Гирляндная гэс

Использование: микро и миниэнергетические установки, получение механической энергии, например, для насосов в децентрализованных системах энергообеспечения. Сущность модели: Несущий роторы-гидротурбины трос соединяется с подвижным подпружиненным валом, который по направляющим свободно перемещается внутри муфты, посаженной на ротор генератора, а своим наконечником вал одновременно перемещает ползунок реостата, включенного через источник питания в цепь обмотки возбуждения генератора. В зависимости от скорости потока воды возрастает натяжение троса и перемещающийся вал регулирует посредством реостата ток в обмотке возбуждения генератора, стабилизируя его выходные параметры.

Предлагаемая полезная модель относится к энергетическим установкам и может быть использована для получения электрической или механической энергии.

Известны устройства аналогичного назначения, преобразующие энергию потока воды во вращательное движение механизмов [1, 2, 3, 4].

Такого рода установки состоят из роторных гидротурбин, насаженных на трос, и располагающихся поперек потока воды. Один конец троса через упорный подшипник закрепляется опорой на одном берегу реки, а другой конец троса также через упорный подшипник присоединяется через редуктор - или напрямую к ротору генератора, закрепленных опорами на другом берегу.

Однако работа таких устройств нестабильна по выходным параметрам генератора и зависит от изменения скорости водного потока, изменяющегося от времени года и количества атмосферных осадков.

Кроме того, применение в таких установках центробежных регуляторов, муфт скольжения, конических редукторов и т.п. не оправданно усложняет их конструкцию.

Наиболее близким по технической сути к заявленному устройству является «Свободнопоточная гидросиловая установка» [5], содержащая основные доотличительные признаки предполагаемого изобретения: несущий трос с закрепленными на них роторами, соединенный через

упорные подшипники с опорами на разных берегах и подключенный в качестве привода к ротору электрического генератора.

Однако в прототипе также не решается вопрос стабилизации выходных параметров генератора в зависимости от изменения скорости потока воды. Увеличение числа гирлянд улучшает равномерность их вращения, но чрезмерно усложняет передачу усилия на общий вал к генератору.

Кроме того, отключение ряда гирлянд для уменьшения мощности, передаваемой к генератору, требует наличия дополнительных соединительно-разъединительных муфт.

Недостатком является также то, что отключение - подключение гирлянд к генератору определяет число «ступенек» - уровней регулирования выходных параметров генератора.

Технические преимущества заявленного объекта по сравнению с известными устройствами заключаются в следующем:

- Обеспечена стабилизация выходных параметров генератора при изменении скорости потока воды.

- Отпала необходимость использования нескольких гирлянд для регулирования выходных параметров генератора путем их подключения или отключения.

- При необходимости получения большей мощности две [3] или несколько гирлянд могут быть подключены к предлагаемой схеме регулирования на общие опоры.

Эти технические преимущества достигаются тем, что при изменении скорости потока меняются не только обороты турбин, но и натяжение троса, который будучи подпружиненным, перемещается и передает через связанный с ним реостат необходимый ток управления в обмотку возбуждения генератора.

Это улучшает равномерность его вращения в широком диапазоне скоростей потока воды и - стабильность выходных параметров генератора.

На фиг.1 изображена предлагаемая гирлянда ГЭС, где основные узлы показаны по осевому сечению.

Опоры 1 и 2 размещены на разных берегах реки и связаны через упорные подшипники 3 и 4 несущим тросом 5, на котором закреплены роторы-турбины 6. навалу 7 ротора генератора 8 закреплена муфта 9, по направляющим 10 которой может перемещаться подвижный вал 11, подпружиненный пружиной 12 и регулирующий гайкой 13. Наконечник 14 подвижного вала соединен с несущим тросом и с ползунком 15 реостата 16, перемещающегося по направляющей 17, а обмотка реостата подключена через источник питания 18 к обмотке возбуждения 19 генератора.

Гирляндная ГЭС работает следующим образом. Мощность, вырабатываемая генератором, находится в кубической зависимости от скорости потока. Таким образом, даже незначительное изменение скорости потока, существенно влияет на вырабатываемую электрическим генератором энергию и требует ее регулирования.

При увеличении, например, скорости потока «V» увеличивается угловая скорость вращения роторов-турбин 6 и одновременно увеличивается их сопротивление потоку, что вызывает дополнительный изгиб несущего троса 5 по направлению «V».

Поскольку трос 5 соединен с пружинным валом 11, то последний по направляющим 10 перемещается вправо, сжимая пружину 12, и одновременно наконечником 14 передвигает вправо ползунок 15 реостата 16. Сопротивление в цепи: реостат 16, источник питания 18, обмотка возбуждения 19 генератора возрастает, а ток, возбуждающий магнитные поля ротора генератора, уменьшается и напряжение на выходных клеммах генератора уменьшается до номинального.

Аналогично, при уменьшении скорости потока «V», уменьшается сопротивление ему гирляндой, изгиб троса 5 за счет действия пружины 12 уменьшается, вал 11 внутри муфты 9 смещается влево, увлекая за собой посредством наконечника 14 ползунок 15 реостата 16 влево и, как следствие,

возрастет ток в обмотке возбуждения генератора, увеличивая ее выходное напряжение до номинального.

Понятно, что для каждой из конструкций ГЭС должны быть индивидуально определены параметры роторов-турбинок 6, их количество, усилие пружины 12, параметры реостата 16 и генератора 8.

Испытания показали сохранение параметров работы гирлянды из роторов при ее изгибе на несущем тросе до 25° относительно прямой линии между опорами на противоположных берегах потока воды. Для десятиметровой гирлянды это будет соответствовать перемещению подвижного вала 11, и соответственно, ползунка 15 реостата 16 на расстоянии до 0,8 метра, что вполне достаточно для создания обратной связи в цепи: обмотка возбуждения генератора, реостат, источник питания обмотки.

По мнению автора, такого рода гирляндные ГЭС могут найти широкое применение в децентрализованных системах энергообеспечения.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:

1. Журнал «Радио», №4, 1961 г., с.64 «Гирляндная электростанция» (аналог).

2. Ю.М.Новиков. Возможности бесплотинных ГЭС. Научно-технический сборник «Энергетика и экология», с.81, Отв. редактор Накореков В.Г., г.Новосибирск, 1988 г. Изд. института теплофизики СО РАН (аналог).

3. Описание изобретения к авторскому свидетельству Б.С.Блинова №175906 «Свободнопоточная гидросиловая установка» (аналог).

4. Описание изобретения к авторскому свидетельству Ю.М.Новикова №1778355 «Роторная линия гирляндной ГЭС» (аналог).

5. Описание изобретения к авторскому свидетельству Б.С.Блинова №153883. «Свободнопоточная гидросиловая установка» (прототип).

Гирляндная ГЭС, содержащая несущий трос с закрепленными на нем роторами, соединенный через упорные подшипники с опорами на разных берегах потока и подсоединенный одним концом к ротору электрического генератора, отличающаяся тем, что трос со стороны генератора соединен с подпружиненным валом, кинематически связанным с реостатом, подсоединенным через источник питания к обмотке возбуждения генератора, причем на подпружиненном валу размещена на его направляющих муфта, жестко посаженная на вал ротора электрического генератора.