СВОБОДНОПОТОЧНАЯ ГЭС И СПОСОБ ЕЕ ПОДЛЕДНОГО МОНТАЖА Российский патент 1996 года по МПК F03B7/00 F03B17/06 

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано в гидроэлектростанциях на любых реках.

Известны турбины:
1. Горизонтально-осевые с параллельной потоку осью (А.С. 11368477).

2. Горизонтально-осевые с перпендикулярной потоку осью (А.С. 1661469).

3. Вертикально-осевые (А.С. N1712649).

4. Парашютные (А.С. N1295024).

Устройства аналоги имеют следующие недостатки:
способны работать только при большой скорости потока 2 м/с и более, такие реки мелководны и форма турбины не рациональна,
экологически вредны, являются мясорубкой для мигрирующих пород рыб, преградой при их движении,
не предусматривают разной скорости потока по вертикали, подвержены механическим повреждениям.

В качестве прототипа принята перпендикулярно-осевая установка (А.С. N1642053). Отличительной особенностью прототипа являются система выдвижных лопастей. При выходе лопасти в положение попутному потоку она выдвигается из барабана, а после прохождения рабочего участка вновь задвигается в барабан. Барабан до половины заглублен в лоток, смонтированный на дне.

Прототип имеет следующие недостатки:
вылет лопасти ограничен радиусом барабана и наоборот, что делает конструкцию громоздкой;
лоток для установки барабана постоянно забивается отложениями;
подводный монтаж лотка и установки дорог;
сложна система передачи механической энергии к преобразователю, а если генератор установить под водой, то необходимы мероприятия по герметизации;
скорость придонных слоев минимальная, что увеличивает неэффективность установки.

Техническим результатом изобретения является снижение стоимости энергии, экологическая безвредность.

Указанный результат достигается тем, что свободнопоточная гидроэлектростанция снабжена неподвижным кожухом с мостиками, охватывающим силовой вал, соединение преобразователя энергии с силовым валом выполнено посредством мультипликатора. При этом лопасть и один из мостиков снабжены зубьями, а механизм перемещения лопасти выполнен в виде жестко закрепленного на силовом валу маховика с фиксаторами и установленными над и под ним двумя парами шестерен, соединенных между собой валиками, причем роликовые держатели закреплены на маховике, фиксаторы расположены с возможностью контакта с мостиками кожуха и верхними шестернями, а нижние шестерни с зубьями лопасти. Лопасть выполнена в виде тканевой мембраны, натянутой на каркас, верхний пояс которого выполнен с положительной плавучестью, а нижний с отрицательной, при этом пояса связаны между собой по концами посредством вертикальных стоек жесткости.

Количество устанавливаемых лопастей зависит от расчета КПД ГЭС.

Заявленное устройство изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 7, 8, а способ его последнего монтажа на фиг. 5, 6.

На фиг. 1 изображено устройство электростанции.

На фиг. 2 разрез А-А фиг. 1.

На фиг. 3 разрез Б-Б фиг. 2.

На фиг. 4 разрез В-В фиг. 3.

На фиг. 5 показано погружение скрученной в трубу лопасти в прорубь.

На фиг. 6 показана установка стойки жесткости.

На фиг. 7 схема движения лопасти.

На фиг. 8 вариант компановки возвратного механизма (фиг. 3), при установке двух лопастей.

Гидроэлектростанция содержит лопасть 1, имеющую жесткий каркас, состоящий из верхнего пояса 2, нижнего 3 и стоек 4, на который натянута тканевая мембрана 5. Лопасть закреплена в роликовых держателях 6 возвратного механизма 7. Возвратный механизм состоит из маховика 8, на котором закреплены верхние 9 и нижние 10 возвратные шестерни, связанные между собой соединительным валиком 11. Для остановки верхних шестерен 9 на маховике расположены фиксаторы 12. Роликовые держатели установлены в щечках 13, прикрепленных к маховику 8. Маховик жестко закреплен на силовом валу 14, кинематически связанном через мультипликатор 15 с преобразователем энергии 16. Силовой вал вращается в неподвижном кожухе 17, на котором установлены мостики 18 снятия фиксации возвратного механизма. На одном из мостиков имеются зубцы привода шестерни 9.

Гидроэлектростанция работает следующим образом. Поток воды, воздействуя на лопасть 1, приводит во вращение вал 14, который передает усилия на преобразователь энергии 16. После того как лопасть 1 повернется на 180^o, колесо фиксатора 12 заезжает на мостик 18 и выводит фиксатор из сцепления с шестерней 9, с другой стороны, шестерня 9, придя в зацепление с зубцами мостика, начинается вращаться. Вращение шестерни 9 через валик 11 передается шестерне 10. В свою очередь шестерня 10, будучи в зацеплении с зубцами лопасти перемещает ее в нужном направлении, т.о. лопасть перемещается поступательно из нижнего положения равновесия в верхнее. Под действием инерции вращения маховика лопасть отклоняется из положения равновесия и начинается новый цикл.

В заявленном устройстве можно применять вместо генератора испытательный гидротормоз тепловоза (штырьевой), тогда механическая энергия вращения будет напрямую преобразована в тепловую энергию воды. Свободнопоточная гидроэлектростанция приспособлена к установке на следующие опорные конструкции.

Один из вариантов монтажа свободнопоточной гидроэлектростанции, когда в качестве опорной конструкции используется ледяной покров реки.

Сущность способа подледного монтажа ГЭС в следующем.

Перед погружением лопасти в поток ее предварительно скручивают в трубу, а в направлении течения на расстоянии, превышающем длину лопасти, выполняют две проруби, лопасть погружают в верхнюю по течению прорубь при помощи тяг и после ее раскрутки под верхней прорубью на конце лопасти закрепляют вертикальную стойку жесткости, а в нижнюю прорубь опускают силовой вал электростанции и, ослабляя тяги, в роликовые держатели механизма перемещения лопасти заводят свободный конец лопасти, на котором затем закрепляют вторую вертикальную стойку жесткости.

Способ осуществляют следующим образом.

Во льду бурят две проруби, причем одна от другой в направлении течения на расстоянии чуть больше длины лопасти. В верхнюю по течению прорубь опускают скрученную в трубу лопасть (фиг. 5). Тяжи 19 от поясов закрепляют на льду. Лопасть, опустившись в воду, принимает горизонтальное положение и, развернувшись по течению, направляют свободным концом к нижней проруби. Под воздействием разности плавучих качеств поясов лопасть раскручивается и принимает нужную пространственную ориентацию. После чего на конце лопасти под верхней прорубью устанавливают стойку жесткости 4 (фиг. 6). Стойка жесткости оборудована нижними защелками 20, верхними 21, шпильками и гайками 23. Стойка устанавливается следующим образом. Нижней вилкой стойка заводится в прорезь верхнего пояса, которая совмещена по вертикали с направляющим каналом 5 тканевой мембраны. Опускаясь по каналу, стойка направляется вилкой с зажимами в соответствующие отверстия нижнего пояса. Войдя в отверстие, защелки 20 срабатывают и стойка фиксируется на нижнем поясе. Одновременно верхние защелки 21, выйдя из выреза верхнего пояса, раскрываются и упираются в верхний пояс снизу. На шпильки 22, выступающие из выреза верхнего пояса, наворачиваются гайки 23, таким образом стойка фиксируется и в верхнем поясе. После этого в нижнюю по течению прорубь устанавливают электростанцию. Ослабляя тяжи и направляя свободный конец лопасти, ее заводят в роликовые держатели 6 возвратного механизма. А когда свободный конец лопасти покажется с другой стороны возвратного механизма 7, то на нем устанавливают вторую стойку жесткости 4 в том же порядке. Совместив соответствующую фазу возвратного механизма с началом зубцов лопасти, можно запускать в работу ГЭС. Для этого убирают тяжи и отклоняют лопасть из верхнего мертвого положения в нужную сторону.

Описанный способ монтажа позволяет использовать энергоустановку во время пикового потребления энергии, сведя к минимуму трудозатраты на ее монтаж, при необходимости водолазных работ и устройства подводных фундаментов.

Использование: в гидроэнергетике и может быть использовано в свободнопоточных гидроэлектростанциях. Сущность изобретения: свободнопоточная гидроэлектростанция состоит из силового вала с подвижной относительно вала лопастью, механизма перемещения лопасти с роликовыми держателями. Лопасть снабжена охватывающим силовой вал неподвижным кожухом с мостиками, соединение преобразователя энергии с силовым валом выполнено посредством мультипликатора, при этом лопасть и один из мостиков снабжены зубьями, а механизм перемещения лопасти выполнен в виде жестко закрепленного на силовом валу маховика с фиксаторами и установленными над и под ним двумя парами шестерен, соединенных между собой валиками, причем роликовые держатели закреплены на маховике, фиксаторы расположены с возможностью контакта с мостиками кожуха и верхними шестернями, а нижние шестерни - с зубьями лопасти. Лопасть выполнена в виде тканевой мембраны, натянутой на каркас, верхний пояс которого выполнен с положительной плавучестью, а нижний - с отрицательной, при этом пояса связаны между собой по концам посредством вертикальных стоек жесткости. При подледном монтаже свободнопоточной ГЭС: лопасть погружают в поток, предварительно скручивая в трубу, а в направлении течения выполняют две проруби. Лопасть погружают в верхнюю по течению прорубь при помощи тяг и после ее раскрутки под верхней прорубью на конце лопасти закрепляют вертикальную стойку жесткости, а в нижнюю прорубь опускают силовой вал электростанции, и ослабляя тяги, в роликовые держатели механизма перемещения лопасти заводят свободный конец лопасти, на котором затем закрепляют вторую вертикальную стойку жесткости. Свободнопоточная ГЭС позволяет снизить стоимость энергии, экологически безвредна. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Свободнопоточная гидроэлектростанция, содержащая соединенный с преобразователем энергии силовой вал с подвижной относительно вала лопастью и механизм перемещения лопасти с роликовыми держателями, отличающаяся тем, что она снабжена охватывающим силовой вал неподвижным кожухом с мостиками, соединение преобразователя энергии с силовым валом выполнено посредством мультипликатора, при этом лопасть и один из мостиков снабжены зубьями, а механизм перемещения лопасти выполнен в виде жестко закрепленного на силовом валу маховика с фиксаторами и установленными над и под ним двумя парами шестерен, соединенных между собой валиками, причем роликовые держатели закреплены на маховике, фиксаторы расположены с возможностью контакта с мостиками кожуха и верхними шестернями, а нижние шестерни с зубьями лопасти. 2. Гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что лопасть выполнена в виде тканевой мембраны, натянутой на каркас, верхний пояс которого выполнен с положительной плавучестью, а нижний с отрицательной, при этом пояса связаны между собой по концам посредством вертикальных стоек жесткости. 3. Способ подледного монтажа свободнопоточной гидроэлектростанции путем погружения лопасти в поток, отличающийся тем, что предварительно скручивают в трубу лопасть, а в направлении течения на расстоянии, превышающем длину лопасти, выполняют две проруби, лопасть погружают в верхнюю по течению прорубь при помощи тяг и после ее раскрутки под верхней прорубью на конце лопасти закрепляют вертикальную стойку жесткости, а в нижнюю прорубь опускают силовой вал электростанции и, ослабляя тяги, в роликовые держатели механизма перемещения лопасти заводят свободный конец лопасти, на котором затем закрепляют вторую вертикальную стойку жесткости.