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)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2221932

бесплотинной ГІДРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЯ

Ім'я винахідника: Артамонов Олександр Сергійович; Колесніченко Олександр Васильович; Скляров Віктор Федорович
Ім'я патентовласника: Артамонов Олександр Сергійович; Колесніченко Олександр Васильович; Скляров Віктор Федорович
Адреса для листування: 414052, г.Астрахань, вул. Яблочкова, 44, кв.57, А.С. Артамонову
Дата початку дії патенту: 2001.10.22

Гідроелектростанція призначена для перетворення енергії річок. Бесплотінная гідроелектростанція містить фундамент і турбіни з лопатками і діафрагмами, вертикальний вал яких встановлено на подпятнике підшипника фундаменту і з'єднаний за допомогою редуктора з електрогенератором. Гідроелектростанція виконана у вигляді вежі, закріпленої на дні річки якірним пристроєм, при цьому вертикальний вал турбін проходить всередині вежі, а турбіни з діафрагмами розташовані паралельно один одному і забезпечені напрямних апаратом з одного боку, а з іншого боку - циліндричними сегментами, причому діафрагми через пустотілі стійки скріплені анкерними болтами. У гідроелектростанції пустотілі стійки забезпечені обтекателями і встановлені в направляючих елементах діафрагми. У гідроелектростанції фундамент забезпечений вертикальним загостреним стрижнем, заглибленим в дно річки, і стрижнем з передньої ріжучої частиною і механізмом для ручного повороту і закріплення гідроелектростанції. Конструкція гідроелектростанції дозволяє забезпечити перетворення енергії води без будівництва греблі.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до створення і роботи безгребельні ГЕС на малих, маленьких, але особливо на великих могутніх ріках з великими глибинами і шириною русла, зі швидкістю течії від 0,5-1,0 м / с і вище, з можливістю з'єднання їх в блоки або з розміщенням в розосередженому вигляді на поверхні річки.

Відомі бесплотинной ГЕС, мають водяні колеса, які є своєрідним енергетичним порогом в підвищенні продуктивності праці (див. Л.А. Мелентьев Програми паливно-енергетичного комплексу, вид. "Техніка", "Знання", М., 1986 р, 1, стор .20 [1]).

Основним істотним недоліком відомої конструкції цього типу ГЕС є її мала надійність і потужність, а й неможливість роботи в зимовий період з утворенням крижаного покриву.

Відома і та безгребельні ГЕС, у якої несучої і обертається частиною / валом / є сталевий трос з встановленими на ньому ТУРБІНКА і перекинутим з одного берега на інший / ж. "Наука і життя", М., 1976 г., стр.12, 8 [2].

Основним недоліком даної бесплотинной ГЕС є мала надійність і вкрай низька потужність, а й неможливість використання в зимовий період з утворенням крижаного покриву. Крім того, до недоліків всіх відомих безгребельні ГЕС слід віднести неможливість їх експлуатації на великих судноплавних річках з використанням енергії великих глибин / гідравлічної енергії поточної води / і включенням їх в загальну енергетичну мережу.

Найбільш близькою до заявляється пристрою, аналогом-прототипом, є Гідроелектростанція за патентом 2171910, що містить встановлене в руслі споруда, що складається з фундаментної плити, бічних стін і перекриття з приміщенням для редуктора з електрогенератором над місцем установки гідроколеса. Спорудження перед водозабором має льодорізної опору і бонние мережі, а бічні стіни з боку входу води і її виходу мають розширення, що утворюють відповідно конфузорной, робочий і діффузорний канали. Одна з бічних стін має в робочому каналі секторний напівкруглий виріз під гідроколесо, яке встановлено в підшипникових вузлах вище дна річки і нижче кромки можливого крижаного покриву відповідно, нижньому - в фундаментної і плиті і верхньому - в перекритті.

Гідроколесо виконано порожнистим, що складається з жорстко встановлених на валу двох паралельних горизонтальних дисків, по периферії яких і між ними рівномірно встановлені лопаті з довжиною не більше 2/3 його радіуса під кутом до нього від 0 до 180 ^o. Гідроколесо своїми редукторами і електрогенераторами по довжині гідроелектростанції в її робочому каналі може бути декілька. Робочий канал зі входом і виходом води забезпечений затворами і насосної установкою. Пристрій розроблений таким чином збільшити надійність роботи і цілорічність використання.

Основними суттєвими недоліками аналога, обраного в якості прототипу, є

- Висока матеріаломісткість і вартість виконання двоповерхової коробки будівлі гідроелектростанції;

- Виконання робіт під водою зі зведення споруди / коробки /, особливо на глибоких річках вимагає застосування спеціальних пристроїв, наприклад кессонов;

- Пристрій льодорізної опори знову ж збільшує матеріалоємність і вартість гідроелектростанції;

- До додаткової вартості гідроелектростанції відноситься і пристрій затворів з 2-х сторін робочого каналу, а й насосної установки;

- Застосування декількох гідроколес зі своїми редукторами і електрогенераторами в одному робочому каналі знижує ефективність наступних коліс, встановлених за першим за рахунок зменшення швидкості течії води в каналі і наявності завихрень за першим гідроколеса, тобто ккд цих коліс стає істотно менше першого гідроколеса і призводить до збільшення вартості гідроелектростанції, подовження ж робочого каналу призведе до ще більшої вартості;

- Нераціонально і розміщувати гідроелектростанцію в центральному перерізі річки, що буде заважати пропуску по річці глубокосідящіх судів;

- Низька потужність гідроелектростанції - від 10 до 100-150 кВт, висока матеріаломісткість і виробництво робіт зі зведення коробки будівлі під водою призводить не тільки до високої вартості будівництва, а й високу вартість однієї кіловат-години, а й до тривалої окупності такого дорогого споруди, особливо на глибоких річках.

Метою винаходу є використання гідравлічної енергії річок, незалежно від їх "потужності" на всю їх глибину, круглі роки з досягненням великих електричних потужностей і роботою на загальну енергетичну мережу, без будівництва дорогих гребель, шлюзів і водоймищ із збереженням земельних угідь з селищами і містами, поліпшення екології.

Викладена суть винаходу пояснюється кресленнями,

де на фіг.1 показаний поздовжній розріз здвоєних безгребельні ГЕС;

на фіг.2 зображено поперечний розріз III-III з видом турбін з увігнутими робочими лопатками, що направляють апаратом і циліндричним сегментом;

на Фіг.3 показана частина турбіни в поперечному перерізі по II-II;

на фіг.4 показано поздовжній перетин по баштовій бесплотинной ГЕС;

на фіг.5 зображений вид на турбіну зверху з частковим вирізом по робочим лопаток, ротора і валу;

на фіг.6 показаний поздовжній розріз циліндричного сегмента;

на фіг.7 наведено поперечний розріз по сегменту;

на фіг. 8 зображений поперечний розріз порожнистими стійки з обтічником і анкерним болтом;

на фіг.9 наведено поздовжній розріз одиночній баштовій бесплотинной ГЕС малої потужності з полегшеним фундаментом, що має загострений стрижень;

на фіг.10 наведено поздовжній розріз по мікроГЕС;

на фіг. 11 показані схеми розміщення в річці безгребельні ГЕС з якірними пристроями, в тому числі і на плавучому засобі.

Бесплотінная ГЕС містить фундамент 1 /фіг.1/, зокрема з встановленими на ньому двома ГЕС баштового типу 2, з вертикально розташованими валами 3, кожен з яких встановлений в підп'ятник 4 / опорні підшипники /. Вежі ГЕС розділені горизонтальними діафрагмами 5 / заштрихованими на кресленні /, між якими розміщені турбіни 6 / для простоти зображення вони показані у вигляді прямокутників з діагональними лініями, з вільним обертанням між діафрагмами 5 на валу 3.

Між діафрагмами 5 встановлені пустотілі циліндричні стійки 24, що забезпечують точну відстань між діафрагмами, зв'язок всієї конструкції в єдине ціле і міцність конструкції вежі за рахунок анкерних болтів 7, якими стягнуті елементи вежі через стійки 24 і діафрагми 5.

Зверху на діафрагмах 8 встановлені редуктори 9, що кріпляться через муфти 30 з валом 3 і муфти 29 з електрогенератором 10 / см. фіг.4 /. Міцність конструкції з редуктора з генератором досягається розміщенням їх в циліндричній оболонці 11 /фіг.4/, кожна з допомогою косинок 12, виконаних таврового профілю, які за допомогою шпильок 26 кріпляться до верхньої діафрагми 8 в кожній вежі ГЕС. Косинки 12 розташовані рівномірно по колу на заданій відстані один від одного.

Болтами 27, 28 здійснюється кріплення в оболонці 11 генератора і редуктора (див. Фіг.5). Турбіна, показана на цій фігурі, має наскрізний отвір 13 для пропуску та кріплення вала 3 на шпонках 32, увігнуті робочі лопатки 14, ротор 15 з'єднані в єдину конструкцію описуваної турбіни.

На кожній діафрагмі 5 розміщений направляючий апарат з лопатками 16, 17, 18, 19, 20, а з протилежного боку діафрагми колесо турбіни 6 закрите від набігаючого потоку води циліндричними сегментами 21, виконаними у вигляді "швелера" з полками 22 і кріплять до діафрагми шпильками 23.

Для запобігання зсуву елементів конструкції вежі ГЕС пустотілі стійки 24 входять в направляючі елементи 25 всіх діафрагм.

Поз. 33 - обтічники стійок 24, поз. 24 - дно річки, поз. 35 показує у вигляді стрілки напрямок поточної води, поз.36 - перемичка / для міцності / між 2-ма баштовими ГЕС. При одиночній установці баштових ГЕС перемичка відсутня. Поз.31 - монтажні петлі генератора.

Працює Бесплотінная баштового типу ГЕС наступним чином: по фіг.1 відзначимо, що на фіг.1 букви ГВВ позначають горизонт вод / повінь /, ГМВ - горизонт поточної води-межень в річці після падіння повені, поверхня льоду відзначена словом "лід".

Вежа ГЕС встановлюється на фундамент в руслі річки, як показано стрілкою 35, проти течії води.

Поточна вода входить в направляючий апарат 16-20, утворений криволінійними лопатками, із заданою швидкістю і тисне на увігнуті робочі лопатки 14, які приводять в обертання турбіни 6 разом з валом 3. Втративши частину своєї швидкості і кінетичної енергії, відпрацьована вода витікає з лопаток турбін за течією річки так, як показано стрілками 60.

Установка циліндричних сегментів 21-22 з протилежного боку направляючого апарату дозволяє уникнути дії течії на цю частину турбіни за рахунок обтікання її гладких поверхонь сегментів 21 по всій висоті вежі і всіх встановленої на ній турбін. Для запобігання навіть найменшого перетікання поточної води в зазори між робочими лопатками 14 турбін і поверхонь сегментів 21 кожна робоча лопатка 14 турбін 6 має на кінцях уплотняющие пластини / пристрої /, які, виступаючи за кінці робочих лопаток 14, ковзають по внутрішніх поверхнях циліндричних сегментів 21, перекриваючи хоча б і невеликі, але обов'язково утворюються при виготовленні і монтажі зазори. В результаті додаток сил від поточної води річки на турбіни 6 по всій висоті вежі ГЕС здійснюється тільки в зоні розташування напрямних апаратів 16-20 з безперешкодним обтіканням водою зовнішніх поверхонь сегментів 21, не надаючи противодавления для обертання турбін та роботи бесплотинной ГЕС. Виконання робочих лопаток 14 турбін увігнутими забезпечує утворення "ковшів" і сприяє більш ефективному використанню кінетичної енергії вільно рухається води річки. Цьому ж напрямку, тобто підвищенню використання кінетичної енергії течії річки на турбінах 6 сприяє і направляючий апарат, лопатки якого (16, 17, 18, 19, 20) виконані з таким розрахунком профілів, щоб змінювати напрямок руху потоку води так, щоб напрямок її руху на робочі лопатки 14 наближалося до перпендикулярному напрямку до дотичній до середньої лінії, що проходить по середньому діаметру робочих лопаток 14.

Як ущільнюючих матеріалів решт робочих лопаток 14 в даний час є маса різних матеріалів: пластичні / гнучкі / гумові різних модифікацій, пластмасові, і з широким вибором їх властивостей, здатних надійно виконувати свої ущільнювальні функції при тривалій роботі ГЕС і різних температурах, в тому числі низьких, а й існує широкий вибір композиційних матеріалів на основі металів і конструкцій для їх кріплення на лопатках.

Як приклади на фіг.9 і 10 показані бесплотинной ГЕС тієї ж конструкції, що і вишеопісиваемой, але тільки невеликих потужностей з полегшеними фундаментами для застосування на малих річках і річечках, наприклад, по фіг. 9 вежа 37 з турбінами, фундамент і стовпчастого типу 38/39 і загострений стрижнем 40, що сприяє додаткової стійкості баштовій ГЕС, редуктор 41 і генератор 42.

МікроГЕС на фіг.10 нічим не відрізняється по конструкції від ГЕС баштового типу по фіг.1 і 9, проте її можна опускати в річку з човнів або льоду вручну, так як сама вежа з турбінами 43 має фундамент 44 полегшеного типу з загостреним стрижнем, на кінці якого виконано ріжуче пристрій подібно буру.

Для зчеплення з дном річок буром 45 мікроГЕС загортається вручну за допомогою труб 46, виконаних на пристрої, і додаткових стрижнів 47. Редуктор 48, генератор 49.

Описувані бесплотинной ГЕС класифікуються як малі ГЕС, однак такі ГЕС баштового типу, які зображені на фіг.1, можуть замінити будь-яку найпотужнішу звичайну ГЕС греблю типу, причому виробляти електроенергію з найнижчою вартістю однієї кіловат-години, так як не потрібно ні надскладних і дорогих гребель, ні водосховищ і величезних підготовчих робіт, супутніх звичайним греблі ГЕС.

В цьому випадку доведеться будувати шлюзи для пропуску судів / на фіг.11 вони не показані /, а великі або середні річки перегороджуються баштовими ГЕС 50 з проміжками між ними так, як показано на фіг.11 / на місці стрілки 59 для пропуску судів і встановлюються вежі 50 ГЕС /.

Щоб повністю використовувати всю гідравлічну енергію річки, що представляє собою роботу, яка здійснює поточна в ній вода (див. Підручник для вузів "Гідроенергетика", А.Ю. Олександрівський і ін. -М .: Вища школа, 1988 г., стор. 5 271 [3]), баштові ГЕС встановлюють в кілька рядів поперек річки на заданій відстані один від одного, а для стійкості і міцності скріплюються балками 51 і якірними пристроями 52. на фіг.11 показано тільки два ряди баштових ГЕС 50 / на фіг.1 вежі ГЕС позначені цифрами 2, що один і той же /.

Для уникнення сильного сорому русла річки баштові ГЕС можна встановлювати на заданій відстані один від одного поперек русла річки та на заданій відстані уздовж річки не тільки в два ряди, як це показано на фіг.11, але і в кілька разів більше, згідно з розрахунком і модельним випробувань.

Крім того, ГЕС можна будувати з окремих блоків по висоті, скріплюючи їх між собою, які мають свої редуктор і електрогенератор підводного виконання. При цьому кожен блок баштового типу включається в роботу тоді, коли цього відповідають річні цикли коливань стоку річки-повінь це / все блоки працюють по висоті /, межень з малою витратою - тільки, наприклад, нижні блоки вежі ГЕС. При утворенні покриву льоду включаються відповідні нижні блоки, що працюють тільки під льодів покровом.

У деяких випадках буде доцільним, особливо на річках Сибіру і Далекого Сходу в період освіти льодового покриву, здійснювати демонтаж верхніх блоків вежі ГЕС зі збереженням їх під навісами або в закритих приміщеннях, так як цей період буває велику частину року. Нагадаю, що всі ГЕС кріпляться між собою перемичками 36, балками 51 і якірними пристроями 52.

Далі, на фіг.11 показані схеми розміщення одиночних ГЕС 53, що відповідає поз.2 на фіг.1 / описано це вище /, розкріплених якірними пристроями 52, якорями 54 і жорсткими балками 55. Показано плавучий засіб 56 з балкою 57 з баштової ГЕС 58, наприклад, по фіг.9.

Використання пропонованої конструкції бесплотинной ГЕС забезпечує отримання дешевої електроенергії в будь-якому географічному районі Росії, зокрема на річках Сибіру і Далекого Сходу, а й на раніше побудованих гидроузлах неенергетичного призначення, наприклад, в створах Астраханського Вододелітеля і інших малих гидроузлах, що належать Вододелітелю, на зрошувальних каналах . Особливо доцільним стає освоєння русла р.Лени, на р. Амгуема на Чукотці і р.Кроноцкой на Камчатці, де особливо відчувається нестача електроенергії.

Крім того, наведена конструкція бесплотинной ГЕС дозволяє здійснювати її монтаж в будь-яку погоду і в найкоротші терміни, так як ГЕС практично повністю готується / виготовляється / в заводських умовах.

Пропоновані бесплотинной ГЕС можуть успішно працювати як в автономному режимі з послідовним нарощуванням потужностей для отримання електроенергії на великих, середніх і малих річечка, так і у вигляді каскаду ГЕС для отримання сотень тисяч і мільйонів кіловат установленої потужності або мільярдів кіловат-годин.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Бесплотінная гідроелектростанція, яка містить фундамент і турбіни з лопатками і діафрагмами, вертикальний вал яких встановлено на подпятнике підшипника фундаменту і з'єднаний за допомогою редуктора з електрогенератором, що відрізняється тим, що вона виконана у вигляді вежі, закріпленої на дні річки якірним пристроєм, при цьому вертикальний вал турбін проходить всередині вежі, а турбіни з діафрагмами розташовані паралельно один одному і забезпечені напрямних апаратом з одного боку, а з іншого боку - циліндричними сегментами, причому діафрагми через пустотілі стійки скріплені анкерними болтами.

2. Гідроелектростанція по п.1, що відрізняється тим, що пустотілі стійки забезпечені обтекателями і встановлені в направляючих елементах діафрагми.

3. Гідроелектростанція по п.1, що відрізняється тим, що її фундамент забезпечений вертикальним загостреним стрижнем, заглибленим в дно річки, і стрижнем з передньої ріжучої частиною і механізмом для ручного повороту і закріплення гідроелектростанції.

Версія для друку
Дата публікації 11.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів