НАПЛАВНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2000 года по МПК F03B13/00 F03B17/06 

Изобретение относится к гидростроительству и может быть применено в любом регионе России.

Известны гидростанции, у которых основным сооружением является плотина, перегораживающее русло реки. Она строится для того, чтобы поднять на определенный уровень часть водосбора реки и за счет перепада высот уровней воды до и после плотины получать от реки часть ее энергетического потенциала. Негативные стороны плотинной гидроэнергетики известны. Альтернативой ей может быть бесплотинная гидроэнергетика, одним из технических решений которой является предлагаемое изобретение.

Сама река часто является мощным энергетическим источником и может отдавать свой энергетический потенциал без строительства на ней плотин и иных сложных энергетических сооружений.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является "Русловая гидроэлектростанция" патент РФ N 2002099 C1, МПК F 03 В 17/06. Автор - Рыжухин Р.С.

ГЭС по патенту N 2002099 состоит из турбины, редуктора, генератора с системами управления ими. Реактивная турбина опускается в водный поток, который воздействуя на лопасти турбины, поставленные под углом к потоку, поворачивает ее вал, раскручивая через редуктор вал генератора. Однако применение реактивной турбины в русловой ГЭС, гидравлический коэффициент которой не может быть выше 0,5, неспособность такой турбины работать подо льдом в зимнее время года, не позволяют применять эти ГЭС на реках 3-6 порядка без строительства на реке сложных гидротехнических сооружений.

Цель изобретения - улучшение характеристик гидроэнергетической установки, рабочее колесо которой работает подо льдом в свободном потоке реки.

Поставленная цель достигается тем, что наплавная электростанция, включающая плавучее основание, на котором размещены рабочие лопастные колеса турбин, генераторы и их приводы отличающиеся тем, что плавучее основание выполнено в виде понтонов, например двух, связанных между собой мостами, под которыми подвижно в вертикальной плоскости закреплены колеса турбин, соединенных с приводом генератора. Например цепями, а с понтонами, например через пантограф, причем каждая лопасть турбин выполнена в виде ряда ковшей, установленных в линию с глухими внешними образующими, днище которых набрано из перекрывающих друг-друга, шарнирно закрепленных на внешних образующих ковша шторок, чьи оси вращения не совпадают с их продольной осью симметрии и поворот которых вокруг своей оси ограничен, например, упором, а сама шторка выполнена, например, в виде двух тонких пластин, соединенных друг с другом в пакет поперечными ребрами, таким образом, что промежутки между пластинами остаются сквозными и открытыми с длинных сторон пакета.

Кроме того поставленная цель достигается тем, что рабочие колеса турбин закрыты сверху сплошным кожухом, а снизу подстилающей балкой, соединенной с кожухом стойками, на которых закреплены подшипники рабочего колеса, причем кожух, подстилающая балка и колеса турбин с торцов имеют кронштейны и фланцы для присоединения к ним дополнительных секций турбины.

Таким образом заявляемое решение имеет отличительные признаки от прототипа, следовательно оно соответствует критерию - "новизна".

На фиг. 1 показан вид сбоку на наплавную электростанцию; на фиг. 2 - вид сверху на станцию и показано размещение оборудования станции в ее машинном помещении; на фиг. 3 показана часть рабочего колеса турбины, ее продольный разрез; на фиг. 4 показан поперечный разрез рабочего колеса; на фиг. 5 показан вид на шторку.

Наплавная электростанция по предлагаемому изобретению состоит из плавучего основания, представляющего из себя два понтона-1 типа "катамаран", связанных между собой местами 2 и 3. Передний, по ходу речного потока, понтон соединен с мостом - 2 шарниром - 4 /фиг. 2/. На плавучем основании станции - 1, так же размещены кнехты - 5, лебедки - 6, машинное помещение - 7, основная - 8 и вспомогательная - 9, турбины, закрепленные на плавучем основании подвижно в вертикальной плоскости с помощью пантографа - 10. Подъем и опускание рабочих колес турбины осуществляется с помощью талей - 11.

В машинном помещении станции - 7 /фиг. 2/ размещены главный вал - 12, соединенный с рабочим колесом цепной передачей - 13. Главный вал - 12, через конусную муфту - 14, соединен с редуктором - 15, который через многодисковую фрикционную муфту - 16 и ременные передачи - 17 соединен одновременно с генератором - 18 и насосом - 19.

В машинном помещении размещены, так же пульт управления станцией - 20, шкаф с электрической аппаратурой - 21 и дроссель - 22, в системе управления насосом - 19.

Рабочее колесо турбины - 8 /фиг. 3 и 4/ состоит из вала - 23, вращающегося в подшипниках - 24, закрепленных на корпусе турбины - 25. Вал турбины - 23, звездочками и цепной передачей - 13, соединен с главным валом - 12, привода генератора - 18. Цепная передача закрыта водонепроницаемым кожухом - 26. Концы вала - 23 турбины имеют фланцы, для присоединения к ним дополнительных секций колес, закрытые кожухами - 27.

Верхняя часть рамы - 25, колеса - 8 представляет собой ферму - 28, за которое колесо-8, с помощью талей - 11 /фиг. 1/ может подниматься над водой, или опускаться на дно реки. На валу - 23 рабочего колеса - 8 закреплены лопасти - 29 и диафрагмы - 30. В совокупности они образуют ковши, установленные в ряд вдоль оси колеса. Количество рядов ковшей - по числу лопастей колеса. На фиг. 4 их показано 12 штук. Днище каждого ковша может быть выполнено овальной формы или быть прямым, как это показано на фиг. 4, однако, как в том, так и в другом случае выполнены из перекрывающих друг друга шарнирно закрепленных на боковых стенках ковша, шторок - 31. Шторки вращаются на своих осях свободно в своих шарнирах и их поворот ограничен упорами /на фиг. 4 - не показаны/. Каждая шторка выполнена в виде двух тонких пластин - 32 /фиг. 5/, соединенных между собой ребрами - 33. Торцы длинных сторон шторок открыты и поток воды свободно проходит сквозь них. Одновременно такая конструкция шторок позволяет придать ей необходимую прочность. Корпус - 25 рабочего колеса турбины - 8 состоит из подстилающей балки - 34, кожуха - 35, закрывающего сверху рабочее колесо. Кожух с подстилающей балкой с одной стороны соединен решеткой - 36, с другой - ребрами жесткости - 37. Такая конструкция позволяет рабочему колесу турбины работать под водой, а в зимнее время года подо льдом в свободном потоке реки, максимально используя мощность речного потока при этом. Как было отмечено выше, поверху кожух - 36, имеет соединительную ферму - 28, со скобами - 38, за которые рабочее колесо ГЭС подвешивается за гак крановой установки, или гак тали - 39.

Работает наплавная электростанция следующим образом.

Станция на якорях, за кнехты - 5 и лебедки - 6, крепится в речном потоке. Рабочее колесо - 8, электроталью - 11, опускается в речной поток, поток ударяясь в шторки 31, лопастей - 29, укладывает их на дно ковшей и поворачивает колесо вокруг своей оси - 23. Пройдя рабочую зону лопасть колеса поднимается из потока под колпак - 35. Не имея нагрузки от потока шторки поворачиваются вокруг своей оси по линии меньшего сопротивления, которое совпадает с касательными к окружности, пересекающей оси вращения шторок. Сопротивление движению шторок в потоке уменьшается во столько раз, во сколько раз площадь шторки больше площади торцов двух ее пластинок, из которых шторка изготовлена. Это позволяет рабочему колесу турбины работать в речном потоке с высоким коэффициентом полезного действия при полностью затопленном колесе. При входе лопасти в рабочую зону, после того как она пройдет зону прикрытую колпаком, шторки потоком реки укладываются на свое место, делая ковш замкнутым с трех сторон и цикл движения колеса и шторок повторяется.

После того как рабочее колесо наберет обороты, включается муфта - 16 насоса - 18. Происходит искусственное торможение рабочего колеса. После того как быстроходный вал редуктора начнет вращаться с оборотами, с которыми должен вращаться генератор, вырабатывая ток заданной частоты, включается муфта генератора и сам генератор. Элементы системы управления - 19 и 22 обеспечивают стабильную работу генератора при изменении в широком диапазоне скоростей речного потока и изменении нагрузок в сети генератора. При необходимости профилактических работ в системе основного генератора, в речной поток опускается рабочее колесо вспомогательной /аварийной/ турбины - 9.6

Электростанция предназначена для получения электроэнергии от использования течения реки, не затрагивая при этом строительством самой реки и не нарушая ее экологии. Электростанция включает в себя плавучее основание в виде понтонов, например двух, связанных между собой мостами, под которыми подвижно в вертикальной плоскости закреплены рабочие колеса турбин, соединенных цепными передачами с редуктором привода генератора. Колеса могут работать как в полупогруженном состоянии, так и под водой. Это достигается тем, что каждая лопасть колеса выполнена в виде ряда ковшей с глухими стенками. Днище ковша набрано из шторок, шарнирно закрепленных на стенках ковша и перекрывающих друг друга, причем оси их вращения совпадают с длинной стороной шторки и не совпадают с их осями симметрии, а поворот их вокруг своей оси ограничен упорами. Колесо сверху закрыто кожухом, а снизу имеет подстилающую балку. Балка и кожух открыты с торцов и имеют кронштейны и фланцы для присоединения к колесу, если возникает необходимость дополнительных секций. Для жизнеобеспечения электростанции в аварийных ситуациях предусмотрена установка дополнительной турбины, которая устанавливается, чаше всего, на первом по ходу рабочего штока понтоне. Для устойчивой работы первый понтон плавучего основания закреплен на мосту шарнирно. Электростанция устанавливается в рабочем потоке на якорях. Рабочие колеса опускаются в поток или на дно реки, при работе в зимнее время. Турбина вращает генератор и вырабатывает ток. Система привода генератора обеспечивает его устойчивую работу в автоматическом режиме при изменении скорости потока и нагрузок в генераторе в широком диапазоне. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Наплавная электростанция, включающая плавучее основание, на котором размещены рабочие лопастные колеса турбин, генераторы и их приводы, отличающаяся тем, что плавучее основание станции выполнено в виде понтонов, например двух, связанных между собой мостами, под которыми подвижно в вертикальной плоскости закреплены колеса турбин, соединенных с проводами их генераторов, например, цепными передачами, а с понтонами, например, через пантографы, причем каждая лопасть турбины выполнена в виде ряда ковшей, установленных в линию, с глухими внешними образующими, днище которых набрано из перекрывающих друг друга, шарнирно закрепленных на внешних образующих ковша шторок, чьи оси вращения не совпадают с их продольной осью симметрии и поворот которых вокруг своей оси ограничен, например, упором, а сама шторка выполнена, например, из двух тонких пластин, соединенных друг с другом в пакет поперечными ребрами таким образом, что промежутки между пластинами остаются сквозными и открытыми с длинных сторон пакета. 2. Наплавная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что рабочее колесо турбины закрыто сверху сплошным кожухом, а снизу - подстилающей балкой, соединенной с кожухом стойками, на которых закреплены подшипники рабочего колеса, причем кожух, подстилающая балка и колесо турбины с торцов имеют кронштейны и фланцы для присоединения к колесам их дополнительных секций.