Речной гидроэлектрогенератор

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Прищепов Михаил Александрович Тимошенко Василий Яковлевич Прищепова Елена Михайловна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Речной гидроэлектрогенератор, содержащий корпус, рабочий орган - осевое колесо,выполненное в виде обруча со спицами, каждая из которых снабжена поворотной лопастью, и закрепленное на вертикально вращающемся валу, и электогенератор, вал которого кинематически связан с вертикально вращающимся валом осевого колеса, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде плоского поплавка, имеющего по центру вертикальное сквозное отверстие для прохождения кинематически связанных вала осевого колеса и вала электрогенератора, установленного в верхней надводной плоскости поплавка, с двух противоположных сторон которого установлены крепления для тросов, фиксируемых на противоположных берегах реки, при этом на каждой спице свободно шарнирно подвешены вдоль своих больших боковых сторон поворотная лопасть и упор, ограничивающий поворот 16246 1 2012.08.30 до вертикального положения поворотной лопасти на одной половине траектории движения осевого колеса под действием набегающего потока воды, причем на каждой спице с противоположной стороны от упора в одной плоскости с обручем жестко закреплена дополнительная плоская пластина своей большей боковой стороной, а поворотные лопасти выполнены из материала, имеющего удельную плотность в 1,1-1,5 раза выше плотности воды. Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для преобразования энергии потока воды реки в электрическую. Известна гидротурбина для микроГЭС 1, содержащая рабочее колесо с поперечными лопастями и струенаправляющее устройство с двумя выходными каналами, расположенными симметрично относительно продольной его оси, а оси выходных каналов смещены друг относительно друга в радиальном направлении на величину диаметра каналов. Недостатком данного устройства является наличие струенаправляющего устройства,которое ограничивает поток жидкости и, следовательно, уменьшает энергию воды, поступающей на рабочее колесо. Известна установка для использования энергии гидравлического потока 2, имеющая погруженный в воду корпус, в котором размещен рабочий орган в виде осевого колеса,снабженный поворотными лопастями, концы которых выполнены подвижными, и кинематически связанный с преобразователем энергии, и установленную на корпусе заслонку,имеющую щелевые прорези, кроме того, корпус снабжен направляющей, установленной на выходе потока из установки. Недостатками данной установки являются потери энергии вследствие большой величины коэффициента присоединенной массы жидкости при повороте лопасти и невозможность использования в погруженном состоянии в открытых каналах и реках. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является гидроагрегат 3, содержащий корпус, рабочий орган - осевое колесо, выполненное в виде обруча со спицами, снабженными поворотными лопастями, закрепленное на вертикальном вращающемся валу, кинематически связанным с валом электрогенератора. Недостатком данного гидроагрегата является высокая материалоемкость из-за наличия массивного погруженного в воду корпуса, склонность к опрокидыванию (особенно при больших скоростях потока воды), так как корпус устанавливается на дно водоема, а также сложность кинематического соединения электрогенератора с вертикальным валом осевого колеса вследствие значительного колебания как глубины водоема, так и уровня воды в водоеме от паводков и засухи. Задачей изобретения является снижение материалоемкости и обеспечение круглогодичной эксплуатации устройства как на глубоководных, так и мелководных водоемах. Поставленная задача достигается тем, что в речном гидроэлектрогенераторе, содержащем корпус, рабочий орган - осевое колесо, выполненное в виде обруча со спицами,каждая из которых снабжена поворотной лопастью, и закрепленное на вертикально вращающемся валу, и электрогенератор, вал которого кинематически связан с вертикально вращающимся валом осевого колеса, согласно изобретению, корпус выполнен в виде плоского поплавка, имеющего по центру вертикальное сквозное отверстие для прохождения кинематически связанных вала осевого колеса и вала электрогенератора, установленного в верхней надводной плоскости поплавка, с двух противоположных сторон которого установлены крепления для тросов, фиксируемых на противоположных берегах реки, при этом на каждой спице свободно шарнирно подвешены вдоль своих больших боковых сторон поворотная лопасть и упор, ограничивающий поворот до вертикального положения поворотной лопасти на одной половине траектории движения осевого колеса под действием набегающего потока воды, причем на каждой спице с противоположной стороны от упора в одной плоскости с обручем жестко закреплена дополнительная плоская пластина 2 16246 1 2012.08.30 своей большей боковой стороной, а поворотные лопасти выполнены из материала, имеющего удельную плотность в 1,1-1,5 раза выше плотности воды. В предлагаемом речном гидроэлектрогенераторе осевое колесо вращается с минимальными потерями, кроме того, всегда у поверхности воды на глубине ниже промерзания в зимний период. Существенными отличительными признаками речного гидроэлектрогенератора являются конструкция корпуса, выполненного в виде плоского поплавка, а также осевого колеса, в котором лопасти поворачиваются на 90 вокруг горизонтально расположенных спиц. Для обеспечения минимальных потерь энергии потока воды лопасти поворачиваются наибольшей плоскостью к набегающему потоку воды в активной зоне его воздействия и наименьшей плоскостью - в пассивной зоне. Выполнение поворотных лопастей из материала с плоскостью в 1,11,5 раза выше плотности воды и наличие дополнительных плоских лопастей, жестко закрепленных на спицах с противоположной стороны от упоров в одной плоскости с обручем колеса, обеспечивает практически мгновенный поворот лопастей при их переходе из активной зоны в пассивную и наоборот, что в итоге способствует максимальному использованию энергии потока воды. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен фронтальный вид речного гидроэлектрогенератора со стороны течения реки на фиг. 2 - вид сверху на фиг. 3 - вид сбоку. Речной гидроэлектрогенератор состоит из корпуса 1, выполненного в виде плоского поплавка, имеющего по центру вертикальное сквозное отверстие для прохождения кинематически связанных валов 2, осевого колеса 3 и вала 4, электрогенератора 5, установленного сверху над поплавком на специальном креплении. Осевое колесо выполнено в виде обруча 6 (фиг. 2) со спицами 7, которые снабжены свободно шарнирно подвешенными вдоль больших боковых сторон поворотными лопастями 8 и упорами 9, ограничивающими поворот лопастей набегающим потоком воды до вертикального положения. При этом поворотные лопасти выполнены из материала, имеющего плотность в 1,11,5 раза выше плотности воды, а спицы 7 снабжены дополнительными плоскими пластинами 10, жестко закрепленными большими боковыми сторонами на них с противоположной стороны от упоров 9 в одной плоскости с обручем 6 колеса 3. Кроме этого, поплавок 2 с двух противоположных боковых сторон имеет крепление 11 для тросов 12, зафиксированных за берега реки 13. Речной гидроэлектрогенератор работает следующим образом. После спуска на воду поплавок 1 гидроэлектрогенератора с помощью крепления 11 и тросов 12 фиксируют в заданном месте русла реки, которое выбирается из условий достаточности глубины реки,максимума скорости потока воды, близости к электроснабжающему объекту и др. При этом поток воды, в котором расположено осевое колесо 3, воздействует на него свободно шарнирно подвешенные лопасти 8, которые в активной зоне потока (правая часть потока от оси вращения фиг. 2) раскрываются до вертикального положения и упираются на упоры 9, а в пассивной зоне, где упор 9 находится перед лопастями 8 относительно потока воды, они поворачиваются в плоскость обруча 6. Для быстрого поворота лопастей 8 при их переходе из активной зоны в пассивную и наоборот они выполняются из материала с плотностью в 1,11,5 раза больше плотности воды, это обеспечивает их поворот под собственным весом в вертикальное положение в активной зоне и поворот в плоскость обруча 6 с минимальными затратами энергии, которая направлена встречно и вычитается с полезной энергией, получаемой в активной зоне колеса и идущей на вращение вала 4 электрогенератора 5. Наличие дополнительных пластин 10, жестко закрепленных на спицах 7,способствует лучшему использованию энергии потока воды как в активной, так и в пассивной зонах, при повороте лопастей 8, соответственно, за счет повышения давления потока воды перед лопастями 8 в активной зоне и снижения давления за лопастями 8 в пассивной зоне. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4