ТУРБОГЕНЕРАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ, СПОСОБЫ ЕГО УСТАНОВКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2021 года по МПК F03B13/08 F03B13/10 F03B17/06 

Область техники

Как указано в названии настоящего описания, настоящее изобретение относится к турбогенераторному устройству для производства электрической энергии, а также связанным способам эксплуатации и установки, которые содержатся в области техники для генерирования электрической энергии путем использования механической энергии циркулирующей жидкости.

Основной задачей изобретения генераторного устройства является предоставление возможности генерирования электрической энергии для ряда совместно работающих модулей, путем использования движущейся жидкости, которая несет в себе механическую энергию, таким образом, чтобы упомянутые модули обеспечивали, насколько это возможно, наиболее эффективную трансформацию энергии, которая может быть установлена в любом типе новых или существующих гидравлических установок, занимающих крайне мало места и требующих минимального обслуживания, а также возможности улучшенного управления в отношении их запуска и отключения.

Уровень техники

В качестве вступления, следует отметить, что известно использование и наличие большого количества турбогенераторных устройств, выполненных с возможностью трансформации механической энергии жидкости в электрическую энергию, а сгенерированная таким образом электрическая энергия может быть использована в различных установках, работа которых требует электрической энергии, или может напрямую подаваться в существующие электросети. В этом смысле, следует пояснить, что механическая энергия жидкости происходит из потенциальной энергии жидкости, существующей между двумя высотами, и кинетической энергии самой движущейся жидкости.

В данном смысле и в целом, известно использование гидравлических турбин, установленных на гидроэлектростанциях, и существует три типа упомянутых гидравлических турбин:

- струйно-ковшовая турбина Пелтона: упомянутые турбины имеют множество вогнутых лопаток, соответственно, таким образом, чтобы поток жидкости сбоку воздействовал на поворотно-осевой вал турбины в форме боковой струи. Таким образом, жидкость имеет очень большое давление и упомянутые турбины спроектированы таким образом, чтобы они могли работать с большой высотой напора воды, но низкими ее расходами;

- поворотно-лопастные турбины Каплана: упомянутые турбины имеют множество лопаток, соответственно, где жидкость циркулирует параллельно поворотно-осевому валу турбины, при этом особенностью упомянутых турбин является способность менять угол своих лопаток во время работы, причем упомянутые турбины спроектированы для работы с низкой высотой напора воды и высокими ее расходами;

- радиально-осевые турбины Френсиса: упомянутые турбины имеют множество лопаток, соответственно, где жидкость циркулирует перпендикулярно поворотно-осевому валу турбины, а упомянутые турбины спроектированы таким образом, чтобы работать при средней высоте напора воды и средних ее расходах.

Все данные турбины имеют элемент турбинного типа, который отвечает за трансформирование механической энергии жидкости, циркулирующей вокруг него в виде вращательной механической энергии, таким образом, чтобы механическая энергия передавалась на асинхронный двигательный генераторный элемент, образованный ротором, соединенный с валом турбины, и статором, обмотка которого трансформирует упомянутую механическую энергию в электрическую энергию.

Тем не менее, следует отметить, что все данные турбины спроектированы для заданных объемов потока жидкости, которая обычно представлена водой, таким образом, чтобы при избыточном объеме жидкости, часть упомянутого объема жидкости перепускалась с внешней стороны, таким образом, чтобы в турбогенераторном устройстве не возникали перенапряжение или сбои. Упомянутый перепуск жидкости означает, что механическая энергия жидкости, которая утекает без прохождения через упомянутое турбогенераторное устройство, не используется, и, при этом, не трансформированная электрическая энергия не восстанавливается, на основании опыта, а утрачивается после того, как жидкость стекает в соответствующий резервуар, реку или озеро.

По данной причине, чтобы иметь возможность использования упомянутой избыточной жидкости, циркулирующей через подобные перепуски, необходимо новое турбогенераторное устройство для производства электрической энергии, которое может быть установлено в упомянутых перепусках, занимая минимум пространства в связи со значительно меньшими размерами упомянутых перепусков в сравнении с основными трубами, где расположены упомянутые турбины, которое можно контролировать снаружи быстрым и эффективным образом. Упомянутое достигается за счет устройства, сформированного простыми модулями, которые работают совместно друг с другом для обеспечения как можно большей выработки и использования энергии, чем и обусловлена новизна в отношении известного на сегодняшний день уровня техники.

Документ ЕР2022978А2 раскрывает электрогенератор, который может быть подключен к водопроводной сети или трубопроводу и состоит из секции труба-турбина-генератор, в которую центрально и аксиально установлен ротор в сборе, по существу состоящий из двух частей: первой части, состоящей из роторного колеса реализующего турбину, контактирующую с проходящей через нее водой, предназначенную для приведения во вращение за счет продвижения воды в трубопроводе, и второй части с герметично закрытым контейнером и подключенную к роторному колесу упомянутой турбины, включающая электрический генератор с ротором соосным с упомянутой турбине, являющейся статором, встроенным в тот же контейнер и в котором вода, выходящая из упомянутой турбины, которая находится выше по потоку от упомянутого генератора, предназначена для протекания в кольцевом пространстве между упомянутым генератором и упомянутой секцией труба-турбина-генератор, чтобы снова собираться в полную трубную секцию для подключения к водопроводной сети или канализационной трубе. Осуществление изобретения

Настоящее изобретение относится к турбогенераторному устройству, производящему электрическую энергию, турбогенераторному устройству, содержащему:

- цилиндрическую трубку, открытую по краям и выполненную с возможностью прохождения через нее объема жидкости;

- гидравлическую турбину, аксиально и механически соединенную, по меньшей мере, с одним генераторным элементом через соединительный вал с соответствующими элементами, установленными внутри корпуса упомянутой цилиндрической трубки, и обозначенную как турбогенераторный блок, упомянутый турбогенераторный блок выполнен с возможностью трансформирования механической энергии жидкости в электрическую энергию. Очень компактный турбогенераторный блок, который может быть установлен в существующих перепусках жидкости любого типа, образованных в нем. В данном смысле, следует отметить, что генераторный элемент представляет собой элемент погружного типа, так как он установлен внутри цилиндрической трубки. Которая выполняет роль перепуска для объема жидкости.

Генераторный элемент, аксиально соединенный с турбиной, также содержит герметичный трубчатый корпус, который обеспечивает герметичность по отношению к циркулирующей внутри цилиндрической трубки жидкости, причем упомянутый корпус содержит:

- ротор, соединенный с упомянутым соединительным валом, и статор, по меньшей мере, частично окружающий упомянутый ротор, причем корпус имеет два основания: одно из оснований содержит отверстие для прохождения соединительного вала к турбине, а другое основание содержит эластичную диафрагму, выполненную с возможностью поглощения давлений с внешней стороны трубчатого корпуса, направленных внутрь него; и

- пространство, обозначенное между статором и внутренней поверхностью герметичного трубчатого корпуса, причем упомянутое пространство содержит антифриз.

Таким образом, можно заметить, что генераторный элемент имеет два существенных технических признака для работы и ввода в эксплуатацию задачи изобретения, представленной генераторным устройством. Первый существенный технический признак заключается в наличии эластичной диафрагмы, расположенной на основании напротив соединения соединительного вала, упомянутая диафрагма расположена в упомянутом месте, так как она, таким образом, позволяет поглощать и передавать давления, действующие снаружи трубчатого корпуса в направлении вовнутрь упомянутого генераторного элемента.

Второй существенный технический признак заключается в том, что генераторный элемент, содержащий антифриз, который также может иметь охлаждающие и смазочные свойства, расположен в пространстве, обозначенном трубчатым корпусом статора, так, чтобы соединительный вал, вокруг которого вращается ротор, был, по меньшей мере, частично покрыт упомянутым антифризом для предотвращения заклинивания и ухудшения работы движущихся элементов внутри упомянутого генераторного элемента, в дополнение к предотвращению нежелательных температурных градиентов, которые могут повредить всю установку

Задача изобретения, представленного турбогенераторным устройством, таким образом, включает физические модули, которые позволяют идеально установить его, как перепуск общей сети, где установлена одна или более упомянутых гидравлических турбин, известных на данном уровне техники, при условии, что обе турбины и генераторный элемент соединены один за другим внутри цилиндрической трубки, причем упомянутое соединение, в предпочтительном варианте осуществления изобретения, производится аксиально, учитывая очень небольшое пространство, таким образом, чтобы цилиндрическая трубка имела сечение для прохождения жидкости, обозначенное максимальным сечением либо турбины, либо генераторного элемента. В этом смысле и в предпочтительном варианте осуществления изобретения, по отношению к упомянутому аксиальному соединению, опция, в которой трубчатый корпус аксиально соединен с турбиной через множество крепежных стержней, параллельных соединительному валу, а упомянутые крепежные стержни выполнены с возможностью обеспечения циркуляции жидкости через них, при ее сбросе из турбины, предусматривает, что как только крепежные стержни будут окружены, жидкость будет протекать вокруг трубчатого корпуса, содержащего генераторный элемент, и сбрасываться через сливное выходное отверстие цилиндрической трубки.

Следует отметить, что сама цилиндрическая трубка может действовать во время использования как труба, т.е. ответвления гидравлической сети связаны/соединены с ее впускным и выпускным отверстием, или она может действовать, как независимое устройство, установленное внутри корпуса гидравлической трубы, причем последний случай менее благоприятный для использования всей механический энергии жидкости, и, в связи с этим, не является предпочтительной опцией для использования.

В данном смысле, предпочтительный способ установки в рамках задачи настоящего изобретения, представленной турбогенераторным устройством, описан ниже, причем упомянутая гидравлическая установка содержит, по меньшей мере, одну основную трубу для прохождения жидкости, таким образом, чтобы устройство было установлено параллельно по отношению к упомянутой основной трубе, упомянутая основная труба содержит два канала: впускной канал от основной трубы к впускному отверстию цилиндрической трубки, где расположен турбогенераторный блок, и выпускной канал от упомянутой цилиндрической трубы, где турбогенераторный блок расположен на основной трубе. Таким образом, при наличии избыточного объема в основной трубе, жидкость может циркулировать через перепуск до достижения цилиндрической трубки, в корпусе которой установлен турбогенераторный блок, трансформирующий механическую энергию жидкости для потребления или подачи на существующие электролинии. В результате отсутствия необходимости циркуляции жидкости на постоянной основе через цилиндрическую трубку, и в результате наличия эластичной диафрагмы, генераторный элемент не страдает от и не испытывает чрезмерных давлений, вызванных первоначальным воздействием жидкости при ее прохождении через внутреннюю часть упомянутой цилиндрической трубки, но не ухудшает, в результате, качество антифриза, заключенного в нем.

В свою очередь, следует отметить, что задача изобретения, представленная турбогенераторным устройством, может иметь две противоположные функции, т.е.:

А) Первая функция связана со способом генерирования электрической энергии через турбогенераторное устройство, где, после того как объем жидкости будет циркулировать внутри цилиндрической трубки, способ включает следующие одновременные этапы:

a) турбина используется благодаря механической энергии жидкости, трансформируя механическую энергию упомянутой жидкости во вращательную механическую энергию;

b) соединительный вал, вращающийся между турбиной и генераторным элементом, передающий вращательную механическую энергию от турбины к генераторному элементу; и

с) ротор, поворачивающийся по отношению к статору, причем и ротор, и статор, принадлежат к упомянутому генераторному элементу, и трансформируют вращательную энергию в электрическую. Упомянутый способ является предпочтительным способом использования.

В) Вторая функция, связанная со способом откачивания жидкости через турбогенераторное устройство, причем после заполнения внутренней части цилиндрической трубки, по меньшей мере, в пункте, где расположена турбина, способ включает следующие одновременные этапы:

a) подаваемая на генераторный элемент электрическая энергия, трансформирующая электрическую энергию во вращательную механическую энергию на роторе упомянутого электрического элемента;

b) соединительный вал, вращающийся между турбиной и генераторным элементом, передающий вращательную механическую энергию от генераторного элемента к турбине; и

c) турбина, работающая за счет вращательной механической энергии соединительного вала, трансформирующая упомянутую механическую энергию в механическую энергию в жидкости.

Таким образом, можно заметить, что турбогенераторное устройство действует как машина с реверсивным механизмом, способная откачивать жидкость из различных мест, см., к примеру, пополнение запасов водоносного горизонта, где упомянутые водоносные горизонты могут быть снабжены водой в результате закачивания жидкости в них с использованием описанного турбогенераторного устройства, при этом не забывая о минимальном пространстве, необходимом для его установки, а также о его способности поглощать чрезмерные давления и выдерживать очень низкие рабочие температуры.

Что касается способности выдерживать очень низкие температуры без ухудшения состояния корпуса какой-либо из частей, настоящее изобретение описывает предпочтительный вариант исполнения, причем, по меньшей мере, часть соединительного вала, расположенного внутри трубчатого корпуса, содержит множество лопастей, выполненных с возможностью рециркуляции антифриза во внутренней части упомянутого трубчатого корпуса. Таким образом, антифриз приводится в движение вместе с поворотом соединительного вала между турбиной и генераторным элементом, поглощая часть вращательной механической энергии вала, которая не достаточна для выработки трансформируемой энергии связанного генераторного элемента.

В отношении способа обеспечения соединения, которое позволяет валу турбины поворачиваться вместе с валом ротора внутри генераторного элемента, настоящее изобретения предполагает возможность герметичного трубчатого корпуса, содержащего:

- подшипник на основании, где расположено отверстие для прохождения соединительного вала, которое имеет механическое закрытие, выполненное с возможностью предотвращения передачи жидкости между антифризом внутри трубчатого корпуса и циркулирующей жидкостью снаружи корпуса; и

- свободно действующий подшипник на основании, где расположена эластичная диафрагма, которая выполнена с возможностью свободного поворота соединительного вала по отношению к упомянутому подшипнику.

Таким образом, данное решение просто в реализации, так как оно не требует каких-либо колесных формул для обеспечения непрерывного поворота и исключает ухудшение соединения движущихся частей к упомянутому соединительному валу; и, при этом, подшипник, расположенный на одном из концов соединительного вала, представляет собой свободно действующий подшипник, а подшипник, расположенный на противоположном конце соединительного вала переходит в турбину и имеет механическое закрытие, предотвращая попадание жидкости снаружи в трубчатый корпус, включая, помимо прочего, антифриз.

Следует уточнить, что даже при том, что наличие соединительного вала между турбиной и генераторным элементом постоянно описывается, упомянутое описание предусматривает опцию, где турбина имеет первый поворотный вал, генераторный элемент имеет второй поворотный вал, и оба из них механически соединены через прямое или непрямое соединение. Вал турбины и вал генераторного элемента, таким образом, могут быть расположены коаксиально или параллельно или ориентированы под различными углами через соединение карданного или аналогичного типа.

Аналогичным образом, и в отношении обеспечения надлежащего функционирования основных модулей, формирующих задачу изобретения, представленную турбогенераторным устройством, настоящее изобретение описывает, как антифриз внутри трубчатого корпуса не должен входить в контакт с ротором, как таковым, чтобы не повредить его конструкцию или не снизить его выработку трансформируемой энергии. В данном смысле, настоящее изобретение описывает, как трубчатый корпус, в свою очередь, может содержать фланец, оснащенный механическим закрытием, соединенным со статором, причем упомянутый фланец выполнен с возможностью предупреждения прохождения антифриза к ротору, и, тем самым, обеспечения невозможности передачи антифриза в генераторный элемент.

Уделяя особое внимание тому, как поток жидкости циркулирует внутри цилиндрической трубки, настоящее изобретение описывает предпочтительный вариант исполнения, в котором упомянутая цилиндрическая трубка содержит:

- расширяющуюся часть на конце, где жидкость проходит в турбину, в котором установлена упомянутая турбина; и

- суживающуюся часть на конце, где жидкость выходит после прохождения через упомянутый турбогенераторный блок. Таким образом, потоки перенаправляются, и расширение жидкости используется для последующего ее входа в турбину, а также ускорения потока жидкости на выходе из цилиндрической трубки в результате сужения ее выхода в направлении перепуска основной трубы.

В отношении вопроса обеспечения распределения давления внутри цилиндрической трубки, настоящее изобретение описывает возможность задачи изобретения, представленной устройством, содержащей уравнительный клапан давления, расположенный после турбогенераторного блока; таким образом, чтобы он мог открываться или закрываться по желанию пользователя и/или за счет внутреннего программирования, связанного с одним или более датчиков давления.

Аналогичным образом и в целях регулирования прохождения жидкости в цилиндрическую трубку, настоящее изобретение предполагает предпочтительный вариант исполнения, в которой устройство дополнительно содержит:

- отсечной клапан, расположенный выше турбогенераторного блока; и

- отсечной клапан, расположенный ниже турбогенераторного блока.

Могут быть описаны особые рабочие обстоятельства системы управления, связанные с задачей изобретения, представленной устройством, в которых:

- если скорость Q ниже, чем минимальная скорость подачи турбины турбогенератора, отсечные клапаны и уравновешивающий клапан будут закрыты;

- если скорость Q выше минимальной скорости подачи турбины и ниже проектной скорости машины, отсечные клапаны будут полностью открыты, а уравновешивающий клапан - частично открыт, в зависимости от магнитуды циркулирующего потока;

- если скорость Q равна скорости подачи турбины, все клапаны будут полностью открыты;

- если скорость Q выше, чем скорость подачи, все клапаны будут полностью открыты, избыточный поток будет циркулировать через уравновешивающий клапан.

В конечном счете, и в связи с установкой турбогенераторного устройства, настоящее изобретение описывает опцию, в которой упомянутое устройство содержит твердый фильтр выше турбогенераторного блока, задачей которого является предупреждение попадания крупных твердых частиц в турбину, которые могут повредить ее конструкцию и препятствовать надлежащему функционированию.

Таким образом, турбогенераторное устройство для производства электрической энергии достигается в рамках предлагаемого изобретения, упомянутое турбогенераторное устройство идеально подходит для использования в гидравлических установках, не занимая много места и не требуя значительных вложений в установку и ввод в эксплуатацию, может контролироваться снаружи, быстрым и эффективным образом, и обеспечивает высокую надежность, так как сформировано элементами, которые обеспечивают его герметичность, способность выдерживать чрезмерные давления и работать при низких температурах. Упомянутое достигается за счет устройства, сформированного простыми модулями, которые работают совместно друг с другом для обеспечения как можно большей выработки и использования энергии, чем и обусловлена новизна в отношении известного на сегодняшний день уровня техники.

Описание чертежей

Для дополнения приведенного описания, а также в целях содействия лучшему пониманию свойств изобретения в соответствии с предпочтительным практическим вариантом осуществления изобретения, прилагается серия чертежей, являющаяся неотъемлемой частью упомянутого описания, имеющая иллюстративный и неограничивающий характер и отображающая следующее:

На Фиг. 1 показан двумерный вид турбогенераторного устройства для производства электрической энергии, являющегося задачей изобретения, в разрезе, на котором присутствуют основные модули и соединения между упомянутыми модулями.

На Фиг. 2 показа двумерный схематичный вид, на котором турбогенераторное устройство для производства электрической энергии, являющееся задачей изобретения, установлено параллельно по отношению к основной гидравлической трубе.

На Фиг. 3 показан трехмерный вид, аналогичный Фиг. 2, на котором присутствуют модули, расположенные за пределами цилиндрической трубки, относящейся турбогенераторному устройству для производства электрической энергии, являющемуся объектом изобретения. Предпочтительный вариант осуществления изобретения.

На Фиг. 1 можно увидеть турбогенераторное устройство для производства электрической энергии, являющееся объектом изобретения, которое содержит:

- цилиндрическую трубку (1), открытую по краям и выполненную с возможностью прохождения через нее объема жидкости;

- гидравлическую турбину (2), аксиально и механически соединенную с генераторным элементом через соединительный вал (3) с соответствующими элементами, установленными внутри корпуса упомянутой цилиндрической трубки (1), и обозначенную как турбогенераторный блок, упомянутый турбогенераторный блок выполнен с возможностью трансформирования механической энергии жидкости в электрическую энергию, таким образом, чтобы турбина (2) и генераторный элемент были аксиально соединены друг с другом и указанным соединительным валом (3); упомянутый вал сформирован двумя валами: один для турбины (2), а другой - для генераторного элемента, и упомянутое соединение представляет собой прямое соединение через соответствующие фланцы, которые свинчены вместе; занимает мало места, так как и генераторный элемент, и турбина (2) аксиально выровнены по отношению друг к другу и встроены в цилиндрическую трубку (1).

Кроме того, на Фиг. 1 можно увидеть, как генераторный элемент, аксиально соединенный с турбиной (2), содержит герметичный трубчатый корпус (4), который обеспечивает герметичность по отношению к циркулирующей внутри цилиндрической трубки (1) жидкости, причем упомянутый корпус (4) содержит:

- ротор (5), соединенный с упомянутым соединительным валом (3), и статор (6), полностью окружающий упомянутый ротор (5), причем корпус (4) имеет два основания: одно из оснований содержит отверстие для прохождения соединительного вала (3) к турбине (2), а другое основание содержит эластичную диафрагму (7), выполненную с возможностью поглощения давлений с внешней стороны трубчатого корпуса (4), направленных внутрь него; и

- пространство, обозначенное между статором (6) и внутренней поверхностью герметичного трубчатого корпуса (4), причем упомянутое пространство содержит антифриз (14), таким образом, чтобы упомянутый статор, а вместе с ним и весь генераторный элемент, были защищены от низких температур, которые могут нарушить надлежащее функционирование.

Аналогичным образом, внутри цилиндрической трубки (1) видно, что герметичный трубчатый корпус (4) содержит:

- подшипник (8) на основании, где расположено отверстие для прохождения соединительного вала (3), которое имеет механическое закрытие, выполненное с возможностью предотвращения передачи жидкости между антифризом (14) внутри трубчатого корпуса (4) и циркулирующей жидкостью снаружи упомянутого корпуса (4); и

- свободно действующий подшипник (9) на основании, где расположена эластичная диафрагма (7), которая выполнена с возможностью свободного поворота соединительного вала (3) по отношению к упомянутому подшипнику (9), причем один из свободных концов соединительного вала (3) виден в упомянутом свободно действующем подшипнике (9), а другой свободный конец соединен с турбиной (2).

Кроме того, также в целях предотвращения передачи антифриза к ротору (5), на Фиг. 1 также показано, как трубчатый корпус (4), в свою очередь, содержит фланец (10), оснащенный механическим закрытием, соединенным со статором (6), обеспечивающим герметичность между соответствующими частями эффективным и надежным образом. Кроме того, даже с учетом того, что это не проиллюстрировано, настоящее изобретение описывает, что часть, соответствующая соединительному валу (3), расположенному внутри трубчатого корпуса (4), содержит множество лопаток, выполненных с возможностью рециркуляции антифриза (14) через внутреннюю часть упомянутого трубчатого корпуса (4); таким образом, антифриз находится в движении для предотвращения нежелательных температурных градиентов внутри упомянутого трубчатого корпуса (4).

В отношении того, как генераторный элемент соединен с турбиной (2), можно увидеть, как трубчатый корпус (4), содержащий генераторный элемент, соединен с турбиной (2) через множество крепежных стержней (16) параллельных соединительному валу (3); таким образом, при прохождении жидкости через турбину (2), она может продолжать циркулировать и течь через упомянутые крепежные стержни (16), окружать трубчатый корпус (4), и сбрасываться через цилиндрическую трубку (1) через соответствующее выпускное отверстие, где, как указано выше, отцентрированы турбина (2) и трубчатый корпус (4) по отношению к оси цилиндрической трубки (1), и где, в результате выхода жидкости из турбины (1), и в результате того, что трубчатый корпус (4) расположен соответствующим образом и выровнен, нежелательные значительные рециркуляционные потоки жидкости не создаются в связи с взаимодействием с трубчатым корпусом (4).

Далее, и как показано на Фиг. 2 и 3, можно увидеть, как турбогенераторное устройство, являющееся задачей изобретения, установлено и введено в эксплуатацию, так как оба чертежа показывают основную трубу (15) из которой выступаю два перепуска: впускной канал (15а) к цилиндрической трубке (1) турбогенераторного устройства и выпускной канал (15b) от упомянутой цилиндрической трубки обратно к основной трубе (15).

Таким образом, может быть описан способ установки турбогенераторного устройства, представляющего задачу изобретения, в гидравлической установке, причем упомянутая гидравлическая установка содержит упомянутую основную трубу (15) для прохождения жидкости, таким образом, чтобы устройство было установлено параллельно по отношению к упомянутой основной трубе (15), упомянутая основная труба (15) содержит два канала: впускной канал (15а) от основной трубы (15) к впускному отверстию цилиндрической трубки (1), где расположен турбогенераторный блок, и выпускной канал (15b) от упомянутой цилиндрической трубки (1), где турбогенераторный блок расположен на основной трубе (15).

Также оба чертежа показывают наличие следующих гидравлических элементов, связанных с перепусками и самим устройством:

- уравнительный клапан давления (11), расположенный после турбогенераторного блока, целью которого является регулирование, как прохождения воздуха, так и распределения давлений внутри цилиндрической трубки (1);

- отсечной клапан (12), расположенный ниже турбогенераторного блока;

- отсечной клапан (13), расположенный ниже турбогенераторного блока, где оба упомянутых клапана (12, 13) выполнены с возможностью обслуживания и непараллельны перепускам жидкости, циркулирующей через основную трубу (15); и

- твердый фильтр (14) выше турбогенераторного блока.

В виду данного описания и ряда чертежей, специалисты в данной области техники будут понимать, что осуществления изобретения, которые были описаны, могут быть скомбинированы различными способами в рамках задачи изобретения. Изобретение было описано в соответствии с несколькими предпочтительными вариантами его осуществления, но для специалистов в данной области техники будет очевидным, что могут быть введены множество вариаций в упомянутые предпочтительные варианты осуществления изобретения без выхода за рамки задачи заявленного изобретения.

Группа изобретений относится к турбогенераторному устройству для производства электрической энергии, способам его установки и эксплуатации. Устройство содержит цилиндрическую трубку (1), через которую циркулирует объем жидкости, гидравлическую турбину (2), аксиально и механически соединенную с по меньшей мере одним генераторным элементом через вал (3). Генераторный элемент содержит герметичный трубчатый корпус (4). Корпус (4) содержит ротор (5), соединенный с валом (3), и статор (6), окружающий ротор (5). Корпус (4) имеет два основания. Одно основание содержит отверстие для прохождения вала (3) к турбине (2), а другое - эластичную диафрагму (7), выполненную с возможностью поглощения давлений снаружи корпуса (4). Корпус (4) дополнительно содержит пространство между статором (6) и внутренней поверхностью корпуса (4). Упомянутое пространство содержит антифриз (14). Группа изобретений направлена на обеспечение возможности генерирования электрической энергии для ряда совместно работающих модулей. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Турбогенераторное устройство для производства электрической энергии, содержащее:

- цилиндрическую трубку (1), открытую по краям и выполненную с возможностью прохождения через нее объема жидкости;

- гидравлическую турбину (2), аксиально и механически соединенную с, по меньшей мере, одним генераторным элементом через соединительный вал (3) с соответствующими элементами, установленными внутри корпуса упомянутой цилиндрической трубки (1), и обозначенную как турбогенераторный блок, упомянутый турбогенераторный блок выполнен с возможностью трансформирования механической энергии жидкости в электрическую энергию, где генераторный элемент, аксиально соединенный с турбиной (2), содержит герметичный трубчатый корпус (4), который обеспечивает герметичность по отношению к циркулирующей внутри цилиндрической трубки (1) жидкости, причем упомянутый корпус (4) содержит:

- ротор (5), соединенный с упомянутым соединительным валом (3), и статор (6), по меньшей мере, частично окружающий упомянутый ротор (5), причем корпус (4) имеет два основания: одно из оснований содержит отверстие для прохождения соединительного вала (3) к турбине (2), а другое основание содержит эластичную диафрагму (7), выполненную с возможностью поглощения давлений с внешней стороны трубчатого корпуса (4), направленных внутрь него, отличающееся тем, что трубчатый корпус (4) дополнительно содержит:

- пространство, обозначенное между статором (6) и внутренней поверхностью герметичного трубчатого корпуса (4), причем упомянутое пространство содержит антифриз (14).

2. Турбогенераторное устройство для производства электрической энергии по п. 1, отличающееся тем, что герметичный трубчатый корпус (4) содержит:

- подшипник (8) на основании, где расположено отверстие для прохождения соединительного вала (3), которое имеет механическое закрытие, выполненное с возможностью предотвращения передачи жидкости между антифризом (14) внутри трубчатого корпуса (4) и циркулирующей жидкостью снаружи упомянутого корпуса (4); и

- свободно действующий подшипник (9) на основании, где расположена эластичная диафрагма (7), которая выполнена с возможностью свободного поворота соединительного вала (3) по отношению к упомянутому подшипнику (9).

3. Турбогенераторное устройство для производства электрической энергии по п. 2, отличающееся тем, что трубчатый корпус (4) в свою очередь содержит фланец (10), оснащенный механическим закрытием, соединенным со статором (6), где упомянутый фланец (10) выполнен с возможностью предотвращения прохождения антифриза (14) к ротору (5).

4. Турбогенераторное устройство для производства электрической энергии по любому из предшествующих пунктов формулы изобретения, отличающееся тем, что трубчатый корпус (4) связан с расширяющейся частью (2а) через множество крепежных стержней (16), параллельных соединительному валу (3).

5. Турбогенераторное устройство для производства электрической энергии по п. 1, отличающееся, по меньшей мере, тем, что соединительный вал (3), расположенный внутри трубчатого корпуса (4), содержит множество лопаток, выполненных с возможностью рециркуляции антифриза (14) через внутреннюю часть упомянутого трубчатого корпуса (4).

6. Турбогенераторное устройство для производства электрической энергии по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрическая трубка (1) содержит:

- расширяющую часть (2а) на конце, где жидкость проходит в турбину (2), в котором установлена упомянутая турбина (2); и

- суживающуюся часть (2b) на конце, где жидкость выходит после прохождения через упомянутый турбогенераторный блок.

7. Турбогенераторное устройство для производства электрической энергии по п. 1, отличающееся тем, что оно включает уравнительный клапан давления (11), расположенный после турбогенераторного блока.

8. Турбогенераторное устройство для производства электрической энергии по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит:

- отсечной клапан (12), расположенный выше турбогенераторного блока; и

- отсечной клапан (13), расположенный ниже турбогенераторного блока.

9. Турбогенераторное устройство для производства электрической энергии по п. 1, отличающееся тем, что оно включает твердый фильтр (14) выше турбогенераторного блока.

10. Способ генерирования электрической энергии через турбогенераторное устройство, выполненное по любому из предыдущих пунктов формулы, отличающийся тем, что после начала циркуляции объема жидкости внутри цилиндрической трубки (1), способ включает следующие одновременные этапы:

a) турбина (2) используется благодаря механической энергии жидкости, трансформируя механическую энергию упомянутой жидкости во вращательную механическую энергию;

b) соединительный вал (3), вращающийся между турбиной (2) и генераторным элементом, передающий вращательную механическую энергию от турбины (2) к генераторному элементу; и

c) ротор (5), поворачивающийся по отношению к статору (6), причем и ротор, и статор принадлежат к упомянутому генераторному элементу и трансформируют вращательную энергию в электрическую.

11. Способ откачивания жидкости через турбогенераторное устройство, выполненное по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что после заполнения внутренней части цилиндрической трубки (1) жидкостью, по меньшей мере, до уровня, где расположена турбина (2), способ включает следующие одновременные этапы:

a) подаваемая на генераторный элемент электрическая энергия, трансформирующая электрическую энергию во вращательную механическую энергию на роторе (5) упомянутого электрического элемента;

b) соединительный вал (3), вращающийся между турбиной (2) и генераторным элементом, передающий вращательную механическую энергию от генераторного элемента к турбине (2); и

c) турбина (2), работающая за счет вращательной механической энергии соединительного вала (3), трансформирующая упомянутую механическую энергию в механическую энергию в жидкости.

12. Способ установки турбогенераторного устройства, выполненного по любому из пп. 1-9, в гидравлической установке, причем упомянутая гидравлическая установка содержит, по меньшей мере, упомянутую основную трубу (15) для прохождения жидкости, отличающийся тем, что устройство устанавливают параллельно по отношению к упомянутой основной трубе (15), упомянутая основная труба (15) содержит два канала: впускной канал (15а) от основной трубы (15) к впускному отверстию цилиндрической трубки (1), где расположен турбогенераторный блок, и выпускной канал (15b) от упомянутой цилиндрической трубки (1), где турбогенераторный блок расположен на основной трубе (15).