RU44355U1 - PENDULAR HYDRO POWER PLANT (OPTIONS) - Google Patents
PENDULAR HYDRO POWER PLANT (OPTIONS) Download PDFInfo
- Publication number
- RU44355U1 RU44355U1 RU2004131708/22U RU2004131708U RU44355U1 RU 44355 U1 RU44355 U1 RU 44355U1 RU 2004131708/22 U RU2004131708/22 U RU 2004131708/22U RU 2004131708 U RU2004131708 U RU 2004131708U RU 44355 U1 RU44355 U1 RU 44355U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- stator
- river
- hydroelectric power
- fixed
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к малым бесплотинным гидроэлектростанциям (ГЭС), использующим для выработки электроэнергии энергию свободного течения крупных и малых равнинных рек. Маятниковая ГЭС для обоих вариантов содержит неподвижные вертикальные опоры, установленные на дне реки. На этих опорах выполнена горизонтальная ось, на которой неподвижно подвешен статор. На этой же оси снизу статора и выше уровня реки с возможностью колебания подвешен ротор. Каждый из них выполнен в виде сегментного башмака, набранного из листов трансформаторной стали. В пазах статора уложены ветви индукционной обмотки. На роторе смонтированы рядами постоянные высокоэнергетические магниты, уложенные непосредственно под пазами, в которых размещены ветви индукционной обмотки статора. Магниты в смежных рядах имеют разноименные полюса. Ниже уровня реки навстречу потоку воды установлена рамка с вертикальными поворотными пластинами. Рамка жестко соединена с нижней частью ротора. Поворот пластин осуществляется принудительно на угол 90°. При закрытых вертикальных пластинах рамка имеет наибольшую площадь сечения, оказывает напору воды большое гидродинамическое сопротивление и обеспечивает подвижному ротору большое усилие, под действием которого он перемещается вверх в сторону течения реки. При открытых пластинах, направленных ребрами к течению, рамка не оказывает серьезного гидродинамического сопротивления, и ротор начинает под действием силы тяжести движение в обратную сторону, то есть против течения. Таким образом происходят колебания ротора с магнитами и, как следствие, возбуждение в индукционной обмотке статора электрического тока. По второму варианту ГЭС снабжена ускорителем потока воды. Ускоритель потока воды установлен перед рамкой и служит для повышения скорости течения реки перед рамкой, для того, чтобы уменьшить период колебания ротора, а следовательно повысить частоту тока. Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в том, чтобы получить электрическую энергию, преобразуя совместную энергию колебаний маятника и энергию течения реки, то есть непосредственно использовать гидродинамическое давление потока воды для возбуждения в обмотках статора электрического тока.The utility model relates to small damless hydroelectric power plants (HPS) that use the energy of the free flow of large and small plain rivers to generate electricity. The pendulum hydroelectric power station for both options contains fixed vertical supports installed at the bottom of the river. On these supports, a horizontal axis is made on which the stator is fixedly suspended. A rotor is suspended on the same axis from below the stator and above the level of the river with the possibility of oscillation. Each of them is made in the form of a segment shoe, recruited from sheets of transformer steel. The branches of the induction winding are laid in the grooves of the stator. Permanent high-energy magnets are mounted on the rotor in rows, placed directly under the grooves in which the branches of the stator induction winding are placed. Magnets in adjacent rows have opposite poles. Below the level of the river, a frame with vertical swivel plates is installed to meet the flow of water. The frame is rigidly connected to the bottom of the rotor. The rotation of the plates is carried out forcibly by an angle of 90 °. With closed vertical plates, the frame has the largest cross-sectional area, exerts high hydrodynamic resistance to the water pressure and provides a large force to the moving rotor, under the influence of which it moves upward towards the river flow. With open plates directed by the ribs to the flow, the frame does not have serious hydrodynamic resistance, and the rotor begins to move in the opposite direction under the influence of gravity, that is, against the flow. Thus, the rotor oscillates with magnets and, as a result, the electric current is excited in the induction winding of the stator. According to the second option, the hydropower plant is equipped with a water flow accelerator. The accelerator of water flow is installed in front of the frame and serves to increase the speed of the river in front of the frame, in order to reduce the period of oscillation of the rotor, and therefore increase the frequency of the current. The technical result, which is claimed by the claimed utility model, is to obtain electrical energy by converting the joint vibration energy of the pendulum and the energy of the river, that is, to directly use the hydrodynamic pressure of the water flow to excite the electric current in the stator windings.
Description
Полезная модель относится к области гидроэнергетики, а более конкретно - к малым бесплотинньм гидроэлектростанциям (ГЭС), использующим для выработки электроэнергии энергию свободного течения крупных и малых равнинных рек.The utility model relates to the field of hydropower, and more specifically to small damless hydroelectric power plants (HPPs) that use the energy of the free flow of large and small plain rivers to generate electricity.
В связи с увеличивающимися потребностями в электроэнергии возникает задача по созданию наиболее дешевых, простых по конструкции, не оказывающих вредного экологического воздействия на природу (по сравнению с мощными плотинными ГЭС) малых бесплотинных гидроэлектростанций, которые используют для выработки электроэнергии энергию свободного течения рек.In connection with the increasing demand for electricity, the problem arises of creating the cheapest, simplest in design, not having harmful environmental impact on nature (compared to powerful dam hydroelectric power stations) small damless hydroelectric power plants that use free flow river energy to generate electricity.
Из уровня техники известны гидроустановки, использующие поток воды для вращения турбины с генератором, который вырабатывает электроэнергию. Например, известна простой конструкции бесплотинная ГЭС по авторскому свидетельству СССР №889787, МПК 3 Е 02 В 9/00. Она содержит бетонные береговые устои и гидроагрегат. Один из устоев, криволинейный, размещен на берегу, другой, прямолинейный, - со стороны русла. Между стенками образовано углубление с наклоном в сторону русла реки. В центре углубления перпендикулярно основанию установлен бетонный стакан, внутри которого размещен гидрогенератор. Концентрично последнему в углублении размещено рабочее колесо, которое вследствие уклона углубления находится в полупогруженном состоянии. Такое расположение рабочего колеса уменьшает сопротивление воды, препятствующее движению колеса. Воздействие гидродинамического напора на лопасти рабочего колеса приводит к вращению ротора гидрогенератора, связанного с рабочим колесом.The prior art hydraulic installations that use a stream of water to rotate a turbine with a generator that generates electricity. For example, a simple design without dam dam is known according to the USSR copyright certificate No. 889787, IPC 3 E 02 B 9/00. It contains concrete coastal abutments and a hydraulic unit. One of the foundations, curved, is located on the shore, the other, straightforward, is from the channel. A recess is formed between the walls with an inclination towards the river bed. In the center of the recess, a concrete cup is installed perpendicular to the base, inside of which a hydrogenerator is placed. The impeller is placed concentrically to the latter in the recess, which, due to the inclination of the recess, is in a semi-submerged state. This arrangement of the impeller reduces water resistance, which impedes the movement of the wheel. The impact of hydrodynamic pressure on the impeller blades leads to the rotation of the rotor of the hydrogenerator associated with the impeller.
Недостатком этой ГЭС является большой сдвигающий момент в сторону русла, что приводит к преждевременному износу и заиливанию деталей ГЭС, к сдвигу ротора относительно статора. Кроме этого в случае подъема воды в реке возможно затопление второй половины рабочего колеса и самого гидрогенератора. Мощность этой известной ГЭС определяется размерами рабочего колеса, расходом и напором воды. Увеличить высоту колеса не позволяет во многих случаях глубина реки, кроме того, такая конструкция малоэффективна при слабых напорах. Несмотря на простоту конструкции, монтаж ГЭС включает много бетонных работ, что повышает трудоемкость.The disadvantage of this hydroelectric power station is a large shear moment in the direction of the channel, which leads to premature wear and siltation of the hydroelectric power station parts, to the rotor shift relative to the stator. In addition, if water rises in the river, flooding of the second half of the impeller and the hydro generator itself is possible. The power of this well-known hydroelectric power station is determined by the dimensions of the impeller, the flow rate and pressure of the water. In many cases, the depth of the river does not allow to increase the height of the wheel, in addition, this design is ineffective with low pressures. Despite the simplicity of the design, the installation of a hydropower plant involves a lot of concrete work, which increases the complexity.
Известна гидроэлектростанция по заявке РФ на изобретение №96116309/06, опубл. 20.11.98. Бюл. №32. Она содержит агрегаты, в которых совмещены функции Known hydroelectric power according to the application of the Russian Federation for the invention No. 96116309/06, publ. 11/20/98. Bull. Number 32. It contains units in which functions are combined
гидродвигателя и электрогенератора со статором и ротором. Статор жестко закреплен на неподвижной оси, а ротор его охватывает и имеет снаружи сменные лопасти. Ротор установлен с возможностью вращаться вокруг статора на его оси при воздействии на лопасти потока воды. Агрегаты укреплены на горизонтальных рамах, присоединенных по концам к прибрежным опорам, с возможностью подниматься, опускаться и закрепляться на этих опорах. Прибрежные опоры имеют несущую железобетонную конструкцию, к которой прикреплены металлические направляющие. А в ущельях несущая конструкция укреплена к их стенам или жестко консольно заделана в грунт. Для повышения скорости течения воды и ее кинетической энергии рамы снабжены регуляторами, а под агрегатами набетонками сужены проходы воды. Такая ГЭС при большой ширине русла реки требует установки дополнительной стержневой форменной конструкции, рассчитанной на эксплуатационные нагрузки. В целом конструкция такой ГЭС не проста и отличается сложностью монтажа. Кроме этого при малых напорах воды такая ГЭС малоэффективна.hydraulic motor and electric generator with a stator and a rotor. The stator is rigidly fixed on a fixed axis, and its rotor covers and has interchangeable blades on the outside. The rotor is mounted with the ability to rotate around the stator on its axis when exposed to water flow blades. The units are mounted on horizontal frames attached at the ends to the coastal supports, with the ability to rise, lower and be fixed on these supports. The coastal supports have a supporting reinforced concrete structure to which metal guides are attached. And in the gorges, the supporting structure is strengthened to their walls or rigidly cantilevered into the ground. To increase the speed of the water flow and its kinetic energy, the frames are equipped with regulators, and under the aggregates, the water passages are narrowed under the paddings. Such a hydroelectric power station with a large width of the river bed requires the installation of an additional rod-shaped structure designed for operational loads. In general, the design of such a hydroelectric power station is not simple and differs in the complexity of installation. In addition, at low water pressures such a hydroelectric station is ineffective.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой ГЭС является энергетическая установка по заявке РФ на изобретение №92011382/29, опубл. 20.12.95. Бюл. №35. Эта установка служит прототипом для обоих вариантов заявляемой ГЭС. Она предназначена для преобразования энергии волн, течений, пара или ветра в энергию электрического тока и состоит из одного или более генераторов. Каждый генератор содержит корпус со статором. Внутри статора размещен полый ротор. Он установлен с возможностью свободного перемещения относительно статора. Статор снабжен индукционной обмоткой, а ротор - источником магнитного поля. В качестве источника магнитного поля могут быть использованы катушка возбуждения или постоянные магниты. Внутри ротора выполнены лопасти. Они могут быть частью шнека, цилиндрическое тело которого соосно ротору. Лопасти установлены с возможностью взаимодействия с движущимся рабочим телом, например потоком воды. Лопасти выполняют роль движителя ротора: вращаясь, они вращают ротор, возбуждая в обмотке статора электрический ток. Для ускорения потока генератор снабжен воронкой, меньшим основанием обращенной к ротору. Для компенсации вращающих моментов, стремящихся повернуть генератор вдоль продольной оси, параллельно ему установлен второй генератор с противоположным направлением спиралей лопастей ротора. Генераторы соединены между собой жесткой перемычкой. Система из двух генераторов выполнена плавучей и заякорена. Предложенная конструкция позволяет кинетическую энергию потока воды непосредственно преобразовать в The closest in technical essence to the claimed hydroelectric power station is a power plant according to the application of the Russian Federation for invention No. 92011382/29, publ. 12/20/95. Bull. Number 35. This installation serves as a prototype for both versions of the inventive hydroelectric power station. It is designed to convert the energy of waves, currents, steam or wind into electric current energy and consists of one or more generators. Each generator contains a housing with a stator. A hollow rotor is placed inside the stator. It is installed with the possibility of free movement relative to the stator. The stator is equipped with an induction winding, and the rotor is a source of magnetic field. An excitation coil or permanent magnets can be used as a source of magnetic field. Blades are made inside the rotor. They can be part of a screw whose cylindrical body is aligned with the rotor. The blades are installed with the possibility of interaction with a moving working fluid, such as a stream of water. The blades act as a rotor mover: rotating, they rotate the rotor, exciting an electric current in the stator winding. To accelerate the flow, the generator is equipped with a funnel with a smaller base facing the rotor. To compensate for the torques that tend to rotate the generator along the longitudinal axis, a second generator is installed parallel to it with the opposite direction of the spirals of the rotor blades. The generators are interconnected by a hard jumper. The system of two generators is made floating and anchored. The proposed design allows the kinetic energy of the water flow to be directly converted into
электрическую энергию. Однако для вращения лопастей ротора необходима большая скорость потока, и при малых скоростях такая ГЭС может оказаться неэффективной. Кроме этого, такая ГЭС требует наличия двух генераторов, выполнение и установку внутри ротора спиралевидных лопастей, что усложняет конструкцию ГЭС.electrical energy. However, for the rotation of the rotor blades a high flow rate is required, and at low speeds such a hydroelectric power station may be ineffective. In addition, such a hydroelectric power station requires two generators, the implementation and installation of spiral-shaped blades inside the rotor, which complicates the design of the hydroelectric power station.
Задача полезной модели состоит в разработке наиболее простой по конструкции, не оказывающей вредного экологического воздействия на природу и эффективной малой бесплотинной гидроэлектростанции.The objective of the utility model is to develop the most simple in design, not having harmful environmental impact on nature and effective small damless hydroelectric power station.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель для решения этой задачи, состоит в том, чтобы исключить жесткие кинематические связи электрогенератора с приводным устройством и непосредственно использовать гидродинамическое давление потока воды для возбуждения в обмотках статора электрического тока. Кроме этого исключить вращающий момент, способный повернуть генератор относительно его оси.The technical result, which is claimed by the claimed utility model to solve this problem, is to exclude hard kinematic connections of the generator with the drive device and directly use the hydrodynamic pressure of the water flow to excite the stator windings of electric current. In addition, eliminate the torque that can rotate the generator about its axis.
Задача решена следующим образом.The problem is solved as follows.
По первому варианту общим с прототипом является то, что заявляемая гидроэлектростанция содержит электрический генератор, выполненный из статора, снабженного индукционной обмоткой, и ротора, снабженного магнитами и закрепленного с возможностью свободного перемещения относительно статора, содержит движитель ротора, установленный с возможностью взаимодействия с потоком воды. В отличие от прототипа по первому варианту в заявляемой ГЭС статор и ротор подвешены выше уровня реки на горизонтальной оси, жестко закрепленной на двух неподвижных вертикальных опорах, установленных на дне реки, причем статор жестко закреплен на этой оси, а ротор подвешен с возможностью колебательного перемещения относительно статора, при этом каждый из них выполнен в виде массивного сегментного башмака, а ротор снизу огибает статор, кроме этого ветви индукционной обмотки размещены в пазах, выполненных на нижней, выпуклой, поверхности статора, а магниты уложены рядами на вогнутой поверхности ротора непосредственно под ветвями индукционной обмотки статора, причем смежные магниты имеют разноименные полюса. Отличием является также то, что движитель ротора жестко соединен с его нижней частью, расположен ниже уровня реки и выполнен в виде рамки с вертикальной плоскостью, направленной навстречу потоку воды и составленной из поворотных пластин, закрепленных с возможностью принудительного поворота на угол 90° относительно вертикальной оси и фиксации, причем одна According to the first embodiment, common with the prototype is that the inventive hydroelectric power station contains an electric generator made of a stator equipped with an induction winding, and a rotor equipped with magnets and fixed with the possibility of free movement relative to the stator, contains a rotor mover mounted to interact with the flow of water. In contrast to the prototype according to the first embodiment, in the inventive hydroelectric power station, the stator and rotor are suspended above the river level on a horizontal axis rigidly fixed to two fixed vertical supports installed on the river bottom, and the stator is rigidly fixed on this axis, and the rotor is suspended with the possibility of oscillatory movement relative to stator, each of them is made in the form of a massive segment shoe, and the rotor bends around the stator from below, in addition, the branches of the induction winding are placed in grooves made on the lower, convex, surface with tator, and the magnets are stacked in rows on the concave surface of the rotor directly under the branches of the stator induction winding, and adjacent magnets have opposite poles. The difference is also that the rotor mover is rigidly connected to its lower part, located below the river level and made in the form of a frame with a vertical plane directed towards the water flow and composed of rotary plates fixed with the possibility of forced rotation through an angle of 90 ° relative to the vertical axis and fixation, and one
половина поворотных пластин установлена с возможностью противоположного поворота относительно другой половины.half of the rotary plates are mounted with the possibility of opposite rotation relative to the other half.
По второму варианту заявляемая в качестве полезной модели гидроэлектростанция содержит, как и прототип, электрический генератор, выполненный из статора, снабженного индукционной обмоткой, и ротора, снабженного магнитами и закрепленного с возможностью свободного перемещения относительно статора, движитель ротора, установленный с возможностью взаимодействия с потоком воды, и ускоритель потока воды. Отличием от прототипа по второму варианту является то, что статор и ротор подвешены выше уровня реки на горизонтальной оси, жестко закрепленной на двух неподвижных вертикальных опорах, установленных на дне реки, причем статор жестко закреплен на этой оси, а ротор подвешен с возможностью колебательного перемещения относительно статора, при этом каждый из них выполнен в виде массивного сегментного башмака, а ротор снизу огибает статор, кроме этого ветви индукционной обмотки размещены в пазах, выполненных на нижней, выпуклой, поверхности статора, а магниты уложены рядами на вогнутой поверхности ротора непосредственно под ветвями индукционной обмотки статора, причем, смежные магниты имеют разноименные полюса. Кроме этого движитель ротора жестко соединен с ним, расположен ниже уровня реки и выполнен в виде рамки с вертикальной плоскостью, направленной навстречу потоку воды и составленной из поворотных пластин, закрепленных с возможностью принудительного поворота на угол 90° относительно вертикальной оси и фиксации, причем одна половина поворотных пластин установлена с возможностью противоположного поворота относительно другой половины. Ускоритель потока воды заявляемой ГЭС по второму варианту представляет собой мультипликатор, установленный перед рамкой. Мультипликатор выполнен в виде соединенных между собой одноступенчатой планетарной передачей горизонтальных валов, ведущего и ведомого, на концах которых перпендикулярно им жестко закреплены лопастные колеса, при этом их лопасти имеют противоположное направление спиралей. Диаметр колеса на ведущем валу больше диаметра колеса на ведомом валу. Планетарная передача размещена во влагонепроницаемом корпусе. Отличием от прототипа заявляемой ГЭС по второму варианту является также то, что мультипликатор для спрямления завихрений воды снабжен направляющим аппаратом, жестко закрепленным на корпусе планетарной передачи и выполненным из вертикальных поворотных пластин.According to the second embodiment, the hydroelectric power station, declared as a utility model, contains, like a prototype, an electric generator made of a stator equipped with an induction winding and a rotor equipped with magnets and fixed to move freely relative to the stator, a rotor mover mounted to interact with a water stream , and water flow accelerator. The difference from the prototype in the second embodiment is that the stator and rotor are suspended above the river level on a horizontal axis rigidly fixed to two stationary vertical supports installed on the river bottom, the stator being rigidly fixed on this axis, and the rotor is suspended with the possibility of oscillatory movement relative to stator, each of which is made in the form of a massive segment shoe, and the rotor bends around the stator from below, in addition, the branches of the induction winding are placed in grooves made on the lower, convex, surface of the st the stator, and the magnets are stacked in rows on the concave surface of the rotor directly under the branches of the stator induction winding, and adjacent magnets have opposite poles. In addition, the rotor mover is rigidly connected to it, located below the river level and made in the form of a frame with a vertical plane directed towards the water flow and made up of rotary plates fixed with the possibility of forced rotation by an angle of 90 ° relative to the vertical axis and fixing, one half rotary plates installed with the possibility of opposite rotation relative to the other half. The accelerator of the water flow of the inventive hydroelectric station according to the second embodiment is a multiplier mounted in front of the frame. The multiplier is made in the form of horizontal shafts connected by a single-stage planetary gear, leading and driven, at the ends of which the impellers are rigidly fixed perpendicular to them, while their blades have the opposite direction of the spirals. The diameter of the wheel on the drive shaft is larger than the diameter of the wheel on the driven shaft. The planetary gear is housed in a waterproof housing. The difference from the prototype of the inventive hydroelectric power station according to the second embodiment is also that the multiplier for straightening water turbulences is equipped with a guiding device rigidly mounted on the planetary gear housing and made of vertical rotary plates.
Заявляемая в качестве полезной модели ГЭС по первому и по второму вариантам отличается от прототипа еще тем, что горизонтальная ось, на которой подвешены статор и ротор, закреплена на вертикальных опорах с возможностью регулирования ее положения относительно уровня реки, а подвеска ротора снабжена устройством для регулирования зазора между ним и статором.Declared as a utility model, a hydropower plant according to the first and second variants differs from the prototype in that the horizontal axis on which the stator and rotor are suspended is mounted on vertical supports with the possibility of adjusting its position relative to the river level, and the rotor suspension is equipped with a device for regulating the gap between him and the stator.
Отличительные от прототипа признаки заявляемого устройства в обоих вариантах подтверждают его новизну.Distinctive features of the prototype of the features of the claimed device in both versions confirm its novelty.
Благодаря тому, что движитель ротора (в обоих вариантах исполнения ГЭС) выполнен в виде рамки с плоскостью из вертикальных пластин, установленных с возможностью принудительного их поворота на угол 90° и фиксации в этом положении, он при закрытых пластинах под действием давления движущегося потока воды (свободного течения реки) приходит в движение, отклоняя при этом ротор от своего исходного состояния. Ротор, двигаясь в направлении течения реки, перемещается вверх и, дойдя до установленного крайнего верхнего положения, принудительно поворачивает пластины на угол 90°, освобождая путь воде через рамку. Таким образом ротор уже не испытывает гидродинамического сопротивления и под действием силы тяжести перемещается в противоположную сторону, то есть против течения. Дойдя вновь до установленного крайнего верхнего положения, он принудительно закрывает пластины. И процесс повторяется. Ротор колеблется как маятник. Магниты, закрепленные на роторе, пересекая разноименными полюсами смежные ветви индукционной обмотки статора, возбуждают в них электрический ток одного направления. Второй вариант ГЭС от первого отличается тем, что содержит ускоритель потока воды, который влияет на период колебания ротора, повышает частоту его колебаний. Но путь решения поставленной задачи остается тот же, что и в первом варианте: получить электрическую энергию, преобразуя совместную энергию колебаний маятника и энергию течения реки.Due to the fact that the rotor mover (in both HPP versions) is made in the form of a frame with a plane of vertical plates installed with the possibility of their forced rotation through an angle of 90 ° and fixing in this position, it is closed when the plates are closed under the action of the pressure of a moving water stream ( free flow of the river) is set in motion, while deflecting the rotor from its original state. The rotor, moving in the direction of the river flow, moves upward and, having reached the set extreme upper position, forcibly rotates the plates by an angle of 90 °, freeing the way for water through the frame. Thus, the rotor no longer experiences hydrodynamic resistance and, under the action of gravity, moves in the opposite direction, that is, against the current. Having reached again to the set extreme upper position, he forcibly closes the plates. And the process is repeated. The rotor oscillates like a pendulum. The magnets mounted on the rotor, crossing the opposite branches of the adjacent branches of the stator induction winding, excite an electric current of one direction in them. The second option of a hydroelectric power station differs from the first one in that it contains an accelerator of water flow, which affects the period of oscillation of the rotor, increases the frequency of its oscillations. But the way to solve this problem remains the same as in the first version: to obtain electrical energy by converting the combined vibrational energy of the pendulum and the energy of the river.
Оба варианта ГЭС имеют одинаковое назначение и направлены на получение одного и того же технического результата, заключающегося в том, что под действием гидродинамического давления воды происходят колебания ротора с магнитами и, как следствие, возбуждение в индукционной обмотке статора электрического тока. Таким образом, оба варианта связаны между собой и образуют единый творческий замысел.Both HES versions have the same purpose and are aimed at obtaining the same technical result, namely, that under the influence of the hydrodynamic pressure of the water, the rotor oscillates with magnets and, as a result, the electric current is excited in the induction winding of the stator. Thus, both options are interconnected and form a single creative concept.
Поскольку ротор не вращается (как в прототипе), а, подвешенный на неподвижных опорах, совершает колебания взад-вперед как маятник, и в момент переключения Since the rotor does not rotate (as in the prototype), but, suspended on fixed supports, vibrates back and forth like a pendulum, and at the time of switching
поворотных вертикальных пластин движителя ротора одна половина этих пластин совершает противоположный поворот относительно другой половины, исключаются отклонение ротора от его продольной оси и боковое отклонение относительно вертикальной оси. Выполнение спирали лопастей одного колеса с противоположным направлением относительно спирали лопастей другого колеса в ускорителе потока воды по второму варианту исполнения ГЭС обусловлено тем, что при наличии одноступенчатой планетарной передачи эти колеса вращаются в противоположных направлениях.rotatable vertical plates of the rotor mover one half of these plates performs the opposite rotation relative to the other half, deviation of the rotor from its longitudinal axis and lateral deviation relative to the vertical axis are excluded. The execution of the spiral of the blades of one wheel with the opposite direction relative to the spiral of the blades of the other wheel in the water flow accelerator according to the second embodiment of the HPP is due to the fact that, in the presence of a single-stage planetary gear, these wheels rotate in opposite directions.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, представленными на фиг.1-4.The inventive utility model is illustrated by the drawings presented in figures 1-4.
На фиг.1 показан общий вид маятниковой ГЭС по первому варианту со стороны потока воды. На фиг.2 - вид ее сбоку (вдоль берега реки). На фиг.3 изображен ускоритель потока воды для второго варианта ГЭС. На фиг.4 изображена заявляемая ГЭС по второму варианту. Стрелками на фиг.2, 3, 4 показано направление течения реки.Figure 1 shows a General view of the pendulum hydroelectric power station according to the first embodiment from the side of the water flow. Figure 2 is a side view (along the riverbank). Figure 3 shows the accelerator of the flow of water for the second version of the hydroelectric power station. Figure 4 shows the inventive hydroelectric station according to the second embodiment. The arrows in figure 2, 3, 4 show the direction of the river.
Маятниковая ГЭС для обоих вариантов содержит неподвижные вертикальные опоры 1 (фиг.1, 2, 4), установленные на дне реки. На этих опорах 1 жестко установлена горизонтальная ось 2. На оси 2 жестко закреплены неподвижные крепежные элементы 3, на которых неподвижно подвешен статор 4 (фиг.1, 2, 4). На этой же оси 2 с помощью подшипников 5 (фиг.1) и крепежных элементов 6 (подвеска ротора) закреплен ротор 7. На подвеске 6 для регулирования ее длины и установки тем самым необходимого зазора между статором 4 и ротором 7 смонтировано регулировочное устройство 8. Статор 4 выполнен в виде массивного сегментного башмака, набранного из листов трансформаторной стали, с пазами 9, в которых уложена индукционная обмотка (фиг.2, 4). Ротор 7 выполнен также в виде массивного сегментного башмака из листов трансформаторной стали. На роторе 7 смонтированы чередующимися рядами постоянные высокоэнергетические магниты 10, уложенные с шагом, равным расстоянию между пазами, то есть непосредственно под пазами, в которых размещены ветви индукционной обмотки статора 4. Магниты 10 в смежных рядах имеют разноименные полюса. Ниже уровня реки на нижней выпуклой поверхности ротора 7 заодно с ним установлена рамка 11 с вертикальными поворотными пластинами. Для их принудительного поворота на вертикальных опорах 1 с внутренних сторон установлены кулачки 12 (фиг.1).The pendulum hydroelectric power station for both versions contains fixed vertical supports 1 (Figs. 1, 2, 4) installed on the bottom of the river. On these supports 1, a horizontal axis 2 is rigidly mounted. On the axis 2 are fixed fasteners 3, on which the stator 4 is fixedly suspended (Figs. 1, 2, 4). On the same axis 2, with the help of bearings 5 (Fig. 1) and fasteners 6 (rotor suspension), the rotor 7 is fixed. On the suspension 6 for adjusting its length and thereby setting the necessary clearance between the stator 4 and rotor 7, an adjusting device 8 is mounted. The stator 4 is made in the form of a massive segment shoe, assembled from sheets of transformer steel, with grooves 9 in which the induction winding is laid (Figs. 2, 4). The rotor 7 is also made in the form of a massive segment shoe made of sheets of transformer steel. Permanent high-energy magnets 10 are mounted on the rotor 7 in alternating rows, arranged in increments equal to the distance between the grooves, that is, directly below the grooves in which the branches of the stator induction winding are placed 4. The magnets 10 in adjacent rows have opposite poles. Below the river level, on the lower convex surface of the rotor 7, at the same time, a frame 11 with vertical turning plates is installed. For their forced rotation on the vertical supports 1 on the inner sides of the installed cams 12 (figure 1).
По второму варианту ГЭС снабжена ускорителем потока воды (фиг.3, 4). Ускоритель потока воды установлен, как показано на фиг.4, на неподвижных опорах на дне реки перед движителем ротора 7 (перед рамкой 11). Он содержит ведущий вал 13 с рабочим (ведущим) колесом 14, ведомый вал 15 с ведомым колесом 16 (фиг.3). Ведомый 15 и ведущий 13 валы соединены между собой одноступенчатой планетарной передачей, которая размещена во влагонепроницаемом, неподвижно закрепленном корпусе 17. В корпусе 17 неподвижно установлена кольцевая шестерня 18 с внутренними зубьями. Внутри шестерни 18 установлены сателлиты 19, связанные с водилом 20, жестко закрепленном на ведущем валу 13. На ведомом валу 15 жестко закреплено зубчатое колесо 21. Сателлиты 20, шестерня 18 и зубчатое колесо 21 представляют собой зубчатую передачу с передаточным отношением в несколько единиц (порядка 3-10). Направляющий аппарат для потока воды 22 (фиг.3, 4) смонтирован на корпусе 18 одноступенчатой планетарной передачи и выполнен из вертикальных поворотных пластин. Для регулирования положения горизонтальной оси 2 относительно уровня реки в верхней части опор 1 (фиг.1, 2, 4) смонтировано устройство 23, в котором на соответствующем уровне эта ось 2 имеет возможность быть установленной и жестко закрепленной.In the second embodiment, the hydroelectric station is equipped with an accelerator of water flow (Figs. 3, 4). The accelerator of the water flow is installed, as shown in figure 4, on the fixed supports at the bottom of the river in front of the propeller of the rotor 7 (in front of the frame 11). It contains a drive shaft 13 with a working (driving) wheel 14, a driven shaft 15 with a driven wheel 16 (figure 3). The driven 15 and driving 13 shafts are interconnected by a single-stage planetary gear, which is located in a waterproof, fixed housing 17. In the housing 17 is fixedly mounted ring gear 18 with internal teeth. Satellites 19 are mounted inside the gear 18 and are connected to the carrier 20, which is rigidly fixed on the drive shaft 13. The gear wheel 21 is fixed on the driven shaft 15. The satellites 20, gear 18 and gear 21 are gears with a gear ratio of several units (of the order 3-10). The guide apparatus for the flow of water 22 (Fig.3, 4) is mounted on the housing 18 of a single-stage planetary gear and is made of vertical rotary plates. To adjust the position of the horizontal axis 2 relative to the river level, a device 23 is mounted in the upper part of the supports 1 (Figs. 1, 2, 4), in which at the appropriate level this axis 2 has the ability to be installed and rigidly fixed.
ГЭС устанавливается на выбранном участке реки, свободном от судоходства и предпочтительно с максимальной скоростью ее свободного течения. При ее устройстве длина подвески 6 ротора 7 выбирается так, чтобы ротор 7 при колебании не касался своей нижней поверхностью поверхности воды, а между ротором 7 и статором 4 обеспечивался минимально необходимый для свободного колебания воздушный зазор.A hydropower plant is installed in a selected section of the river, free from shipping and preferably with a maximum speed of its free flow. With its arrangement, the length of the suspension 6 of the rotor 7 is selected so that the rotor 7 does not touch its lower surface of the water when oscillating, and the minimum air gap necessary for free oscillation is provided between the rotor 7 and the stator 4.
Работа устройства заключается в следующем.The operation of the device is as follows.
При закрытых вертикальных пластинах рамка 11, установленная навстречу течения реки, имеет наибольшую площадь сечения. Под действием текущей воды она оказывает напору воды большое гидродинамическое сопротивление и начинает двигаться по течению реки, обеспечивая подвижному ротору 7 большое усилие. Ротор 7 под действием этого усилия отклоняется по течению реки и перемещается вверх. Дойдя до установленной крайней верхней точки, с помощью кулачка 12 поворачивает вертикальные пластины рамки 11 на угол 90° и начинает под действием силы тяжести движение в обратную сторону, то есть против течения. При этом пластины рамки 11 направлены ребрами к течению, имеют минимальное поперечное сечение и не оказывают серьезного гидродинамического сопротивления при движении With closed vertical plates, the frame 11, installed in the direction of the river flow, has the largest cross-sectional area. Under the influence of flowing water, it exerts a high hydrodynamic resistance to the water pressure and begins to move along the river, providing a great effort to the movable rotor 7. The rotor 7 under the action of this force deviates along the river and moves up. Having reached the set extreme point, with the help of a cam 12 he rotates the vertical plates of the frame 11 through an angle of 90 ° and begins under the action of gravity to move in the opposite direction, that is, against the flow. In this case, the plates of the frame 11 are directed by the ribs to the flow, have a minimum cross section and do not have serious hydrodynamic resistance when moving
против течения. При достижении ротором 7 установленного крайнего верхнего положения с помощью кулачка 12 вновь происходит принудительный поворот вертикальных пластин рамки 11. Меняя свое положение, они вновь направлены своей плоскостью навстречу потоку воды и под действием течения реки ускоряют движение ротора 7 в направлении течения реки, компенсируя таким образом потери энергии ротора 7 при прежнем движении. Рамка 11, составленная из вертикальных пластин, имеющих возможность принудительного поворота и фиксации, обеспечивает постоянство амплитуды колебания ротора 7. Боковое отклонение ротора 7 относительно вертикальной оси в момент переключения вертикальных пластин исключается за счет того, что одна их половина совершает поворот в противоположную сторону относительно другой половины. Ряды чередующихся высокоэнергетических постоянных магнитов, пересекая северными и южными полюсами одновременно ветви индукционной обмотки, вызывают в них появление тока одного направления, частота которого будет определяться числом ветвей этой обмотки и количеством пар смежных разноименных полюсов магнитов 10. Чем меньше период колебания ротора 7, тем выше частота тока и больше его мощность. Естественно, что, чем больше скорость течения реки, тем меньше период колебания ротора 7. Для повышения скорости течения реки ГЭС снабжена ускорителем потока воды (фиг.4). При этом ускоритель потока воды может быть установлен непосредственно навстречу потоку воды любым из колес, ведущим 14 или ведомым 16. Под действием скорости течения реки первым начинает вращаться ведущее колесо 14, поскольку его диаметр больше диаметра ведомого колеса 16. Оно выполняет роль турбинного колеса, которое вращаясь, передает вращение через водило 20 и сателлиты 19 шестерне 18, а следовательно, и ведомому валу 15с ведомым колесом 16. Поскольку валы связаны между собой повышающей планетарной передачей, скорость вращения ведомого колеса 16 будет выше скорости вращения ведущего колеса 14, и ведомое колесо 16 будет выполнять роль насоса, ускоряя воду перед ведущим колесом 14, то есть осуществлять гидравлическую положительную обратную связь между турбинным и насосным колесами. Скорость вращения и мощность турбинного (ведущего) колеса 14 повысится, что приведет к увеличению скорости вращения ведомого колеса 16 и т.д. Этот процесс нарастает лавинообразно до достижения динамического равновесия, обусловленного наличием сопротивления трения и лобового сопротивления колес. Результатом этого процесса будет ускоренное течение потока воды (скорости течения реки) за ведущим колесом 14, которое установлено перед рамкой 11 с вертикальными поворотными against the stream. When the rotor 7 reaches the set extreme upper position by means of the cam 12, the vertical plates of the frame 11 are again forced to rotate. By changing their position, they are again directed with their plane towards the water flow and, under the action of the river flow, accelerate the movement of the rotor 7 in the direction of the river flow, thereby compensating energy loss of the rotor 7 in the same movement. The frame 11, composed of vertical plates with the possibility of forced rotation and fixing, provides a constant amplitude of oscillation of the rotor 7. Lateral deviation of the rotor 7 relative to the vertical axis at the time of switching vertical plates is eliminated due to the fact that one half of them rotates in the opposite direction relative to the other half. Rows of alternating high-energy permanent magnets crossing the branches of the induction winding at the same time by the north and south poles cause the appearance of a current of one direction, the frequency of which will be determined by the number of branches of this winding and the number of pairs of adjacent unlike poles of the magnets 10. The shorter the oscillation period of the rotor 7, the higher current frequency and more its power. Naturally, the higher the speed of the river, the shorter the period of oscillation of the rotor 7. To increase the speed of the river, the hydroelectric station is equipped with an accelerator of water flow (figure 4). In this case, the accelerator of the water flow can be installed directly in front of the water flow by any of the wheels leading 14 or driven 16. Under the influence of the speed of the river, the driving wheel 14 starts to rotate first, since its diameter is larger than the diameter of the driven wheel 16. It acts as a turbine wheel, which rotating, transmits the rotation through the carrier 20 and satellites 19 to the gear 18, and therefore to the driven shaft 15c with the driven wheel 16. Since the shafts are connected to each other by a planetary gear, the speed of rotation of the driven wheel 1 6 will be higher than the speed of rotation of the drive wheel 14, and the driven wheel 16 will act as a pump, accelerating the water in front of the drive wheel 14, that is, provide hydraulic positive feedback between the turbine and pump wheels. The rotation speed and power of the turbine (drive) wheel 14 will increase, which will lead to an increase in the rotation speed of the driven wheel 16, etc. This process grows like an avalanche until dynamic equilibrium is achieved, due to the presence of friction and wheel drag. The result of this process will be an accelerated flow of water (the speed of the river) behind the drive wheel 14, which is installed in front of the frame 11 with vertical swivel
пластинами (фиг.1). Для спрямления завихренного потока воды предназначен направляющий аппарат 22 (фиг.3, 4).plates (figure 1). To straighten the swirling flow of water, a guide apparatus 22 is intended (Figs. 3, 4).
Как видно, ГЭС по первому варианту имеет преимущество на скоростных реках, по второму варианту - на равнинных реках с малой скоростью течения.As you can see, the hydroelectric power station in the first embodiment has an advantage on high-speed rivers, in the second variant - on lowland rivers with low flow rates.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004131708/22U RU44355U1 (en) | 2004-11-01 | 2004-11-01 | PENDULAR HYDRO POWER PLANT (OPTIONS) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004131708/22U RU44355U1 (en) | 2004-11-01 | 2004-11-01 | PENDULAR HYDRO POWER PLANT (OPTIONS) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU44355U1 true RU44355U1 (en) | 2005-03-10 |
Family
ID=35365539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004131708/22U RU44355U1 (en) | 2004-11-01 | 2004-11-01 | PENDULAR HYDRO POWER PLANT (OPTIONS) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU44355U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655418C2 (en) * | 2016-07-13 | 2018-05-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" | Device for transformation of wave energy |
| RU2661974C2 (en) * | 2016-07-13 | 2018-07-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" | Device for wave energy conversion |
-
2004
- 2004-11-01 RU RU2004131708/22U patent/RU44355U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655418C2 (en) * | 2016-07-13 | 2018-05-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" | Device for transformation of wave energy |
| RU2661974C2 (en) * | 2016-07-13 | 2018-07-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" | Device for wave energy conversion |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4960363A (en) | Fluid flow driven engine | |
| US8080913B2 (en) | Hollow turbine | |
| US20060273594A1 (en) | Ocean wave generation | |
| US8698331B2 (en) | Bidirectional axial flow turbine with self-pivoting blades for use in wave energy converter | |
| JP2017530675A (en) | Generator and power generation method | |
| US20140159366A1 (en) | Power generating plant and floating plant for rivers and canals | |
| US7348686B2 (en) | Buoyant rotor | |
| WO2008093037A1 (en) | Apparatus for generating electrical power | |
| WO2007072513A1 (en) | Hydroelectric floating device and hydroelectric power station comprising such a device | |
| KR101098239B1 (en) | Hydro generator | |
| CN103437944B (en) | Level vertically fully utilizes float body rope wheel power generation system | |
| CN106762369A (en) | Vortex-induced vibration TRT | |
| RU44355U1 (en) | PENDULAR HYDRO POWER PLANT (OPTIONS) | |
| JP2017020482A (en) | Bistable type nonlinear pendulum power generator under utilization of fluid | |
| JP2014058944A (en) | Water power generator | |
| CN101265865A (en) | Sea hydraulic drive apparatus | |
| US20200011286A1 (en) | Floating drum turbine for electricity generation | |
| RU2508467C2 (en) | Submersible monoblock microhydro power plant | |
| US9816480B2 (en) | Single bucket drag-type turbine and wave power generator | |
| RU2579283C1 (en) | Underwater tidal power plant | |
| FI125302B (en) | Procedure for converting the energy of water waves into electricity by means of wave power plants and a wave power plant | |
| RU90848U1 (en) | HYDRO POWER PLANT OF MIRONOV-KNYAZEV | |
| KR20130139366A (en) | Natural energy extraction device | |
| Hindasageri et al. | Effect of variation of wave height and ocean depth on the performance of savonius rotors utilizing the orbital motion of ocean waves in shallow waters | |
| RU203188U1 (en) | Underwater tidal power plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20051102 |