речной навигационный буй со встроенной гидроэнергетической установкой

Формула изобретения

Речной навигационный буй со встроенной гидроэнергетической установкой, содержащий поплавок, надводную часть в виде сигнальной фигуры, сигнальный фонарь, балансировочный груз в подводной части буя, стабилизатор, соединенную с генератором гидротурбину гидроэнергетической установки, преобразующей энергию течения воды с электрическую, и приспособление для крепления якорной цепи, отличающийся тем, что стабилизатор выполнен в виде двух вертикальных пластин, жестко связанных с поплавком, а балансировочный груз выполнен в виде нижней поперечной пластины, образующей с указанными вертикальными пластинами ферменную конструкцию, являющуюся подводной частью буя, причем нижняя поперечная пластина дополнительно жестко связана с поплавком четырьмя стойками, при этом гидротурбина размещена на опорах в раме, установленной между вертикальными пластинами, и выполнена с вертикальным валом, соединенным посредством гибкой передачи с валом генератора, заключенного в водозащитную камеру, смонтированную на поплавке в надводной части буя, а вдоль нижнего края поплавка установлен мусорозащитный щиток.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области речного судоходства и предназначено для обеспечения навигационного пути.

Известны речные навигационные буи, имеющие поплавок, надводную часть в виде сигнальной фигуры, сигнальный фонарь, источник электропитания, балансировочный груз в подводной части буя, стабилизатор и приспособление для крепления якорной цепи [1].

В качестве источника электропитания применяются обычно сухие гальванические батареи или щелочные аккумуляторы. Однако срок работы этих источников питания ограничен одной навигацией, что требует их ежегодной замены.

Известны гидроэнергетические установки, преобразующие энергию течения воды в электрическую и устанавливаемые на поплавках, понтонах и других плавсредствах. Такие установки включают в себя гидротурбину и генератор, имеют многолетний срок работы и могут быть использованы в качестве источников питания электрооборудования речных буев [2, 3].

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является буй по заявке Франции [4], содержащий сигнальный фонарь, стабилизатор, надводную часть в виде сигнальной фигуры, балансировочный груз. Однако конструкция буя не приспособлена для установки на нем гидроэнергетической установки.

Задачей изобретения является размещение внутри речного навигационного буя гидроэнергетической установки, преобразующей энергию течения воды в электрическую, обеспечение надежной защиты этой установки, а также стабилизации положения и устойчивости буя в потоке.

Поставленная задача решается за счет того, что стабилизатор выполнен в виде двух вертикальных пластин, жестко связанных с поплавком, а балансировочный груз выполнен в виде нижней поперечной пластины, образующей с указанными пластинами ферментную конструкцию, являющуюся подводной частью буя, причем нижняя поперечная пластина дополнительно жестко связана с поплавком четырьмя стойками, при этом гидротурбина размещена на опорах в раме, установленной между вертикальными пластинами, и выполнена с вертикальным валом, соединенным посредством гибкой передачи с валом генератора, заключенного в водозащитную камеру, смонтированную на поплавке в надводной части буя, а вдоль нижнего края поплавка установлен мусорозащитный щиток.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена полуконструктивная схема буя со встроенной гидроэнергетической установкой. Центральным элементом буя является поплавок 1, соединяющий надводную часть, выполненную в виде сигнальной фигуры 2, и подводную часть, имеющую ферменную конструкцию. Эта конструкция включает в себя две вертикальные пластины 3, жестко связанные с поплавком 1 и нижней поперечной пластиной 4, которая дополнительно связана с поплавком 1 четырьмя стойками 5. Между вертикальными пластинами 3 и стойками 5 установлена рама 6, в которой на опорах 7 размещена гидротурбина 8 с вертикальным валом 9, соединенным гибкой передачей с валом генератора 10. Генератор 11 размещен в водозащитной камере 12, которая смонтирована на поплавке 1 внутри сигнальной фигуры 2. Вдоль нижнего края поплавка установлен мусорозащитный щиток 13.

Предлагаемый речной навигационный буй со встроенной гидроэнергетической установкой функционирует следующим образом. Буй обтекается потоком воды, который взаимодействует с гидротурбиной, поплавком и неподвижными деталями конструкции подводной части буя. Взаимодействие потока с гидротурбиной приводит к ее вращению, которое через вал турбины передается ротору генератора. В результате в генераторе вырабатывается электрический ток, необходимый для питания электрооборудования буя.

При взаимодействии потока с поплавком и подводной частью буя возникают гидродинамические силы, которые имеют две основные составляющие: силу Архимеда, направленную вверх, и силу сопротивления, направленную вдоль скорости течения реки. Сила Архимеда уравновешивается весом буя, а сила сопротивления - реакцией якорной цепи. Кроме того, на буй действуют боковые и другие силы, дестабилизирующие положение буя. В предлагаемой конструкции буя роль стабилизатора выполняют вертикальные пластины. Под действием гидродинамических сил, действующих на эти пластины, буй занимает положение, в котором плоскости вертикальных пластин направлены вдоль скорости течения. Вертикальные перемещения буя стабилизируются гидродинамическими силами, действующими на нижнюю поперечную пластину (балансировочный груз), и нижнюю поверхность поплавка. Устойчивость буя во многом определяется положением центра тяжести, который должен находиться ниже уровня воды. Ферменная конструкция подводной части буя позволяет размещать центр тяжести ниже, чем у известных буев.

Во время эксплуатации буй может подвергаться кратковременному затоплению, что требует защиты генератора от воды. С этой целью генератор заключен в специальную водозащитную камеру.

Наиболее уязвимым элементом гидроэнергетической установки является гидротурбина. Она должна быть защищена от механических повреждений при транспортировке буя и от мусора, плывущего по реке. Монтаж гидротурбины в раме и размещение этой рамы внутри ферменной конструкции в подводной части буя защищают гидротурбину от повреждений. Защита от мусора осуществляется двумя способами. Первый способ - установка мусорозащитного щитка вдоль нижнего края поплавка. Основная часть мусора плывет по поверхности воды. Щиток препятствует движению этого мусора вниз к гидротурбине и вместе с потоком воды мусор огибает поплавок и уносится за буй. Второй способ защиты - выбор расстояния между вертикальными пластинами, конструкции гидротурбины и ее размеров такими, чтобы мусор, плывущий в нижних слоях воды, мог беспрепятственно проходить через ферменную конструкцию подводной части буя. Вращение гидротурбины способствует ее самоочищению.

Таким образом, предложенная ферменная конструкция позволяет размещать гидроэнергетическую установку внутри буя, обеспечивает надежную защиту этой установки, стабилизацию положения и устойчивость буя в потоке.

Источники информации

1. Орлович К.С., Шмерлинг И.Е. Внутренние водные пути и судоходная обстановка. М.: Транспорт, 1977, С. 37-39.

2. Глебов Е. О. Плавучая маломощная гидроэлектростанция с вертикальным ротором. Авторское свид. СССР N 77885. Кл. 88 в 4, опубл. 30.11.49.

3. Каргиев В.М., Муругов В.П., Шутьков С.А. Свободнопоточная гидроэнергетическая установка. Авторское свид. СССР N 1737148. Кл. F 03 B 13/00, опубл 30.05.92.

4. Заявка Франции N 561305, B 63 B 51/02, 1923 г.