РУСЛОВАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 1995 года по МПК E02B9/00 

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для производства электроэнергии в русловых потоках малых рек.

Известна русловая гидроэлектростанция, включающая установленный в потоке несущий понтон регулируемой плавучести, приспособление удержания понтона в потоке, водозаборный узел, гидротурбину и генератор тока, размещенные на понтоне [1]
Основным недостатком данной гидроэлектростанции является малая эффективность съема гидроэнергии за счет фиксированной величины поверхностного водозахвата.

Известна также русловая гидроэлектростанция, принятая за прототип, включающая установленные в потоке под углом друг к другу и соединенные своими торцовыми частями понтоны регулируемой плавучести с вентиляционной горловиной, приспособления для регулирования угла раскрытия и удержания понтонов в потоке, водозаборный узел, соединенный с напорным водоводом для подачи воды на гидротурбину, соединенную с генератором и размещенную между торцами понтонов, и гибкий эластичный экран [2]
Основным недостатком данной гидроэлектростанции является малая эффективность производства электроэнергии за счет больших технологических простоев всей станции при ремонте и замене основного оборудования внутри каждого из понтонов, малого КПД при работе основного оборудования станции в наклонном по поперечному профилю погружном на дно режиме и низких комфортных условий обслуживания станции внутри понтонов.

Стояла задача разработать такую русловую гидроэлектростанцию, которая обеспечивала бы большую эффективность производства электроэнергии при большем КПД основного оборудования станции в погружном на дно режиме, при меньших технологических простоях станции, связанных с ремонтом и заменой основного оборудования каждого из понтонов, а также с лучшими комфортными условиями ее обслуживания.

Существенным для решения поставленной задачи является то, что русловая гидроэлектростанция, включающая установлен- ные в потоке под углом друг к другу и соединенные своими торцовыми частями понтоны регулируемой плавучести с вентиляционной горловиной, приспособления для регулирования угла раскрытия и удержания понтонов в потоке, водозаборный узел, соединенный с напорным водоводом для подачи воды на гидротурбину, соединенную с генератором и размещенную между торцами понтонов, и гибкий эластичный экран, снабжена незатопляемой подвижной палубой, опирающейся на понтоны с возможностью изменения своего положения относительно понтонов, причем генератор установлен на подвижной палубе, а водозаборный узел размещен между понтонами и выполнен в виде водозаборной трубы, врезанной в жесткий водонепроницаемый экран, расположенный поперек потока, при этом боковые грани жесткого экрана соединены гибким экраном с понтонами.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой гидроэлектростанции в плане; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 понтон с вентиляционной горловиной; на фиг. 5 гидроэлектростанция, вид спереди в погружном на дно рабочем режиме.

Гидроэлектростанция содержит понтоны 1, соединенные между собой торцами посредством шарниров 26, домкраты 2 с тягами, установленными на понтонах (для изменения угла их раскрытия потоку); заднюю и переднюю опорные балки 3 и 10 для фиксации на них опорных стояков 23, поддерживающих подвижную палубу 5 в надводном положении; вентиляционные горловины 4, верхние концы которых расположены над поверхностью водоема, а нижние связаны с полостями понтонов 1; отсасывающие трубы 6 отвода отработанной воды из гидротурбин 18, расположенных в потоке между торцами понтонов 1; генераторы 7 тока с редукторами 8, расположенные и закрепленные жестко на палубе 5, валы которых связаны с валами 17 рабочих колес гидротурбин 18; крановое оборудование 9 для обеспечения ремонтных и вспомогательных работ на палубе 5 станции; удерживающие канаты 11, прикрепленные со стороны верхнего бьефа к понтонам 1, а другой стороной к якорям, анкерам; балластные палубные цистерны 12; трансформаторы 13 электрической энергии; насосное оборудование 14 подачи (откачки) воды в понтоны 1 и систему охлаждения генераторов 7; домкраты 15 подъема (опускания) палубы 5; предохранительные трубы 16 вокруг валов 17 гидротурбин 18; напорные водоводы 119 гидротурбин 18; направляющие водозаборные трубы 20, зев которых с одной стороны крепится к жесткому экрану 25 между понтонами 1 в нижней их части, а с другой посредством сквозного шарнирного соединения 29 направлен в напорные водоводы 19; шиберные заслонки 21 регулирования сечения водозабора; эластичные экраны 22, прикрепленные с одной стороны к экрану 25, а с другой к понтонам 1; шланги 27 подачи (откачки) балластной воды 28 через вентиляционные горловины 4 в понтоны 1. Дно реки 30 и уровень 31 воды в ней в верхнем бьефе (ВБ) показаны на фиг. 5.

Принцип применения гидроэлектростанции состоит в следующем.

На берегу полностью монтируется гидроэлектростанция, включая доставленные раздельно основные модули: шарнирно связываемые торцами понтоны 1 (могут быть выполнены также в виде батареи герметичных труб большого диаметра) с расчетными параметрами по высоте, длине и плавучести (т.е. и по ширине); водозаборный узел в нижней части между понтонами 1 на экране 25 с направляющими водозаборными трубами 20 и шиберными заслонками 21; основное электромеханическое оборудование, включающее генераторы 7 подвесного типа с редукторами 8 (или гидрогенераторы без редуктора) на подвижной палубе 5, опирающейся на понтоны 1 посредством опорных балок 3 и 10 и стояков 23 со стороны верхнего бьефа и монтируемой на высоте не менее 2 м; гидротурбины 18, устанавливаемые в потоке у подошвы понтонов 1 между торцами со стороны нижнего бьефа, валы 17 которых жестко связаны с валами редукторов 8; приспособление регулирования угла раскрытия со стороны верхнего бьефа, включающее домкраты 2 с тягами на обоих понтонах 1; приспособление регулирования плавучести понтонов 1, включающее насосное оборудование 14 на палубе 5 и шланги 27, опущенные через вентиляционные горловины 4 в полости понтонов 1; приспособление для подъема палубы 5, включающее шарниры 24 и домкраты 15, установленные на стояках 23.

Спускают станцию на воду. При этом станцию удерживают в русловом потоке за счет заякорных (анкерованных) со стороны верхнего бьефа канатов 11, прикрепленных другими концами к понтонам 1. Далее устанавливают посредством домкратов 2 расчетный угол раскрытия понтонов 1 в потоке и из потока по шлангам 27 (вследствие большего уровня верхнего бьефа, чем дно в полости понтонов 1) в полость понтонов 1 подается балластная вода 28, а понтоны 1 и вместе с ними вся станция постепенно погружаются, при этом уже может работать один гидроагрегат и можно использовать для дальнейшего погружения собственную электроэнергию, т.е. подачу балластной воды от насосного оборудования 14.

Таким образом, на небольших по расходу и глубине потока реках, понтоны 1 "садятся" на криволинейное по поперечному профилю дно 30. Однако следует учесть, что глубину погружения ограничивает надпалубная высота и высота вентиляционных горловин 4. Причем крен палубы 5 при посадке на дно 30 понтонов 1 восстанавливают посредством домкратов 15 и основное оборудование станции может вновь работать с оптимальным КПД.

В результате при ограждении потока в верхнем бьефе формируется временное водохранилище, расчетно подъем уровня его не должен превышать паводкового уровня реки, и статический и динамический, напоры в водохранилище с уровнем 31 срабатываются гидротурбинами 18. В случае временного изменения расхода потока параметры оптимального водозахвата регулируются глубиной погружения понтонов 1 путем откачки (подачи) балластной воды 28 в понтонах насосным оборудованием 14, шиберными заслонками 21, изменением угла раскрытия понтонов 1 домкратами 2 и количеством одновременно работающих гидроагрегатов. Причем в результате выхода из строя одного из гидроагрегатов, при проведении ремонтов и замены основного оборудования он может быть заменен (отремонтирован) без остановки второго гидроагрегата и всплытия станции на палубе. При этом увеличивается время продуктивной работы станции без дополнительных технологических простоев двух агрегатов; улучшаются комфортные условия, условия обслуживания агрегатов на палубе вне понтонов.

Таким образом, заявляемый объект обнаруживает следующие достоинства: повышается эффективность производства электроэнергии за счет меньших технологических простоев; улучшается комфортность обслуживания основного оборудования станции за счет расположения основного оборудования на палубе над поверхностью водоема естественной вентиляции, большого свободного рабочего пространства и большей безопасности; большую простоту конструкций и монтажа оборудования станции на месте с возможностью использования модульной доставки элементов станции и их замены; возможность обеспечения большего глубинного водозахвата по поперечному профилю малых рек в оптимальном режиме работы (по КПД) основного оборудования станции при погружении понтонов на криволинейное дно за счет возможности фиксации подвижной палубы в горизонтальном положении.

Использование: в гидротехническом строительстве, в частности в создании русловой электростанции для производства электроэнергии в русловых потоках малых рек. Сущность изобретения: гидроэлектростанция содержит понтоны 1, торцовые части которых соединены шарнирно, и домкраты с тягами, установленными на понтонах для изменения их взаимного расположения в потоке. В проеме между торцами понтонов 1 расположены гидротурбины 18, валы 17 которых соединены через редукторы 8 с валами генераторов 7, размещенных на подвижной палубе 5, находящейся над поверхностью потока и опирающейся на понтоны 1. Последние имеют регулируемую плавучесть и прикреплены удерживающими канатами 11 к якорям. 5 ил.

РУСЛОВАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ, включающая установленные в потоке под углом друг к другу и соединенные своими торцевыми частями понтоны регулируемой плавучести с вентиляционной горловиной, приспособления для регулирования угла раскрытия и удержания понтонов в потоке, водозаборный узел, соединенный с напорным водоводом для подачи воды на гидротурбину, соединенную с генератором и размещенную между торцами понтонов, и гибкий эластичный экран, отличающаяся тем, что она снабжена незатопляемой подвижной палубой, опирающейся на понтоны с возможностью изменения своего положения относительно понтонов, причем генератор установлен на подвижной палубе, а водозаборный узел размещен между понтонами и выполнен в виде водозаборной трубы, врезанной в жесткий водонепроницаемый экран, расположенный поперек потока, при этом боковые грани жесткого экрана соединены гибким эластичным экраном с понтонами.