Спосіб і пристрій для вироблення електричної і механічної енергії на основі використання енергії потоку рідини шляхом штучного створення рівномірно періодичних хвиль гідропідпору на його поверхні

1 Спосіб перетворення енергії водного потоку в механічну та/або електричну енергію шляхом перетворення енергії водного потоку у зворотнопоступальні переміщення поплавка у вертикальному напрямку та перетворення енергії переміщень поплавка в енергію подачі води до турбоелектричного агрегата та/або до трубопроводів поливу полів та інших промислових, господарчих потреб, який відрізняється тим, що перетворення енергії водного потоку у зворотно-поступальні переміщення поплавка здійснюють шляхом почергових неперервних перекривань та відкривань проходу для водного потоку під поплавком поблизу задньої його крайки зі створенням під ним періодичних коливань рівня води 2 Пристрій для перетворення енергії водного потоку в механічну та/або електричну енергію, що містить пересувну платформу, поплавок, розміще ний під платформою та зв'язаний з нею з можливістю вертикальних зворотно-поступальних переміщень, насосний агрегат з приводом від поплавка, а також з'єднаний з насосним агрегатом турбоелектричний агрегат, встановлений на платформі, та/або з'єднані з поплавком насоси та з'єднані з ними трубопроводи подачі води на поля та ІНШІ промислові господарчі побутові потреби, який відрізняється тим, що він обладнаний вертикально розташованим під поплавком поблизу його задньої крайки підпірним щитом, зв'язаним з платформою з можливістю вертикальних зворотно-поступальних переміщень між фіксованими верхнім та нижнім положеннями, і вертикально розташованими по обидва боки підпірного щита під кутами до нього зв'язаними з платформою боковими щитами, причому пристрій обладнаний автоматичними фіксаторами для з'єднання поплавка та підпірного щита між собою у нижньому їх положенні та роз'єднання у верхньому З Пристрій за п 2, який відрізняється тим, що бокові щити зв'язані з пересувною платформою з можливістю зміни кутів нахилу до підпірного щита, а пристрій обладнаний приводом цієї зміни СО Група винаходів стосується способів і пристроїв для перетворення енергії водного потоку в механічну та/або електричну енергію та може бути використана в гідроенергетиці та сільському господарстві Загально ВІДОМІ способи перетворення енергії водного потоку в електричну енергію, засновані на створенні гребель і використанні енергії падаючого потоку Суттєвими їх недоліками є складність створення таких гідротехнічних споруд і зв'язані з ними перешкоди використанню річок для судноплавства, проходженню риби, а також затоплення великих площ земель і суттєві зміни екологічної ситуації У значній мірі позбавлений цих недоліків відомий спосіб перетворення енергії водного потоку в механічну та/або електричну енергію шляхом перетворення енергії водного потоку в енергію кругового руху розміщених у водному потоці довгих поплавків, закріплених на нескінченному робочому органі, натягнутому на двох шківах, встановлених на вертикальних вісях, та передачі енергії обертання ШКІВІВ для приводу електрогенератора та/або насосів для подачі води на поля та ІНШІ промислові, господарчі, побутові потреби (а с СРСР № 1634817, М кл F03B17/00, 1989) Потік тисне на довгі сторони поплавків, пересуває їх по течи, що змушує шків обертатися У вихідне положення поплавки переміщуються проти течи своїми гострими кінцями Недоліком цього способу є розміщення усього пристрою, необхідного для здійснення способу, на поверхні водного потоку, що обумовлює обмеження значної частини потоку для іншого її використання Крім того, реалізація способу зв'язана з необхідністю у багатьох вузлах передачі енергії, а також з недостатнім ККД із-за втрат енергії на подолання тертя вузлів і опору потоку при перемі о 42203 щенні поплавків поперек і проти потоку та на переміщення їх у захватах Найближчим до запропонованого способу за сукупністю ознак і результатом, що досягається, є спосіб перетворення енергії водного потоку в механічну та/або електричну енергію шляхом перетворення енергії хвиль водного потоку у зворотнопоступальні переміщення поплавка у вертикальному напрямку та перетворення енергії переміщень поплавка в енергію подачі води до турбоелектричного агрегату та/або трубопроводів поливу полів та інших промислових, господарчих, побутових потреб (заявка Японії № 44-9177, Н кл 52 СЗ, 1969) Цей спосіб позбавлений вищевказаних недоліків, проте для його здійснення необхідні хвилі, що обумовлює обмеження для використання цього способу умовами водних потоків та погоди, що забезпечують наявність водних хвиль В основу винаходу - способу поставлена задача вдосконалення способу перетворення енергії водного потоку в механічну та/або електричну шляхом створення періодичних коливань рівня води під поплавком, що дозволить використовувати спосіб для перетворення енергії водного потоку у відсутності природних хвиль та, як наслідок, забезпечить використання способу в умовах будьяких водних потоків при будь-якій погоді Поставлена задача вирішується тим, що у способі перетворення енергії водного потоку в механічну та/або електричну енергію шляхом перетворення енергії водного потоку у з во ротно-поступальні переміщення поплавка у вертикальному напрямку та перетворення енергії переміщень поплавка в енергію подачі води до турбоелектричного агрегату та/або до трубопроводів поливу полів та інших промислових, господарчих, побутових потреб, згідно з винаходом, перетворення енергії водного потоку у зворотно-поступальні переміщення поплавка здійснюють шляхом неперервних почергових перекривань та відкривань проходу для водного потоку під поплавком поблизу задньої його крайки зі створенням під ним періодичних коливань рівня води Перекривання водного потоку призводить до утворення під поплавком хвилі пдропідпору, тобто до підйому рівня води та, як наслідок, до підйому поплавка При цьому перекривання водного потоку поблизу задньої крайки поплавка забезпечує велику площу, яка зазнає тиску збоку хвиль пдропідпору, та, як наслідок, велику силу, яка діє на поплавок Відкривання проходу для водного потоку викликає опускання рівня води та, як наслідок, опускання поплавка Перекривання та відкривання проходу для водного потоку під поплавком, які неперервно настають одне за одним, обумовлюють виникнення під поплавком періодичних коливань рівня води зі значною амплітудою і тим самим періодичні зворотно-поступальні переміщення поплавка у вертикальному напрямку, енергію яких можна використовувати для приводу турбоелектричного агрегату та/або для подачі води трубопроводами для поливу полів та інших промислових, господарчих, побутових потреб Це дозволяє використовувати спосіб для перетворення енергії водного потоку у відсутності природних хвиль Відомий пристрій для перетворення енергії водного потоку в механічну та/або електричну енергію, який є найближчим до запропонованого пристрою за сукупністю ознак і результатом, що досягається, та який містить пересувну платформу, поплавок, розміщений під платформою та зв'язаний з нею з можливістю вертикальних з во ротно-поступальних переміщень, насосний агрегат з приводом від поплавка, а також з'єднаний з ним турбоелектричний агрегат, встановлений на платформі, та/або з'єднані з поплавком насоси та з'єднані з ними трубопроводи подачі води на поля та ІНШІ промислові, господарчі, побутові потреби (заявка Японії № 44-9177, Н кл 52 СЗ, 1969) Цей пристрій забезпечує перетворення енергії водного потоку лише за наявністю природних хвиль, оскільки в ньому відсутні засоби для підйому та опускання поплавка у відсутності хвиль, що обумовлює обмеження його використання умовами водних потоків та погоди, які забезпечують наявність водних хвиль В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пристрою для перетворення енергії водного потоку в механічну та/або електричну енергію шляхом обладнання його засобами для підйому та опускання поплавка у відсутності природних хвиль, що дозволить використовувати пристрій в умовах будь-яких водних потоків при будьякій ПОГОДІ Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для перетворення енергії водного потоку в механічну та/або електричну енергію, що містить пересувну платформу, поплавок, розміщений під платформою та зв'язаний з нею з можливістю вертикальних зворотно-поступальних переміщень, насосний агрегат з приводом від поплавка, а також з'єднаний з насосним агрегатом турбоелектричний агрегат, встановлений на платформі, та/або з'єднані з поплавком насоси та з'єднані з ними трубопроводи подачі води на поля та ІНШІ промислові, господарчі, побутові потреби, згідно з винаходом, обладнаний вертикально розташованим під поплавком поблизу його задньої крайки підпірним щитом, зв'язаним з платформою з можливістю вертикальних зворотно-поступальних переміщень між фіксованими верхнім та нижнім положеннями, і вертикально розташованими по обидва боки підпірного щита під кутами до нього зв'язаними з платформою боковими щитами, причому пристрій обладнаний автоматичними фіксаторами для з'єднання поплавка та підпорного щита між собою у нижньому їх положенні та роз'єднання у верхньому Коли поплавок з'єднаний з підпорним щитом, то вони разом з боковими щитами перекривають водний потік у зоні перебування поплавка та підпорного щита, що призводить до створення під поплавком хвилі пдропідпору, тобто до підйому там рівня води та, як наслідок, до підйому поплавка разом зі з'єднаним з ним підпорним щитом до верхнього фіксованого положення У цей момент автоматичні фіксатори роз'єднують поплавок та підпірний щит, що викликає опускання підпорного щита під дією власної ваги до нижнього фіксованого положення, а це викликає опускання рівня води та, як наслідок, опускання поплавка до верхнього краю підпірного щита У цей момент автоматичні 42203 фіксатори з'єднують підпірний щит і поплавок, що знову призводить до підйому рівня води та, як наслідок, до підйому поплавка Таким чином, перекривання та відкривання водного потоку під поплавком, які неперервно настають одне за одним, обумовлюють виникнення під поплавком періодичних коливань рівня води зі значною амплітудою й тим самим періодичні зворотно-поступальні переміщення поплавка у вертикальному напрямку, енергію яких використовують для приводу турбоелектричного агрегату та/або для подачі води трубопроводами для поливу полів та інших промислових, господарчих, побутових потреб Це дозволяє використовувати пристрій для перетворення енергії водного потоку також у відсутності природних хвиль При цьому, доцільно з'єднувати бокові щити з пересувною платформою з можливістю зміни кутів нахилу до підпірного щита та оснащувати пристрій приводом цієї зміни Це дозволяє змінювати швидкість водного потоку, що поступає до утвореного підпірним і боковими щитами створу, й тим самим регулювати енергію пдропідпору Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг 1 зображено пристрій для претворения енергії водного потоку в механічну та/або електричну енергію, вид спереду, а на фіг 2 - теж, вид зверху Спосіб перетворення енергії водного потоку в механічну та/або електричну енергію включає перетворення енергії водного потоку у зворотнопоступальні переміщення поплавка у вертикальному напрямку шляхом неперервних почергових перекривань та відкривань проходу водного потоку під поплавком, які створюють періодичні коливання рівня води під поплавком, та перетворення енергії переміщень поплавка в енергію подачі води до турбоелектричного агрегату та/або до трубопроводів поливу полів та інших промислових, господарчих, побутових потреб Перекривання водного потоку призводять до виникнення під поплавком хвиль пдропідпору та, як наслідок, до підйому рівня води під ним Відкривання проходу для водного потоку викликають опускання рівня води під поплавком Ці неперервні почергові перекривання та відкривання проходу для водного потоку під поплавком перетворюють паралельний поверхні води потік у періодичні коливання рівня води під поплавком, які викликають зворотно-поступальні його переміщення у вертикальному напрямку Пристрій для перетворення енергії водного потоку в механічну та/або електричну енергію змонтований на пересувній платформі 1, встановленій на плавучих чи жорстких опорах 2 Він містить поплавок 3 з плоскою нижньою поверхнею, розміщений під платформою 1, прямокутний підпірний щит 4, встановлений під поплавком 3 поблизу його задньої крайки, вертикальні напрямні 5, в яких з можливістю зворотно-поступальних переміщень встановлений поплавок 3, вертикальні напрямні 6, в яких з можливістю з во ротно-посту пальних переміщень встановлений підпірний щит 4, підшипники 7 для забезпечення переміщення поплавка 3 в напрямних 5, з'єднані з поплавком З штоки 8 і 8а насосів 9 і 9а, гідравлічно з'єднану з насосами 9 і 9а турбіну 10, з'єднаний з ротором турбіни 10 електрогенератор 11, вертикально розташовані по обидва боки підпірного щита 4 під кутами до нього бокові щити 12 для регулювання швидкості потоку в їх створі, зв'язані з платформою 1 з можливістю поворотів докола вертикальних вісей, елементи кріплення та приводи поворотів 13 бокових щитів 12 для зміни кута їх нахилу до водного потоку, автоматичні фіксатори 14 для з'єднання поплавка 3 та підпірного щита 4, автоматичні фіксатори 14а для роз'єднання поплавка З та підпорного щита 4 при досягненні останнім фіксованого верхнього положення, штоки 15 гідронасосів 16, закріплених на напрямних 5, розтяжки 17 для з'єднання плавучих опор 2 та регулювання їх взаєморозташування, кільця 18 для якірних тросів, стабілізуючих положення плавучих опор 2 у водному потоці Гідронасоси 16 оснащені всмоктувальними клапанами 19, 21 і напірними клапанами 20, 22 Пристрій для перетворення енергії водного потоку в механічну та/або електричну енергію працює таким чином Пристрій встановлюють на одній пересувній платформі 1, яку розміщують на плавучих або жорстких опорах 2, таким чином, щоб підпірний щит 4 був розташований поперек водного потоку, а поплавок 3 - перед щитом 4 При находженні поплавка 3 та верхнього краю щита 4 на рівні поверхні водного потоку фіксатори 14 автоматично з'єднують їх, завдяки чому в створі, обмеженому підпірним щитом 4 та боковими щитами 12, перекривається водний потік, що призводить до створення хвилі пдропідпору, яка піднімає поплавок 3 з підпірним щитом 4 над поверхнею водного потоку до рівня спрацювання автоматичних фіксаторів 14а, які роз'єднують їх Під ДІЄЮ власної ваги підпорний щит 4 опускається й з ним опускається хвиля пдропідпору та поплавок 3 При досягненні рівня поверхні потоку поплавок 3 стикається з верхнім краєм підпірного щита 4, і фіксатори 14 автоматично з'єднують їх, після чого процес утворення хвиль пдропідпору повторюється У процесі підйому на хвилі пдропідпору поплавок 3 передає її енергію турбіні 10 через штоки 8, 8а та насоси 9, 9а, а також насосам 16 через штоки 15 У процесі опускання хвилі пдропідпору поплавок 3 передає вказаним робочим органам енергію свого падіння Це забезпечує неперервну діютурбіни 10 і насосів 16 Турбіна 10 і насоси 9 і 9а утворюють замкнений простір з незмінною робочою рідиною При ПІДЙОМІ поплавка 3 на хвилі пдропідпору шток 8 тисне на насос 9, який витискує робочу рідину на лопатки турбіни 10 Синхронно з тим під дією штоку 8а відкривається насос 9а, який всмоктує робочу рідину, що проходить через турбіну 10 від насосу 9 При падінні поплавка 3 процес іде у зворотному напрямку При ПІДЙОМІ поплавка 3 штоки 15 насосів 16 переміщують поршні насосів 16 в гору, при цьому всмоктувальний клапан 19 відкривається, а напірний клапан 20 закривається, внаслідок чого робоча рідина заповнює порожнину циліндра насоса 16, розташовану під поршнем Одночасно над поршнем закривається всмоктувальний клапан 21 і робоча рідина через напорний клапан 22 виштовхується з насоса При падінні поплавка З робоча рідина всмоктується через клапан 21 у по 42203 рожнину циліндра, розташовану над поршнем насоса 16, і через клапан 20 виштовхується з порожнини циліндра, розташовану під поршнем насоса 16 Таким чином процес перекачування робочої рідини йде безперервно Фіксатори 13 стопорять бокові щити 12 у заданому положенні в залежності від потрібної швидкості водного потоку у створі між боковими щитами 12 Щити 12 встановлені з можливістю пересу / 1 /З ФІГ.1 вання у фіксаторах 13 у горизонтальному напрямку з тим, щоб вони прилягали до підпірного щита 4 своїми задніми потечи сторонами Розтяжки 17 на шарнірах фіксують необхідне положення плаваючих опор 2 Через кільця 18 плаваючі опори 2 закріпляють якорями у визначному МІСЦІ ВОДНОГО потоку Для регулювання енергії пдропідпорних хвиль бокові щити 12 можуть змінювати кут розвороту відносно водного потоку 42203 Фіг.2 ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Киів-133, бульв Лесі Українки, 26 (044)295-81-42, 295-61-97 Підписано до друку Обсяг обл -вид арк 2002 р Формат 60x84 1/8 Тираж 50 прим Зам УкрІНТЕІ, 03680, Киів-39 МСП, вул Горького, 180 (044) 268-25-22