Гидроэлектростанция Российский патент 2018 года по МПК E02B9/00 

Предлагаемое изобретение относится к гидроэнергетическому строительству, к гидроэлектростанциям для преобразования энергии текущей воды в энергию электрического тока.

Аналогом предлагаемого изобретения является электростанция по изобретению СССР 889787. Сущность этого изобретения состоит в создании одного устройства /турбины/ для преобразования энергии большого потока речной воды в электрическую энергию посредством применения большой лопаточной турбины, которая в наклоненном положении наполовину погружена в речной поток воды. При этом на валу турбины создается большой вращающий момент, который электрогенератором преобразуется в электрическую энергию, фиг 1.

Недостаток аналога в больших габаритах турбины /десятки даже сотни метров в диаметре/ при малых скоростях речного потока. При этом естественно различие в скоростях разных частиц воды, которое приводит к снижению кпд турбины. И в третьих, в устройстве всегда действует только половина турбины.

Прототипом предлагаемого изобретения является устройство по изобретению СССР 1247457, фиг 2. Сущность прототипа состоит в применении турбины с вертикальным валом, которую окружает потоконаправляющий элемент улитообразной формы. Вращающий момент с вала турбины передастся на обратимый гидроагрегат /генератор-двигатель/. Такое гидротехническое устройство по габаритам компактнее, а по эффективности преобразования энергии из одного вида в другой существенно выше, потому что кпд лопаточной турбины в потоконаправляющем элементе выше на 30%.

Предлагаемое изобретение представлено на фиг 3.

Устройство состоит из берегов: 1 - левый и 2 - правый, грунтовой плотины 3 с многоарочной железобетонной стенкой 4 со стороны верхнего бьефа 5 и бетонной защитной стенки 6 со стороны нижнего бьефа 7. На створах смежных арок устроены пустотелые камеры 8 и шлюз для судов 9.

На фиг. 4 представлено сечение АА, где 10 - входной канал эллиптического сечения с большой осью по горизонтали и гидравлическим затвором 11 известного типа, 12 - отводящий канал, круглого сечения, 13 - пропеллерная турбина с вертикальным валом и 14 - электрогенератор.

Действует предлагаемое изобретение следующим образом.

Вода из верхнего бьефа 5 при открытом гидравлическом затворе 11 по входному каналу 10 поступает на пропеллерную турбину 13. Возникающий вращающий момент при динамическом взаимодействии падающего потока воды с лопатками пропеллерной турбины 13 передается через вал турбины на вал генератора 14 известным способом и механическая энергия штока воды преобразуется в электрическую энергию генератора, которая электрическим способом идет потребителям.

Существенной новизной предлагаемого изобретения является расположение пустотелых камер 8 на створе смежных арок. При этом поверхности смежных арок и вводной канал 10 образуют гигантскую воронку, которая собирает и направляет поток речной воды на турбину. Такой гидродинамический процесс в силу неразрывности всего потока приводит к его ускорению по мере сужения его поперечного сечения. А это существенно увеличивает скорость вращения вала турбины. Электрический генератор при этом может работать без мультипликатора /редуктора/.

Принципиально важно, что входной канал 10 выполнен с эллиптическим сечением с большой осью по горизонтали с целью обеспечения лучшего равенства скоростей частиц воды в потоке воды, падающей на турбину. Это важно для повышения кпд турбины.

Достоинство примененной пропеллерной турбины в ее компактности и быстроходности. Это снижает расходы на создание гидроэлектростанции и повышает эффективность преобразования энергии потока речной воды в электрическую энергию.

Существенной новизной является включение в плотину на створе арок шлюза 9 для пропуска речных судов в обеих направлениях. Второе назначение шлюза - это пропуск больших потоков воды через плотину по биолого-экологическим признакам.

Достоинством конструкции плотины из монолитных железобетонных стен и перегородок при заполнении пустот грунтом является прочность монолитного сооружения, которое способно будет противостоять мощным стихийным и враждебным действиям.

Экологическая оценка предлагаемого изобретения должна быть высокой, потому что она низконапорная и предусмотрены планово-регулярные раскрытия ворот шлюза.

Экономическая целесообразность предлагаемого изобретения вытекает из большой энергоемкости речного потока воды. При скорости течения потока 1 м/сек каждый 1 м² обладает мощностью 10 кВт. На каждые 10 м русла при глубине потока 2 м приходится 200 кВт. Этого достаточно для энергоснабжения поселка или небольшого завода.

При использовании современных строительных технологий плотина длиною 200 м и высотою 5-10 м может быть построена за один летний сезон.

Гидроэлектростанция состоит из низконапорной плотины и серии гидрогенераторов. Плотина со стороны верхнего бьефа защищена железобетонной стеной в форме арок. На створах смежных арок смонтированы пустотелые камеры для гидрогенераторов. Для привода гидрогенераторов применены быстроходные пропеллерные турбины с вертикальным валом. Подвод воды к турбинам осуществляется по гигантским воронкам, которые образуются смежными арочными стенами и водоподводящим каналам эллиптического сечения. Каркас плотины изготовлен из монолитных железобетонных стен и перегородок с последующей засыпкой грунтом, что позволяет создать прочное и устойчивое сооружение, которое способно противостоять стихии и враждебным действиям. В теле плотины сооружен шлюз для обеспечения судоходства и мероприятий по экологическим требованиям. Повышается эффективность преобразования энергии потока речной воды в электрическую энергию. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Гидроэлектростанция, состоящая из низконапорной плотины с полыми камерами, отличающаяся тем, что со стороны верхнего бьефа плотина защищена арочными железобетонными стенами, а со стороны нижнего бьефа плотина защищена плоской железобетонной стеной.

2. Гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что на арочных створах со стороны верхнего бьефа созданы полые камеры для электрогенераторов, а под полыми камерами сооружены входной эллиптического сечения с большой осью по горизонтали и выходной круглого сечения водоходы, между которыми за их стыком по ходу воды известным способом смонтированы быстроходные пропеллерные гидротурбины с вертикальными валами, вращение которых известным способом передается на электрогенераторы в полых камерах.

3. Гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что на среднем арочном створе в теле плотины сооружены железобетонные шлюзы известным способом для пропуска речных судов и проведения экологических мероприятий.

4. Гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что полые камеры в железобетонном каркасе плотины между арочными стенами верхнего бьефа и плоскими стенами нижнего бьефа заполнены грунтом известным способом для обеспечения движения пешеходов и транспорта между противоположными берегами.