Мини-гидроэлектростанция

Изобретение относится к машиностроению, в частности к мини-гидроэлектростанции. Мини-гидроэлектростанция содержит цистерну, состоящую из подвижно соединенных между собой обечайки 2, крышки и днища 3, внутреннюю полость, вертикальный вал в виде архимедова винта, соединенного муфтой с приводом электрического генератора 9 и кинематической парой 12 с днищем 3, зазор 7, установочные узлы 13. Винт имеет две спиралевидные лопасти 14, расположенные симметрично относительно его продольной оси. Внутренней полостью служит пространство между винтом и обечайкой 2. Зазором 7 служит расстояние между эквидистантными поверхностями обечайки 2 и пространства, заметаемого лопастями 14. Нижний торец имеет хвостовик, образующий вращательную кинематическую пару 12 с днищем 3. Изобретение направлено на повышение КПД и упрощение конструкции мини-гидроэлектростанции. 5 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к массовой электрификации сельского хозяйства и быта сельского населения, проживающего у берегов горных рек с большими уклонами и небольшими расходами воды. На них устанавливаются бесплотинные мини-гидроэлектростанции, обеспечивающие энергией крестьянские хозяйства, пастбища, малые предприятия и т.д.

В связи с постоянным удорожанием углеводных энергоносителей большое внимание обращается на использование альтернативных источников электроэнергии, получаемой более экономными способами с учетом экологического аспекта. Для мини-гидроэлектростанций характерно отсутствие зон затопления, быстрая окупаемость и экологичность. Проблемы и перспективы развития малой гидроэнергетики представлены в статье Инны Зубаревой. Киловатты в малых дозах. Российская газета. Специальный выпуск №6654 (83).

Из уровня техники известны мини-гидроэлектростанции (Листов П.П. Электростанция сельского хозяйства. М.: Колос, 1984, с. 20, 21), представляющие собой агрегаты малой мощности.

В качестве общего недостатка известных мини-гидроэлектростанций можно назвать их конструктивную сложность, довольно высокие внутренние энергетические потери водного потока (напора), дороговизна изготовления, связанная с необходимостью индивидуального проектирования. Все это снижает возможность повышения КПД известных мини-гидроэлектростанций и техническую привлекательность.

Из уровня техники известна мини-гидроэлектростанция (патент РФ №2439364 на изобретение, МПК F03B 3/00, F03B 13/00, 2012.01.10), содержащая водоподводящий канал и генератор, цистерну, внутри которой размещен вертикальный вал, со ступенчато установленными на нем дисками с лопастями, внутренняя полость цистерны выполнена в виде усеченного конуса, на дне которого установлено с возможностью вращения колесо, представляющее собой корпус с отводящими трубами, причем корпус колеса соединен с валом.

Известная мини-гидроэлектростанция имеет серьезный недостаток, который заключается в сложности конструкции и дороговизне его изготовления, который существенно снижает эффективность мини-гидроэлектростанции.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является мини-электростанция (патент РФ №2635750 на изобретение, МПК F03B 3/00, F03B 13/00, 2017.11.15), содержащая водоподводящий канал, цистерну, состоящую из подвижно соединенных между собой обечайки, крышки и днища, внутреннюю полость, вертикальный вал в виде архимедова винта, соединенного муфтой с приводом электрогенератора и кинематической парой с днищем цистерны, зазор между обечайкой цистерны и валом, достаточный для свободного вращения вала относительно обечайки цистерны.

В известном устройстве электрическую энергию получают посредством архимедова винта, неподвижно соединенного с цилиндрической или конически расширяющейся по потоку воды трубой, и выводящих наружу водный поток каналов в форме гротов.

Недостатками прототипа являются наличие в конструкции трубы (кроме обечайки цистерны), неподвижно соединенной с валом, гротов для вывода воды, что увеличивает внутренние энергетические потери, усложняет и утяжеляет конструкцию мини-гидроэлектростанции, что, как следствие, удорожает производство и сборку мини-гидроэлектростанции, снижает КПД и эффективность использования.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, повышение КПД и упрощение конструкции мини-гидроэлектростанции.

Для достижения указанного технического результата предлагается мини-электростанция, содержащая водоподводящий канал, цистерну, состоящую из подвижно соединенных между собой обечайки, крышки и днища, внутреннюю полость, вертикальный вал в виде архимедова винта, соединенного муфтой с приводом электрогенератора, а кинематической парой с днищем цистерны, зазор, установочные узлы, в которой винт имеет две спиралевидные лопасти, расположенные симметрично относительно его продольной оси, внутренней полостью служит пространство между архимедовым винтом и обечайкой цистерны, а зазором служит расстояние между эквидистантными поверхностями обечайки цистерны и пространства, заметаемого лопастями, при этом нижний торец имеет хвостовик, образующий вращательную кинематическую пару с днищем цистерны.

Архимедов винт выполнен пустотелым. Обечайка цистерны, труба и архимедов винт могут иметь эквидистантные конусности, расширяющиеся по потоку. Новым является то, что архимедов винт закрыт снизу торцевой заглушкой, несущей соосный винту хвостовик.

Наличие у винта двух спиралевидных лопастей позволяет достичь более точной балансировки относительно продольной оси.

Кинематическая пара, образованная хвостовиком и днищем цистерны, служит опорой архимедова винта. В данном техническом решении отдается предпочтение архимедову винту, в форме усеченного конуса, расширяющегося по потоку. Это положительно сказывается на его прочности, устойчивости, на уменьшении энергетических потерь потока во внутренней полости, так как это отвечает его стремлению удаляться от вала при вращении.

Вода, попадающая в зазор со спиралевидных лопастей, падает с предыдущих их витков на последующие (сверху-вниз), отдает свою часть потенциальной энергии - П, делая свой вклад в формирование момента, вращающего вал, которая равна:

П=m⋅g⋅h,

где m - масса воды;

g - ускорение свободного падения;

h - длина вала (высота цистерны).

Следовательно, уменьшение энергетических потерь потока, которая равна разности энергий, приводит к увеличению КПД мини-гидроэлектростанции:

,

где m - масса воды;

g - ускорение свободного падения;

h - длина вала (высота цистерны);

V1 - скорость потока на входе мини-гидроэлектростанции;

V2 - скорость потока на выходе мини-гидроэлектростанции.

Архимедов винт выполнен пустотелым. Торец пустотелого винта закрыт водонепроницаемой заглушкой, подвижно соединенной с торцом, например, с помощью винтов.

Выполнение мини-гидроэлектростанции согласно заявленному изобретению, позволяет упростить конструкцию мини-гидроэлектростанции, ее изготовление, монтаж и повысить КПД.

Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:

на фиг. 1 изображена конструктивная схема мини-гидроэлектростанции;

на фиг.2 изображена крышка мини-гидроэлектростанции;

на фиг. 3 изображена схема днища мини-гидроэлектростанции;

на фиг. 4 показана схема кинематической пары;

на фиг. 5 представлена схема работы мини-гидроэлектростанции.

Мини-гидроэлектростанция содержит водоподводящий канал 1, цистерну, состоящую из обечайки 2, днища 3 и крышки 4, архимедов винт 5, внутреннюю полость 6, зазор 7, муфту 8, электрогенератор 9, заглушку 10, хвостовик 11, кинематическую пару 12, установочные узлы 13.

Мини-гидроэлектростанция работает следующим образом.

Цистерну с помощью установочных узлов 13 устанавливают на берегу горной реки, откуда вода подается через водоподводящий канал 1 во внутреннюю полость 6 на спиралевидные лопасти 14 архимедова винта 5, приводя его вместе с муфтой 8 и приводным валом электрогенератора 10 во вращение относительно обечайки 2 цистерны под действием вращающего момента реактивных сил, формируемых взаимодействием водного потока с рабочей поверхностью спиралевидных лопастей 14. Поток, выходящий из внутренней полости 6 наружу, создает реактивный момент, дополняющий вращающийся момент архимедова винта 5.

В результате вращения архимедова винта 5 включается в работу электрогенератор 9, выдающий электрический ток, что является конечной целью изобретения.

Архимедов винт 5 выполнен пустотелым, его торец закрыт заглушкой 10, с которой соединен хвостовик 11, образующий с днищем 3 цистерны вращательную кинематическую пару 12. Обечайка 2 цистерны и архимедов винт 5 могут иметь эквидистантные конусности, расширяющиеся по потоку, разделенным малым, но достаточным для свободного вращения архимедова винта 5 в обечайке 2 с зазором 7.

Таким образом, предложенная мини-гидроэлектростанция обеспечивает повышение КПД и упрощение конструкции мини-электростанции.

Мини-гидроэлектростанция, содержащая водоподводящий канал, цистерну, состоящую из подвижно соединенных между собой обечайки, крышки и днища, внутреннюю полость, вертикальный вал в виде архимедова винта, муфтой соединенного с приводом электрического генератора и кинематической парой с днищем цистерны, зазор, установочные узлы, винт выполнен пустотелым и имеет две спиралевидные лопасти, расположенные симметрично относительно его продольной оси, внутренней полостью служит пространство между архимедовым винтом и обечайкой цистерны, а зазором служит расстояние между эквидистантными поверхностями обечайки цистерны и пространства, заметаемого лопастями, при этом нижний торец имеет хвостовик, образующий вращательную кинематическую пару с днищем цистерны, отличающаяся тем, что архимедов винт закрыт снизу торцевой водонепроницаемой заглушкой, несущей соосный винту хвостовик.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к гирляндным гидроэлектростанциям. Гидроэлектростанция содержит последовательно соединенные узлом 8 карданного типа турбины, выполненные в виде цилиндрических поплавков с закреплёнными рабочими лопастями 7.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и гидроэнергетики. Ветро-гидросиловая установка содержит основание, жестко сидящий на нем корпус подшипника, в котором на подшипниках сидит вал, в пазах которого расположены лопасти, ограниченные упорами, в количестве по меньшей мере двух штук и они расположены на разных высотах и с угловым смещением под углом 90°.

Изобретение относится к водоветроэнергетическому машиностроению. Водоветровой двигатель содержит установленный на опорно-поворотной оси 2 корпус с направляющим раструбом-рассекателем 3, размещенные в корпусе рабочие валы с лопастями 6 и вал привода потребителя, механизм привода вала потребителя, связывающий рабочие валы и вал привода потребителя.

Изобретение относится к способу и устройству производства электроэнергии под действием потока. Способ для производства электроэнергии с использованием турбин и генераторов с переменным моментом инерции за счет вращения винта под действием потока и вращения ротора внутри статора, где в одной части возбуждается магнитное поле за счет электромагнитов или постоянных магнитов, а в другой части в обмотке наводится ЭДС и при подключении нагрузки появляется электрический ток, в котором две группы роторов работают поочередно от одного винта в противоположных направлениях, при этом каждый ротор состоит из нескольких роторов, имеющих различные моменты инерции, которые во время вращения могут объединяться в единую систему вращения с винтом или разъединяться в зависимости от изменения мощности потока, вырабатывая электроэнергию на оптимальных оборотах вращения, при этом винт сначала раскручивает первую группу роторов и при смене потока на встречное направление переключается на другую группу роторов, при этом роторы первой группы при отключении винта и нагрузки могут работать в качестве маховиков, а другие роторы принимать эту энергию и вырабатывать электроэнергию.

Группа изобретений относится к устройству и системе для производства электроэнергии с использованием потока воды. Устройство 14 содержит сужающуюся часть 16, соединенную с первым концом смесительной трубы 18 с образованием трубы Вентури 20 между концом части 16 и смесительной трубой 18; диффузор 22, соединенный со вторым концом трубы 18 и выполненный таким образом, что в процессе эксплуатации давление на его выходе превышает давление в трубе Вентури 20; трубу 24 турбины, содержащую пакет лопаток 30.

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к бесплотинным гидроэлектростанциям, которые могут быть установлены на различной глубине и работать в любое время года.

Изобретение относится к двунаправленному устройству генерации энергии посредством прилива. Устройство содержит множество канальных дамб 10, расположенных на расстоянии друг от друга для образования канала 14 постоянной ширины, содержащих множество установочных канавок 10а, каждая из которых выполнена посредством выемок на поверхности, обращенной к каналу 14, первый и второй водозаборники 11 и 12, а также модуль 20 водяного колеса, вставленный в канавку 10а и выполненный с возможностью вырабатывать электроэнергию с использованием движения приливно-отливного течения.

Изобретение относится к области ветро-гидро-энергетики. Модуль выработки электроэнергии, включающий ось, на которой установлены вращающиеся втулки с прикрепленным к ним ветровым колесом, ротор и статор электрогенератора, дополнительно снабжен гидроколесом, на наружной цилиндрической поверхности которого закреплены лопасти, ось выполнена полой, статор электрогенератора герметично закреплен на оси, вращающиеся втулки установлены на оси по обе стороны от статора, на втулках закреплены охватывающий статор герметичный ротор и охватывающее ротор гидроколесо, на втулке, расположенной с противоположной от гидроколеса стороны оси, закреплено ветроколесо с лопастями, причем гидроколесо и ветроколесо установлены с возможностью демонтажа.

Изобретение относится к сооружениям для получения электроэнергии при ограниченном объеме энергоносителя. Погружная гидроэлектростанция включает водохранилище, выполненное в виде закрытого бассейна 1, по крайней мере одну раму, которая жестко закреплена на дне бассейна 1 и выполнена в виде вертикальных и горизонтальных стоек 4, 5 корпус 7, баллоны 10 и 27, заполняемые сжатым воздухом от компрессора 38.

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для преобразования энергии водных потоков рек в электрическую энергию. Гидротурбина включает закрепленные с двух торцов лопасти 1, одна из которых закреплена на валу 6, две конгруэнтно установленные друг относительно друга кольцевые насадки 3, 4 с разными диаметрами, выбранными из условия вхождения одной части в другую.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования энергии морских волн в электроэнергию. Сущность изобретения заключается в том, что стационарный преобразователь энергии морских волн преобразует энергию угловых перемещений плавающего тела на профиле волны, а также кинетическую энергию подъема и опускания плавающего тела при прохождении волны.

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к гирляндным гидроэлектростанциям. Гидроэлектростанция содержит последовательно соединенные узлом 8 карданного типа турбины, выполненные в виде цилиндрических поплавков с закреплёнными рабочими лопастями 7.

Группа изобретений относится к плавучей турбине для выработки электроэнергии и к системе для накопления энергии, в которой используется такая турбина. Плавучая турбина (10A-10E) содержит вращающийся набор лопастей, которые вращаются вокруг общей оси и соединены с возможностью связи с системой выработки электроэнергии, выполненной с возможностью выработки электроэнергии при их вращении, систему управления плавучестью, выполненную с возможностью управляемого придания положительной плавучести турбине (10A-10E), одно или более воздушных сопел и направляющую для направления турбины (10A-10E) вдоль общей оси при ее движении.

Группа изобретений относится к системе сбора энергии от подвижной массы. Система содержит по меньшей мере один туннель и выполнена с возможностью внедрения в подвижную массу.

Изобретение относится к производству электроэнергии путем преобразования энергии волн. Поплавковая волновая электростанция содержит якорь 1, установленный на дне и связанный тросом 2 с герметичным поплавком 3, электрический генератор с вертикальными стойками 7.

Изобретение относится к турбоагрегатам. Турбоагрегат 1 содержит рабочую камеру с кожухом 12 и ротор 2 со встроенным в камеру центральным участком 7 и размещенными вне камеры передним и задним участками.

Изобретение относится к преобразователю энергии потока жидкости и может быть использовано для привода вентилятора калориферных установок. Преобразователь включает вал 1, трубчатую спираль 4 конической формы с каналами входа и выхода 2, 3.

Изобретение относится к производству электроэнергии путем преобразования энергии волн. Поплавковая волновая электростанция содержит обтекаемые герметичные пары поплавков 1 и 2.

Изобретение относится к гидроэнергетике. Гидроэлектростанция содержит два корпуса 1 и 2, установленные параллельно по обе стороны русла 3 реки или канала, разделенного перегородками 4 на две рабочие магистрали 5 с резервуарами 11 и 12, и расположенную между ними отводную магистраль 6, снабженные заслонками 7 и 8.

Изобретение относится к океанскому или морскому волновому прибрежному электрогенератору. Электрогенератор содержит башенку 1 с опорой 2 на дне, корпус силовой части 3 на верху башенки 1 с возможностью разворота, генераторы 4, установленные с двух сторон корпуса 3, рычаг 5, на оси нижнего конца которого расположен поплавок в виде тележки с килем 7 и баллонами 6 тороидальной формы.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к мини-гидроэлектростанции. Мини-гидроэлектростанция содержит цистерну, состоящую из подвижно соединенных между собой обечайки 2, крышки и днища 3, внутреннюю полость, вертикальный вал в виде архимедова винта, соединенного муфтой с приводом электрического генератора 9 и кинематической парой 12 с днищем 3, зазор 7, установочные узлы 13. Винт имеет две спиралевидные лопасти 14, расположенные симметрично относительно его продольной оси. Внутренней полостью служит пространство между винтом и обечайкой 2. Зазором 7 служит расстояние между эквидистантными поверхностями обечайки 2 и пространства, заметаемого лопастями 14. Нижний торец имеет хвостовик, образующий вращательную кинематическую пару 12 с днищем 3. Изобретение направлено на повышение КПД и упрощение конструкции мини-гидроэлектростанции. 5 ил.

Наверх