Мобильная гидроэлектростанция

(51) 02 7/18 (2006.01) 03 13/00 (2006.01) 03 4/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ варианте ее исполнения осуществляется следующим образом оси поворотных лопастей гидродвижителя жестко закреплены горизонтально на введенной в устройство ступице, которая в свою очередь жестко закреплена на вертикальной оси низкооборотного электрического генератора микро ГЭС,содержащего дисковый ротор с постоянно намагниченными роторными магнитными системами,магнитные полюса которых взаимодействуют с постоянно намагниченными магнитными полюсами статорных электромагнитных систем (СЭМС), а корпус микро ГЭС снабжен надувным поплавком в виде тороида. Предложенный вариант микро ГЭС имеет минимальные габариты и массу за счет прямой безредукторной связи гидродвижителя и ротора электрического генератора и надувного поплавка вместо массивных элементов удержания прототипа с цепной передачей в потоке на плаву. Наличие надувного поплавка в виде тороида позволяет обеспечить минимальные габариты и вес микро ГЭС в транспортном положении.(72) Ахметов Бахытжан СражатдиновичБалгабаева Ляззат ШайхановнаКиселева Ольга ВладимировнаХаритонов Петр Тихонович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(57) Изобретение относится бесплотинным микрогидроэлектростанциям(микро ГЭС) мобильного базирования, в частности, к мобильным микро ГЭС с гидродвижителями с качающимися лопастями. Бесплотинные микро ГЭС должны обеспечивать эффективную энергоотдачу в диапазоне скоростей водных потоков от 0,5 м/с и выше. Обеспечение компактности и высокой энергоотдачи микро ГЭС в компактном, мобильном Изобретение относится к бесплотинным микро гидроэлектростанциям (микро ГЭС) мобильного базирования, в частности, к мобильным микро ГЭС с гидродвижителями с качающимися лопастями. Бесплотинные микро ГЭС должны обеспечивать эффективную энергоотдачу в диапазоне скоростей водных потоков от 0,5 м/с и выше. Общеизвестны гидротурбины для малых ГЭС,которые работоспособны при скоростях водного потока от 10 м/с и выше. Эти гидродвижители непригодны для применения в бесплотинных и поплавковых микро ГЭС из-за неработоспособности в потоках со скоростями от 0,5 м/с и выше. Известны также мобильные микро ГЭС для туристов и военных, разработанная компанией(США) Мобильная микро ГЭС для туристов и военных компании(США). Аналог содержит торпедообразный корпус с электрическим генератором и соединенный с ним через мультипликатор из двух пар конических шестерен,гидродвижитель пропеллерного типа. Торпедообразный корпус аналога может быть выполнен с положительной плавучестью для удержания микро ГЭС на поверхности водного потока. Существенными недостатками аналога Мобильная микро ГЭС для туристов и военных компании(США) являютсязначительная глубина водного потока (не менее 1200 мм) в месте ее установкиобязательная ориентация микро ГЭС по направлению водного потока, что вынуждает устанавливать ее на тросе, закрепленном на берегах водоема. Наиболее близким известным техническим решением является микро ГЭС Ленева Патент 2166664 опубл. 10.05.2001., МПК 03 9/00, 03 5/02, в которой использованы размещенные на вертикальных осях поворотные лопасти,вертикальные оси которых присоединены к цепи,приводящей во вращение звездочку для передачи поступательного движения лопастей под напором водного потока, во вращательное движение ротора электрического генератора. Прототип работоспособен в водных потоках со скоростями от 0,5 м/с и выше, однако его существенным недостатком является громоздкая конструкция,практически исключающая ее использование в мобильном варианте. Технической задачей изобретения является обеспечение компактности и высокой энергоотдачи микро ГЭС в компактном мобильном варианте ее исполнения. Для решения технической задачи оси поворотных лопастей гидродвижителя жестко закреплены горизонтально на введенной в устройство ступице, которая в свою очередь жестко закреплена на вертикальной оси низкооборотного электрического генератора микро ГЭС,содержащего дисковый ротор с постоянно намагниченными роторными магнитными системами,магнитные полюса которых взаимодействуют с постоянно намагниченными магнитными полюсами статорных 2 электромагнитных систем (СЭМС), а корпус микро ГЭС снабжен надувным поплавком в виде тороида. Техническим результатом изобретения является возможность работы в водных потоках малой глубины (от 250 мм), компактная конструкция в транспортном положении и работоспособность при скоростях водного потока от 0,5 м/с и выше. На фиг.1 показана общий вид структуры гидродвижителя,на фиг.2 представлено расположение упоров лопастей (вид снизу), на фиг.3 изображен вариант структуры низкооборотного электрического генератора микро ГЭС (вид сверху и сбоку), в положении максимального расхождения магнитных полюсов ротора и СЭМС, на фиг.4 показана структура СЭМС, на фиг.5 изображена диаграмма взаимодействия магнитных потоков ротора и СЭМС при различных угловых положениях роторного диска, на фиг.6 изображена электрическая схема подключения обмоток СЭМС к выходному кабелю микро ГЭС, а на фиг.7 показана общая конструкция микро ГЭС (вид сверху и разрез по оси ротора). Гидродвижитель фиг.1 содержит ступицу 1, в которой жестко закреплены равномерно по окружности горизонтальые оси 2 лопастей 3,имеющих возможность вращения на осях 2 во втулках 4 от вертикального до горизонтального положений. Для фиксации лопастей 3 в вертикальном положении(см. фиг.2) в гидродвижителе использованы выступы 5 ступицы и упоры 6 лопастей 3. Под воздействием водного потока лопасти 3 принимают вертикальное положение до соприкосновения упоров 6 с соответствующими выступами 5. С противоположной стороны ступицы 1 водный поток поднимает лопасти 3 до горизонтального положения за счет свободного вращения втулок 4 в осях 2. Результирующая полезная площадь лопастей 3 в водном потоке равна пл -, где л - площадь лопасти 3- площадь оси 2 и торца лопасти 3 при ее горизонтальном положении в потоке. Результирующая мощность воздействия водного потока на поверхности лопастей гидродвижителя определяется известной формулой Рр 3 п//2,где- объемная плотность водного потока- скорость водного потока п - полезная площадь лопастей 3 в водном потоке. Создаваемый водным потоком момент вращения передается от гидродвижителя на ось 7, которая одновременно является осью ротора электрического генератора. Электрический генератор (см. Фиг.3) содержит роторный диск 8 с постоянно намагниченными секторами 9, равномерно размещенными по окружности ротора 8 и попарно соединенными магнитными перемычками 10. Под ротором размещены СЭМС, магнитные полюсы 11 которых взаимодействуют с магнитными полюсами магнитных секторов 9 ротора. Шаг и радиус окружности размещения магнитных секторов ротора и СЭМС одинаковы, как следствие, при вращении роторного диска 8 на оси 7, подвижно соединенной с корпусом 12 микро ГЭС через закрытый подшипник 13,происходит их периодическое совмещение и расхождение. Каждая СЭМС (см. фиг.4) содержит левую 14 и правую 15 половины магнитомягкого магнитопровода, прилегающие к постоянному магниту 16 (показан в круглом вырезе на виде сбоку). На магнитопроводе СЭМС размещена выходная обмотка 17, имеющая выводы 18. За счет наличия в магнитопроводе постоянного магнита 16 магнитные полюсы 11 СЭМС оказываются разноименно намагниченными. На фиг.5 изображена диаграмма взаимодействия магнитных потоков ротора и СЭМС при различных угловых положениях роторного диска для варианта с двумя парами роторных магнитных систем. Северные магнитные полюсы магнитных систем ротора и СЭМС изображены стрелками, а южные магнитные полюсы магнитных систем - точками. При обозначенном на фиг.5 взаиморасположении магнитных полюсов магнитных систем, в обмотках 17 каждой СЭМС формируется полный период электрических колебаний за 180 угловых градусов поворота роторного диска. Выводы 18 обмоток 17 СЭМС подключены (см. фиг.6) ко входам выпрямителей 19 и 20, выходы которых соединены параллельно и подключены ко входу выходного кабеля 22. Электрический конденсатор 21 обеспечивает сглаживание пульсаций выходного напряжения микро ГЭС. Общая конструкция микро ГЭС показана на фиг.7 (вид сверху и разрез по оси ротора). Гидродвижитель (элементы 1-3, 7, 13) закреплен на оси 7 электрического генератора 23, введенной внутрь корпуса 12 через закрытый подшипник 13 с гермовводом. К выходу электрического генератора 23 подключен выходной кабель 22 (см фиг.6) который прикреплен к надувному поплавку 24 с помощью кольца 25. Выходной кабель выполняет также функции удержания микро ГЭС в водном потоке путем закрепления берегового его конца за ветку, ствол дерева, камень, колышек или другой неподвижный предмет на берегу. Корпус 12 заглушен сверху герметичной крышкой 26. За счет надувного поплавка 24 обеспечены минимальные габариты и вес микро ГЭС в транспортном положении. В качестве надувного поплавка вполне может использована автомобильная камера соответствующего размера. Число пар роторных магнитных систем, а также СЭМС, может быть от двух и более в зависимости от требуемой мощности и габаритных размеров постоянных магнитов ротора и СЭМС. По сравнению с аналогом Мобильная микро ГЭС для туристов и военных компании(США) предложенная микро ГЭС работоспособна при глубине водного потока от 250 мм и выше, а также не требует тросового крепления, что упрощает ее установку в потоке и перевод в транспортное состояние. По сравнению с прототипом Патент 2166664 опубл. 10.05.2001., МПК 03 9/00, 03 05/02 предложенный вариант микро ГЭС имеет минимальные габариты и массу за счет прямой безредукторной связи гидродвижителя и ротора электрического генератора и надувного поплавка вместо массивных элементов удержания прототипа с цепной передачей в потоке на плаву. Наличие надувного поплавка в виде тороида позволяет обеспечить минимальные габариты и вес микро ГЭС в транспортном положении. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Мобильная микро гидроэлектростанция,содержащая электрический генератор, ротор которого кинематически связан с гидродвижителем,содержащим размещенные на осях поворотные лопасти, перемещение которых под воздействием водного потока приводит во вращение ротор электрического генератора, отличающийся тем,что оси поворотных лопастей закреплены на введенной в устройство ступице, соединенной с осью ротора электрического генератора и имеют свободу углового перемещения от вертикального положения оси до горизонтального, причем угловое перемещение лопастей по вертикали происходит под воздействием водного потока. 2. Мобильная микро гидроэлектростанция по п.1,отличающаяся тем, что ротор электрического генератора содержит две и более пары магнитных систем, магнитные полюсы которых обращены к магнитным полюсам статорных электромагнитных систем, причем шаг размещения магнитных полюсов роторных магнитных систем и статорных электромагнитных систем одинаков. 3. Мобильная микро гидроэлектростанция по п.1,отличающаяся тем,что корпус микро гидроэлектростанция снабжен надувным поплавком в виде облегающего корпус тороида. 4. Мобильная микро гидроэлектростанция по п.1,отличающаяся тем, что электрические выводы каждой статорных электромагнитных систем подключены к введенному в устройство выходному кабелю через выпрямители. 5. Мобильная микро гидроэлектростанция по п.1,отличающаяся тем, что для удержания ее в водном потоке используется выходной кабель микро гидроэлектростанция.