АВТОНОМНАЯ ВОДОПОГРУЖЕННАЯ СВОБОДНОПОТОЧНАЯ МИКРОГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2008 года по МПК F03B17/06 F03B13/00 

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к водопогруженным свободнопоточным микрогидроэлектростанциям, предназначенным для всесезонного стабильного снабжения автономных потребителей электроэнергией, и может быть использовано для энергообеспечения фермерских хозяйств, метеостанций, геологоразведки и т.п. категорий потребителей.

Известна автономная водопогруженная свободнопоточная микрогидроэлектростанция по полезной модели №23317, принятая за прототип, содержащая неподвижно закрепленный водопогруженный модуль, включающий гидротурбину с горизонтальной осью вращения, соединенной через расположенную в гондоле и выполненную в виде мультипликатора зубчатую передачу с валом электрогенератора, диффузор, выполняющий функции корпуса, в котором размещены гидротурбина и гондола, коническую решетку, расположенную на входе диффузора перед гидротурбиной, электрогенератор, размещенный ниже уровня воды и установленный в герметичном корпусе, соединенном с гондолой мультипликатора вертикально расположенной герметичной трубой, при этом электрогенератор соединен водостойким электрокабелем с наземным блоком, содержащим электро-распределительное устройство, блок управления и управляемую балластную нагрузку.

Общими с предлагаемым техническим решением являются следующие существенные признаки - автономная водопогруженная свободнопоточная микрогидроэлектростанция содержит наземный блок, включающий электрораспределительное устройство, систему (блок) управления и управляемую балластную нагрузку, неподвижно закрепленный водопогруженный модуль, включающий электрогенератор, расположенный ниже уровня воды в герметичном корпусе и соединенный с наземным блоком водостойким электрокабелем, размещенную в диффузоре гидротурбину с горизонтальной осью вращения, соединенной через расположенную в гондоле и выполненную в виде мультипликатора зубчатую передачу с валом электрогенератора, коническую решетку, расположенную на входе диффузора перед гидротурбиной.

Данной принятой в качестве прототипа автономной свободнопоточной микрогидроэлектростанции присущи следующие недостатки:

- размещение электрогенератора над корпусом с гондолой и гидротурбиной хотя и снижает вероятность попадания в электрогенератор воды, однако существенно увеличивает и без того достаточно большой опрокидывающий момент, особенно при повышенных скоростях течения при паводке;

- существует вероятность попадания воды в гондолу, а затем и в область электрогенератора;

- защитная конусная решетка оказывает значительное сопротивление потоку и турбулизирует поток перед гидротурбиной;

- отсутствует регулирование частоты вращения вала турбины, а также ограничение объема (скоростей) набегающего потока - в паводковый период увеличенные в несколько раз скорости потока могут вывести оборудование из строя.

Предлагаемым изобретением решается задача снижения сопротивления гидростанции потоку, снижение опрокидывающего момента, обеспечения устойчивости, предотвращение попадания воды в область электрогенератора, а также обеспечения регулирования (ограничения) объемов (скоростей) потока попадающего на турбину.

Для достижения указанного технического результата в автономной водопогруженной свободнопоточной микрогидроэлектростанции, содержащей наземный блок, включающий электрораспределительное устройство, систему управления и управляемую балластную нагрузку, неподвижно закрепленный водопогруженный модуль, включающий электрогенератор, расположенный ниже уровня воды в герметичном корпусе и соединенный с наземным блоком водостойким электрокабелем, размещенную в диффузоре гидротурбину с горизонтальной осью вращения, соединенной через расположенную в гондоле и выполненную в виде мультипликатора зубчатую передачу с валом электрогенератора, коническую решетку, расположенную на входе диффузора перед гидротурбиной, электрогенератор расположен по ходу течения за мультипликатором в общей с ним гондоле, которая снабжена устройством для откачки воды из ее нижней части, коническая решетка выполнена из плоских элементов (металлических полос), по крайней мере, часть из которых (для существенности регулирования - ближняя к основанию конусной решетки) выполнена с возможностью их поворота относительно продольных осей и снабжена для этого приводом (ручным или автоматическим, например, с приводом от потока).

Кроме того, дополнительно для повышения устойчивости гондола опирается на дно посредством стоек, снабженных опорными площадками, при этом для организации дополнительной емкости для накопления фильтрующейся воды и ее откачки, как минимум, одна из опорных стоек выполнена полой и сообщена с гондолой, являясь ее нижней частью. Для стабилизации скорости вращения вала гидротурбины (регулирования выработки электроэнергии) гидротурбина может быть снабжена механизмом регулирования угла поворота лопастей, которые выполнены с возможностью поворота относительно их продольных осей. Для гарантирования устойчивости электростанции при самых максимальных - паводковых расходах потока станция (водопогруженный модуль) может быть снабжена якорем, расположенным по потоку перед ней и соединенным с вершиной конической решетки.

Отличительными признаками предлагаемой автономной свободнопоточной водопогруженной микрогидроэлектростанции от известной, принятой за прототип, являются следующие - электрогенератор расположен по ходу течения за мультипликатором в общей с ним гондоле, которая снабжена устройством для откачки воды из ее нижней части, коническая решетка выполнена из плоских элементов, по крайней мере, часть из которых выполнена с возможностью их поворота относительно продольных осей и снабжена для этого приводом, а также дополнительно гондола опирается на дно посредством стоек, снабженных опорными площадками, как минимум, одна из опорных стоек выполнена полой и сообщена с гондолой, являясь ее нижней частью, гидротурбина снабжена механизмом регулирования угла поворота лопастей, которые выполнены с возможностью поворота относительно их продольных осей, станция снабжена якорем, расположенным по потоку перед ней и соединенным с вершиной конической решетки.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными (указанными в ограничительной части формулы) достигается следующий технический результат - снижаются сопротивление гидростанции потоку, а также опрокидывающий момент, обеспечивается безусловная устойчивость, предотвращается попадание воды в область электрогенератора, а в случае попадания обеспечивается ее сбор и удаление, ограничиваются объем воды, поступающей на турбину, обеспечивая устойчивую работоспособность станции, а также организуется регулирование частоты вращения вала гидротурбины.

Предложенное техническое решение может найти применение в конструкциях микрогидроэлектростанций, применяемых для всесезонного стабильного снабжения электроэнергией автономных потребителей, таких как фермерские хозяйства, метеостанции, геологоразведка и т.п. категорий потребителей, подключение которых к централизованной сети невыгодно или невозможно.

Техническое решение поясняется чертежом. Представленная на чертеже автономная свободнопоточная водопогруженная микрогидроэлектростанция состоит из наземного блока, включающего электрораспределительное устройство, систему управления и управляемую балластную нагрузку (на чертеже не приведены), неподвижно закрепленного водопогруженного модуля, включающего электрогенератор 1, расположенный ниже уровня воды в гондоле 2 и соединенный с наземным блоком водостойким электрокабелем (на чертеже не приведен), размещенную в диффузоре 3 гидротурбину 4 с горизонтальной осью вращения 5, соединенной через расположенную в гондоле 2 и выполненную в виде мультипликатора 6 зубчатую передачу с валом 7 электрогенератора 1, коническую решетку 8, расположенную на входе диффузора 3 перед гидротурбиной 4. Электрогенератор 1 расположен по ходу течения за мультипликатором 6 в общей с ним гондоле 2, которая снабжена устройством (насосом) для откачки воды, например, с автоматическим запуском, (на чертеже не приведены) из ее нижней части. Коническая решетка 8 выполнена из металлических полос 9, по крайней мере, часть из которых - поворотная часть 10 (для существенности регулирования - ближняя к основанию конусной решетки 8) выполнена с возможностью их поворота относительно продольных осей и снабжена для этого приводом 11 (в данном случае автоматическим, с приводом 16 от потока). Вторая часть неподвижная часть 12 решетки 8, смежная с вершиной 13 конуса, имеет неподвижные полосы 9, сориентированные для наименьшего сопротивления по потоку. Гондола 2 (гидроэлектростанция посредством гондолы) 2 опирается на дно посредством стоек 14, снабженных опорными площадками 15. Как минимум, одна из опорных стоек 14 выполнена полой и сообщена с гондолой 2, являясь ее нижней частью, откуда и производится откачка просочившейся воды или конденсата. Для стабилизации скорости вращения вала гидротурбины (регулирования выработки электроэнергии) гидротурбина может быть снабжена механизмом регулирования угла поворота лопастей (на чертеже не приведен), которые выполнены с возможностью поворота относительно их продольных осей. Данный механизм может быть выполнен аналогично соответствующему механизму, например, для ветроколес (выполненный, например, аналогично широко известным центробежным механизмам угла поворота лопастей). Для гарантирования устойчивости электростанции при самых максимальных - паводковых расходах потока, водопогруженный модуль снабжен якорем (на чертеже не приведен), расположенным по потоку перед ней и соединенным с вершиной конической решетки 8.

Предлагаемая автономная свободнопоточная водопогруженная микрогидроэлектростанция работает аналогично известным. В водопогруженном модуле поток воды проходит через задерживающую посторонние предметы коническую решетку 8, и, увеличивая скорость за счет разрежения, создаваемого диффузором 3, поступает на лопасти гидротурбины 4, которые, вращаясь, передают крутящий момент через главный вал 5 и расположенный в гондоле 3 мультипликатор 4 на вал 5 электрогенератора 6. При расчетных скоростях течения плоские элементы 15 решетки 8 развернуты по течению, практически не создавая сопротивления и оказывая помощь в формировании устойчивого потока воды.

При этом поступающая в гондолу 2 вода или скапливающийся конденсат стекают в полость стойки 14, откуда при помощи насоса удаляется за пределы гондолы 2 (например, просто наружу по магистрали, имеющей обратный клапан). В периоды времени, когда скорость потока превышает безопасный уровень (паводок, ливневые потоки и т.п.), поворотная часть решетки 10 автоматически приводом 11 (от давления воды на привод 16) поворачивается из флюгерного положения в расчетное положение. Предотвращая повреждение гидротурбины. Решетка может быть закрыта и для предотвращения попадания в область гидроколеса и различных мелких (меньших щели решетки) предметов в период паводка. За счет устройства регулирования угла поворота лопастей гидроколеса достигается автоматическое регулирование скорости вращения вала турбины, а значит и стабилизация выработки электроэнергии.

Микрогидроэлектростанция предназначена для преобразования энергии текущей среды в электрическую. Устройство содержит наземный блок, включающий электрораспределительное устройство, систему управления и управляемую балластную нагрузку, неподвижно закрепленный водопогруженный модуль, включающий электрогенератор, расположенный ниже уровня воды в герметичном корпусе и соединенный с наземным блоком водостойким электрокабелем. Размещенную в диффузоре гидротурбину с горизонтальной осью вращения, соединенной через расположенную в гондоле и выполненную в виде мультипликатора зубчатую передачу с валом электрогенератора. Коническую решетку, расположенную на входе диффузора перед гидротурбиной. Электрогенератор расположен по ходу течения за мультипликатором в общей с ним гондоле, которая снабжена устройством для откачки воды из ее нижней части. Коническая решетка выполнена из плоских элементов, по крайней мере, часть из которых выполнена с возможностью их поворота относительно продольных осей и снабжена для этого приводом. Конструкция устройства позволяет повысить надежность работы и регулировать мощность. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Автономная свободнопоточная микрогидроэлектростанция, содержащая наземный блок, включающий электрораспределительное устройство, систему управления и управляемую балластную нагрузку, неподвижно закрепленный водопогруженный модуль, включающий электрогенератор, расположенный ниже уровня воды в герметичном корпусе и соединенный с наземным блоком водостойким электрокабелем, размещенную в диффузоре гидротурбину с горизонтальной осью вращения, соединенной через расположенную в гондоле и выполненную в виде мультипликатора зубчатую передачу с валом электрогенератора, коническую решетку, расположенную на входе диффузора перед гидротурбиной, отличающаяся тем, что электрогенератор расположен по ходу течения за мультипликатором в общей с ним гондоле, которая снабжена устройством для откачки воды из ее нижней части, коническая решетка выполнена из плоских элементов, по крайней мере, часть из которых выполнена с возможностью их поворота относительно продольных осей и снабжена для этого приводом.2. Автономная микрогидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что гондола опирается на дно посредством стоек, снабженных опорными площадками.3. Автономная микрогидроэлектростанция по п.2, отличающаяся тем, что как минимум одна из опорных стоек выполнена полой и сообщена с гондолой, являясь ее нижней частью.4. Автономная микрогидроэлектростанция по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что гидротурбина снабжена механизмом регулирования угла поворота лопастей, которые выполнены с возможностью поворота относительно их продольных осей.5. Автономная микрогидроэлектростанция по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что снабжена якорем, расположенным по потоку перед ней и соединенным с вершиной конической решетки.6. Автономная микрогидроэлектростанция по п.4, отличающаяся тем, что снабжена якорем, расположенным по потоку перед ней и соединенным с вершиной конической решетки.