ДВУХЦИЛИНДРОВЫЙ ГИДРОИМПУЛЬСНОСИЛОВОЙ РЕВЕРСИВНО-ПОРШНЕДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЛИНЕЙНОСПИДОИНВЕРТИРУЮЩИЙ МОДУЛЬ ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРОВАНИЯ. Российский патент 1994 года по МПК F03B17/06 

Изобретение относится к машиностроению, в частности гидроэлектроэнергетическому оборудованию.

Плотинные гидроэлектростанции обычно считались чистыми и безвредными предприятиями, однако в последнее время они стали подвергаться справедливой критике из-за затопления обшиpных территорий, необходимости переносить населенные пункты. Создание искусственных водоемов приводит к резкому изменению экологии района, изменению давления на сушу и уровней грунтовых вод, что отрицательно сказывается на близрасположенной флоре и фауне. Замедление течения рек из-за сооружения плотины электростанций ведет к загрязнению воды, появлению вредных сине-зеленых водорослей, способствует размножению бактерий, несущих эпидемии, нарушению половодий и исчезновению вследствие этого зеленых лугов, в некоторых случаях происходит засоление почвы.

Тем не менее, до сих пор еще специалисты-энергетики капитально занимаются техническими вопросами только в области плотинного гидростроительства. Но сегодня уже нельзя решать технические вопросы энергетики, не рассматривая их влияние на биосферу, социальные условия жизни людей и связанные с ней отрасли народного хозяйства, от которых к тому же, крупные гидроэнергоузлы находятся в большинстве своем на недоступных для их электрификации расстояниях и условиях. Между тем в регионах, где расположены эти хозяйства, протекает множество рек, отнесенных к разряду малых. Вместе с тем, за этими малыми реками числится неиспользованный потенциал мощности в 69 млн. кВт , т.е. из них можно освоить около 37 млн. кВт с применением современных средств гидроэнергетики. Однако, как это выяснилось к настоящему времени целесообразность применения средств освоения гидроэнергетических ресурсов должна определяться экономическими соображениями, где находит отражение не только выработка электроэнергии, но и та роль, которую имеет данная ГЭС в той или иной энергосистеме. Главным в этой роли является не столько выработка собственно электроэнергии, сколько обеспечение оперативными мощностями потребителей, имея в качестве основных генерирующих мощные блочные агрегаты, способные надежно снабжать конкретного потребителя, используя как отдельные примыкающие к местонахождению потребителя реки, так и отдельные створы с небольшим энергопотенциалом.

Давно ведутся работы по использованию свободных потоков рек без применения плотин. Тем не менее, способ освоения энергии этого потока в гидроэлектроагрегатах сориентирован на преобразовании механической энергии потока воды в механическую энергию ведомого звена, когда ведомое звено перемещается вследствие изменения момента импульса. В данном случае получение промышленной электроэнергии возможно в случае пропуска через такое гидравлическое устройство больших расходов Q, что возможно только в тех случаях, когда река располагает большими скоростями и живыми сечениями, или при уменьшающемся значении одного из этих значений происходит возрастание другого. Турбина в данном случае не может работать без плотины, о нежелательных последствиях устройства которой сказано выше.

Для обеспечения промышленного использования бесплотинных ГЭС с поперечно-роторным гидродвигателем, как это установлено натурными испытаниями различных конструкций подобного рода и лучшей пока из них блочно-компактного варианта через гидравлический узел БПГЭС следует пропустить расход Q=2,15 м³/1 кВт. Для множества промышленных пунктов результат удовлетворительный и в горных районах БПГЭС может быть использована на 60% летом и на 35% зимой.

Что касается равнинных рек, то здесь БПГЭС поперечно-роторного типа может использоваться на малых реках на 40% и на приточных - на 10%.

Дальнейший поиск средств, повышения мощности бесплотинных гидродвигателей оказался возможным лишь на пути изменения подхода к конструированию механизмов использования энергии движущейся массы воды, снимая ограничения, налагаемые моментом импульса и переходом на объемные машины, позволяющие использовать импульс силы.

Из анализа материала устанавливается, что гидроэнергетические машины, использующие импульс силы мгновенно заторможенного потока, имеют габариты, допускающие размещение их даже в предельно малых щелях между дном и льдом, покрывающим реку, или на притоках рек глубиной 0,1-0,15 м при скоростях ниже 1 м/с, когда возможно получение промышленных мощностей, что является целью создания предлагаемого модуля, удовлетворяющей требованиям задачи получить высокие промышленные энергетические мощности при любых скоростях потока, в том числе и ниже 1 м/с и минимальных глубинах потока воды вплоть до 0,1 м, позволяя тем самым оперативно обеспечивать дешевой и всем доступной электроэнергией объекты народного хозяйства, и в первую очередь те из них, которые труднодоступны для электрификации посредством централизованной госэнергосистемы, используя импульс силы потока воды.

Целью изобретения является также и исключение с помощью его технических возможностей в минимизации габаритов и материалоемкости воздействия конструктивных особенностей и динамической системы на гидрографические и экологические условия региона, где устанавливается предлагаемый модуль когда хотя бы в какой-то мере они могли бы неблагоприятно изменять эти и другие естественно сложившиеся природные факторы, а, наоборот, обладая простотой устройства и монтажа, не требующего специальных механизмов, а использующего только те, которые являются табельными и обязательными в хозяйствах - личных и коллективных - настоящая конструкция создает условия для оперативной установки ее там, где появляется в ней нужда, или перемещения ее в другое место для усиления энергонасыщенности при необходимости другого хозяйственного объекта при немедленных установке и вводе в действие.

Предлагаемый модуль может быть также использован для прямого привода машин в отсутствии генератора тока и подачи в магистрали водоснабжения без посредства дополнительных насосов.

На фиг. 1 показан предлагаемый модуль, общий вид; нар фиг. 2 - узел муфт свободного хода.

Предлагаемый модуль состоит из гидролинии, включающей две параллельно расположенные питательные трубы 1, на которых, например, сверху перпендикулярно каждой из труб на расчетном гидравлическом расстоянии, учитывающем фронт ударной волны от перекрываемого по нормали задвижкой 2, выходного среза трубы, устанавливается отдельный гидродвигатель 3, полость которого связана с полостью трубы 1, к которой он присоединяется. Корпус гидродвигателя содержит водосбросный патрубок 4, направляющий стакан золотникового устройства 5, силовой гидроцилиндр 6, образующие объемную рабочую полость, где размещено гидроуправляющее устройство, состоящее из золотника 7, поджимаемого со стороны направляющего стакана, например, кольцевой пружиной 8. Золотник 7 несет на себе цилиндрическую задвижку 9. Силовой гидроцилиндр 6 содержит рабочее звено, например, в виде поршня 10, кинематически связанного штоком с зеркально расположенным на одной осевой линии поршнем противоположного цилиндра. К штоку 11 через штанги 12 параллельно штоку на уровне, совпадающем с перпендикулярной осью, присоединена рейка 13, входящая в зацепление между входными наружными поверхностям обоймы выходного звена с муфтой 14 свободного хода. Перпендикулярно к штангам 12 в направлении течения потока прикреплены штанги-водила 15, несущие в перпендикулярном соединении параллельно рейке затворную штангу 16, амортизаторы 17 и фильтры 18. Валы 19 параллельно выходят из звездочек муфты 14 свободного хода и охватывают соосно имеющимися на их концах шестернями 20 шестерню 21 вала генератора 23 тока, с которой находится в кинематическом зацеплении окно 23 золотника.

Работает модуль следующим образом.

Начально от вспомогательного внешнего воздействия на реверсивный механизм (2, 10, 11, 12, 13, 15, 16) задвижка 2 мгновенно перекрывает например, отверстие истечения воды правой питательной трубы 1 (фиг. 1). Движение потока мгновенно останавливается и количество его движения переходит в импульс сил добавочного давления Р, распространяющегося в противоположную направлению течения потока сторону, образуя на остановленном задвижкой 2 участке волн, на некотором расстоянии от задвижки фpонт ударной волны, где установлен по предварительному расчетному определению гидродвигатель 3, соединенный своей полостью с полостью питательной трубы 1.

Под действием давления Р золотник 7 сжимает пружину 8 и поднимается в силовой гидроцилиндр 6, перекрывая цилиндрической задвижкой 9 полость водосбросного патрубка 4 и направляя давление Р на поршень 10, когда в левой, по ходу течения потока, параллельной питательной трубе 1 с открытой задвижкой 2 происходит течение потока и при отсутствующем давлении золотник 7 под воздействием пружины 8 переведен в крайнее нижнее исходное положение и цилиндрическая задвижка 9 освобождает полость патрубка гидродвигателя 3 левой питательной трубы 1 при поршне 10, находящемся в положении завершенного такта давления на него, в этот момент поршень 10 правого гидродвигателя, получая силовой импульс и переходя в рабочее движение, под давлением Р приводит в движение реверсивно кинематическую цепь (11, 12, 13, 14, 15, 16, 2), когда под действием штока 11 поршень левого гидродвигателя, противоположный активному в данный момент поршню 10, передвигается к водосбросному патрубку, выталкивая через золотниковое окно 23 отработанную жидкость без проникновения ее в трубу, запертую золотником 7 и пропускающую в описываемом такте расход воды Q при напорном движении потока.

Одновременно через штанги 12 движение штока 11 передается на рейку 13, приводящую во вращательное движение находящиеся в двухстороннем зацеплении с рейкой обоймы муфт 14 свободного хода выходного звена (фиг. 2). При этом рассматриваемом такте, например, нижняя муфта свободного хода имеет заклиненные между обоймой и звездочкой, например, ролики, и потому соединенный со звездочкой нижний вал 19 приведен во вращение, передаваемое в нижнюю диаметрально совмещенную с шестерней 20 нижнего вала шестерню 21 вала генератора, начинающего вращаться в противоположную сторону, приведя во вращение через верхнюю шестерню, зацепленную в точке той же диаметральной соосности с шестерней вала генератора, что и нижняя шестерня вала нижней свободного хода выходного звена. При этом звездочка верхней обгонной муфты имеет свободный ход без зацепления с обоймой. В тот же момент через соединенные с штоком 11 штанги 12 и отходящие от них под прямым углом штанги-водила 15 идентичное движение передается на параллельную рейку 13, затворную штангу 16, на которой размещены задвижки 2, когда задвижка правого трубопровода (по направлению течения) открывается, а левая задвижка 2 закрывается к мгновению исчерпания импульса силы от правого гидродвигателя 3 на генерирование тока и сопротивления движению (магнитные, механические), а также амортизацию инерции привода сжатием, например пружины 17, при исчезновении также давления в правом гидродвигателе, где при открытии задвижки 2 восстанавливается напорное течение потока V_o а под действием, например, кольцевой пружины 8 золотник 7 переходит в крайнее нижнее положение, выводя цилиндрическую задвижку 9 из водосбросного клапана, и активный силовой процесс правого гидродвигателя 3 изменяется на пассивный, в то время как его замещает активизация импульсно силового процесса в левом гидродвигателе 3, повторяющийся по срабатыванию гидроаппарата, когда возникает новый реверсивно силовой такт, идентичный описанному, с той лишь разницей, что при возвратном движении рейки 13 нижняя муфта свободного хода выходного звена отключает обойму от звездочки и крутящий момент на нижний вал 19 не передается, но при этом включается верхняя муфта свободного хода выходного звена, входя обоймой в зацеплении со звездочкой через ролики и процесс передачи крутящего момента на верхний вал 19, а через него на вал генератора 22 продолжается при вращении его в одну и ту же сторону без прерывания.

Изобретение относится к машиностроению. Задвижки и гидродвигатели установлены на трубах. Гидродвигатель содержит патрубок и направляющий стакан силового гидроцилиндра. Гидроуправляющее устройство содержит золотник с пружиной. Золотник соединен с задвижкой. Поршень кинематически соединен с штоком. Штанги соединены с рейкой, входящей в зацепление с муфтой свободного хода. Штанги-водила соединены с затворной штангой, амортизаторами и фильтрами. Валы с шестернями охватывают шестерню вала генератора. Золотник снабжен окном. Такое выполнение модуля позволяет повысить КПД и улучшить его экологические характеристики. 2 ил.

ДВУХЦИЛИНДРОВЫЙ ГИДРОИМПУЛЬСНО-СИЛОВОЙ РЕВЕРСИВНО-ПОРШНЕДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЛИНЕЙНО-СПИДОИНВЕРТИРУЮЩИЙ МОДУЛЬ ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРОВАНИЯ, содержащий гидромашину таранного типа с питательной гидромагистралью, управляемым гидроустройством, гидроаккумулятором и выходным звеном, отличающийся тем, что питательная гидромагистраль выполнена в виде двух параллельных жестко зафиксированных питательных труб, каждая из которых снабжена установленным на ней гидродвигателем, полости которого сообщены с трубой, а поршень силового цилиндра расположен соосно с аналогичным поршнем другого гидродвигателя, выходное звено выполнено в виде муфт свободного хода, модуль снабжен вальным генератором тока и реверсивным механизмом для изменения направления движения муфт свободного хода, выполненным в виде штока для сопряжения поршней, штанг, присоединенных к штоку, рейки для передачи поступательного движения на выходное звено, задвижек для переменного перекрытия питательных труб, затворной штанги для привода задвижек и штанг - водил, соединенных под прямым углом с рейкой и затворной штангой, при этом каждый гидродвигатель снабжен гидроаппаратом для регулирования давления силы импульса, выполненным в виде золотника с присоединенным к нему цилиндрической задвижкой и пружиной сжатия, а муфты свободного хода кинематически связаны с валом генератора.