Гидроэлектростанция конвейерного типа Российский патент 2020 года по МПК F03B9/00 

Заявляемое изобретение гидроэлектростанция (ГЭС) конвейерного типа относится к гидроэнергетике, в частности к устройствам, предназначенным для преобразования энергии потока текучей среды в электрическую энергию.

Предлагаемая к защите гидроэлектростанция (ГЭС) конвейерного типа позволяет использовать энергию как крупных и малых рек, а также, такая конструкция больше подходит на горных реках и так и открытых водостоков искусственного происхождения, например магистральных и других водоканалов, деривационным вариантом, используя перепад высот. Из уровня техники известна потоковая гидроэлектростанция, содержащая погруженный в воду корпус и установленный в нем рабочий орган, выполненный в виде цепного лопастного конвейера, огибающего вертикально расположенные звездочки и кинематический связанного с электрогенератором, каждая лопасть конвейера выполнена в виде поворотной вокруг горизонтальной оси заслонки, при этом ось прикреплена к лопасти симметрично с образованием двух частей, одна из которых выполнена тяжелее другой (см. патент RU 2086799 на изобретение «Потоковая гидроэлектростанция», дата подачи 15.07.1992 г., опубл. 10.08.1997 г.).

Недостатки данной конструкции обусловлены трудностями прохождения водного потока через гидроэлектростанцию из-за значительной траектории движения, создаваемой за счет ее обтекания (огибания), что снижает КПД и мощность ГЭС. Кроме того, установку, ремонт и обслуживание такой гидроэлектростанции осуществляют при полной остановке гидроэлектростанции и, соответственно, долговременном прекращении ее работы.

Также известна гидроэлектростанция конвейерного типа, погруженная в текучую среду и включающая каркас с, по меньшей мере, двумя парами направляющих и установленными на нем с противоположных сторон с возможностью вращения валами, один из которых кинематический связан с электрогенератором, гибкий элемент, охватывающий валы, выполнен в виде замкнутой цепной передачи с закрепленными на нем лопастями, снабженными осями с роликами. Гидроэлектростанция размещена в оборудованном шлюзами канале вдоль потока с частичным погружением корпуса в текучую среду. Гибкий элемент состоит из связанных между собой звеньев-кареток с комбинированными лопастями, состоящими из, по меньшей мере, четырех V-образных пластин, расположенных попарно напротив друг друга, при этом пластины в каждой паре параллельны друг другу, валы размещены на разных уровнях и на их торцах установлены колеса, при этом колеса вала, расположенного ниже, выполнены зубчатыми и меньшего диаметра, чем колеса другого вала, вал с колесами меньшего диаметра располагается выше по течению воды, чем вал с колесами большего диаметра (см. патент RU 2515695 на изобретение «Гидроэлектростанция конвейерного типа», дата подачи 13.08.2012 г., опубл. 20.05.2014 г.).

Недостатком данной гидроэлектростанции является ее незначительная мощность.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение мощности гидроэлектростанции, за счет совокупности рационального расхода воды, тонкой настройки под определенную скорость потока воды, при этом оптимально использования энергии потока воды.

Указанный технический результат, достигается тем, что гидроэлектростанция конвейерного типа, содержащая направляющий канал, корпус из сендвич-панелей, в котором выполнены окна, и оборудован подъемным механизмом на пример кран-балкой, рабочий орган, включающий в себя каркас, по меньшей мере, двумя парами направляющих и установленными на нем с противоположных сторон с возможностью вращения валами, один из которых кинематический связан с электрогенератором, гибкий элемент, охватывающий, установленные на торцах валов колеса, разного диаметра выполненный, в виде замкнутой цепной передачи, состоящей из связанных между собой звеньев-кареток с блоками лопастей, каждый из которых содержит, по меньшей мере, две симметричные пары лопастей, расположенные попарно, при этом лопасти в каждой паре параллельны друг другу. Лопасти изготовлены из профильного материала, в качестве которого используют, например, листовой гнутый прокатный профиль, или из металла-пластика.

Согласно изобретению лопасти снабжены механизмом изменения угла атаки, кинематический связаны с механическим приводом или электроприводом, при этом поверхность лопасти рифленая, телескопически-выдвижная, выполнена, по крайней мере, из двух частей, основной и хвостовой части, причем последняя, концевая часть эластична, выполнена из армированного пластика, такая конструкция блоков лопастей дает возможность, изменять угол атаки, и изменять длину лопасти, тем самым, тонко подстроиться под определенную скорость потока, при этом оптимально использовать энергию потока воды. Вал с зубчатыми колесами меньшего диаметра располагается выше по течению воды, чем, вал с колесами большего диаметра. Согласно изобретению, направляющий канал содержит основной и два вспомогательных канала, вход которых и выход основного канала оснащены затворами, при этом вспомогательные каналы служат для отвода потока воды во время остановки работы гидроэлектростанции, для провидения профилактических или ремонтных работ. Вспомогательные каналы отделены от основного канала подвижными железобетонными или из пластика канальными лотками, последние служат для изменения ширины основного канала во время весеннего паводка или проливных дождей, а также для прохода рыбы во время нереста. Длина секции канального лотка, по меньшей мере, 3 м. ширина и высота, по меньшей мере, 0.3-0.3 м. м., со стороны основного канала, канальные лотки оснащены направляющими лопатками, направляя и концентрируя водный поток на проходящие блоки лопастей. Затворы на входе и выходе основного канала дают возможность настроить расход воды, и скорость потока воды.

Направляющий канал установлен с перепадом, по меньшей мере, 0.3 м., уклоном по отношению к течению потока воды. Длина направляющего канала, по меньшей мере, 3 м.

Окна в корпусе выполнены со створками в торцевой, верхней и боковых сторонах. Створки служат для направления потока воздуха на верхнюю часть блоков лопастей.

Звено-каретка снабжено четырьмя роликами.

Звенья-каретки соединены между собой посредством подвижных щек. Гидроэлектростанция защищена антикоррозионным покрытием.

Направляющий канал оборудован улавливающими мусор устройствами, например сетками, размещенными перед входом направляющего канала.

Согласно изобретению, для увеличении электроэнергии, можно использовать один и тот же поток несколькими гидроэлектростанциями конвейерного типа каскадным методом, используя перепад верхнего бьефом с нижним бьефом. Заявляемое изобретение поясняется чертежами,

где фиг. 1 - общий вид сбоку гидроэлектростанции конвейерного типа;

фиг. 2 - вид сверху направляющего канала с двумя вспомогательными каналами;

фиг. 3 - вид сверху канальный лоток;

фиг. 4 - вид сбоку канальный лоток; поперечный разрез А-А форма перегородки,

фиг. 5 - поперечный разрез гидроэлектростанции конвейерного типа, установленной в направляющем канале с двумя вспомогательными каналами;

фиг. 6 - вид сверху звена-каретки

фиг. 7 - вид сбоку звена-каретки.

Фиг. 8 - общий вид звена-каретки, с механическим приводом и телескопически-выдвижными лопастями.

Фиг. 9 - общий вид комплекса каскадных гидроэлектростанций.

Стрелками на чертежах фиг. 2. показано направление движения потока.

Направляющий канал 1. фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 5 устанавливают в грунт посредством опор 2. Рабочий орган 3 закрепляют на основном канале 4 фиг. Таким образом, что погруженными в водный поток остаются только блоки лопастей 5, находящиеся при установке гидроэлектростанции на нижних направляющих 17.

Предлагаемая гидроэлектростанция оснащена корпусом (не показан), защищающим ее от образования наледи в зимний период, а также от неблагоприятного воздействия на блоки лопастей 5 бокового и встречного ветра. Корпус изготовлен из сварного каркаса и сэндвич-панелей. В верхней, боковых и торцевых частях корпуса выполнены окна со створками. В нутрии корпус оснащен подъемным механизмом, например кран-балкой, во время весеннего половодья или проливных дождей, можно оперативно перестроиться с помощью кран-балки, изменить ширину основного канала 4, а также изменить длину лопастей 20 фиг. 5.

Создание направляющего канала 1 позволяет не только уменьшить негативное влияние ГЭС на окружающую среду, но и настроить на определенный расход воды и скорость водного потока, проходящего через блоки лопастей 5, и тем самым увеличить мощность гидроэлектростанции.

На входе и выходе основного канала 4 фиг. 2, смонтированы затворы 8, для регулировки расхода воды и скорости потока, а также на входе вспомогательных каналах 7, используя затворы 8, во время ремонтных или профилактических работ, пропуская водный поток через вспомогательные каналы 7, тем самым обеспечивая бесперебойную работу комплекса каскадных гидроэлектростанций.

Направляющий канал 1, дополнительно оборудован улавливающим крупный мусор и/или лед устройством, например, выполненным в виде сетки (не показано), расположенным перед входом направляющим каналом 1 перпендикулярно к потоку.

Предлагаемая к защите гидроэлектростанция конвейерного типа фиг. 1, содержит рабочий орган 3, включающий в себя каркас 9, частично погружаемый в водный поток, и установленные на нем с возможностью вращения два вала - ведущий 10 и ведомый 11, при этом ведущий вал 10 расположен выше по течению, чем ведомый вал 11. На обоих торцах ведущего 10 и ведомого 11 валов, смонтированы колеса 12 и 13 соответственно, причем колеса 12 ведущего вала 10 выполнены зубчатыми и меньшего диаметра по сравнению с колесами 13 ведомого вала 11.

Фиг. 1 Колеса 12, 13 охватывает гибкий элемент 18, представляющий собой замкнутую в виде петли цепную передачу, образованную связанными между собой звеньями-каретками 14, снабженными блоками лопастей 5, и роликами 15, с помощью которых звенья-каретки 14, перемещаются по двум парам направляющих: верхним 16 и нижним 17. Звенья-каретки 14 соединены посредством подвижных щек 25, выполненных в виде прямоугольных пластин.

Вал 10с зубчатыми колесами 12 через коробку передач кинематический связан с электрогенератором (не показаны). Радиус впадин зубчатых колес 12 имеют радиус, равный половине диаметра роликов 15.

Блок лопастей 5 фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7 и фиг. 8 содержит, по меньшей мере, две симметричные пары лопастей 20, при этом каждая лопасть 20выполнена в виде дугообразной пластины, расположенные напротив друг друга, который снабжен механизмом изменением угла атаки 23, кинематический связан с механическим приводом 24 или электроприводом 25, причем лопасть 20, телескопическая - выдвижная, фиг. 8. для изменения длины, в период весеннего паводка или проливных дождей, причем, выполнена, по меньшей мере, из двух частей, основная 21 и хвостовая подвижная 22, последняя концевая часть выполнена из армированного пластика, эластичная, чтобы не создавать турбулентность потока воды. Лопасти 20 в каждой паре, параллельны друг другу, вертикально ориентированы и расположены выпуклой стороной под углом к продольной оси основного канала 4, с образованием расширенного прохода, для потока воды. Такая конфигурация и расположение лопастей 20, способствуют "выпрямлению" водного потока и за счет ускорения прохождения потока воды, через лопасти 20, обеспечивают увеличение мощности гидроэлектростанции.

Работа с механическим приводом 24, механизма изменения угла атаки 23 лопастей 20, жестко закрепленным, с помощью двух суппортов 26, 27 на осях 19 с роликами 15, перпендикулярно жестко сочленен штоком 28, к оси 19 на суппортах 26, 27 снабженный возвратно-поступательной пружиной 29, а так же ползуном 30 оснащенным втулкой скольжения, соединен с лопастями 20, через шарнирные планки 31, при этом механический привод 24 содержит маятниковый рычаг 32, установленный на переднем суппорте 26 связан с помощью гибкого тягового элемента 33 с ползуном 30. Фиксация определенного угла лопастей 20 выполняется с помощью фиксатора 34, расположенного на заднем суппорте 27 и планкой с канавками 36, свинчиванием винтами на ползуне 30. На направляющих верхних 16 и нижних 17, фиг. 5 через вал с рукояткой 46, установлен эксцентрик 37, причем последний служит для воздействия на маятниковый рычаг 32, тем самым, изменяя определенный угол на лопастях 20, во время движения звеньев-кареток 14.

Работа с электроприводом 25 механизма изменения угла атаки лопастей 20, жестко сочлененным, с помощью двух суппортов 26, 27. на осях 19 с роликами 15, а так же перпендикулярно подвижно соединен шток 28, к оси 19. на суппортах 26, 27 сочлененными втулками скольжения, причем шток 28 оснащен возвратно-поступательной пружиной 29 и жестко сочленен с ползуном 30, который соединен с лопастями 20, через шарнирные планки 31. Таким образом, изменяя угол атаки лопастей, можно, тонко подстроится, под определенную скорость водного потока, при этом оптимально использовать энергию потока.

Направляющий канал 1 фиг. 2 состоит из основного канала 4 и двух вспомогательных каналов 7, при этом вспомогательные каналы 7 отделены от основного канала 4 подвижными канальными лотками 6, фиг. 2, фиг. 3, и фиг. 4, причем последние, усилены, по меньшей мере, двумя перегородками 41, фиг. 3 выполнены соединительными замками 45, причем, со стороны основного канала 4 канальные лотки 6 оснащены и зафиксированы например, болтовым соединением, направляющими лопатками 38, направляя и концентрируя водный поток на блок лопастей 5 проходящий мимо. Рабочий орган 3 гидроэлектростанции закреплен на основном канале 4, вспомогательные каналы 7 установлены вдоль основного канала 4 с обеих сторон, во время остановки гидроэлектростанции, для профилактических или ремонтных работ, вход вспомогательных каналов 7 оснащенными затворами 8 в открытом режиме, а вход основного канала 4, оснащенными затворами 8 в закрытом режиме, во время запуска гидроэлектростанции в обратном порядке.

Гидроэлектростанция работает следующим образом.

Каркас 9 фиг. 5 гидроэлектростанции устанавливают вдоль течения водного потока и закрепляют на основном канале 4, при этом, ведущий вал 10 фиг 1 расположен выше по течению, чем ведомый вал 11. В водную среду остаются погруженными только блоки лопастей 5, находящиеся при установке на нижних направляющих 17.

Проходящий вдоль установки водный поток воздействует на блоки лопастей 5 и звенья-каретки 14 начинают перемещаться по нижним направляющим 17.

Звенья-каретки 14 осуществляют переход с нижних направляющих 17 на верхние направляющие 16 за счет прохождения по окружностям колес 13 ведомого вала 8. Далее звенья-каретки 14 перемещаются на роликах 15 по верхним направляющим 16, в том числе за счет собственного веса, увеличивая к.п.д. Проходя через зубчатые колеса 12 ведущего вала 10, ролики 15 зацепляются за выполненные в них впадины, после чего звенья-каретки 14 возвращаются на нижние направляющие 17.

Движение звеньев-кареток 14 с блоками лопастей 5 обеспечивает непрерывное вращение ведомого 11 и ведущего 10 валов, последний из которых через коробку передач кинематический связан с электрогенератором. Ведущий вал 10 передает крутящий момент на вал электрогенератора. Таким образом, кинетическая энергия потока, преобразуется в электрическую.

Заявляемая гидроэлектростанция, позволяет, получить не прерывную, бесперебойную работу и больше электроэнергии, за счет плотины 42, дополнительных фиг. 9 направляющих каналов 1 с рабочими органами 3, с образованием каскадных гидроэлектростанций 47, состоящих из верхнего бассейна 43, каскадных гидроэлектростанций 47, соединительного бассейна 44, причем в случае поломки одной из гидроэлектростанций 47, позволяет значительно упростить доступ к ней, при проведении ремонтных и профилактических работ, направляя водный поток через вспомогательные каналы 7, тем самым остальные каскадные гидроэлектростанции 47, продолжают работать.

Заявляемая гидроэлектростанция позволяет увеличить производимую мощность, за счет рационального расхода воды, тонкой настройки под определенную скорость потока воды, при этом оптимально использовать энергию водного потока, а также является безопасным, экологически чистым, гидротехническим сооружением, так как практически не влияет на флору и фауну водоема, кроме того доступно миграция рыбы во время нереста.

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к устройствам для преобразования энергии потока текучей среды в электрическую энергию. Гидроэлектростанция конвейерного типа содержит направляющий канал 1, рабочий орган с гибким элементом в виде замкнутой цепной передачи, состоящей из связанных между собой звеньев-кареток, с блоками лопастей, каждый из которых содержит по меньшей мере две симметричные пары лопастей. Лопасти выполнены телескопически выдвижными и кинематически связаны с механизмом изменения углом атаки. Направляющий канал 1 содержит основной и два вспомогательных канала с затворами при входе, расположенных вдоль основного канала с обеих сторон. Вспомогательные каналы отделены от основного канала подвижными канальными лотками с направляющими лопатками. Гидроэлектростанция может быть снабжена дополнительными направляющими каналами 1 с рабочими органами с образованием каскадной гидроэлектростанции 47. Изобретение направлено на повышение мощности гидроэлектростанции. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Гидроэлектростанция конвейерного типа, содержащая направляющий канал, корпус, в котором выполнены окна, и рабочий орган, включающий в себя каркас с по меньшей мере двумя парами направляющих и установленными на нем с противоположных сторон с возможностью вращения валами, один из которых кинематически связан с электрогенератором, гибкий элемент, охватывающий установленные на торцах валов колеса разного диаметра и выполненный в виде замкнутой цепной передачи, состоящей из связанных между собой звеньев-кареток с блоками лопастей, каждый из которых содержит по меньшей мере две симметричные пары лопастей, расположенные попарно, при этом лопасти в каждой паре параллельны друг другу, вал с зубчатыми колесами меньшего диаметра располагается выше по течению воды, чем вал с колесами большего диаметра, отличающаяся тем, что направляющий канал содержит основной канал и два вспомогательных канала с затворами при входе, расположенных вдоль основного канала с обеих сторон для прохода водного потока в случае остановки гидроэлектростанции, при этом основной канал отделен от вспомогательных каналов подвижными канальными лотками с возможностью изменения ширины основного канала в период паводка, причем канальные лотки усилены перегородками и снабжены со стороны основного канала направляющими лопатками, направленными под углом с возможностью концентрации водного потока в сторону движущих блоков лопастей, каждая пара лопастей выполнена дугообразной и расположена выпуклой стороной к продольной оси основного канала с образованием расширенного прохода для потока воды, поверхности лопастей выполнены рифлеными из металла-пластика, при этом лопасти выполнены телескопически выдвижными и кинематически связаны с механизмом изменения углом атаки с помощью механического привода или электропривода для тонкой настройки и оптимального использования энергии водного потока.

2. Гидроэлектростанция конвейерного типа по п. 1, отличающаяся тем, корпус оборудован подъемным механизмом.

3. Гидроэлектростанция конвейерного типа по п. 1, отличающаяся тем, что вход и выход основного канала оснащен затворами для регулировки расхода воды и скорости потока воды.

4. Гидроэлектростанция конвейерного типа по п. 1, отличающаяся тем, что у лопасти концевая часть выполнена эластичной.

5. Гидроэлектростанция конвейерного типа по п. 1, отличающаяся тем, что снабжена дополнительными направляющими каналами с рабочими органами с образованием каскадной гидроэлектростанции.