 6. The shaft 3 is arranged along a river watercourse. The screw 1, the multiplier 4 and the power generator 2 are installed in a single body 5 with expanded inlet and outlet holes. The grid 6 is installed in front of the screw 3 in the inlet hole of the body 5. The plant is fixed on a bridge support 7 on guides 9 as capable of vertical displacement and fixation. The system comprises a voltage frequency converter 13, connected with the power generator 2 and the light source, and a accumulator 14, connected with the converter 13, and is also equipped with a hoist 10, connected with the body 5. The converter 13, the accumulator 14 and the hoist 10 are installed on a mounting site 11, mounted into the upper part of the bridge support 7.

EFFECT: higher efficiency of a lighting system due to increased speed of river watercourse as it flows around a support and increased frequency of power generator shaft rotation.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроэнергетики, а более конкретно - к устройствам, преобразующим течение реки в электрическую энергию для нужд конкретного потребителя (бесплотинные ГЭС), и может быть использовано для автономного освещения больших и средних мостов.The invention relates to the field of hydropower, and more specifically to devices that convert the river flow into electrical energy for the needs of a particular consumer (damless hydroelectric power station), and can be used for autonomous lighting of large and medium bridges.

Из уровня техники известны устройства, преобразующие энергию течения реки в электрическую энергию, которая служит для питания источника света. Встроенная гидроэнергетическая установка для освещения речного навигационного буя по патенту на изобретение RU 2147285, МПК B63B 22/16, опубл. 10.04.2000, предназначена для обозначения навигационного пути и содержит гидротурбину с вертикальным валом, который гибкой передачей соединен с валом электрогенератора. Гидротехническая установка установлена на поплавке, являющемся центральным элементом буя. Гидротурбина расположена в ферменной конструкции в подводной части буя, а электрогенератор размещен в водозащитной камере, которая смонтирована внутри сигнальной фигуры, расположенной в надводной части буя. Для защиты гидротурбины от мусора вдоль нижнего края поплавка установлен мусорозащитный щиток. Поскольку гидроэнергетическая установка выполнена с вертикальным валом, возникают потери энергии, обусловленные преодолением сопротивления потока лопаткой турбины. Следовательно, эффективность использования энергии речного потока, а значит, и КПД установки снижаются.The prior art devices that convert the energy of the river into electrical energy, which serves to power the light source. Built-in hydropower installation for lighting a river navigation buoy according to the invention patent RU 2147285, IPC B63B 22/16, publ. 04/10/2000, is intended to indicate the navigation path and contains a hydraulic turbine with a vertical shaft, which is connected by a flexible transmission to the shaft of the electric generator. The hydraulic installation is installed on the float, which is the central element of the buoy. The hydroturbine is located in the truss structure in the underwater part of the buoy, and the electric generator is placed in a water-proof chamber, which is mounted inside the signal figure located in the surface part of the buoy. To protect the hydraulic turbine from debris along the bottom edge of the float, a dust shield is installed. Since the hydropower installation is made with a vertical shaft, energy losses occur due to overcoming the flow resistance by the turbine blade. Therefore, the energy efficiency of the river flow, and hence the efficiency of the installation are reduced.

Наиболее близкой к заявляемой в качестве изобретения системе автономного освящения является микрогидроэлектростанция (микроГЭС) для питания сигнального источника света речного навигационного буя по патенту на изобретение RU 2241631, МПК B63B 22/16, F03B 13/10, опубл. 20.08.2003. Гидроэнергетическая установка (микроГЭС) по указанному патенту выполнена с горизонтальным валом и установлена на поплавке катамаранного типа. Гидроэнергетическая установка содержит соединенные между собой гидротурбинный узел, электрогенератор и устройство управления источником сигнального света. Устройство управления источником сигнального света соединено с сигнальным источником света. Гидротурбинный узел (лопастной агрегат) выполнен в виде двух гидротурбин, закрепленных с двух сторон электрогенератора на его валу и смещенных по углу вращения относительно друг друга на половину углового шага их лопаток. Вал электрогенератора, являющийся одновременно валом гидротурбин, расположен горизонтально поперек потока над его поверхностью с обеспечением взаимодействия лопаток гидротурбин с потоком, проходящим ниже оси вращения этого вала. Электрогенератор и устройство управления источником сигнального света размещены в водозащитной камере, служащей корпусом гидроэнергетической установки. Диаметр корпуса превышает диаметр гидротурбин. Для защиты лопаток гидротурбин от мусора, плывущего по поверхности воды, предусмотрен мусорозащитный щиток в виде козырька, выполненного на поплавке буя. КПД гидроэнергетической установки по прототипу выше КПД предыдущего аналога.Closest to the claimed invention as an autonomous consecration system is a microhydroelectric power station (micro hydroelectric power station) for supplying a signal light source of a river navigation buoy according to the invention patent RU 2241631, IPC B63B 22/16, F03B 13/10, publ. 08/20/2003. The hydropower plant (micro-hydro) according to the specified patent is made with a horizontal shaft and mounted on a catamaran type float. The hydropower installation comprises interconnected hydroturbine unit, an electric generator and a signal light source control device. The signal light source control device is connected to the signal light source. The hydroturbine unit (blade unit) is made in the form of two hydroturbines mounted on both sides of the electric generator on its shaft and offset in rotation angle relative to each other by half the angular pitch of their blades. The shaft of the generator, which is also a shaft of hydraulic turbines, is located horizontally across the flow above its surface to ensure the interaction of the blades of the hydraulic turbines with the flow passing below the axis of rotation of this shaft. The electric generator and the control device for the signal light source are placed in a water-proof chamber serving as the casing of a hydropower installation. The diameter of the body exceeds the diameter of the hydraulic turbines. To protect the blades of hydraulic turbines from debris floating on the surface of the water, a debris shield is provided in the form of a visor made on the buoy float. The efficiency of a hydropower installation according to the prototype is higher than the efficiency of the previous analogue.

Недостатком изобретения по прототипу является малая мощность устройства для внешнего освещения мостового перехода, поскольку: гидроэнергетическая установка расположена в свободном потоке, который характеризуется малой скоростью течения и имеет малую площадь воздействия потока на лопатки гидротурбин. Помимо этого, к недостаткам следует отнести неудобство обслуживания и монтажа.The disadvantage of the invention according to the prototype is the low power of the device for external lighting of the bridge crossing, because: the hydropower plant is located in a free stream, which is characterized by a low flow rate and has a small area of the effect of the flow on the turbine blades. In addition, the disadvantages include the inconvenience of maintenance and installation.

Задача изобретения - используя течение реки, без привлечения энергии извне, обеспечить надежное, автономное освещение моста, а также удобное обслуживание и монтаж системы освещения.The objective of the invention is using the river, without attracting energy from the outside, to provide reliable, autonomous lighting of the bridge, as well as convenient maintenance and installation of the lighting system.

Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в повышении КПД системы освещения за счет значительного увеличения скорости потока речной воды при обтекании опоры и увеличения частоты вращения вала электрогенератора.The technical result that allows us to solve the problem is to increase the efficiency of the lighting system due to a significant increase in the flow rate of river water when flowing around the support and increasing the rotational speed of the generator shaft.

Задача решена следующим образом.The problem is solved as follows.

Система автономного освещения моста, как и прототип, содержит соединенную с источником света гидроэнергетическую установку. Гидроэнергетическая установка состоит из лопастного агрегата и электрогенератора, соединенных единым валом. Вал расположен горизонтально с обеспечением взаимодействия лопаток лопастного агрегата с речным потоком воды. Как и прототип, система содержит мусорозащитный щиток.The autonomous lighting system of the bridge, like the prototype, contains a hydropower installation connected to a light source. The hydropower plant consists of a blade unit and an electric generator connected by a single shaft. The shaft is located horizontally with the interaction of the blades of the blade unit with the river flow of water. Like the prototype, the system contains a dust shield.

В отличие от прототипа согласно изобретению гидроэнергетическая установка размещена под водой и дополнительно содержит планетарный мультипликатор, установленный на едином валу между лопастным агрегатом и электрогенератором, при этом вал расположен вдоль речного потока воды. Лопастной агрегат выполнен в виде реактивного винта. Винт, планетарный мультипликатор и электрогенератор размещены в едином корпусе с расширенными входным и выходным отверстиями. Отличием является также то, что мусорозащитный щиток выполнен в виде решетки и установлен перед винтом во входном отверстии корпуса. Кроме этого, гидроэнергетическая установка закреплена на опоре моста на направляющих с возможностью вертикального перемещения и фиксации. Система автономного освещения моста дополнительно содержит преобразователь частоты напряжения, соединенный с электрогенератором и источником света, и аккумулятор, связанный с преобразователь частоты напряжения. Помимо этого, система снабжена лебедкой, соединенной с корпусом гидротехнической установки. Преобразователь частоты напряжения, аккумулятор и лебедка установлены на монтажной площадке, которая дополнительно смонтирована в верхней части опоры моста.Unlike the prototype according to the invention, the hydropower installation is placed under water and further comprises a planetary multiplier mounted on a single shaft between the blade unit and the electric generator, the shaft being located along the river water stream. The blade unit is made in the form of a jet screw. The screw, planetary gear and power generator are housed in a single housing with expanded inlet and outlet openings. The difference is also that the garbage shield is made in the form of a grill and is installed in front of the screw in the inlet of the housing. In addition, the hydropower installation is mounted on a bridge support on rails with the possibility of vertical movement and fixation. The autonomous lighting system of the bridge further comprises a voltage frequency converter connected to an electric generator and a light source, and a battery coupled to the voltage frequency converter. In addition, the system is equipped with a winch connected to the housing of the hydraulic installation. The voltage frequency converter, the battery and the winch are installed on the installation site, which is additionally mounted in the upper part of the bridge support.

Направляющие гидроэнергетической установки могут быть выполнены в виде швеллеров, закрепленных на опоре моста, а корпус гидроэнергетической установки установлен в направляющих посредством роликов. Для фиксации положения гидроэнергетической установки на опоре моста выполнены упоры. Для повышения мощности системы она может дополнительно содержать еще одну или более гидроэнергетических установок, закрепленных на опоре по высоте на одних направляющих и жестко соединенных между собой, при этом с лебедкой соединен корпус верхней гидроэнергетической установки.The guides of the hydropower installation can be made in the form of channels mounted on the bridge support, and the housing of the hydropower installation is installed in the guides by means of rollers. To fix the position of the hydropower installation on the bridge support made stops. To increase the capacity of the system, it may additionally contain one or more hydropower plants, mounted on a support in height on the same guides and rigidly interconnected, while the upper hydropower plant housing is connected to the winch.

Задача автономного освещения решается использованием гидроэнергетической установки, состоящей из электрогенератора, планетарного мультипликатора и осевого реактивного винта. На винт воздействует течение воды, что приводит его во вращение, передаваемое с помощью вала на планетарный мультипликатор, который увеличивает частоту вращения в электрогенераторе. Корпус имеет расширенное входное отверстие и мусорозащитную решетку, предохраняющую винт от воздействия посторонних предметов под водой. Корпус с помощью роликов и направляющих швеллеров крепится к опоре моста, что позволяет осуществлять поднятие корпуса лебедкой на монтажную площадку для осмотра и ремонта. Ток низкой частоты от генератора поступает на преобразователь частоты напряжения для приведения и дальнейшего его использования стандартным потребителям источника света. Излишки электроэнергии, например в дневное время, направляются далее на аккумулятор, который при поломке или ремонте гидроэнергетической установки будет поддерживать автономное освещение.The task of autonomous lighting is solved using a hydropower installation consisting of an electric generator, a planetary gear and an axial propeller. The screw is affected by the flow of water, which causes it to rotate, transmitted via a shaft to the planetary multiplier, which increases the frequency of rotation in the generator. The housing has an expanded inlet and a dust guard that protects the screw from exposure to foreign objects under water. The casing with the help of rollers and guide channels is attached to the bridge support, which allows the casing to be lifted by the winch to the installation site for inspection and repair. The low-frequency current from the generator is supplied to the voltage frequency converter to bring and further use it to standard consumers of the light source. Excess electricity, for example in the daytime, is then sent to the battery, which will maintain autonomous lighting when the hydropower installation is broken or repaired.

Размещение гидроэнергетической установки на опоре позволяет:Placing a hydropower installation on a support allows you to:

1. Развить большую мощность, а значит, повысить КПД, по сравнению с прототипом, вследствие значительного увеличения скорости потока при обтекании опоры и увеличения частоты вращения вала электрогенератора.1. To develop greater power, and therefore, increase efficiency, compared with the prototype, due to a significant increase in flow velocity during flow around the support and increase the frequency of rotation of the shaft of the generator.

2. Обеспечить подъем и опускание турбины на необходимую глубину по установленным направляющим на опоре.2. Ensure the turbine is raised and lowered to the required depth along the installed rails on the support.

3. Путем устройства монтажной площадки на опоре обслуживать и ремонтировать гидроэнергетическую установку без демонтажа всего агрегата.3. By installing the mounting platform on a support, service and repair the hydropower installation without dismantling the entire unit.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично представлена система автономного освещения моста.The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows a system of autonomous lighting of the bridge.

Гидроэнергетическая установка содержит винт 1 и электрогенератор 2, соединенные между собой единым валом 3 и подключенные к планетарному мультипликатору 4, служащему для увеличения частоты вращения электрогенератора 2.The hydropower installation includes a screw 1 and an electric generator 2, interconnected by a single shaft 3 and connected to a planetary multiplier 4, which serves to increase the speed of the electric generator 2.

Корпус 5 гидроэнергетической установки имеет расширенное входное отверстие для увеличения воздействия водного потока и расширенное выходное отверстие для свободного протекания воды. На входе установлена мусорозащитная решетка 6, предохраняющая винт 1 от воздействия посторонних предметов под водой.The housing 5 of the hydropower installation has an expanded inlet to increase the impact of water flow and an expanded outlet for the free flow of water. A debris guard 6 is installed at the inlet, protecting the screw 1 from exposure to foreign objects under water.

Корпус 5 установлен на опоре моста 7, в зоне сжатия водного потока вследствие значительного увеличения скорости течения при обтекании опоры. С помощью роликов 8 и направляющих швеллеров 9 и лебедки 10 осуществляется поднятие корпуса 5 на монтажную площадку 11 для осмотра и ремонта.The housing 5 is mounted on a support of the bridge 7, in the compression zone of the water flow due to a significant increase in the flow velocity during the flow around the support. Using the rollers 8 and the guide channels 9 and the winch 10, the housing 5 is lifted to the mounting pad 11 for inspection and repair.

Корпус 5 в зимний период устанавливается на равноудаленном расстоянии от дна реки и низа ледяного покрова. Глубина погружения корпуса 5 фиксируется упором 12, расположенным в нижней части опоры. Расположение устройства между дном и нижней поверхностью льда обеспечит его использование в любое время года.In winter, case 5 is installed at an equidistant distance from the bottom of the river and the bottom of the ice sheet. The immersion depth of the housing 5 is fixed by a stop 12 located at the bottom of the support. The location of the device between the bottom and the bottom surface of the ice will ensure its use at any time of the year.

С электрогенератором 2 соединен преобразователь частоты напряжения 13 для стабилизации рабочей частоты электрооборудования. С преобразователем 13 соединен аккумулятор 14. С преобразователем частоты напряжения 13 соединен также источник света (на чертеже не показан). Источником света м.б. любой светильник для искусственного освещения мостового перехода.A voltage frequency converter 13 is connected to the electric generator 2 to stabilize the operating frequency of the electrical equipment. A battery 14 is connected to the converter 13. A light source (not shown) is also connected to the voltage frequency converter 13. Light source any lamp for artificial lighting of the bridge passage.

Мощность гидроэнергетической установки может изменяться в зависимости от диаметра реактивного винта, а освещение моста - от количества расположений предлагаемых систем на опорах. В зависимости от длины моста и количества потребляемого электричества гидроэнергетическую установку возможно располагать с двух сторон опоры и на несколько опор, а также в зависимости от глубины реки возможно устраивать несколько гидроэнергетических установок по высоте (на чертеже не показано).The power of a hydropower installation can vary depending on the diameter of the propeller, and the illumination of the bridge - on the number of locations of the proposed systems on the supports. Depending on the length of the bridge and the amount of electricity consumed, a hydropower installation can be placed on both sides of the support and on several supports, and depending on the depth of the river, it is possible to arrange several hydropower installations in height (not shown in the drawing).

Система автономного освещения моста работает следующим образом. Поток воды при встрече с опорой моста огибает опору, при этом, как известно (Федотов Г.А. Изыскание и проектирование мостовых переходов: учеб. пособие для студ. высш. учеб. Заведений. / Г.А.Федотов. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 304 с.) скорость течения воды у опоры значительно увеличивается. Воздействуя на реактивный винт 1, поток воды, обладающий значительной скоростью, приводит винт 1 во вращение. При этом мусорозащитная решетка 6 защищает винт от посторонних предметов. Вращение винта 1 передается с помощью вала 3 через планетарный мультипликатор 4 к электрогенератору 2, на выходе которого вырабатывается электроэнергия. При помощи планетарного мультипликатора частота вращения вала электрогенератора увеличивается. Для стабилизации и регулирования частоты напряжения служит преобразователь частоты напряжения 13, от которого по кабелю электроэнергия передается источнику света. В дневное время эта электроэнергия запасается в аккумуляторе 14 для использований электричества при ремонте гидроэнергетической установки. В случае возникновения неисправности или с целью осмотра гидроэнергетическая установка с помощью лебедки 10 по направляющим 9 поднимается на монтажную площадку 11, где производится ее ремонт с последующим опусканием до рабочего положения. При устройстве двух вертикально расположенных и жестко закрепленных между собой гидроэнергетических установок на поверхность воды поднимаются обе установки одновременно.The autonomous lighting system of the bridge operates as follows. The flow of water at a meeting with a bridge support rounds the support, and, as you know, (Fedotov G.A. Research and design of bridge crossings: a textbook for a student of a higher education institution. / G.A. Fedotov. - M .: Publishing Center "Academy", 2005. - 304 p.) The speed of the water flow at the support increases significantly. Acting on the jet screw 1, a stream of water with a significant speed, leads the screw 1 in rotation. In this case, the garbage protection grid 6 protects the screw from foreign objects. The rotation of the screw 1 is transmitted via a shaft 3 through a planetary multiplier 4 to an electric generator 2, at the output of which electricity is generated. Using a planetary multiplier, the rotational speed of the generator shaft increases. To stabilize and control the voltage frequency, a voltage frequency converter 13 is used, from which electricity is transmitted through the cable to the light source. In the daytime, this electricity is stored in the battery 14 for use of electricity in the repair of a hydropower installation. In the event of a malfunction or for the purpose of inspection, the hydropower plant with the help of a winch 10 along the guides 9 rises to the installation site 11, where it is repaired and then lowered to the operating position. When two hydropower plants are vertically located and rigidly fixed between themselves, both plants rise to the surface of the water at the same time.

Таким образом, изобретение позволит:Thus, the invention will allow:

1. Обеспечить освещение мостового перехода за счет использования гидроэнергетической установки, монтируемой на опоре (опорах) моста.1. To provide illumination of the bridge crossing through the use of a hydropower installation mounted on the bridge support (s).

2. Повысить мощность гидроэнергетической установки, закрепленной на опоре в сжатом сечении потока воды, по сравнению с расположенной в свободном потоке по прототипу.2. To increase the power of the hydropower installation, mounted on a support in a compressed section of the water stream, compared with that located in the free stream of the prototype.

3. Защитить установку от воздействия движущихся предметов под водой путем устройства мусорозащитной решетки.3. Protect the installation from the effects of moving objects under water by installing a dust trap.

4. Обеспечить удобство монтажа и обслуживания оборудования при поднятии и размещении его на монтажной площадке.4. Ensure ease of installation and maintenance of equipment when lifting and placing it on the installation site.

Claims

1. The system of autonomous lighting of the bridge, containing a hydropower installation connected to a light source, which includes a blade unit and an electric generator connected by a single horizontal shaft installed with the possibility of interaction of the blades of the blade unit with a river water stream, and containing a garbage shield, characterized in that the hydropower plant is installed under water and additionally contains a planetary multiplier placed on a single shaft between the blade aggregate ohm and an electric generator, while the shaft is located along the river water flow, and the blade unit is made in the form of a jet screw, moreover, the screw, planetary gear and the electric generator are placed in a single housing with expanded inlet and outlet openings, the dust shield is made in the form of a grill and is installed in front of the screw in the inlet of the housing, in addition, the hydropower installation is fixed on the bridge support on rails with the possibility of vertical movement and fixation, in addition to this, the system is additionally contains a voltage frequency converter connected to an electric generator and a light source, and a battery connected to a voltage frequency converter, and is also equipped with a winch connected to a housing of a hydropower installation, wherein a voltage frequency converter, a battery and a winch are installed on an assembly site mounted in the upper part bridge piers.

2. The autonomous lighting system of the bridge according to claim 1, characterized in that the guides of the hydropower installation are made in the form of channels mounted on the bridge support, the housing of the hydropower installation is installed in the guides by means of rollers, and the stops are made to fix the position of the hydropower installation on the bridge support.

3. The autonomous lighting system of the bridge according to claim 1 or 2, characterized in that it further comprises one or more hydropower plants, mounted on a support in height on the same rails and rigidly interconnected, while the upper hydropower plant housing is connected to the winch .