ГЛУБИННАЯ ПОДВЕСНАЯ МНОГОРОТОРНАЯ ГЭС Российский патент 1997 года по МПК F03B7/00 F03B13/10 

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано при создании бесплотинных подвесных, устанавливаемых на глубинных течениях, ГЭС большой мощности.

Известны гидроагрегат [1] устройство для использования энергии текучей воды [2] свободнопоточная гидроэнергетическая установка [3]
Известна также приливная ГЭС [4] содержащая вертикально расположенные два барабанных колеса противоположного вращения, соединенные через редуктор с генератором, установленным в защитном колпаке на корпусе, а также выходной разделитель водного потока.

Однако такие конструктивные решения мало пригодны для создания мощных и эффективных погружных преобразователей энергии воды.

Технической задачей изобретения является создание размещаемых в области подводных течений подвесных ГЭС большой мощности, не требующих герметизации контактирующих с водой валов и обеспечивающих удобное погружение, закрепление на фиксированной глубине, а также возможность периодического подъема на поверхность воды.

Поставленная задача достигается тем, что под установленной на поплавках платформой размещены симметрично по углам четыре идентичных автономных гидротурбины с мультипликаторами, электрогенераторами и дисковыми роторами, сдвоенные вертикальные лопасти которых дополнительно поворачиваются (Cω_л= -0,5ω_p) вокруг собственных осей и совершают в водном потоке циклоидную траекторию движения, постоянно ориентируясь плоскостями на ось боковой лопасти, развернутой по потоку.

Вертикальные трубчатые валы роторов размещены в полых стойках, нижний подшипник скольжения каждой из которых находится в воде и поэтому выполнен водостойким, а в средней части стойки размещены перемычка и водосливная заглушка.

Находящийся в удлиненной стойке воздух препятствует попаданию снизу воды в верхний генераторный отсек.

Подшипники скольжения валов лопастей также выполнены водостойкими и не требуют герметизации.

С целью уменьшения сил сопротивления движущихся навстречу потоку передних наружных и задних внутренних лопастей, перед ними в первом случае установлены боковые закрылки, а во втором они размещены за разделителем потока, при этом ближайшие к развернутым по потоку лопасти в гидродинамическом отношении работают в более выходных углах атаки относительно потока воды.

Наличие на концах тросовых растяжек петель и скоб (или крюков) позволяет с помощью удлинительного троса эффективно утапливать ГЭС на требуемую глубину, а разъемные скобы, закрепленные на заднем тросе, позволяют поддерживать в нескольких местах спускающийся на дно силовой кабель, защищая его от повреждений и разрыва под собственным весом токоведущих жил.

Для остановки роторов (например при их опускании, подъеме или необходимости обесточивания силового кабеля) гидротурбины снабжены дистанционно включаемым (с берега или с судна) электромеханическими устройствами, осуществляющими одновременный разрыв кинематических связей всех лопастей каждого из четырех роторов и разворот их во "флюгерный" режим.

Для создания начального избыточного (подпорного) давления воздуха внутри кожуха с размещенными внутри него мультипликатором и генератором с целью компенсации водяного напора снизу при погружении на глубину турбины каждый кожух снабжен штуцером с подпружиненным шариковым клапаном, соединяемым шлангом с редуктором баллона со сжатым воздухом. При этом баллон может постоянно размещаться на судне или временно не перевернутой платформе перед ее погружением.

При размещении ГЭС на очень сильном течении (например, более 10 м/с) перед ней устанавливается выше уровня платформы дополнительный поплавок, соединенный с платформой тросовой оттяжкой.

На фиг. 1 изображен вид сбоку на ГЭС в рабочем положении; на фиг. 2 вид сзади; на фиг. 3 вид снизу на ГЭС; на фиг. 4 и 5 прохождение развернутых по потоку лопастей через "мертвые зоны" и усиление упора на близлежащих к ним лопастях; на фиг. 6 способ подведения петли тросовой растяжки к крюку донного груза; на фиг. 7 вид сбоку (в разрезе) на один из роторов; на фиг. 8 "флюгерное" расположение по потоку плоскостей кинематически разомкнутых лопастей; на фиг. 9 схематически показано опрокидывание платформы роторами вниз; на фиг. 10 присоединение силового кабеля с задним тросом и погружение ГЭС; на фиг. 11 выравнивание платформы после фиксации передних тросов.

ГЭС содержит два барабанных ротора 1 и 2, генератор 3, защитный герметизированный сверху кожух 4 и центральный разделитель водного потока.

ГЭС дополнительно содержит два ротора 6 и 7, при этом каждый из четырех идентичных роторов является составной частью автономной гидротурбины (I-IV), выполнен в виде диска 8 со сдвоенными вертикальными лопастями 9, коническими шестернями 10, 11 и 12 и центральной невращающейся конической шестерней 13 и соединен посредством фланца 14 с полым вертикальным валом 15, установленным на подшипниках 16 и 17 в конусообразной полой стойке 18, герметически соединенной вверху с кожухом 4, содержащим внутри конические шестерни 19 и 20, мультипликатор (повышающий редуктор) 21 и электрогенератор 22, а снаружи штуцер 23 и соединяемые с платформой 24 цапфы 25.

Внутри вала 15 расположена водозащитная кольцеообразная перемычка 26, а снаружи его (и внутри стойки 18) аналогичная перемычка 27 большего диаметра. Подшипники скольжения 16, 28 и 29 выполнены не герметичными и водостойкими, а конические шестерни 10-13, разъемные муфты 30, пружины 31 и 32, сателлитные валы 33, конусная втулка 34 и нижняя часть центральной невращающейся оси 35 имеют антикоррозийное покрытие.

Разъем 36 выполнен герметичным и соединен с силовым кабелем 37. Стойка 18 снабжена снаружи в средней части резьбовыми заглушками 38 для слива воды из ротора после подъема роторов ГЭС над уровнем воды.

Каждый ротор снабжен механическим устройством размыкания взаимной кинематической связи лопастей 9, состоящим из соленоидной катушки 39, рычага 40, конусной втулки 34 с пружиной 31, толкателей 41 и муфт 30 с пружинами 32. На платформе 24 размещены понтонные поплавки 42.

Силовые кабели 37 соединены через герметизированную распределительную коробку 43 с общим (магистральным) силовым кабелем 44, подвешенным с помощью разъемных скоб 45 на заднем тросе 46.

На платформе 24 перед развернутыми по потоку наружными лопастями передних роторов 1 и 11 закреплены закрылки 47, а перед развернутыми по потоку внутренними лопастями 9 задних роторов III и IV установлен разделитель водного потока 48.

Передние тросы 49 и 50, а также задний трос 46, снабжены на концах петлями 51 и скобами (или крюками) 52, соединяемыми при погружении или подъеме платформы 24 с удлинительными тросами 53, закрепленными на барабанах надводных лебедок 55.

Донные грузы 56 снабжены крюками 57 и блоками 58.

При размещении ГЭС в зоне очень сильного течения (например, более 10 м/с) перед ней устанавливается выше уровня платформы 24 дополнительный поплавок 59, удерживаемый тросом 60 и соединенный с платформой 24 оттяжкой 61.

ГЭС работает следующим образом.

Собранная на берегу или на ближайшей пристани ГЭС транспортируется по воде к месту установки с помощью одного или двух (предпочтительней) буксирных катеров 1 и 11, оборудованных размещенными на корме лебедками 55, с помощью которых предварительно опускаются на дно на заранее отмеченные водолазами (или аквалангистами) места балластные донные грузы 56.

Через блоки 58 грузов 56 пропускаются удлинительные тросы 49 и 50, которые соединяются с платформой 24.

Перед погружением (до опрокидывания) ГЭС к герметичному разъему 43 присоединяется силовой кабель 44. Затем подается управляющее напряжение на катушки 39 гидротурбин, лопасти 9 кинематически размыкаются и при последующем погружении в воду с помощью подкрылков 62 развернутые по потоку, не оказывая ему сопротивления, что необходимо в процессе погружения, установки и подъема ГЭС.

После опрокидывания платформы 24 роторами вниз ГЭС принудительно погружается на глубину, петли удлинительных тросов 49 и 50 заводятся за крюки 57, затем тросы 49 и 50 ослабляются и убираются наверх.

В процессе погружения ГЭС задний трос 46 в нескольких местах соединяется с помощью разъемных скоб 45 с силовым кабелем 44, намотанным заранее в виде бухты на катушке 62, установленной на кронштейнах на палубе буксирного катера 11.

После соединения петли 51 заднего троса 46 и отсоединения троса 53 катер 11, разматывая бухту 62, движется по направлению к берегу, укладывая по дну силовой кабель 44 вплоть до вывода его на берег и соединения с распределительной электроподстанцией. Затем обесточивается управляющий кабель (или отдельные не токоведущие жилы силового кабеля 44), лопасти всех роторов кинематически соединяются с центральными невращающимися осями 35 и ГЭС при вращении роторов начинает нормально функционировать.

Отключение и подъем ГЭС на поверхность осуществляется в обратном порядке.

Для увеличения плавучести и устойчивости ГЭС в процессе ее транспортирования к платформе 24 с блоков дополнительно присоединяются поплавки 63, которые могут дополнительно выполнять функцию опорных понтонов катеров I и II при погружении или подъеме ГЭС.

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано при создании мощных ГЭС, не требующих строительства плотин. Сущность изобретения: создание размещаемых в области глубинных течений ГЭС, подвешиваемых на тросах и позволяющих осуществлять периодический подъем их гидротурбин на поверхность воды. Для этого под установленной на поплавках платформой размещены четыре автономные идентичные гидротурбины с дисковыми роторами и дополнительно поворачивающимися вокруг собственных осей. Генераторы размещены в герметичном отсеке. Тросовые растяжки соединены внизу петлями с крюками донных балластных грузов, а при погружении или подъеме ГЭС используются удлинительные тросы. Все четыре гидротурбины снабжены дистанционно управляемыми размыкателями кинематических связей с центральной невращающейся осью для возможности одновременного разворота их во "флюгерное" положение. 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Глубинная подвесная многороторная ГЭС, содержащая два рабочих ротора противоположного вращения, центральный разделитель водного потока, редуктор и генератор, отличающаяся тем, что под установленной на поплавках платформой симметрично размещены четыре автономных идентичных гидротурбины, роторы которых выполнены в виде дисков с вертикально установленными сдвоенными поворотными лопастями, плоскость каждой из которых ориентирована на ось развернутой по потоку лопасти. 2. ГЭС по п. 1, отличающаяся тем, что вертикальные трубчатые валы роторов размещены в полых стойках, нижний подшипник скольжения каждой из которых выполнен из водостойкого материала, стойки в средней части снабжены cплошными перемычками и водосливными заглушками, при этом подшипники вертикальных валов лопастей выполнены водостойкими и не содержат герметизирующих фланцев. 3. ГЭС по п. 1, отличающаяся тем, что перед развернутыми по потоку внешними лопастями передних роторов установлены закрылки, а перед внутренними задних центральный разделитель водного потока. 4. ГЭС по п. 1, отличающаяся тем, что закрепленные к платформе тросовые растяжки снабжены на противоположных концах петлями, соединенными в рабочем положении с крюками донных грузов, и скобами, связанными через блок и удлинительный трос с барабаном надводной лебедки судна, а спускающийся на дно силовой кабель поддерживается соединенными с задним вертикальным тросом разъемными скобами. 5. ГЭС по п. 1, отличающаяся тем, что все гидротурбины снабжены дистанционно управляемыми извне электромеханическими устройствами размыкания кинематических связей лопастей с центральной невращающейся шестерней для разворота их потоком воды во "флюгерное" положение при подъеме, опускании или аварийной остановке роторов.