-

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6395
(13) U
(46) 2010.08.30
(51) МПК (2009)
F 03B 13/00
(54) МЕЛКОВОДНЫЙ ГИДРОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР
(21) Номер заявки: u 20091070
(22) 2009.12.17
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный аг-
рарный технический университет"
(BY)
(72) Авторы: Прищепов Михаил Алексан-
дрович; Тимошенко Василий Яковле-
вич; Прищепова Елена Михайловна
(BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образо-
вания "Белорусский государственный
аграрный технический университет" (BY)
(57)
1. Мелководный гидроэлектрогенератор, содержащий корпус, рабочий орган - осевое
колесо, выполненное в виде обруча со спицами, снабженными поворотными лопастями,
закрепленное на вертикально вращающемся валу, кинематически связанном с валом электро-
генератора, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде плоского поплавка, имею-
щего по центру вертикальное сквозное отверстие для прохождения кинематически
связанных валов осевого колеса и электрогенератора, установленного в верхней надвод-
ной плоскости поплавка, с двух противоположных сторон которого установлены крепле-
ния для тросов, зафиксированных на противоположных берегах водоема, при этом спицы
имеют свободно шарнирно подвешенные вдоль больших боковых сторон поворотные ло-
пасти и упоры, ограничивающие на половине траектории движения колеса относительно
вращающегося вала поворот лопастей набегающим потоком воды до вертикального поло-
жения.
2. Мелководный гидроэлектрогенератор по п. 1, отличающийся тем, что поворотные
лопасти осевого колеса выполнены из материала, имеющего удельную плотность в
1,1…1,5 раза выше плотности воды.
Фиг. 1
BY6395U2010.08.30

2. BY 6395 U 2010.08.30
2
3. Мелководный гидроэлектрогенератор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он
снабжен дополнительными плоскими пластинами, жестко закрепленными большими бо-
ковыми сторонами на спицах осевого колеса с противоположной стороны от упоров в од-
ной плоскости с обручем осевого колеса.
(56)
1. А.с. СССР 1724921 А1, МПК F 03В 13/00, 1992.
2. Патент RU 2169288 С2, МПК F 03В 13/00, 17/06, 2000.
3. Патент BY 9983, МПК F 03В 13/00, 2007 (прототип).
Полезная модель относится к гидроэнергетике и может быть использована для преоб-
разования энергии потока воды реки в электрическую.
Известна гидротурбина для микроГЭС [1], содержащая рабочее колесо с поперечными
лопастями и струенаправляющее устройство с двумя выходными каналами, расположен-
ными симметрично относительно продольной его оси, а оси выходных каналов смещены
относительно друг друга в радиальном направлении на величину диаметра каналов.
Недостатком данного устройства является наличие струенаправляющего устройства,
которое ограничивает поток жидкости и, следовательно, уменьшает энергию воды, посту-
пающей на рабочее колесо.
Известна установка для использования энергии гидравлического потока [2], имеющая
погруженный в воду корпус, в котором размещен рабочий орган в виде осевого колеса,
снабженный поворотными лопастями, концы которых выполнены подвижными, и кине-
матически связанный с преобразователем энергии, и установленную на корпусе заслонку,
имеющую щелевые прорези, кроме того, корпус снабжен направляющей, установленной
на выходе потока из установки.
Недостатками данной установки являются потери энергии вследствие большой вели-
чины коэффициента присоединенной массы жидкости при повороте лопасти и невозмож-
ность использования в погруженном состоянии в открытых каналах и реках.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является
гидроагрегат [3], содержащий корпус, рабочий орган - осевое колесо, выполненное в виде
обруча со спицами, снабженными поворотными лопастями, закрепленное на вертикаль-
ном вращающемся валу, кинематически связанном с валом электрогенератора.
Недостатками данного гидроагрегата являются высокая материалоемкость из-за нали-
чия массивного погруженного в воду корпуса, склонность к опрокидыванию (особенно
при больших скоростях потока воды), так как корпус устанавливается на дно водоема, а
также сложность кинематического соединения электрогенератора с вертикальным валом
осевого колеса вследствие значительного колебания как глубины водоема, так и уровня
воды в водоеме от паводков и засухи.
Задачей полезной модели является снижение материалоемкости и обеспечение круг-
логодичной эксплуатации устройства на мелководных водоемах.
Поставленная задача достигается тем, что в мелководном гидроэлектрогенераторе, со-
держащем корпус, рабочий орган - осевое колесо, выполненное в виде обруча со спицами,
снабженными поворотными лопастями, закрепленное на вертикально вращающемся валу,
кинематически связанном с валом электрогенератора, корпус выполнен в виде плоского
поплавка, имеющего по центру вертикальное сквозное отверстие для прохождения кинема-
тически связанных валов осевого колеса и электрогенератора, установленного в верхней
надводной плоскости поплавка, с двух противоположных сторон которого установлены
крепления для тросов, зафиксированных на противоположных берегах водоема, при этом
спицы имеют свободно шарнирно подвешенные вдоль больших боковых сторон поворот-
ные лопасти и упоры, ограничивающие на половине траектории движения колеса относи-

3. BY 6395 U 2010.08.30
3
тельно вращающегося вала поворот лопастей набегающим потоком воды до вертикально-
го положения. При этом поворотные лопасти осевого колеса выполнены из материала,
имеющего плотность в 1,1…1,5 раза выше плотности воды, а спицы снабжены дополни-
тельными плоскими пластинами, жестко закрепленными большими боковыми сторонами
на спицах с противоположной стороны от упоров в одной плоскости с обручем осевого
колеса.
В предлагаемом гидроэлектрогенераторе осевое колесо вращается с минимальными
потерями, кроме того, всегда у поверхности воды на глубине ниже промерзания в зимний
период. Существенными отличительными признаками гидроэлектрогенератора являются
конструкции корпуса, выполненного в виде плоского поплавка, а также осевого колеса, в
котором лопасти поворачиваются на 90° вокруг горизонтально расположенных спиц.
Для обеспечения минимальных потерь энергии потока воды лопасти поворачиваются
наибольшей плоскостью к набегающему потоку воды в активной зоне его воздействия и
наименьшей плоскостью в пассивной зоне. Выполнение поворотных лопастей из материа-
ла с плотностью в 1,1…1,5 раза выше плотности воды и наличие дополнительных плоских
лопастей, жестко закрепленных на спицах с противоположной стороны от упоров в одной
плоскости с обручем колеса, обеспечивает практически мгновенный поворот лопастей при
их переходе из активной зоны в пассивную и наоборот, что в итоге способствует макси-
мальному использованию энергии потока воды.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен фронталь-
ный вид мелководного гидроэлектрогенератора со стороны течения реки; на фиг. 2 - вид
сверху; на фиг. 3 - вид сбоку.
Мелководный гидроэлектрогенератор состоит из корпуса 1, выполненного в виде
плоского поплавка, имеющего по центру вертикальное сквозное отверстие для прохожде-
ния кинематически связанных вала 2 осевого колеса 3 и вала 4 электрогенератора 5, уста-
новленного сверху над поплавком на специальном креплении. Осевое колесо 3 выполнено
в виде обруча 6 (фиг. 2) со спицами 7, которые снабжены свободно шарнирно подвешен-
ными вдоль больших боковых сторон поворотными лопастями 8 и упорами 9, ограничи-
вающими поворот лопастей набегающим потоком воды до вертикального положения. При
этом поворотные лопасти выполнены из материала, имеющего плотность в 1,1…1,5 раза
выше плотности воды, а спицы 7 снабжены дополнительными плоскими пластинами 10,
жестко закрепленными большими боковыми сторонами на них с противоположной сторо-
ны от упоров 9 в одной плоскости с обручем 6 осевого колеса 3. Кроме этого, поплавок 2 с
двух противоположных боковых сторон имеет крепление 11 для тросов 12, зафиксирован-
ных за берега реки 13.
Мелководный гидроэлектрогенератор работает следующим образом. После спуска на
воду поплавок 1 гидроэлектрогенератора с помощью крепления 11 и тросов 12 фиксируют
в заданном месте русла реки, которое выбирается из условий достаточности глубины ре-
ки, максимума скорости потока воды, близости к электроснабжающему объекту и др. При
этом поток воды, в котором расположено осевое колесо 3, воздействует на свободно шар-
нирно подвешенные лопасти 8, которые в активной зоне потока (правая часть потока от
оси вращения фиг. 2) раскрываются до вертикального положения и упираются на упоры 9,
а в пассивной зоне, где упор 9 находится перед лопастями 8 относительно потока воды,
они поворачиваются в плоскость обруча 6. Для быстрого поворота лопастей 8 при их пе-
реходе из активной зоны в пассивную и наоборот они выполняются из материала с плот-
ностью в 1,1…1,5 раза больше плотности воды, это обеспечивает их поворот под
собственным весом в вертикальное положение в активной зоне и поворот в плоскость об-
руча 6 с минимальными затратами энергии, которая направлена встречно и вычитается с
полезной энергией, получаемой в активной зоне колеса и идущей на вращение вала 4
электрогенератора 5. Наличие дополнительных пластин 10, жестко закрепленных на спи-
цах 7, способствуют лучшему использованию энергии потока воды как в активной, так и в

4. BY 6395 U 2010.08.30
4
пассивной зонах, при повороте лопастей 8, соответственно, за счет повышения давления
потока воды перед лопастями 8 в активной зоне и снижения давления за лопастями 8 в
пассивной зоне.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.