Мобильная ветро-гидроэлектростанция
Полезная модель относится к альтернативной энергетике и может быть использована при создании совместных преобразований энергии ветра и воды в электрическую энергию. Мобильная ветро-гидроэлектростанция (далее МВГЭС) используется в области альтернативной энергетики и предназначена для обеспечения электроэнергией зон отдыха, нужд сельского хозяйства, школ, спортивных сооружений, мастерских и т.п. Сущность полезной модели: МВГЭС содержит две металлических лодки корпуса которых, соединенных между собой балками, между ними находится два магнитно-электрических генераторов (далее МЭГ), состоящих из внешнего ротора, с фигурными лопастями, внутри которого размещены обмотки внутреннего ротора с постоянными магнитами, роторы МЭГ вращаются в противоположные стороны. Ось внутреннего ротора соединена с коническими редукторами, вращение которых обеспечивается роторными ветроэнергетическими установками (далее РВЭУ), установленными вертикально на палубах лодок параллельно друг другу в вертикальной плоскости перпендикулярно к оси вращения МЭГ. Вращающие валы РВЭУ установлены внутри опорных труб на подшипниках. Валы РВЭУ через одноступенчатые конические редукторы соединены с обгонными двойными муфтами. Лопасти РВЭУ параллельно стоящих на разных палубах лодок ориентированы таким образом, чтобы вращение роторов было направлено навстречу друг другу, исключая влияние гироскопического момента на вращение лодок вокруг вертикальной оси. Конические редукторы РВЭУ обеспечивают вращение внутреннего ротора в противоположную сторону вращению внешнего ротора МЭГ. Направление вращения внешнего ротора МЭГ осуществляется взаимодействием его лопастей с направлением вектора скорости течения реки. Лодки снабжены гребными винтами для мобильного перемещения МВГЭС в район эксплуатации или технического обслуживания. Гребные винты лодок вращаются двигателями постоянного тока, работа которых обеспечивается от электроаккумуляторов, которые накапливают энергию от МЭГ. Вертикальные стенки носовой части лодок используются в качестве конфузора. Нижняя часть конфузора имеет вид криволинейной поверхности, края которой закреплены на корпусах двух рядом параллельно стоящих лодок. Поверхность нижней части диффузора расположена под углом 45° от вершины криволинейной поверхности, далее по радиусу внешнего ротора МЭГ и заканчивается на уровне его оси. Второй (последующий) МЭГ имеет диффузор-конфузор, боковые стенки которого образованы из кормовой части параллельно стоящих лодок. Нижняя часть диффузора-конфузора имеет изогнутую форму, края которой закреплены к кормовой части лодок. Начало нижней части последующего диффузора-конфузора начинается в середине расстояния между осями первого и последующего МЭГ. Верхняя часть нижних изогнутых пластин конфузоров располагается выше уровня воды на 10-20 см, тем самым увеличивая напор. На палубах лодок расположены солнечные коллекторы, ориентированные на ЮГ и расположенные под углом 52°-56°сш. для средней полосы России. Солнечные коллекторы имеют устройство, обеспечивающее их ориентацию на ЮГ в зависимости от расположения корпусов лодок.
Полезная модель относится к альтернативной энергетике и может быть использовано при создании гибридных преобразований энергии ветра и воды в электрическую энергию
Известен ветроагрегат и гидроагрегат, состоящий из ветроагрегатов, соосно установленных с ориентацией лопастей, обеспечивающее вращение роторов в противоположные стороны, чем обеспечивается компенсация крутящих моментов, а расположенные друг над другом не вращающиеся корпуса закреплены на крестовидной раме. Предусматривается также расположение ветроагрегата отдельно либо на палубе судна, либо на аэростате или в виде гидроагрегата в водной среде [1].
Однако такой ветроагрегат и гидроагрегат вырабатывает электрическую энергию отдельно, либо от ветра, либо от скорости течения воды. Совместное использование не предусмотрено. Рассмотрены другие изобретения, которые обладают одним недостатком - зависимостью от наличия ветра при любом базировании [2, 3, 4].
В случае использования энергии ветра для выработки электроэнергии из-за неравномерности скорости ветра, не устраняется нестабильное вращение ветроагрегата, что влечет низкое качество вырабатываемой электрической энергии.
В случае отсутствия ветра электроэнергия не вырабатывается. В качестве прототипа по сущности полезной модели можно принять изобретение RU 
2052658 от. 20.01.1996 г [1].
Целью полезной модели является создание энергоэффективного преобразователя энергии ветра и воды одновременно, что обеспечивает надежное снабжение электрической энергией даже при отсутствии ветра (вода течет все время).
Выработка электроэнергии осуществляется единым магнитно-электрическим генератором (далее МЭГ), внешние и внутренние роторы которого, вращаясь навстречу друг другу, обеспечивают повышение коэффициента полезного действия. В случае переменного ветра при достижении скорости ветра меньше скорости воды роторные ветроэнергетические установки (далее РВЭУ) отключаются от МЭГ с помощью обгонных муфт двойных.
В целях обеспечения маневренности мобильной ветро-гидроэлектростанции (далее МВГЭС) часть электроэнергии запасается в аккумуляторах и может быть использована для питания электродвигателей постоянного тока, приводящих во вращательное движение гребные винты, для освещения рабочих мест и других целях.
Авторам не известны источники патентной или научно-технических публикаций, в которых содержатся сведения об аналогичных технических решениях, имеющих признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемые решения от прототипа, а также свойства, совпадающие с гибридными свойствами заявляемого решения. Поэтому можно считать, что оно обладает существенной новизной, позволяющей создать новый тип МВГЭС.
Предлагаемые решения позволяет составить модельный ряд требуемой мощности электроэнергии, путем удлинения корпусов лодок и увеличения их параллельных рядов на которых можно расположить одну и более пар РВЭУ, один и более МЭГ.
На фиг.1 изображен вид с боку в разрезе МВГЭС, на фиг.2 вид сверху, на фиг.3 представлена кинематическая схема передачи вращательных движений в разрезе по оси РВЭУ и МЭГ, на фиг.4 варианты модельного ряда МВГЭС, на фиг.5 показана обгонная муфта двойная, на фиг.6 - вариант использования МВГЭС в качестве автономного источника энергии для пассажирских, грузовых судов и других плавсредствах.
Мобильная ВГЭС содержит РВЭУ 1, вертикальные лопасти 2, горизонтальные лопасти 3, опоры РВЭУ 4, вал 5, подшипники 6, основание опоры 7, профильные лопасти 8 внешнего ротора 9 МЭГ 30 (фиг.3), вертикальные стенки носовой части лодки 10, образующие стенки входного конфузора 11 (фиг.2), изогнутые нижние пластины входного и последующего конфузоров 12, аккумуляторные батареи 13, гребной винт с электродвигателем 14, рулежная пластина 15, донный якорь с тросом 16, вал внутреннего ротора 17, конфузор-диффузор 18 второго (последующего) МЭГов, балки 19, соединяющие корпуса лодок 21 (фиг.2), трос - удерживающий береговой 20 для установки МВГЭС на малых речках и протоках, корпус лодки 21 (фиг.2), борта лодок 22, образующих входной конфузор 11 и последующих диффузора и конфузора 18, конический редуктор правого вращения (против часовой стрелки) 23 (фиг.2), обгонная муфта двойная 24-25 (фиг.3), конический редуктор левого вращения (по часовой стрелке) 26, внутренний ротор 27 МЭГ 30 (фиг.3), магниты 28 внутреннего ротора 9, обмотки 29 внешнего ротора 9, подшипники внутреннего ротора 31 МЭГ 30, подшипники 32 внешнего ротора 9. Обгонная муфта двойная 24-25 (фиг.5) состоит из выходных валов 34,35 конического редуктора 24,26, внутреннего кольца 36, среднего кольца 37, внешнего неподвижного кольца 38, шаровой опоры 40, опорной рамы 41.
Принцип работы МВГЭС. Набегающий поток воздуха воздействует на вертикальные лопасти 2 и горизонтальные лопасти 3 РВЭУ 1, вращают вал 5, на подшипниках 6, установленных в опорах 4, которые в свою очередь закреплены на опорной плите 7. Вращение валов 5 РВЭУ, стоящих параллельно на палубах лодок, соединенных балками 19, передается на конические редукторы 23-26, выходные валы 34-35 которых через двойные обгонные муфты 24-25 передают вращательное движение на вал внутреннего ротора 17, который вращаясь навстречу движения внешнего ротора обеспечивает эффективную выработку электроэнергии и накопление ее в электроаккумуляторах 13, причем вертикальные лопасти 2 РВЭУ и горизонтальные лопасти 3, стоящие на разных палубах лодок ориентированы таким образом, чтобы вращение их валов 5 были противоположными (фиг.3), чем исключается действие гироскопического эффекта на корпуса лодок. Конические редукторы 23-25, установлены так, чтобы встреченное движение валов РВЭУ преобразовать в одностороннее вращательное движение вала 15 внутреннего ротора 27 МЭГ 30.
При вращении внутреннего ротора 27, магниты 28 вращаются, их силовые линии пересекают обмотки 29 внешнего ротора 9, который вращается навстречу внутреннему ротору 27, т.е. вырабатывается электрическая энергия при относительно низких скоростях ветра и воды, так как их линейные скорости, преобразованные во вращательные движения в МЭГ, складываются. Защита от ураганного ветра осуществляется путем аэродинамического торможения лопастями РВЭУ. В случае отсутствия ветра обгонная муфта двойная 24, 25 разъединяет вал конического редуктора 34, 35 от среднего кольца, который является концом вала внутреннего ротора. Его вращение прекращается, здесь возникает опасность, что внутренний ротор может начать вращение в сторону вращения внешнего ротора. Для предотвращения этого явления предназначено внешнее кольцо обгонной муфты двойной, которая тормозит среднее кольцо, т.е. вал ротора не вращается в сторону вращения внешнего ротора 9. Одновременно с действием ветра на МЭГ 30 действует течение (напор) воды на профильные лопатки 8 внешнего ротора 9. Учитывая, что скорость воды в большинстве случаев в реках, расположенных в средней полосе России находится в пределах 0,5-2 м/с, здесь возникает необходимость увеличить скорость течения воды, действующую на лопасть 23 внешнего ротора 7. С этой целью носовая часть лодок своими боковыми стенками образует входной конфузор 11 и последующие диффузор-конфузор 18. Нижнюю стенку входного конфузора 11 образует изогнутые пластины 12 передняя и задняя, которые расположены под углом 45°, передняя стенка создает дополнительный напор воды, а задняя стенка обеспечивает падающий поток воды на профильные лопатки 8 внешнего ротора 30 МЭГ. Таким образом, увеличение скорости течения воды происходит с помощью входного конфузора 17, геометрические параметры которого увеличивают скорость потока течения воды не менее чем в 2-2,5 раза, создается дополнительный напор воды и падающий поток воды, чем обеспечивается повышенная мощность МЭГ.
Внешний 30 и внутренний 27 роторы МЭГ, вращаясь навстречу друг другу от действия ветра и воды, вырабатывают электроэнергию при низких скоростях вращения роторов.
В этом случае относительная скорость пересечения силовых линий магнитов 28 и проводов обмотки 29 увеличивается и становится равной их суммарной скорости вращения.
За входным конфузором МЭГ стоит аналогичный последующий МЭГ, на который действуют те же силы ветра и воды. Увеличение скорости воды происходит в диффузоре-конфузоре 18. Процесс выработки электроэнергии аналогичен рассмотренному выше.
Между изогнутыми пластинами 11 и 12 имеется разрыв (фиг.1), позволяющий захватывать поток воды снизу, для обеспечения работоспособности последующего МЭГ. Накопленная в электроаккумуляторах 13 энергия используется для потребительских нужд и перемещения по воде МВГЭС с помощью грибных винтов, с приводом от двигателей постоянного тока 14. Якорный трос 16 и береговой трос 20 удерживают в стационарном положении МВГЭС. Для самостоятельного движения по воде предусматривается рулежная пластина 15 и пульт управления движением лодки.
При отсутствии ветра вращение валов 5 прекращается, в этом случае двойная обгонная муфта отсоединяет конические редукторы от вала внутреннего ротора МЭГ, выработка электроэнергии осуществляется только от водяного напора. В целях предотвращения вращения внутреннего ротора в сторону вращения внешнего ротора применено внешнее кольцо обгонной муфты двойной, которое заклинивает конец внутреннего вала. Наиболее эффективная работа МВГЭС осуществляется при буксировке в качестве автономной энергетической установки (фиг.6).
Список использованной литературы:
1. Патент RU 2052658 от 20.01.1996 г.
2. Патент RU 2159356 от 11.20.2000 г.
3. Патент RU 2374487 от 11.27. 2009 г.
4. Патент RU 2380568 от 01.27.2010 г.
1. Мобильная ветро-гидроэлектростанция (МВГЭС), содержащая роторные ветроэнергетические установки, расположенные на палубах параллельно установленных лодок, между которыми расположены магнитно-электрические генераторы, кинематически связанные с ветроэнергетическими установками, что обеспечивает выработку электроэнергии одновременно от скоростного напора ветра и воды, а при отсутствии ветра МВГЭС работает как гидроэлектростанция.
2. Мобильная ветро-гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что внешний ротор магнитно-электрического генератора содержит профильные лопатки, на внутренней стороне которого расположены обмотки, при этом внутренний ротор имеет магниты, причем внешний и внутренний роторы вращаются навстречу друг другу, а конические редукторы параллельно установленных роторных ветроэнергетических установок передают вращательные движения на внутренний ротор магнитно-электрического генератора.
3. Мобильная ветро-гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что лопасти роторных ветроэнергетических установок, установленных параллельно на палубах лодок, ориентированы таким образом, чтобы обеспечить их встречное движение, исключая влияние гироскопического эффекта на поворот лодок вокруг вертикальных осей.
4. Мобильная ветро-гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что вертикальные стенки носовой части лодок и нижний профильный лист образуют входной конфузор, а кормовая часть лодок образует совместно с нижним профильным листом конфузор-диффузор для последующего магнитно-электрического генератора.
5. Мобильная ветро-гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что в ее состав введена двойная обгонная муфта для предотвращения одностороннего вращения внешнего и внутреннего роторов магнитно-электрического генератора.
6. Мобильная ветро-гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что конические редукторы роторных ветроэнергетических установок расположены таким образом, чтобы обеспечить вращение внутреннего и внешнего роторов магнитно-электрического генератора в противоположные стороны.
7. Мобильная ветро-гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что лодки имеют гребные винты, работающие от двигателя постоянного тока, обеспечивающие мобильность перемещения в места эксплуатации.
8. Мобильная ветро-гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что на верхней палубе установлены солнечные коллекторы в целях получения горячей воды, а в трюмах лодок расположены баки-аккумуляторы с встроенными теплоэлектрическими нагревателями.
9. Мобильная ветро-гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что и роторные ветроэнергетические установки, и магнитно-электрические генераторы устанавливаются параллельно-последовательно по длине лодок и на нескольких параллельных палубах лодок, образуя модельный ряд.
