Полезная модель рф 150036

Название полезной модели: Гидроротор. Назначение: Преобразование энергии гидравлического потока в механическую энергию вращения ротора. В гидроротор, состоящий из гидроколеса с вертикальным валом, к которому прикреплены основные лопасти, боковой стенки, создающей рабочий канал для потока воды, дополнительно введены наклонные к вертикальному валу лопасти, закрепленные на валу или на основных лопастях. Данные дополнительные лопасти воспринимают всплывающую часть потока, реакция от воздействия которого увеличивает крутящий момент гидроколеса. Вал гидроколеса размещен в опоре, закрепленной на дне потока. Усиление эффекта от всплывающих струй достигается установкой в нижнем сечении русла реки под гидроколесом в невозмущенной части основного потока дополнительных завихрителей потока, присоединенных к опоре или расположенных на дне потока.

Приложение 2 к решению о выдаче патента к заявке

2013153515/06(083700)

ГИДРОРОТОР

Полезная модель относится к устройствам преобразования энергии потока в механическую или электрическую энергию.

Известны различные устройства аналогичного назначения, например, «Гидроэлектростанция» по патенту РФ 2171910, МПК F03B 13/00, авторов Толмачева В.Н., Боровикова С.Н. и др.

Основными узлами этого устройства являются гидроколеса с лопастями и с вертикальной осью вращения, кинетически связанной через редуктор с электрогенератором, расположенными в сооружении на фундаментной плите.

Недостатком данного устройства является его конструктивная сложность. Кроме того, такого рода гидроколеса воспринимают только энергию прямотекущего потока и не реагируют на энергию всплывающих струй, частей потока отраженных от дна и - от других его завихрений.

В статье П.В. Полуяна «Макротурболентные структуры в речном потоке» [электронный ресурс] режим доступа: http://www.vitanar.pochta.ru утверждается, что полная энергия потока распределена между поступательной и вращательной компонентами, между которыми идет энергообмен. У дна возникают микрозавихрения, каскадно складывающиеся, рождая более крупные тороидальные вихри. «Таким образом, общая энергия речного потока складывается из кинетической энергии поступательно движущейся структуры кольцевых вихрей, возникающих и существующих в текущей жидкости» (цитата из данной работы).

Аналогичные вихри возникают и в воздушных потоках за счет отражения ветра от земли, от зданий и от разных других препятствий.

Перераспределение энергии потока на составляющие подтверждается также в работе Г.В. Трещалова «Высокоэффективный способ извлечения энергии из безнапорного потока текущей жидкости на основе специфического гидродинамического эффекта», «Экономика и производство», 2, 2008, Москва.

Известна также «Вертикальная мультиплицирующая бесплотинная ГЭС» по авторскому свидетельству СССР 1789742, МПК F03B 13/00 автора Новикова Ю.М.

Рабочие колеса в данной ГЭС выполнены в виде роторов с криволинейными лопастями, а кинематическая связь роторов с потребителем механической энергии выполнена с помощью кривошипно-шатунного механизма с обгонной муфтой.

Недостатком этого устройства также является его конструктивная сложность и невысокая эффективность, обусловленная тем, что роторы воспринимают только энергию прямотекущего потока и не реагируют на энергию всплывающих струй и других завихрений потока.

Известны также устройства типа «Миниэнергоблок» по патенту на полезную модель РФ 67193, МПК F03B 9/00, автора Щедрина Е.Е.

Данный энергоблок содержит в корпусе на двух валах ротационный энергопреобразователь конвейерного типа, на котором поперечно закреплены лопасти консольно потоку.

Недостаток этих устройств также в том, что лопасти ротационного энергопреобразователя воспринимают только энергию прямотекущего потока и не реагируют на энергию всплывающих струй и других завихрений потока.

Известна также «Гидроэлектростанция» по патенту РФ 2303707, МПК F03B 13/00. Патентообладатель: Военный инженерно-технический университет, авторы Савчук А.Д. и др., которая выбрана в качестве прототипа.

Данное устройство содержит сооружение с электрогенераторами, редукторами, кинематически связанными с вертикальным валом гидроколес, имеющих неподвижные лопасти, причем сооружение имеет ледорезную опору, конфузорный, рабочий и диффузорный каналы в фундаментной плите, образующие два рабочих канала для гидроколес.

Недостатком прототипа является его конструктивная сложность, обусловленная наличием в бетонном сооружении специальных конфузорных и диффузорных каналов для повышения эффективности гидроколес в потоке.

Такого рода роторные гидроколеса воспринимают только энергию прямо-текущего потока и не реагируют на энергию всплывающих струй, частей потока, отраженных от дна и других его завихрений. Это не позволяет полностью использовать энергию движущегося потока.

Задачей предполагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.

Указанная задача решена в гидророторе, содержащем гидроколесо, состоящее из вертикального вала с основными лопастями, боковую стенку для создания рабочего канала, опору вертикального вала, согласно изобретению в него введены дополнительные наклонные к вертикальному валу лопасти, закрепленные на валу и/или на основных лопастях.

Кроме того, дополнительно введены завихрители потока, присоединенные к опоре вертикального вала .

Технические преимущества заявленного объекта заключаются в увеличении коэффициента полезного действия устройства за счет более полной утилизации водной энергии потока и превращения ее в механическую или электрическую.

Технические преимущества выражаются в следующих отличительных признаках: на валу и/или на лопастях закреплены под углом к вертикальной оси дополнительные лопасти, воспринимающие вертикальные и всплывающие струи потока, реакция от воздействия которых увеличивает крутящий момент гидроколес.

Технические преимущества также заключаются в создании искусственных всплывающих частей потока путем установки в нижнем сечении русла реки под гидроколесом дополнительных завихрителей. Завихрители могут располагаться также на дне реки в невозмущенном потоке, который протекает под гидроколесом.

Предложенное техническое решение может найти применение во многих роторных конструкциях, вырабатывающих механическую или электрическую энергию от гидравлических или ветровых потоков.

Конструкция «Гидроротор» схематически изображена на чертежах, где на фиг. 1 - вид сверху, на фиг. 2 - положение в пространстве основной лопасти и дополнительной наклонной лопасти, присоединенных к вертикальному валу, на фиг. 3 - положение наклонных лопастей в пространстве, прикрепленных непосредственно к основным лопастям, а на фиг. 4 - расположение завихрителей на дне потока.

Гидроротор содержит (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) гидроколесо, сосотоящее из вертикального вала 1 с основными лопастями 2 и дополнительными лопастями 3, боковую стенку 4, создающую рабочий канал для гидроколеса, опору 5 для вертикального вала, завихрители 6 (фиг. 4), соединенные с опорой вала или установленные на дне ниже расположения гидроколеса в потоке.

На фиг. 1 направление всплывающей части потока V₂ показано точкой в кружке (направление стрелы движущейся снизу вверх), а на всех фигурах направление основного потока обозначено V₁, всплывающей части потока - V ₂ и дополнительной силы, воздействующей от всплывающего потока F_доп.

Гидроротор работает следующим образом. Поток воды поступает на лопасти, не огражденные боковой стенкой 4 и заставляет гидроколесо вращаться (фиг. 1) в данном примере против часовой стрелки. Основной поток V₁ действует перпендикулярно на основные лопасти 2, а также - на дополнительны лопасти 3, установленные под углом 2060° к вертикальному валу 1. Дополнительные лопасти 3 крепятся либо непосредственно к валу 1 (фиг. 2), либо к основным лопастям 2 (фиг. 3). Всплывающая часть потока V₂ создает на наклонных дополнительных лопастях дополнительное усилие F _доп, направленное по ходу вращения гидроколеса и создающее ему дополнительный вращающий момент.

В гидророторе, полностью погруженном в поток V₁ воды, происходит отбор гидравлической энергии, в том числе от его части, проходящей под гидроколесом. Это происходит за счет завихрений части потока V₁ на завихрителе 6, создающем вертикальные и/или вихревые струи воды V₂, перемещающиеся вверх вдоль опоры 5 вертикального вала 1. В простейшем случае в роли завихрителей могут быть крупные камни, валуны, установленные на дне или искусственные спиральные камеры, закрепленные на опоре 5 и создающие дополнительный восходящий поток(на чертежах не показаны).

На фигурах представлен упрощенный чертеж единичного ротора. Фактическое их количество, как в прототипе, так и в других конструкциях роторов может быть различно, в зависимости от требуемой механической мощности на валу установки.

Предлагаемая конструкция гидроротора позволяет повысить эффективность преобразования гидравлической энергии потока в механическую энергию крутящегося вала и, при необходимости - в электрическую энергию, если к валу присоединить электрический генератор.

Увеличение КПД в данном устройстве достигается сравнительно простыми приемами без удорожания конструкции и без дополнительных капитальных затрат.

1. Гидроротор, содержащий гидроколесо, состоящее из вертикального вала с основными лопастями, боковую стенку для создания рабочего канала, опору вертикального вала, отличающийся тем, что введены дополнительные наклонные к вертикальному валу лопасти, закрепленные на валу и/или на основных лопастях.

2. Гидроротор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно введены завихрители потока, присоединенные к опоре вертикального вала.