МИНИГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2003 года по МПК F03B13/00 

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности, к конструкциям малогабаритных гидроэлектростанций, применение которых может быть целесообразно на небольших предприятиях или фермерских хозяйствах.

Известна осевая фронтальная турбина, содержащая колесо с втулкой и лопастями, размещенное в трубопроводе, при этом корпус электрогенератора расположен снаружи трубопровода [1].

Положительным свойством известного технического решения является установка электрогенератора вне проточного тракта, однако оно не решает задачу эффективного построения системы в целом.

Известно техническое решение, которое представляет собой гидропневматическую электростанцию, включающую плотину, преобразователь энергии водяного потока, причем преобразователь энергии содержит, по крайней мере, один сифонный трубопровод с преобразователем энергии [2]. Верхняя часть каждого сифонного трубопровода соединена воздуховодом с коллектором воздушного потока, воздушным турбогенератором, в котором расположена воздушная турбина, причем вал последней жестко связан с валом электрогенератора.

Недостатком известного технического решения является также низкая эффективность системы в связи с тем, что при выработке электрической энергии предусматривается ее двойное преобразование: энергии движения воды - в энергию воздушного потока, а энергии воздушного потока - в электрическую энергию, в связи с этим удельная производительность системы является достаточно низкой.

Известна минигидроэлектростанция, содержащая установленный на плотине, по крайней мере, один сифонный трубопровод с всасывающей и сбрасывающей ветвями, во внутренней полости сифонного трубопровода расположена, по крайней мере, одна энергетическая установка с приводным механизмом, и систему запуска сифонного трубопровода, включающую на выходе регулируемую задвижку, приводной механизм энергетической установки расположен в сифонном трубопроводе между противокавитационным устройством и регулируемой задвижкой [3 - прототип].

На входе и выходе всасывающей и сбрасывающей ветви расположены также решетки. Решетки предназначены для предотвращения попадания в трубопровод посторонних объектов. Вместе с тем несмотря на наличие раструба на входе всасывающей ветви, который выполняет функцию противокавитационного устройства, решетки являются источниками кавитации, т.е. источниками образования пузырьков воздуха, скапливающихся в верхней части сифона с образованием воздушной подушки, которую необходимо периодически удалять, чтобы сохранять работоспособность устройства.

3aдачей настоящего изобретения является повышение удельной эффективности малогабаритных гидроэлектростанций с обеспечением простоты конструкции и надежности эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что минигидроэлектростанция содержит установленный на плотине, по крайней мере, один сифонный трубопровод с всасывающей и сбрасывающей ветвями, во внутренней полости сифонного трубопровода расположена, по крайней мере, одна энергетическая установка с приводным механизмом, и систему запуска сифонного трубопровода, включающую на выходе регулируемую задвижку, приводной механизм энергетической установки расположен в сифонном трубопроводе между противокавитационным устройством и регулируемой задвижкой, причем система запуска выполнена в виде насосной установки, всасывающим патрубком связанной с сифонным трубопроводом в верхней его части, а противокавитационное устройство дополнительно включает сплошной или решетчатый фартук, расположенный на всасывающей ветви сифонного трубопровода с возможностью перемещения и фиксации его в заданном положении.

Противокавитационное устройство может быть также выполнено в виде плота, расположенного на поверхности воды над всасывающим патрубком сифонного трубопровода и жестко связанного с дном или с плотиной с помощью якорной системы или соответствующих металлических стяжек.

Расстояние между опорами сифонного водопровода, устанавливаемыми на плотине, и расстояние от горизонтальной поверхности плотины до верхней части сифонного трубопровода выбираются из условия прохождения соответствующих транспортных средств.

На фиг. 1 изображен общий вид минигидроэлектростанции с противокавитационным устройством, выполненным в виде фартука на всасывающей ветви сифонного трубопровода. На фиг.2 - вариант выполнения минигидроэлектростанции с противокавитационным устройством, выполненным в виде плота, расположенного на поверхности воды над входным раструбом всасывающей ветви сифонного трубопровода.

Минигидроэлектростанция содержит установленный на плотине 1 с помощью опор 2, по крайней мере, один сифонный трубопровод 3 с всасывающей 4 и сбрасывающей 5 ветвями. Во внутренней полости сифонного трубопровода 3 установлен приводной механизм 6 энергетической установки 7. Система запуска сифонного трубопровода 3 включает насосную установку 8, всасывающим патрубком 9 связанную с сифонным трубопроводом 3 в верхней его части. Сифонный трубопровод 3 снабжен на входе всасывающей ветви 4 противокавитационным устройством.

Противокавитационное устройство выполнено в виде входного раструба 10 в форме сужающейся воронки, жестко связанной с всасывающей ветвью 4 сифонного трубопровода 3.

Противокавитационное устройство может дополнительно включать сплошной или решетчатый фартук 11, расположенный на всасывающей ветви 4 сифонного трубопровода 3 с возможностью перемещения и фиксации его в заданном положении (фиг.1).

В одном из вариантов противокавитационное устройство может быть выполнено в виде плота 13, расположенного на поверхности воды над входным раструбом 10 сифонного трубопровода 3 и жестко связанного с дном или с плотиной 1 с помощью якорной системы или соответствующих металлических стяжек.

Расстояние между опорами 2 сифонного трубопровода 3, устанавливаемыми на плотине 1, и расстояние от горизонтальной поверхности плотины 1 до верхней части сифонного трубопровода 3 выбираются из условия прохождения соответствующих транспортных средств.

Минигидроэлектростанция работает следующим образом.

При запуске в работу минигидроэлектростанции включают в работу вакуумную насосную установку 8 при закрытой задвижке 12, чтобы уменьшить энергозатраты на заполнение полости сбрасывающей ветви 5 сифонного трубопровода 3. После заполнения водой всей полости сифонного трубопровода 3 насосная установка 8 отключается с обеспечением соответствующей герметизации. Открывается задвижка 12 на требуемый расход воды, которая при прохождении по сифонному трубопроводу 3 приводит в действие приводной механизм 6 энергетической установки 7 (электрогенератора).

Входной раструб 10 препятствует образованию воздушных пузырей при вхождении водяного потока в сифонный трубопровод, а фартук 11 и/или плот 13 препятствуют образованию воздушно-водяной воронки на поверхности воды и захвату воздуха перемещающимся по сифонному трубопроводу 3 водяным потоком. Оптимальный режим работы противокавитационных устройств при возможном изменении расхода воды с помощью регулируемой задвижки 12 достигается изменением положения фартука 11, а также соответствующими размерами плота 13.

Источники информации
1. Патент РФ 2002101, кл. F 03 В 13/00, 1993.

2. Патент РФ 2167334, кл. F 03 В 13/00, 2000.

3. Заявка Франции 2497296 А1, кл. F 03 В 13/12, 1980.

Минигидроэлектростанция предназначена для преобразования потенциальной энергии воды с целью выработки электроэнергии. Минигидроэлектростанция содержит установленный на плотине, по крайней мере, один сифонный трубопровод с всасывающей и сбрасывающей ветвями. Во внутренней полости сифонного трубопровода расположена энергетическая установка с приводным механизмом. Система запуска сифонного трубопровода включает расположенную на выходе регулируемую задвижку. Приводной механизм энергетической установки расположен в сифонном трубопроводе между противокавитационным устройством, выполненным в виде входного раструба в форме сужающейся воронки, и регулируемой задвижкой. При этом система запуска выполнена в виде насосной установки, всасывающим патрубком связанной с сифонным трубопроводом в верхней его части, а противокавитационное устройство дополнительно включает сплошной или решетчатый фартук, расположенный на всасывающей ветви сифонного трубопровода с возможностью перемещения и фиксации его в заданном положении. Устройство имеет простую конструкцию, позволяющую обеспечить надежность эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Минигидроэлектростанция, содержащая установленный на плотине, по крайней мере, один сифонный трубопровод со всасывающей и сбрасывающей ветвями, во внутренней полости которого расположена энергетическая установка с приводным механизмом, систему запуска сифонного трубопровода, включающую на выходе регулируемую задвижку, причем приводной механизм энергетической установки расположен в сифонном трубопроводе между противокавитационным устройством, выполненным в виде входного раструба в форме сужающейся воронки, и регулируемой задвижкой, отличающаяся тем, что система запуска выполнена в виде насосной установки, всасывающим патрубком связанной с сифонным трубопроводом в верхней его части, а противокавитационное устройство дополнительно включает сплошной или решетчатый фартук, расположенный на всасывающей ветви сифонного трубопровода с возможностью перемещения и фиксации его в заданном положении. 2. Минигидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что расстояние между опорами сифонного трубопровода, устанавливаемыми на плотине, и расстояние от горизонтальной поверхности плотины до верхней части сифонного трубопровода выбираются из условия прохождения соответствующих транспортных средств.