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 RU2171910

ГІДРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЯ

Ім'я винахідника: Толмачов В.М .; Боровиков С.Н .; Савчук А.Д .; Лесина Л.Л.
Ім'я патентовласника: Військовий інженерно-технічний університет
Адреса для листування: +191185, Санкт-Петербург, вул. Захаріївська, 22, ВІТУ, бюро з винахідництва і патентної роботі
Дата початку дії патенту: 2000.02.21

Гідроелектростанція призначена для перетворення енергії течії річки і може встановлюватися на будь-яких річках і працювати цілодобово. Гідроелектростанція 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 канал. 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 плити 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. Гідроколес зі 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.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до нетрадиційних електростанціям, які не переривають нормального перебігу річки, що не піднімає її рівень і не бояться льодових умов, тобто працюють однаково в літніх і зимових умовах. Електростанція може встановлюватися на будь-яких річках і мати достатні електричні потужності для постачання електроенергією прилеглих споживачів.

Відома гідравлічна турбіна [1], що містить встановлене в руслі річки споруда з гідроколеса з горизонтальною віссю обертання, і складається з жорстко закріплених на осі опорних дисків, між якими симетрично по колу встановлені лопаті з можливістю обертання на своїх осях, паралельних осі гідроколеса, які поділяють лопать на дві нерівні частини. Гідравлічна турбіна забезпечена бар'єрами, установленими попереду і ззаду гідроколеса і зануреними поперек потоку води на рівень осі гідроколеса.

Недоліком відомого пристрою [1], є складність гідроколеса з поворотними лопатями, які при роботі отримують механічні удари про свої упори. З причини безлічі поворотних вузлів, що працюють в водно-повітряному середовищі пристрій володіє низькою надійністю, і великою вартістю експлуатації та обслуговування. Цей пристрій не зможе працювати в зимових умовах при крижаному покриві.

Відомий гідроагрегат [2], який містить встановлене в руслі річки споруда з розташованими на горизонтальній осі гідроколеса, кінематично пов'язаних з електрогенератором. Гідроколесо забезпечено поворотними лопатями і системою їх повороту у вигляді рухомих і нерухомих щодо своїх осей шестерень c зубчастим співвідношенням 2/1, по периферії пов'язаних між собою ланцюговими передачами.

Недоліком відомого пристрою [2] є: складність гідроколеса з поворотними лопатями, численними поворотними вузлами і зубчастими колесами з ланцюговими передачами, що, в кінцевому підсумку, веде до зниження надійності та ресурсу роботи пристрою в цілому і до збільшення його вартості, а й вартості і складності технічного обслуговування гідроагрегату, що працює в водно-повітряному середовищі. Такий пристрій не може працювати в зимових умовах, при покритті річки льодом.

Відома річкова берегова гідроелектростанція [3], що містить споруда, виконана у вигляді бетонованого берега, і наполовину розміщене в спорудженні (його полукруглом вирізі) гідроколесо з нерухомими лопатями і вертикальною віссю обертання з підшипниковими вузлами вала гідроколеса, кінематично пов'язаного з електрогенератором.

Недоліком відомого пристрою [3] є низька ефективність роботи гідроелектростанції за рахунок порівняно повільного течії річки біля берега, а й не можливість роботи в зимових умовах, коли річка вкрита кригою.

Прототипом запропонованого винаходу є гідроелектростанція [4], що містить встановлене в руслі річки споруда з електрогенератором, редуктором, розташованим над водною поверхнею, і гідравлічного колеса з вертикальною віссю обертання, розташованого під водою і кінематично пов'язаного через редуктор з електрогенератором, причому гідроколесо має нерухомі лопаті, виконані таким чином, що один край його лопаті лежить на його внутрішньої утворює, а інший - на зовнішньої і при цьому довжина лопаті не перевищує радіуса гідроколеса, спорудження гідроелектростанції забезпечено спереду напрямних пристроєм у вигляді спрямляющего щита для потоку води.

Недоліком прототипу [4] є:

- Відсутність жорсткого підстави у нижнього підшипникового вузла (його опора) викликає під дією гідравлічних збурень від працюючого гідроколеса ерозію потоками води дна річки і підмивання опор його гідроколес і підстави;

- Паралельне розміщення в перпендикулярному течією річки перетині двох гідравлічних коліс може бути не завжди можливо, особливо на невеликих річках,

- Низька ефективність самого гідроколеса, що має велике гідравлічний опір, так як гідроколесо з лопатями являє собою в проекції на перпендикулярну потоку води площину суцільний прямокутник, не пропускає крізь себе потік води;

- Незахищеність гідроколеса від пливуть у воді предметів, що значно знижує його надійність;

- Гідравлічні обурення потоку води в річці ззаду гідравлічних коліс викликають шкідливі екологічні впливи і ерозію русла річки;

- Виникають труднощі при регламенті і ремонті нижніх підшипникових вузлів гідроколес.

Зазначені недоліки ставлять завдання спрощення конструкції і збільшення її надійності і живучості, а й забезпечення її безперервного цілорічного функціонування.

Зазначена задача досягається тим, що в конструкції гідроелектростанції, що містить встановлене в руслі річки споруда з напрямних пристроєм потоку води, електрогенератор, редуктор, розташовані над водною поверхнею, і гідроколесо з нерухомими лопатями і з вертикальною віссю обертання, розташоване під водою і кінематично пов'язаний через редуктор з електрогенератором, спорудження гідроелектростанції займає частину центрального перетину річки і 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 стіни з боку входу води і її виходу мають розширення, що утворюють, відповідно, конфузорной, робочий і діффузорний канал, одна з бічних стін має в робочому каналі секторний, напівкруглий виріз під гідроколесо, яке встановлено вище дна річки і нижче нижньої кромки можливого крижаного покриву в підшипникових вузлах, відповідно, нижньому - в фундаментної плити і верхньому - в перекритті, причому гідроколесо виконано порожнистим, що складається з жорстко закріплених на вертикальному валу двох паралельних горизонтальних дисків, по периферії яких і між ними рівномірно встановлені лопаті довжиною не більше 2/3 його радіуса під кутом до нього від 0 до 180 ^o, лопаті гідроколеса встановлені за допомогою рознімних з'єднань, причому гідроколеса зі своїми редукторами і електрогенераторами по довжині гідроелектростанції в її робочому каналі може бути декілька, а її електрогенератор може бути виконаний у вигляді багатополюсною динамо-машини, що працює при малих обертах ротора, і забезпечена при потребі редуктором , а підвищує трансформаторна підстанція встановлена ​​на березі, і спорудження гідроелектростанції забезпечено з боку входу і виходу водотоку затворами і насосної установкою.

Установка споруди гідроелектростанції в центральному перерізі річки необхідна: по-перше, для використання максимального швидкісного потоку води в річці; по-друге, для перепуску повз гідроелектростанції льодоходу, колод при сплаві і т.п., а й для забезпечення судноплавства.

Введення фундаментної плити необхідно для забезпечення жорсткості і міцності конструкції гідроелектростанції і формування водотоку, а й для виключення підмивання її опор і підстави під дією гідравлічних збурень від працюючого гідроколеса (так як можлива ерозія потоками води дна річки).

Введення бічних стін споруди гідроелектростанції необхідно для формування водотоку з конфузорно, робочим, діффузорного каналами і напівкруглими вирізами, а й створення стін для перекриття, в тому числі і для приміщення редуктора і генератора.

Введення розширень бічних стін з боку входу води і її виходу, що утворюють відповідно конфузорной, робочий і діффузорний канал, необхідно:

- Розширення бічних стін (водотоку) на вході (конфузорно каналу) - для більшого збору води і збільшення її швидкості протікання;

- Робочого каналу - для установки в ньому гідроколес, і заспокоєння потоку води між ними;

- Розширення бічних стін (водотоку) на виході (диффузорного каналу) - необхідно для збільшення тиску води в потоці і зниження її швидкості (для скидання в річку).

Введення перекриття бічних стін споруди гідроелектростанції необхідно для додання жорсткості всій гідроелектростанції в цілому, а й для розміщення в ньому верхнього підшипникового вузла гідротурбіни, і підстави для приміщення електрогенератора і при потребі редуктора.

Введення в спорудження гідроелектростанції, перед її водозабором льодорізної опори і бонних мереж необхідно для забезпечення безпечної роботи гідроелектростанцій під час льодоходу, а й при сплаві лісу по річці (дерев в період паводків і т.п.).

Введення приміщення для редуктора з електрогенератором над місцем установки гідроколеса необхідно для захисту останніх від зовнішніх впливів, в тому числі в атмосферних, а й для забезпечення їх нормального температурно-вологісного режиму роботи.

Введення нижнього підшипникового вузла осі гідротурбіни, який може бути герметизований з власної мастилом або змащувати водою, необхідно для установки гідротурбіни з можливістю обертання і її розвантаження (в разі закріплення гідротурбіни тільки в верхньому підшипниковому вузлі) від радіальних сил, і, отже, підвищення надійності та живучості гідроелектростанції в цілому.

Запровадження верхньої підшипникового вузла необхідно для установки гідротурбіни з можливістю обертання і сприйняття основних механічних навантажень гідротурбіни.

Введення в одній з бічних стін в робочому каналі секторного, напівкруглого вирізу під гідроколесо необхідно для підвищення ефективності роботи гідротурбіни, т. Е. Для збільшення ККД перетворення енергії, що проходить через гідротурбіну потоку води в її крутний момент.

Установка гідроколеса вище дна річки і нижче нижньої кромки можливого крижаного покриву в підшипникових вузлах, відповідно нижнім - в фундаментної плити і верхнім - в перекритті необхідно для безпечної, цілорічної та безперервної роботи гідроелектростанції в цілому, тому що їй при цьому не страшні перекочується по дну річки предмети, а й пливуть по поверхні предмети і крижаний покрив в зимовий період.

Виконання гідроколеса порожнистим, що складається з двох паралельних горизонтальних дисків, по периферії яких і між ними рівномірно встановлені лопаті, необхідно для підвищення ефективності роботи гідротурбіни, тобто для збільшення ККД перетворення енергії проходить через гідротурбіну потоку води в її крутний момент.

Виконання лопатей довжиною не більше 2/3 його радіуса і установка лопатей під кутом до його радіусу в межах від 0 до 180 ^o необхідно для вибору оптимальних розмірів і кута розташування лопатей, в залежності від розмірів розширень бічних стін, секторного напівкруглого вирізу і параметрів водяного потоку в водоводі (робочому каналі).

Виконання лопатей гідроколеса знімними, встановленими пря допомоги рознімних з'єднань, необхідно для мобільного заміни пошкоджених лопатей без заміни (демонтажу) гідроколеса, а й для полегшення складання (монтажу) гідроколеса і його транспортування,

Установка декількох гідроколес зі своїми редукторами і електрогенераторами по довжині гідроелектростанції в її робочому каналі необхідно для збільшення знімається потужності гідроелектростанції в цілому.

Виконання електрогенератора гідроелектростанції у вигляді багатополюсною динамо-машини, що працює при малих обертах ротора і забезпеченою при потребі редуктором, необхідно для забезпечення вироблення електричного струму заданих параметрів при тихохідному приводі - запропонованому гідроколеса.

Розміщення підвищує трансформаторної підстанції на березі поза зоною затопляемості необхідно для полегшення конструкції споруди гідроелектростанції, а й підвищення надійності та живучості споруди в цілому.

Постачання гідроелетростанціі з боку входу і виходу водотоку затворами і насосної установкою необхідно для осушення водоводу і забезпечення ремонту (технічного обслуговування) гідротурбіни і її нижнього підшипникового вузла.

Таким чином, виконання гідроелектростанції в вигляді сукупності вищенаведених ознак є новим для гідроелектростанцій нетрадиційного типу з колінеарну розташуванням гідроколес (з вертикальною віссю обертання), що відповідає критерію "новизна".

Вищенаведена сукупність відмінних ознак не відома в даний час з рівня техніки і не випливає з загальновідомих правил конструювання гідроелектростанцій, що доводить їх відповідність критерію "винахідницький рівень".

Конструктивна реалізація гідроелектростанції з вказаною вище сукупністю ознак не представляє ніяких конструктивно-технічних і технологічних труднощів, це означає відповідність критерію "промислова придатність".

На фіг. 1 представлена ​​схема гідроелектростанції в розрізі (вид спереду).

На фіг. 2 представлена ​​схема розміщення гідроелектростанції в суслі річки в розрізі (вид зверху).

Гідроелектростанція (приблизний варіант схеми пропонованої гідроелектростанції) містить (див. Фіг. 1 і 2) встановлене в руслі річки 1 споруда, що складається з фундаментної плити 2, бічних стін 3 і 4, перекриття 5 з приміщенням 6 для редуктора 7 з електрогенератором 8 над місцем установки гідроколеса 9 спорудження перед водозабором має лездорезную опору 10 і бонние мережі 11, а стіни 3 і 4 з боку входу води і її виходу мають розширення, що утворюють, відповідно, конфузорной 12, робочий 13 і діффузорний 14 канали, одна з бічних стін 3 має в робочому каналі секторний, напівкруглий виріз 15 під гідроколесо 9.

Гідроколесо 9 встановлено вище дна річки 1 і нижче нижньої кромки її можливого крижаного покриву 16 в підшипникових вузлах, відповідно, нижньому 17 - в фундаментної плити і верхньому 18 - в перекритті 5, причому гідроколесо 9 виконано порожнистим, що складається з жорстко встановлених на вертикальному валу 19 двох паралельних горизонтальних дисків 20 і 21, по периферії яких і між ними рівномірно встановлені лопаті 22 довжиною і більше 2/3 його радіуса під кутом до нього від 0 до 180 ^o, лопаті 22 гідроколеса 9 встановлені за допомогою рознімних з'єднань, причому гідроколес 9 з своїми редукторами 7 і електрогенераторами 8 по довжині гідроелектростанції в її робочому каналі 13 може бути кілька. Електрогенератор 8 може бути виконаний у вигляді багатополюсною динамо-машини, що працює при малих обертах ротора і забезпеченою при потребі редуктором 7, а підвищує трансформаторна підстанція встановлена ​​на березі. Спорудження гідроелектростанції забезпечено з боку входу і виходу робочого каналу 13 затворами відповідно 23 і 24, і насосною установкою (на фіг. 1 і 2 цієї статті не показана).

Працює гідроелектростанція наступним чином. Потік рухається в річці 1 води (див. Фіг. 1 і 2) обтікаючи льодорізної опору 10 і бонние мережі 11, потрапляє в конфузорной каналу 12, утворений стінками 3 і 4 гідроелектростанції, при цьому його швидкість збільшується, і далі в робочому каналі 13 потрапляє на гідроколесо 9. на лопатях 22 гідроколеса 9 частина механічної поступальної енергії потоку води перетворюється в механічну енергію обертового моменту гідроколеса, який за допомогою вала 19 передається на редуктор 7 і з нього - на електрогенератор 8, що перетворює механічну енергію обертання в електроенергію.

Електроенергія передається безпосередньо в електромережу через опори, розташовані на березі, або ж при використанні електрогенератора, виконаного у вигляді багатополюсною динамо-машини, що працює при малих обертах ротора, електроенергія передається на підвищувальну трансформаторну підстанцію, розташовану на березі поза зоною затоплення. Проходячи через перший гідроколесо 9, потік води знову потрапляє в робочий канал 13, де випрямляється і надходить в наступне гідроколесо 9. Після виходу з останнього гідроколеса потік води потрапляє в діффузорний каналу 14, де його швидкість знижується і після виходу з якого змішується з потоком води в річці 1, оточуючий спорудження гідроелектростанції. У зимовий час крижаний покрив 16 навколо вала 19 буде постійно руйнуватися останнім, що дозволить експлуатувати гідроелектростанцію цілорічно. При виконанні ремонтних і регламентних робіт опускають затвори 23 і 24 і воду з робочого каналу 13 відкачують за допомогою насосної установки. При цьому можуть змінюватися як окремі лопаті 22 і гідроколес 9, встановлені за допомогою рознімних з'єднань, так і гідроколеса 9 в цілому, а й проводиться ремонт або заміна нижнього підшипникового вузла 17.

Таким чином, виконання гідроелектростанції в сукупності представлених ознак дозволить:

- Не піднімати рівень течії річки і не переривати її нормальний перебіг, так як гідроелектростанція не має греблі;

- Не боятися льодових умов, тобто працювати однаково в літніх і зимових умовах;

- Створити просту, надійну, компактну і недорогу конструкцію гідроелектростанції (незначний розмір в плані, порівняно невеликий обсяг будівельних матеріалів, простота в технології будівництва та монтажу);

- Встановлювати на одне гідроколесо генератор потужністю від 10 до 100-150 кВт.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

1. Патент Російської Федерації N 2030627, кл. 6 F 03 B 7/00, 17/06, 10.03.95 р, Бюл. N 7.

2. Патент Російської Федерації N 2016220, кл. 6 F 03 B 7/00, 15.07.94 р, Бюл. N 13.

3. Патент Російської Федерації N 2020260, кл. 6 F 03 B 7/00, 30.09.94 р, Бюл. N 18.

4. Патент Російської Федерації N 2010992, кл. 6 F 03 B 13/00, 15.04.94 р, Бюл. N 7

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Гідроелектростанція, що містить встановлене в руслі річки споруда з напрямних пристроєм потоку води, електрогенератором, редуктором, розташованим над водною поверхнею гідроколеса з нерухомими лопатями і з вертикальною віссю обертання, розташованого під водою і кінематично пов'язаного через редуктор з електрогенератором, що відрізняється тим, що споруда гідроелектростанції займає частину центрального перетину річки і 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 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 вище дна річки і нижче нижньої кромки можливого крижаного покриву в підшипникових вузлах, відповідно, нижньому - в фундаментної плити і верхньому - в перекритті , причому гідроколесо виконано порожнистим, що складається з жорстко встановлених на вертикальному 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 °.

2. Гідроелектростанція по п.1, що відрізняється тим, що лопаті гідроколеса встановлені за допомогою рознімних з'єднань.

3. Гідроелектростанція по п.1, що відрізняється тим, що гідроколес зі своїми редукторами і електрогенераторами по довжині гідроелектростанції в її робочому каналі може бути декілька.

4. Гідроелектростанція по п.1, що відрізняється тим, що її електрогенератор виконаний у вигляді багатополюсною динамо-машини, що працює при малих обертах ротора і забезпеченою при потребі редуктором, а підвищує трансформаторна підстанція встановлена ​​на березі.

5. Гідроелектростанція по п. 1, яка відрізняється тим, що вона забезпечена з боку входу і виходу водотоку затворами і насосної установкою.

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