| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2173745
бесплотинной ГІДРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЯ
Ім'я винахідника: Ушаков Григорій Германович; Болтухін Микола Якович
Ім'я патентовласника: Ушаков Григорій Германович; Болтухін Микола Якович
Адреса для листування: 659334, Алтайський край, м Бійськ, вул. Гоголя, 216, кв.146, Г.Г.Ушакову
Дата початку дії патенту: 1998.12.18
Винахід відноситься до гідротехніки і може бути використано при будівництві гідроелектростанцій в будь-якій місцевості. Бесплотінная гідроелектростанція включає дериваційний канал, виконаний з ухилом дна, меншим ухилу дна річки в місці установки гідроелектростанції, активну турбіну, по обіду робочого колеса якої жорстко закріплені лопатки, виконані у вигляді ковшів, генератор і механізм редукування оборотів робочого колеса турбіни до оборотів генератора. Для підведення водотоку з дериваційного каналу до робочого колеса турбіни гідроелектростанція має спіральну камеру. У механізмі редукування оборотів робочого колеса турбіни до оборотів генератора встановлений механізм штучного гальмування вала генератора, виконаний у вигляді керованої гідродинамічної муфти, одна крильчатка якої жорстко закріплена на валу генератора, а друга крильчатка - закріплена на цьому валу рухомо в осьовому напрямку з можливістю зміни зазору між чашками крильчаток муфти для регулювання величини гальмівного моменту на валу генератора від нуля до значення максимального крутного моменту. Винахід забезпечує обертання робочого колеса турбіни з постійною швидкістю і постійним крутним моментом на його осі незалежно від навантажень на роторі генератора і, як наслідок, сталість обертання валу генератора незалежно від електричних навантажень в його мережі.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до гідробудівництва і може бути застосовано при будівництві ГЕС в будь-якій місцевості.
До кінця 19 століття гідробудівники віддавали перевагу активним турбін / мірошницькому колесу /, здатним брати від річкового потоку максимум його енергетичного потенціалу, однак з винаходом і вдосконаленням реактивних турбін / гвинт /, збільшенням напорів у знову споруджуваних гідроелектростанціях активні турбіни відійшли на другий план. Бесплотінная гідроенергетика - енергетика малих напорів, яка може використовувати як джерело енергії або енергію вільного потоку річки, або натиск стовпа води між кінцем дериваційного каналу і річкою. Малі напори вимагають застосування як рушіїв активних турбін і їх вдосконалення.
Дериваційні канали можуть виконуватися відкритими і закритими / напірний водовід /. Напірний водовід дозволяє створити ГЕС більшої потужності, однак вимагає установку безпосередньо перед турбінами зрівняльного резервуара, в завдання якого входить згладжування піків у витратах турбіни. Зрівняльні резервуари відомих конструкцій не забезпечують гасіння гідравлічних ударів від роботи турбіни в напірному водоводі, які за своєю силою можуть в десятки разів перевищувати тиск на стінки відвідав при статичному режимі. Крім того, реактивні турбіни - це турбіни, в яких їх вал обертається не від прямого впливу потоку води на лопатки турбіни, а від реактивної складової тиску цього потоку. Таке технічне рішення дозволяє виконати процес роботи турбіни керованим, хоча в турбінах цього типу на один кіловат виробленої ними електроенергії витрачається в два рази більше води, ніж в турбінах активних, наприклад ковшових. Ковшові турбіни мають замість лопаток на своїх робочих колесах ковші, що дозволяють отримувати на валу колеса значний крутний момент при мінімальних витратах. Це турбіни з найвищим ККД. Складність полягає в тому, що реактивні турбіни керовані в процесі їх роботи, а для активних турбін ще не знайдено технічне рішення, що дозволяє при малих напору управляти ними в процесі їх експлуатації.
Необхідність в цьому існує. Максимум потужності активна турбіна, наприклад ковшовая, віддає тоді, коли швидкість колеса, яке обертає потік, досягає половини швидкості цього потоку. Досить змінити навантаження на валу колеса і відразу починає змінюватися швидкість його обертання. А генератори загального призначення, що випускаються вітчизняною промисловістю, вимагають постійної швидкості обертання валу генератора, тобто рушій бесплотинной гідроелектростанції повинен містити в собі такий елемент редукування чисел оборотів колеса турбіни до оборотів вала генератора, який дозволяв би обертатися робочого колеса турбіни як з постійним крутним моментом на своїй осі, так і з постійною швидкістю, при незмінних параметрах потоку річки і незалежно від навантажень на генератор.
Найбільш близькою по технічній сутності до пропонованого винаходу є дериваційна гідроелектростанція з ковшовими турбінами / см. "Гідроенергетичні установки". Під редакцією Щавелєва Д.С. Л .: Енергія, 1972, с. 241 /. Всі недоліки активних турбін і гідроелектростанції з дериваційними каналами, про які йшла вище мова, притаманні прототипу.
Мета винаходу - забезпечити обертання робочого колеса турбіни з постійною швидкістю і забезпечити постійний крутний момент на його осі незалежно від навантажень на роторі генератора і тим самим забезпечити сталість обертання валу генератора незалежно від електричних навантажень в його мережі.
Поставлена мета досягається тим, що Бесплотінная гідроелектростанція включає дериваційний канал, виконаний з ухилом дна, меншим ухилу дна річки в місці установки гідроелектростанції, активну турбіну, по обіду робочого колеса якої жорстко закріплені лопатки, виконані у вигляді ковшів, генератор і механізм редукування оборотів робочого колеса турбіни до оборотів генератора, для підведення водотоку з дериваційного каналу до робочого колеса турбіни гідроелектростанція має спіральну камеру, а в механізмі редукування оборотів робочого колеса турбіни до оборотів генератора встановлений механізм штучного гальмування вала генератора, виконаний, наприклад, у вигляді керованої гідродинамічної муфти, одна крильчатка якої жорстко закріплена на валу генератора, а друга крильчатка закріплена на цьому валу рухомо в осьовому напрямку з можливістю зміни зазору між чашками крильчаток муфти для регулювання величини гальмівного моменту на валу генератора від нуля до значення максимального крутного моменту.
 | |
 |
 |
 |
 |
На кресленнях (фіг. 1-5) показані русло річки 1 з ухилом дна річки i дна, водозабір 2 дериваційного каналу 3 з затвором 4, змонтованого на естакаді 5. Ухил дериваційного каналу 3 i ест. менше ухилу дна річки i річки. У тому місці, де рівень потоку води в дериваційне каналі перевищить рівень води в річці на величину розрахункового напору H повн. , Вертикально встановлена спіральна камера 6 активної ковшового турбіни 8. У місці переходу каналу 3 в спіральну камеру 6 в бічних стінках каналу виконані водозливи 7 із загальною довжиною полиць водозливу не менше 3-х глибин каналу в місці водозливу.
Робоче колесо турбіни 8 може складатися з декількох окремих коліс 10, як це показано на фіг.2, або являти собою єдине колесо шириною B до, як це показано на фіг.5.
За обода робочого колеса жорстко закріплені ковші 11. Вісь 9 робочого колеса 10 турбіни обертається в підшипниках 12. На консолі осі закріплені зірочки 13 закритій ланцюгової передачі механізму редукування обертів колеса до оборотів генератора. Закрита передача через конусну муфту 14, редуктор 15, м'яку муфту 16 з'єднана з валом генератора 17. На цьому ж валу редуктора 15 з його протилежного боку через муфту 25 закріплена гідродинамічна муфта 18, що є різновидом керованої реактивної турбіни. Одна крильчатка муфти закріплена на валу жорстко і обертається разом з валом генератора, друга крильчатка 24 муфти 18 закріплена на цьому ж валу рухомо тільки в осьовому напрямку. Змінюючи зазор між чашками крильчаток муфти 18, можна змінювати величину гальмівного моменту на осі генератора від нуля до максимального крутного моменту при повній електричної навантаженні на нього.
Робоче колесо 10 закрито кожухом 19. Все обладнання розмішено в приміщенні машинного залу 20.
Спіральна камера 6 на своєму кінці має ряд сопел циліндричної форми. Кількість сопел дорівнює кількості коліс на осі 9.
Кожне сопло закривається спеціальним конусом. Привід всіх конусів об'єднаний в один. Рух конусів кинематически пов'язано з генератором станції і залежить від електричного навантаження на нього або на них, якщо станція має кілька генераторів, що працюють від одного робочого колеса турбіни. Прикриваючи або відкриваючи конусний затвор сопел, можна регулювати потужність на валу робочого колеса активної турбіни 8 або повністю зупиняти його.
Водозлив 7 водоводом 22 пов'язаний з річкою 1 або з дериваційного каналом наступної черги станції. Водозливи 7, турбіна 8, спіральна камера 6 механізму редукування 15, що включає в себе весь набір механізмів для зміни числа обертів генерування струму, - все розміщено в одній будівлі 23 гідростанції.
Гідродинамічна муфта 18, яка працює в сукупності з генератором, покликана забезпечити сталість крутного моменту на валу турбіни незалежно від навантажень на генератор.
Застосування в приводі генератора гідродинамічної муфти 18 вирішує поставлене завдання, проте не є єдиним технічним рішенням. Замість муфти 18 з керованим гальмівним моментом можна використовувати реактивну турбіну, укріплену на одному валу з активною, відцентровий або масляний насоси, з дроселюванням їх потоку рідини в залежності від зміни електричного навантаження на генератор.
ПРАЦЮЄ СТАНЦІЯ наступним чином
Після того як буде відкритий затвор 4 водозабори і вода заповнить дериваційний канал 3, вона через водозлив 7 надходить спочатку в канал 22, а через нього назад в річку 1. У цей час затвор 21 спіральної камери 6 закритий, тому і колесо, і генератор залишаються Без руху. При включенні приводу затвора 21 вода з спіральної камери починає надходити в ковші робочого колеса 10. Після того як затвор 21 відійде на заданий кут і колесо набере обертів, включається гідродинамічна муфта 18, якщо в якості гальмівного механізму з керованим гальмівним моментом обрана саме гідродинамічна муфта, а не насос, електродвигун постійного струму з реостатом і інше, яка створює гальмівний момент, рівний гальмівним моментом генератора 17 при повній його електричної завантаженні. Обороти колеса при цьому зменшуються і після того, як окружна швидкість колеса буде дорівнює половині швидкості струменя водотоку сопла, число обертів колеса стабілізується і стабілізуються всі параметри водотоку в усьому дериваційне каналі. Тільки після цього включається генератор 17. Ротор генератора на холостих режимах набирає необхідні обороти, і генератор ставиться в режим автоматичного керування, при якому гальмівний момент гідродинамічної муфти 18 пропорційно залежить від електричних навантажень на генератор. З включенням споживачів струму автоматично зменшується гальмівний момент гідродинамічної муфти 18. Однак крутний момент на осі робочого колеса, швидкість його обертання, швидкість потоку в дериваційне каналі, секундний витрата води в ньому - все залишається незмінним, як би різко не змінювалися навантаження на генератор, який б бурхливої або навпаки тихою і мілководній в народних обранців була річка.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Бесплотінная гідроелектростанція, що включає дериваційний канал, виконаний з ухилом дна, меншим ухилу дна річки в місці установки гідроелектростанції, активну турбіну, по обіду робочого колеса якої жорстко закріплені лопатки, виконані у вигляді ковшів, генератор і механізм редукування оборотів робочого колеса турбіни до оборотів генератора, відрізняється тим, що для підведення водотоку з дериваційного каналу до робочого колеса турбіни гідроелектростанція має спіральну камеру, а в механізмі редукування оборотів робочого колеса турбіни до оборотів генератора встановлений механізм штучного гальмування вала генератора, виконаний, наприклад, у вигляді керованої гідродинамічної муфти, одна крильчатка якої жорстко закріплена на валу генератора, а друга крильчатка - закріплена на цьому валу рухомо в осьовому напрямку з можливістю зміни зазору між чашками крильчаток муфти для регулювання величини гальмівного моменту на валу генератора від нуля до значення максимального крутного моменту.
Версія для друку
Дата публікації 12.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.