НАПЛАВНАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С ПОДВОДНОЙ ТУРБИНОЙ Российский патент 2006 года по МПК F03B9/00 F03B13/00 F03B17/06 

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

Известны гидроэлектростанции, в том числе наплавные, у которых в качестве двигателя применяются реактивные турбины. Например: «Русловая гидроэлектростанция». Патент РФ №2002099 С1, МПК F 03 B 17/06. Автор Рыжухин Р.С.

ГЭС по патенту №2002099 состоит из турбины, редуктора, генератора с системами управления им. Реактивная турбина опускается в водный поток, который, воздействуя на лопасти турбины, поставленные под углом к потоку, поворачивает ее вал, раскручивая через редуктор вал генератора.

Две основные причины не позволяют применять реактивные турбины для получения электроэнергии от свободного течения реки:

1. Мощность ГЭС прямо пропорциональна площади рабочих лопастей турбины. В реактивной турбине из-за ее конструктивных особенностей сложно достичь большой площади воздействия потока на турбину.

2. Гидравлический коэффициент реактивной турбины теоретически не может взять от потока реки более половины ее мощности (обычно он не превышает 0.43).

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Наплавная электростанция», патент РФ №2160848, F 03 B 13/00, 17/06. Автор Ушаков Г.Г.

ГЭС по патенту №2160848 состоит из плавучего основания типа «катамаран», на котором шарнирно закреплена активная турбина, каждая лопасть которой выполнена в виде ряда ковшей, установленных в линию, с глухими внешними образующими, днища которых набраны 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 и сама шторка выполнена в виде двух тонких пластин, собранных в пакет.

Активная турбина по патенту №2160848 опускается в поток реки на пантографе и связана с приводом генератора через обгонную муфту, что позволяет работать на один вал отбора мощности одновременно нескольким турбинам.

Активная турбина по патенту №2160848 хорошо зарекомендовала себя как турбина, способная работать без уменьшения коэффициента полезного действия полностью погруженной в воду, как подводная (донная) турбина.

Однако в образовании мощности станции участвует не только скорость потока воды, но и общая площадь рабочих органов турбины, на которую воздействует этот поток. Это так называемые основные факторы. Кроме них на мощность турбин и всей станции в целом влияют такие факторы, как проблема отвода отработанной воды от турбин, и многие иные факторы.

Цель изобретения - улучшить эксплуатационные характеристики наплавных электростанций и их мощность.

Поставленная цель достигается тем, что наплавная ГЭС с подводной турбиной включает плавучее основание, выполненное в виде катамарана, на котором размещены привод генераторов тока, генераторы тока, система стабилизации параметров тока, подводная активная турбина, способная работать в полностью погруженном состоянии, и ее подъемник. Подводная активная турбина выполнена в виде ленточного транспортера, установленного на ребро под углом к потоку реки, по всей ширине и длине транспортерной ленты закреплены лопасти турбины, выполненные, например, из эластичного материала, причем каждая лопасть выполнена в виде ковша, способного складываться и ложиться на транспортерную ленту при переходе с рабочей на холостую ветвь транспортера и имеющего на внешней поверхности карман для автоматического подъема лопасти потоком реки, при переходе ее из холостого в рабочее положение, подъемник самой турбины имеет в своем составе коромысло, на которое подвешивается турбина, одним концом шарнирно закрепленное на плавучем основании станции, вторым - на раме турбины, с закрепленным на ней коническим редуктором привода генераторов тока, причем таким образом, что продольные оси шарниров коромысла подъемника и продольная ось ведомой шестерни конического редуктора расположены на одной линии, а сама станция оборудована устройствами, позволяющими менять угол установки турбины к потоку реки в процессе работы станции.

На Фиг.1 показан общий вид наплавной гидроэлектростанции - поперечный разрез.

На Фиг.2 показан общий вид станции - вид со стороны турбины.

На Фиг.3 показан общий вид станции - вид в плане.

На Фиг.4 показан способ установки станции на реке.

Наплавная гидроэлектростанция с подводной турбиной состоит из плавучего основания 1, на котором помещен привод генераторов тока 2. На специальном подвесе 3 с подъемником 4 сбоку плавучего основания станции 1 к ней шарнирно крепится турбина 5 с лопастями 6, закрепленными на рабочей поверхности ленты 7, активной турбины станции.

Лопасти 6 турбины 5 выполнены из эластичного материала и представляют собой пластины, закрепленные одним концом на транспортерной ленте 7 турбины 5.

Второй конец пластины с той же лентой соединен двумя гибкими связями 8, причем эти связи закреплены на пластине таким образом (Фиг 3. Вид А), что центр пластины получается в виде кармана. При воздействии потока реки на пластины и ее карман он отгибает ее от ленты на определенный угол, ограниченный длиной гибких связей, и пластина вместе со связями приобретает форму ковша, развернутого против течения реки. На раме турбины 5 закреплен конический редуктор 9, который жестко связан с ведущим туером транспортера турбины и через цепной редуктор 10 валом 11 связан с приводом генераторов 2. Вал 11 проходит через всю станцию и оканчивается вилкой карданной передачи 12, позволяющей подключать к головному блоку станции дополнительные турбины, увеличивая тем самым мощность станции до заданных пределов.

На плавучем основании станции 1 размещены, кроме вышеперечисленного оборудования, помещение привода генераторов 14, кнехты, леерные ограждения, аварийный якорь 18 и прочее, необходимое для любого плавсредства оборудование. Станция на реке устанавливается под углом к потоку, как это показано на Фиг.4, и удерживается в рабочем положении канатами 15 и 17. Передний канат 15 связан с береговым якорем 17 через лебедку 16, позволяющую менять в процессе эксплуатации станции угол атаки потоком реки рабочих органов турбины станции, изменяя тем самым мощность станции как в сторону ее увеличения при падении скоростного напора реки в мелководье, так и в сторону ее уменьшения при работе станции в паводок.

Турбина 5 в рабочем положении опирается на дополнительные опорные катки 19, что позволяет полностью разгрузить подвес и его подъемник от силы давления потока на него.

Работает станция следующим образом:

В нерабочем положении станция стоит у берега вдоль потока реки, пришвартованная к береговым якорям. Для установки станции в рабочее положение необходимо отдать швартовые, растормозить канат лебедки 16 и отодвинуть в реку нос плавучего основания станции. Реактивной составляющей силы давления на плавучее основание станции потока реки станция натянет канаты и отойдет в реку на заранее заданное длиной ее канатов расстояние и будет удерживаться в таком положении, пока не исчезнет сила давления на нее потока реки. Лебедкой 16 устанавливается угол атаки потока к турбине станции. Он должен соответствовать скорости потока и необходимой мощности станции. В межень он максимальный и равен 45°, в паводок - минимальный, но достаточный для достижения станцией заданной мощности. Для исключения явления «рысканья» станции на реке при изменении нагрузок на ее генератор в реку опускается донный якорь 18.

После установки станции на реке и подключения ее к потребителю тока подъемником 4 турбину 5 опускают в поток реки. Силой давления потока на турбину она прижимается к опорным каткам 19. То же самое давление, воздействуя на лопасти турбины станции, поворачивает туера турбины, а те, в свою очередь, через конический редуктор 9, цепной редуктор 10, вал 11 раскручивают ротор генератора, вырабатывая электрический ток промышленных параметров.

Продольная ось ведомой шестерни конического редуктора 9 и ось шарниров подвеса 3 на раме турбины расположены на одной линии, что позволяет передать крутящий момент от лопастей турбины к приводу генераторов тока 5 при любом угле турбины станции к продольной оси ее подъемника 4.

Это же самое позволяет поднять турбину из потока реки в любое время независимо от давления на нее потока реки и тем самым остановить работу станции. Кроме того, в системе привода генераторов станции предусмотрены фрикционная муфта, позволяющая отключить генератор, не отключая при этом турбину, и рубильник, позволяющий отключить станцию от потребителя, не останавливая ее работу.

Гидроэлектростанция предназначена для преобразования энергии речного потока в электрическую энергию. Устройство содержит плавучее основание, выполненное в виде катамарана, на котором размещены привод генераторов тока, генераторы тока, система стабилизации параметров тока, подводная активная турбина, способная работать в полностью погруженном состоянии, и ее подъемник. Турбина выполнена в виде ленточного транспортера, установленного на ребро под углом к потоку реки. По всей ширине и длине транспортерной ленты закреплены лопасти турбины, выполненные, например, из эластичного материала. Каждая лопасть выполнена в виде ковша, способного складываться и ложиться на транспортерную ленту при переходе с рабочей на холостую ветвь транспортера и имеющего на внешней поверхности карман для автоматического подъема лопасти потоком реки, при переходе ее из холостого в рабочее положение. Подъемник самой турбины имеет в своем составе коромысло, на которое подвешивается турбина, одним концом шарнирно закрепленное на плавучем основании станции, вторым - на раме турбины, с закрепленным на ней коническим редуктором привода генераторов тока, причем таким образом, что продольные оси шарниров коромысла подъемника и продольная ось ведомой шестерни конического редуктора расположены на одной линии. Кроме того, станция оборудована устройствами, позволяющими изменять угол установки турбины к потоку реки в процессе работы станции. 4 ил.

Наплавная гидроэлектростанция с подводной турбиной, включающая плавучее основание, выполненное в виде катамарана, на котором размещены привод генераторов тока, генераторы тока, система стабилизации параметров тока, подводная активная турбина, способная работать в полностью погруженном состоянии, и ее подъемник, отличающаяся тем, что подводная активная турбина выполнена в виде ленточного транспортера, установленного на ребро под углом к потоку реки, по всей ширине и длине транспортерной ленты которого закреплены лопасти турбины, выполненные, например, из эластичного материала, причем каждая лопасть выполнена в виде ковша, способного складываться и ложиться на транспортерную ленту при переходе с рабочей на холостую ветвь транспортера и имеющего на внешней поверхности карман для автоматического подъема лопасти потоком реки при переходе ее из холостого в рабочее положение, подъемник самой турбины имеет в своем составе коромысло, на которое подвешивается турбина, одним концом шарнирно закрепленное на плавучем основании станции, вторым - на раме турбины с закрепленным на ней коническим редуктором привода генераторов тока, причем таким образом, что продольные оси шарниров коромысла подъемника и продольная ось ведомой шестерни конического редуктора расположены на одной линии, а сама станция оборудована устройствами, позволяющими изменять угол установки турбины к потоку реки в процессе работы станции.