ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА "ЛЕНА-РЕКА" Российский патент 2003 года по МПК F03B13/00 

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к устройствам для получения электроэнергии, сжатого воздуха и подачи воды из реки за счет гидравлического потока.

Энергию гидравлического потока рек и других русловых водоемов широкого используют в народном хозяйстве. Известна установка для использования энергии потока воды "Тунгуска", содержащая заякоренный плавучий корпус и лопастные колеса, кинематически связанные с электрогенераторами (1).

Недостатком указанной установки является то, что она не обеспечивает возможности получения сжатого воздуха и подачи воды.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является установка для получения сжатого воздуха и подачи воды из реки за счет энергии гидравлического потока. Она включает в себя береговой колодец с водоподъемным устройством, водяное колесо, компрессор с заборником воздуха из атмосферы и линию нагнетания воздуха в ресивер (2).

Недостатком известной установки является то, что она не обеспечивает возможности получения электрической энергии. Кроме того, для подачи воды требуется колодец, глубина которого должна значительно превышать высоту подъема воды, что усложняет установку.

Задачей изобретения является создание простой гидроэнергетической установки, обладающей возможностью работать в трех режимах: получения сжатого воздуха, электрической энергии и подачи воды.

Сущность изобретения заключается в следующем. Водоподъемное устройство в виде пневмонасоса погружено в береговой колодец или в поток воды. В результате забор воды может быть осуществлен непосредственно из потока, а также из колодца, глубина которого значительно меньше высоты подъема воды. Для преобразования энергии сжатого воздуха в электрическую установка дополнительно оборудована турбогенератором. При этом компрессор через линию нагнетания воздуха в ресивер и дополнительный кран управления скоммутирован с турбогенератором. Между дополнительным краном управления и турбогенератором установлен редукционный клапан, поддерживающий постоянным давление воздуха, подаваемого в полость сопла турбогенератора. Это позволяет поддерживать в заданном интервале частоту вращения ротора генератора. В целом установка имеет простую конструкцию и обладает улучшенными эксплуатационными свойствами.

На чертеже изображена гидроэгнергетическая установка. Она состоит из водяного колеса 1, погруженного в поток реки с возможностью преобразования энергии текучей среды во вращательное движение, кинематически связанного с ним компрессора 2, оборудованного заборником воздуха 3 из атмосферы. К компрессору 2 присоединена линия нагнетания воздуха в ресивер 8, на которой последовательно размещены регулятор давления 4, трехходовой кран 19 и напорный золотник 18. При этом ресивер 8 снабжен предохранительным клапаном 7, а также присоединительным устройством 5 с краном 6 управления подачей воздуха потребителю. Названные элементы в совокупности представляют собой систему, обеспечивающую получение сжатого воздуха. Система подачи воды также включает в себя водяное колесо 1 с компрессором 2 и дополнительно береговой колодец 20 с пневмонасосом 21. Колодец 20 выполнен на глубину, достаточную для размещений в нем пневмонасоса 21 ниже уровня воды. На его боковой стенке, контактирующей с грунтом уровня воды в реке, имеются отверстия /показаны стрелками/. По усмотрению потребители, а также при условии, что уровень воды в реке достаточный, пневмонасос 21 может быть погружен в поток воды /не показано/. При этом пневмонасос 21 через кран 19 и регулятор давления 4 скоммутирован с компрессором 2 и снабжен трубопроводом для подачи воды в гидробак 15, который оборудован сливным трубопроводом 12 и присоединительным устройством 16 с краном 17 управления подачей воды потребителю. Для преобразования энергии сжатого воздуха в электрическую установка оборудована турбогенератором, состоящим из сопла 11, турбины 13 и генератора 14, Компрессор 2 через линию нагнетания воздуха в ресивер 8 /конструктивные элементы 4, 19, 18/, а также через указанный ресивер и кран управления 9 скоммутирован с турбогенератором - его соплом 11. Для поддержания постоянного давления воздуха, подаваемого в полость сопла 11, между краном 9 и турбогенератором /соплом 11/ установлен редукционный клапан 10.

Установка может работать в трех режимах: получения сжатого воздуха, электрической энергии и подачи воды. В режиме получения сжатого воздуха установка работает следующим образом. Трехходовой кран 19 устанавливают в положение "воздух", кран 9 закрывают: компрессор 2 соединен с ресивером 8, подача воздуха к пневмонасосу 21 и турбокомпрессору /соплу 11/ не производится. Регулятором 4 останавливают необходимое давление, обеспечивая заданную частоту вращения водяного колеса 1. При этом гидравлический поток реки воздействует на лопасти колеса 1 и приводит его во вращательное движение. Компрессор 2, кинематически связанный с указанным колесом, всасывает воздух через заборник 3 и нагнетает его в ресивер 8 через регулятор давления 4, край 19 и напорный золотник 18. Для сброса избытка давления, создаваемого компрессором 2, предусмотрен предохранительный клапан 7, отрегулированный на заданное давление. Открывают кран 6 и воздух через присоединительное устройство 5 поступает в пневмосеть /не показано/ потребителю. Для перевода установки в режим получения электрической энергии кран 6 закрывают, а кран 9 открывают: компрессор 2 через регулятор 4, кран 19, золотник 18, ресивер 8, край 9 и клапан 10 подает сжатый воздух в полость сопла 11, который направляет его на турбину 13. Под действием струи сжатого воздуха турбина 13 приводится во вращательное движение - вращает ротор генератора 14. В результате генератор 14 вырабатывает электрический ток, который поступает в электросеть /не показано/ потребителю. Для улучшения качества электрической энергии частота вращения ротора генератора 14 поддерживается в заданном интервале редукционным клапаном 10, который обеспечивает постоянное давление воздуха, подаваемого в полость сопла 11 турбогенератора. Для перевода установки в режим подачи воды кран 19 устанавливают в положение "вода": компрессор 2 отсоединен от ресивера 8, производится додача воздуха к пневмонасосу 21. Указанный пневмонасос может быть оборудован всасывающим и обратным клапаном поплавком, а также распределительным устройством /не показано/. Он приводится в действие циклически за счет сжатого воздуха, поступающего от компрессора 2, и гидростатического давления окружающей его воды. При этом вода поднимается по трубопроводу и сливается в гидробак 15. Открывает кран управления 17 и вода через присоединительное устройство 16 поступает в водопровод /не показано/ потребителю. Уровень воды в реке практически не снижается, в колодце:20 пополняется через отверстия в его боковой стенке в результате просачивании вод реки через ее ложе. В случае переполнения бака 15 вода сливается через сливной трубопровод 12. При необходимости проведения ремонтно-обслуживающих работ или отключения установки водяное колесо 1 выводят из потока.

Предлагаемая установки проста, надежна и энергоэкономична. Она может работать в трех режимах: получения сжатого воздуха, электрической энергии и подачи воды. Это обусловлено тем, что установка включает в себя три системы, одна из которых обеспечивает получение сжатого воздуха, вторая - преобразование сжатого воздуха в электрическую энергию, третья - подачу воды. Указанные системы имеют общее, энергообеспечение - водяное колесо, кинематически связанное с компрессором. При этом привод компрессора осуществлен за счет энергии гидравлического потока. Установка состоит из простых и доступных конструктивных элементов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. А.С. СССР 1624198, F 03 B 17/06, 30.01.1991.

2. Патент России на изобретение 2166123, F 03 В 13/00, 27.04.2001 - прототип.

Установка предназначена для выработки электроэнергии, сжатого воздуха и подачи воды из реки за счет энергии ее потока. Установка содержит береговой колодец, снабженный водоподъемным устройством и выполненный на глубину, превышающую глубину воды в реке, и с возможностью, обеспечивающей заполнение полости водой до уровня воды в реке, установленное в поток реки водяное колесо, приводимое в действие за счет энергии указанного потока, компрессор с заборником воздуха из атмосферы и линией нагнетания воздуха в ресивер. Водоподъемное устройство выполнено в виде пневмонасоса, погруженного в колодец ниже уровня воды в нем. Установка дополнительно оборудована турбогенератором для преобразования энергии сжатого воздуха в электрическую, при этом компрессор через линию нагнетания воздуха в указанный ресивер и дополнительный кран управления скоммутирован с турбогенератором. На линии нагнетания воздуха между дополнительным краном управления и турбогенератором установлен редукционный клапан, поддерживающий постоянным давление воздуха, подаваемого в полость сопла турбогенератора. Конструкция установки обеспечивает работу в трех режимах: получения электрической энергии, сжатого воздуха и подачи воды. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гидроэнергетическая установка, включающая береговой колодец, снабженный водоподъемным устройством и выполненный на глубину, превышающую глубину воды в реке, и с возможностью, обеспечивающей заполнение полости водой до уровня воды в реке, установленное в поток реки водяное колесо, приводимое в действие за счет энергии указанного потока, компрессор с заборником воздуха из атмосферы и линией нагнетания воздуха в ресивер, отличающаяся тем, что водоподъемное устройство выполнено в виде пневмонасоса, погруженного в колодец ниже уровня воды в нем, установка дополнительно оборудована турбогенератором для преобразования энергии сжатого воздуха в электрическую, при этом компрессор через линию нагнетания воздуха в указанный ресивер и дополнительный кран управления скоммутирован с турбогенератором. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на линии нагнетания воздуха между дополнительным краном управления и турбогенератором установлен редукционный клапан, поддерживающий постоянным давление воздуха, подаваемого в полость сопла турбогенератора.