Погружная гидроэлектростанция Российский патент 2018 года по МПК F03B17/02 

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к сооружениям для получения электроэнергии при ограниченном объеме энергоносителя, и может быть автономно использовано во многих отраслях промышленности.

Известна гидроэнергетическая установка по патенту RU №2318955. Данная гидроэнергетическая установка содержит корпус, выполненный в виде вертикальной цилиндрической камеры, и установленного внутри нее на расстоянии цилиндра, сборный канал, компрессорную станцию, сообщенную воздуховодом с приемной камерой, гидрореактивную турбину с генератором, установленную на выходе турбинного трубопровода, расположенного в верхней части приемной камеры, хранилище рабочей жидкости, датчики уровней.

Недостатком известной установки является то, что для возврата воды в водохранилище необходимы большие затраты энергии извне.

Известна гидроэнергетическая установка по патенту RU №2483160, которая позволяет получить энергию путем формирования циркуляционного потока жидкости в башнях. Известная установка содержит хранилище рабочей жидкости, корпус (цилиндр в прототипе), емкость высокого давления и напорную емкость (в прототипе это первая и вторая напорные башни соответственно), приемную камеру, систему турбин. Эта гидроэнергетическая установка наиболее близка к предлагаемой.

Недостаток установки заключается в том, что мощность ее можно получить определенного значения.

Предлагаемым изобретением решается задача обеспечения возможности выбора мощности гидроэлектростанции по требованию заказчика при одновременном повышении ремонтопригодности гидроэлектростанции.

Для достижения этого технического результата погружная гидроэлектростанция, содержащая водохранилище, установленные в корпусе: емкость высокого давления, напорную емкость, приемную камеру, систему турбин, состоящую из гидрореактивной турбины и ковшовых турбин, запорную арматуру, при этом емкость высокого давления соединена с входом турбинного трубопровода, напорная емкость наставлена на емкость высокого давления и соединена со входом нагнетательного трубопровода, гидрореактивная турбина установлена на выходе турбинного трубопровода, расположенного в верхней части приемной камеры, ковшовые турбины расположены по периметру приемной камеры, на валах с турбинами установлены маховики, снабжена по крайней мере одной рамой, а водохранилище выполнено в виде закрытого бассейна, рама жестко закреплена на дне бассейна и выполнена в виде вертикальных и горизонтальных стоек, при этом горизонтальные стойки соединены с вертикальными стойками с возможностью перемещения вдоль них, корпус закреплен на горизонтальных стойках, приемная камера сливными рукавами соединена с бассейном, запорная арматура установлена на выходе сливных рукавов, на выходе турбинного трубопровода и на выходе нагнетательного трубопровода, на одном валу с турбинами установлены воздушные винты.

Предлагаемая погружная гидроэлектростанция иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 показан продольный разрез погружной гидроэлектростанции.

На фиг. 2 показано размещение ковшовых турбин относительно сопел гидрореактивной турбины.

Погружная гидроэлектростанция состоит из водохранилища в виде закрытого бассейна 1 со стенками 2 и дном 3. В бассейне установлена рама с вертикальными стойками 4, горизонтальными стойками 5 и основаниями 6, которые жестко закреплены на дне 3 бассейна. Горизонтальные стойки 5 соединены с вертикальными стойками 4 с возможностью перемещения вдоль них посредством гидравлического механизма подъема (не показано). На горизонтальных стойках 5 закреплен корпус 7. Внутри корпуса 7 в верхней части закреплена емкость 8 высокого давления. Емкость 8 высокого давления при заполнении имеет воздушную подушку 9 и связана с баллоном 10 со сжатым воздухом через воздуховод 11 с обратным клапаном 12 и одновременно через перепускной клапан 13 связана с воздуховодом 14. Нижняя часть емкости высокого давления 8 имеет воронкообразную форму и соединена по центру с входом турбинного трубопровода 16, на выходе которого установлена запорная арматура - заглушка 15. Внутри турбинного трубопровода выполнены спиральные направляющие 17 из меди. На емкость высокого давления 8 наставлена и закреплена на ней напорная емкость 18. В нижней своей части напорная емкость 18 соединена с входом нагнетательного трубопровода 19, на выходе которого установлена запорная арматура - вентиль 20. Нагнетательный трубопровод 19 расположен в емкости высокого давления 8 таким образом, что его выход находятся над воронкой в этой емкости.

В нижней части корпуса 7 закреплена приемная камера 21. В верхней части приемной камеры 21 расположены выход турбинного трубопровода 16 с гидрореактивной турбиной 22. Генератор 23 гидрореактивной турбины изолирован и установлен в отдельном машинном зале 24, смонтированном на дне 3 бассейна. Приемная камера 21 через обратный клапан 25 и воздуховод 26, расположенный над гидрореактивной турбиной 22, соединена с баллоном 27 с сжатым воздухом. Напротив сопел 28 гидрореактивной турбины 22 по периметру приемной камеры 21 расположены ковшовые турбины 29 с генераторами 30. Генераторы 30 установлены в машинном зале 31, который находится в корпусе 7. Приемная камера 21 сливными рукавами 32 соединена с бассейном 1. На выходе сливных рукавов установлена запорная арматура - заглушки 33. В приемной камере 21 установлен датчик 34 уровня нижнего бьефа, в емкости высокого давления 8 - датчик 35 уровня воды для создания воздушной подушки 9. На одних валах с турбинами 22, 29 установлены маховики 36 и воздушные винты 37. Баллоны 10 и 27 заранее заполняют сжатым воздухом от компрессора 38.

Погружная гидроэлектростанция работает следующим образом.

Этап первый.

При закрытом затворе 15 на турбинном трубопроводе 16, открыв затвор 20 на нагнетательном трубопроводе 19, рабочее тело (вода) заполняется в емкость высокого давления 8, оставляя в верхней части емкости высокого давления 8 воздушную подушку 9. При этом затвор 20 на нагнетательном трубопроводе 19 постоянно приоткрыт для пополнения тела в емкость высокого давления 8.

Этап второй.

Назначение затвора 15 на турбинном трубопроводе 16 и затвора 20 на нагнетательном трубопроводе 19 состоит в регулировании потока рабочего тела (воды) от 0 до максимального значения, регулируя тем самым мощность вырабатываемого генераторами ГЭС.

Открыв затвор 15 на турбинном трубопроводе 16, регулируя рабочее тело, оно направляется по турбинному трубопроводу 16 в гидрореактивную турбину 22. Гидрореактивная турбина 22 начинает раскручивать генератор электрического тока 23.

Этап третий.

Для создания дополнительного напора выходящей струи из сопел 28 гидрореактивной турбины 22 в воздушную подушку 9 нагнетается сжатый воздух по воздуховоду 11 из баллонов со сжатым воздухом 27,10. Увеличив подачу сжатого воздуха до 10, 20, 30 атмосфер, регулируется число оборотов энергоустановок.

Гидроэлектроагрегаты, набирая номинальное число оборотов, вырабатывают электрический ток. Сжатый воздух компенсирует высоту речных плотин.

Этап четвертый.

Выходящая струя из сопла 28 гидрореактивной турбины 22 под напором более 10, 20, 30 атмосфер оказывает гидродинамический удар на лопатки ковшовых турбин 29, а также вращает их. Соединение прямое - единым валом генератора электрического тока 23, гидрореактивной турбины 22 и ковшовой турбины 29 с генератором электрического тока 30.

Этап пятый.

Одновременно тандемом синхронно гидрореактивная турбина 22 с генератором электрического тока 30 вырабатывают электрическую энергию, совокупно установленной мощности погружной ГЭС.

Этап шестой.

Рабочее тело уменьшается в емкости высокого давления 8, а воздушная подушка 9 увеличивается. Поэтому в первую же секунду работы из верхнего стока 39 поступает рабочее тело по нагнетательному трубопроводу 19 в емкость высокого давления 8 и регулируется расход воды в емкости высокого давления 8, а также выравнивает уровень воздушной подушки 9 и рабочего тела.

Этап седьмой.

Работают, вращаются все гидроэлектроагрегаты в турбинном отсеке 21.

Количество аккумулированной электроэнергии определяется емкостью бассейна и рабочим напором энергоустановок.

Регулировочный диапазон погружной ГЭС из самого принципа ее работы многократен, что является одним из основных ее достоинств, также верхний сток остается постоянным на одном уровне.

Напор, выходящей струи из сопел 28, работает дистанционно, без потерь на трение, при передаче напора на лопатки ковшовых турбин 29.

Время пуска и смены режимов работы погружной ГЭС определяется несколькими минутами.

Для проверки технического состояния и проведения профилактических работ гидроэлектростанцию гидравлическим механизмом подъема поднимают из бассейна по вертикальным стойкам рамы. Это повышает ремонтопригодность гидроэлектростанции.

Выполнение водохранилища в виде закрытого бассейна позволяет устанавливать в нем от одной и более гидроэлектростанций, что обеспечивает возможность выбора мощности гидроэлектростанции по требованию заказчика.

Предлагаемая погружная гидроэлектростанция может быть создана с использованием известных материалов и стандартного оборудования.

Изобретение относится к сооружениям для получения электроэнергии при ограниченном объеме энергоносителя. Погружная гидроэлектростанция включает водохранилище, выполненное в виде закрытого бассейна 1, по крайней мере одну раму, которая жестко закреплена на дне бассейна 1 и выполнена в виде вертикальных и горизонтальных стоек 4, 5 корпус 7, баллоны 10 и 27, заполняемые сжатым воздухом от компрессора 38. Горизонтальные стойки 5 соединены с вертикальными стойками 4 с возможностью перемещения вдоль них. В корпусе 7 установлены емкость 8 высокого давления, напорная емкость 18, приемная камера 21, система турбин, состоящая из гидрореактивной турбины 22 и ковшовых турбин 29. Корпус 7 закреплен на горизонтальных стойках 5. Изобретение направлено на обеспечение возможности выбора мощности гидроэлектростанции по требованию заказчика при одновременном повышении ремонтопригодности гидроэлектростанции. 2 ил.

Погружная гидроэлектростанция, содержащая водохранилище, установленные в корпусе: емкость высокого давления, напорную емкость, приемную камеру, систему турбин, состоящую из гидрореактивной турбины и ковшовых турбин, запорную арматуру, при этом емкость высокого давления соединена с входом турбинного трубопровода, напорная емкость наставлена на емкость высокого давления и соединена со входом нагнетательного трубопровода, гидрореактивная турбина установлена на выходе турбинного трубопровода, расположенного в верхней части приемной камеры, ковшовые турбины расположены по периметру приемной камеры, на валах с турбинами установлены маховики, отличающаяся тем, что она снабжена по крайней мере одной рамой, а водохранилище выполнено в виде закрытого бассейна, рама жестко закреплена на дне бассейна и выполнена в виде вертикальных и горизонтальных стоек, при этом горизонтальные стойки соединены с вертикальными стойками с возможностью перемещения вдоль них, корпус закреплен на горизонтальных стойках, приемная камера сливными рукавами соединена с бассейном, запорная арматура установлена на выходе сливных рукавов, на выходе турбинного трубопровода и на выходе нагнетательного трубопровода, на одном валу с турбинами установлены воздушные винты.