RU69578U1 - Гидродинамическая установка для утилизации энергии текущей среды - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к гидроэнергетике, в частности к силовым установкам для утилизации энергии текущей среды, и может быть использована для преобразования энергии потока текущей среды, например потока рек, в электрическую.

Гидродинамическая установка для утилизации энергии текущей среды содержит несущий каркас, с установленными в нем с возможностью вращения как минимум двумя вертикальными валами, с приводными колесами, охватываемыми как минимум одним гибким тяговым элементом, к которому, образуя замкнутый конвейер, жестко прикреплены лопасти, как минимум одной ветвью замкнутого конвейера взаимодействующие с потоком текущей среды, а на несущем каркасе размещен электрогенератор, связанный приводом с одним из валов замкнутого конвейера.

Новым в установке является то, что лопасти выполнены в виде объемных геометрических фигур, боковые поверхности которых образованы двумя вертикальными, симметрично расположенными цилиндрическими поверхностями, а основания лопастей имеют форму лепестков, на которых в местах пересечения их осей симметрии закреплены скользящие опоры, контактирующие с замкнутыми направляющими, выполненными в верхнем и нижнем основаниях несущего каркаса.

Объемные геометрические фигуры, образующие лопасти, имеют положительную плавучесть.

Объемные геометрические фигуры выполнены полыми.

Это позволяет за счет дополнительного увеличения скорости движения замкнутого конвейера значительно увеличить мощность гидродинамической установки.

Description

Полезная модель относится к гидроэнергетике, в частности к силовым установкам для утилизации энергии текущей среды, и может быть использована для преобразования энергии потока текущей среды, например потока рек, в электрическую.

Известна силовая установка для утилизации энергии текущей среды, содержащая несущий каркас, на котором размещена активная турбина, с установленными в ней с возможностью вращения двумя вертикальными валами, по краям которых закреплены приводные колеса, связанные между собой верхним и нижним гибкими тяговыми элементами, между которыми размещены лопасти, выполненные в виде плоских пластин, образуя замкнутый конвейер, расположенный поперек потока, лопасти установлены под углом к направлению потока, замкнутый конвейер снабжен скользящими опорами, взаимодействующими с направляющими, выполненными в верхнем и нижнем основаниях несущего каркаса, а на несущем каркасе размещен электрогенератор, связанный приводом с одним из валов замкнутого конвейера, причем несущий каркас имеет как минимум две пары направляющих, а скользящие опоры, взаимодействующие с направляющими, расположены на фронтальной и тыльной боковых кромках лопастей (см. описание изобретения к патенту РФ №2166664, заявл. 19.06.2000, опубл. 10.05.2001, по кл. F03D 5/02).

Выполнение лопастей в виде плоских пластин, установленных наклонно к потоку, и размещение их на ветвях замкнутого конвейера, расположенного поперек потока, не позволяет создать на каждой ветви замкнутого конвейера чередование зон для увеличения скорости потока текущей среды и зон повышенного давления с созданием условий для гидродинамической кавитации, что снижает мощность гидродинамической

установки. Кроме того, наличие, как минимум, двух пар направляющих, выполненных в верхнем и нижнем основаниях несущего каркаса, и наличие у каждой лопасти двух пар скользящих опор, взаимодействующих с соответствующими направляющими, усложняют конструкцию, а значительное количество опор скольжения увеличивает сопротивление движению бесконечного конвейера и также приводит к потере мощности.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому (прототипом) является гидродинамическая установка для утилизации энергии текущей среды, содержащая несущий каркас, с установленными в нем с возможностью вращения как минимум двумя вертикальными валами, с приводными колесами, охватываемыми как минимум одним гибким тяговым элементом, к которому, образуя замкнутый конвейер, жестко прикреплены лопасти, как минимум одной ветвью замкнутого конвейера взаимодействующие с потоком текущей среды, а на несущем каркасе размещен электрогенератор, связанный приводом с одним из вертикальных валов замкнутого конвейера, причем каждая лопасть выполнена в виде ковша, способного складываться и ложиться на замкнутый конвейер при переходе с его рабочей ветви на холостую, а замкнутый конвейер имеет на внешней поверхности карман для автоматического подъема лопасти потоком среды при переходе ее из холостого в рабочее положение (см. описание изобретения к патенту РФ №2269672, заявл. 17.06.2004, опубл. 10.02.2006, по кл. F03B 9/00).

Недостатком данной гидродинамической установки также является то, что она не позволяет создать даже на рабочей ветви замкнутого конвейера чередование зон для увеличения скорости потока текущей среды и зон повышенного давления с созданием условий для гидродинамической кавитации, что значительно снижает ее мощность. Кроме того, известная гидродинамическая установка не берет значительную часть энергии потока, так как она имеет холостую ветвь, не участвующую в работе.

Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, состоит в том, чтобы при прохождении потока через замкнутый конвейер создать чередование зон ускорения текущей среды и зон повышенного давления с образованием гидродинамической кавитации, что позволит дополнительно увеличить скорость движения замкнутого конвейера и увеличить мощность гидродинамической установки.

Поставленная задача решается тем, что в гидродинамической установке для утилизации энергии текущей среды, содержащей несущий каркас, с установленными в нем с возможностью вращения как минимум двумя вертикальными валами, с приводными колесами, охватываемыми как минимум одним гибким тяговым элементом, к которому, образуя замкнутый конвейер, жестко прикреплены лопасти, как минимум одной ветвью замкнутого конвейера взаимодействующие с потоком текущей среды, а на несущем каркасе размещен электрогенератор, связанный приводом с одним из валов замкнутого конвейера, согласно полезной модели, лопасти выполнены в виде объемных геометрических фигур, боковые поверхности которых образованы двумя вертикальными, симметрично расположенными цилиндрическими поверхностями, а основания лопастей имеют форму лепестков, на которых в местах пересечения их осей симметрии закреплены скользящие опоры, контактирующие с замкнутыми направляющими, выполненными в верхнем и нижнем основаниях несущего каркаса.

Объемные геометрические фигуры, образующие лопасти, имеют положительную плавучесть.

Объемные геометрические фигуры выполнены полыми.

Выполнение каждой лопасти замкнутого конвейера в виде объемной геометрической фигуры, с боковой поверхностью, образованной двумя вертикальными, симметрично расположенными цилиндрическими поверхностями и с основаниями, имеющими форму лепестков, при наклонном или поперечном расположении ветвей замкнутого конвейера к потоку позволяет создать между смежными лопастями на входе зону

ускорения текущей среды, а на выходе зону повышенного давления с образованием кавитационного поля, что позволяет увеличить скорость движения замкнутого конвейера.

Закрепление в местах пересечения осей симметрии каждого основания, имеющего форму лепестка, по одной скользящей опоре и наличие одной верхней и одной нижней замкнутой направляющей, выполненных в соответствующих основаниях несущего каркаса, позволяет значительно упростить конструкцию заявляемой установки, уменьшить значительное количество опор скольжения и снизить сопротивление движению бесконечного конвейера.

Выполнение лопастей в виде объемных геометрических фигур с положительной плавучестью, в частности, выполнение их полыми, позволяет без дополнительных плавающих средств удерживать гидродинамическую установку на плаву, что также упрощает ее конструкцию.

Сущность полезной модели поясняется описанием ее конструкции и чертежом, где:

на фиг.1 схематично изображена гидродинамическая установка для утилизации энергии текущей среды, разрез по А-А на фиг.2;

на фиг.2, то же, вид сбоку;

на фиг.3 схематично изображена лопасть замкнутого конвейера.

Гидродинамическая установка для утилизации энергии текущей среды содержит несущий каркас 1, с противоположных сторон которого с возможностью вращения установлены два вертикальных вала 2 и 3. К вертикальным валам 2, 3 прикреплены приводные колеса 4, 5, охватываемые гибким тяговым элементом 6, на котором жестко закреплены лопасти, образуя замкнутый конвейер. Лопасти на гибком тяговом элементе 6 установлены под углом к направлению потока текущей среды. Каждая лопасть замкнутого конвейера выполнена в виде объемной геометрической фигуры, с боковой поверхностью, образованной двумя вертикальными, симметрично расположенными цилиндрическими поверхностями 7 и 8 и с

верхним и нижним основаниями, имеющими форму лепестков 9 и 10 соответственно. В верхнем и нижнем основаниях несущего каркаса 1 расположены замкнутые направляющие 11, 12, а на лепестках 9, 10, в местах пересечения их осей симметрии закреплены скользящие опоры 13, контактирующие с соответствующими замкнутыми направляющими 11, 12. На несущем каркасе 1 размещен электрогенератор 14, с помощью, например, редуктора 15 и ременной передачи 16, связанный с одним из вертикальных валов, например с валом 2 замкнутого конвейера.

Лопасти, выполненные в форме объемных геометрических фигур, имеют положительную плавучесть, и изготовлены, например, полыми.

Гидродинамическая установка для утилизации энергии текущей среды работает следующим образом.

Предварительно устанавливают угол наклона лопастей относительно ветвей гибкого тягового элемента 6. Угол наклона лопастей должен соответствовать скорости потока и необходимой мощности гидродинамической установки.

Несущий каркас 1 любым известным способом, например канатами с якорями, посредством плавающего средства или донного фундамента (на чертеже не показаны) фиксируют в русле реки, располагая замкнутый конвейер поперек потока текущей среды или наклонно.

При расположении замкнутого конвейера поперек потока текущая среда воздействует на фронтально расположенные к потоку участки вертикальных боковых цилиндрических поверхностей 7, 8 лопастей обеих ветвей. Лопасти под воздействием потока начинают перемещаться по замкнутым направляющим 11, 12, с которыми контактируют их скользящие опоры 13, закрепленные на основаниях, выполненных в форме лепестков 9 и 10. При этом, гибкий тяговый элемент 6, охватывающий колеса 4, 5, приводит вертикальные валы 2 и 3 во вращение. Вращение вертикального вала 2 через ременную передачу 16 и редуктор 15 передается на электрогенератор 14, преобразуя энергию потока в электрическую.

Так как каждая лопасть замкнутого конвейера выполнена в виде объемной геометрической фигуры, с боковой поверхностью, образованной двумя вертикальными, симметрично расположенными цилиндрическими поверхностями 7 и 8 и с верхним и нижним основаниями, имеющими форму лепестков 9 и 10 соответственно, то при прохождении потока между смежными лопастями на входе каждой ветви замкнутого конвейера создается зона ускорения текущей среды, а на выходе зона повышенного давления.

В зоне ускорения текущей среды за счет сужения проходного сечения скорость потока увеличивается, а давление падает. При достижении величины давления насыщенных паров в текущей среде образуются газонаполненные пузырьки (коверны). Перемещаясь в потоке и попадая в зону повышенного давления, газонаполненные пузырьки схлопываются. Схлопывание микропузырьков по всему сечению потока приводит к образованию пульсирующих ударных волн, к увеличению энергии кавитационного поля и значительному увеличению давления, что способствует увеличению скорости движения замкнутого конвейера. Из зоны повышенного давления первой ветви замкнутого конвейера поток проступает в зону ускорения текущей среды второй ветви, а затем в зону ее повышенного давления, что также позволяет увеличить скорость движения замкнутого конвейера.

Данная гидродинамическая установка может работать и при наклонном расположении замкнутого конвейера, при этом лопасти первой ветви должны быть расположены вдоль встречного потока, а лопасти второй ветви замкнутого конвейера - поперек этого потока (на чертеже не показано).

По сравнению с прототипом заявляемая полезная модель позволяет за счет дополнительного увеличения скорости движения замкнутого конвейера увеличить мощность гидродинамической установки.

Claims (3)

1. Гидродинамическая установка для утилизации энергии текущей среды, содержащая несущий каркас, с установленными в нем с возможностью вращения как минимум двумя вертикальными валами, с приводными колесами, охватываемыми как минимум одним гибким тяговым элементом, к которому, образуя замкнутый конвейер, жестко прикреплены лопасти, как минимум одной ветвью замкнутого конвейера взаимодействующие с потоком текущей среды, а на несущем каркасе размещен электрогенератор, связанный приводом с одним из валов замкнутого конвейера, отличающаяся тем, что лопасти выполнены в виде объемных геометрических фигур, боковые поверхности которых образованы двумя вертикальными, симметрично расположенными цилиндрическими поверхностями, а основания лопастей имеют форму лепестков, на которых в местах пересечения их осей симметрии закреплены скользящие опоры, контактирующие с замкнутыми направляющими, выполненными в верхнем и нижнем основаниях несущего каркаса.

2. Гидродинамическая установка для утилизации энергии текущей среды по п.1, отличающаяся тем, что объемные геометрические фигуры, образующие лопасти, имеют положительную плавучесть.

3. Гидродинамическая установка для утилизации энергии текущей среды по п.2, отличающаяся тем, что объемные геометрические фигуры выполнены полыми.