Контейнерный энергоблок мини-ГЭС с ортогональной турбиной

Область техники
Полезная модель относится к гидроэнергетике и может быть применена на низконапорных речных гидроэлектростанциях.
Уровень техники
Известна низконапорная ортогональная турбина, содержащая ротор с лопастями крыловидного профиля, установленный поперек проточной камеры, имеющей, по меньшей мере, один поперечный выступ, верхней гранью примыкающий с зазором к поверхности цилиндра, ометаемого лопастями [RU 83545]. Известная турбина, имеет высокий КПД и вместе с электрогенератором, кинематически связанным с ее ротором, образует энергоблок, который может быть применен в малой гидроэлектростанции (мини-ГЭС).
Недостаток прототипа (решаемая проблема) - сложность транспортирования, необходимость сооружения здания ГЭС для размещения энергоблока на месте эксплуатации, трудоемкость монтажа и демонтажа. Этот недостаток, особенно проявляется при перемещениях мини-ГЭС, обусловленных изменением водного режима в месте эксплуатации или мобильностью потребителя.
Раскрытие существа полезной модели
Технический результат полезной модели - удобство транспортирования, монтажа, эксплуатации и демонтажа.
Предметом полезной модели является энергоблок мини-ГЭС, содержащий подводящий и отводящий водоводы, размещенную между ними проточную камеру прямоугольного сечения, ротор ортогональной турбины с параллельными ему лопастями крыловидного профиля, установленный поперек проточной камеры, снабженной двумя поперечными выступами, которые верхними гранями примыкают с зазором к поверхности цилиндра, ометаемого лопастями, и электрогенератор, кинематически связанный с ротором, отличающийся тем, что проточная камера и водоводы закреплены на основании, размещенном на дне транспортного контейнера, электрогенератор установлен на закрепленной в контейнере несущей раме, в противоположных стенках контейнера выполнены прямоугольные отверстия под подводящий и отводящий водоводы, торцы которых зафиксированы на указанных стенках герметичными фланцевыми соединениями, а между проточной камерой и одним из водоводов установлена дополнительная водоводная секция, выполненная с возможностью компенсации осевых перемещений.
Осуществление полезной модели с учетом ее развития
На фиг. 1 представлена конструкция энергоблока (продольный разрез), на фиг.2 -вид энергоблока в транспортном положении.
На фиг.1 показаны:
1 - подводящий водовод;
2 - отводящий водовод;
3 - проточная камера прямоугольного сечения, размещенная между водоводами 1 и 2.
Поперек камеры 3 установлена ортогональная турбина в виде ротора 4, на котором закреплены параллельные ему лопасти 5 крыловидного профиля.
Камера 3 имеет внутренние поперечные выступы 6. Их верхние грани 7 примыкают с зазором к поверхности цилиндра, ометаемого лопастями 5 при вращении ротора 4.
Камера 3 и водоводы 1, 2 размещены и закреплены внутри стандартного транспортного контейнера 8 на несущем основании 9, которое в свою очередь закреплено на дне контейнера 8.
Внутри контейнера 8 (например, на проточной камере 3, как на фиг. 1, или на основании 9) закреплена несущая рама 10 с электрогенератором 11, вал которого кинематически связан (например, с помощью ременной передачи 12 или мультипликатора) с ротором 4.
Водоводы 1 и 2 подведены к противоположным торцевым стенкам 13 и 14 контейнера 8. В стеках 13 и 14 выполнены прямоугольные отверстия 15 и 16 под водоводы 1 и 2. Торцы водоводов 1 и 2 снабжены фланцами 17 и 18, которые герметично (например, с использованием герметизирующих прокладок) зафиксированы болтами на стенках 13 и 14 по периметрам отверстий 15 и 16.
Между камерой 3 и одним из водоводов (например, водоводом 2) установлена дополнительная водоводная секция 19, способная функционировать как температурный компенсатор осевых перемещений и, одновременно, облегчающая монтаж/демонтаж камеры 3.
Внутри контейнера 8 также располагаются необходимые исполнительные механизмы и датчики (например, стояночный тормоз, датчики оборотов электрогенератора 11 и ротора 4, датчики давления, вибрации и т.п.).
Установка элементов конструкции внутрь контейнера 8 осуществляется через монтажное окно 20, которое затем закрывается крышкой 21 (фиг. 2).
Отверстия 15 и 16 при транспортировании также могут закрываться крышками снаружи контейнера 8.
Устройство работает следующим образом.
Контейнерный энергоблок доставляется к месту эксплуатации в транспортном состоянии, показанном на фиг. 2.
На месте эксплуатации закрытые крышками отверстия 15 и 16 открывают и обеспечивают протекание через водоводы 1, 2 и камеру 3 (например, с помощью внешних водоводов) водного потока, обладающего необходимым напором. Силовой кабель 22 от электрогенератора 11 выводится через технологическое отверстие 23 в стенке контейнера 8. Необходимые средства контроля и управления энергоблоком могут размещаться (по меньшей мере, частично) внутри контейнера 8 или в выносном шкафу. В последнем случае они соединяются с исполнительными механизмами и датчиками, установленными внутри контейнера, с помощью контрольного кабеля (не показан на фигурах) который выводится также через отверстие 23.
Поток воды, последовательно протекающий через подводящий водовод 1, проточную камеру 3 и отводящий водовод поперек ротора 4 обтекает лопасти 5, имеющие показанный на фиг. 1 крыловидный профиль с тупым и острым носками. Результирующий момент вращения от действующих на лопасти 5 «подъемных сил» поворачивает и разгоняет ротор 4 в направлении тупых носков лопастей (т.е. тупыми носками лопастей вперед). Поперечные выступы 6, выполненные в камере 3, выполняют ту же функцию, что и в прототипе - улучшают использование энергии водного потока, обеспечивая высокий КПД ортогональной турбины.
В рабочем режиме вращения ротора 4 его вращающий момент уравновешен нагрузкой электрогенератора 11.
Сервисное обслуживание гидроагрегата выполняется внутри контейнера 8. При необходимости замены или ремонта элементов конструкции они извлекаются из контейнера и заново устанавливаются через окно 20. Крышка 21 может быть снабжена люком 24, упрощающим доступ персонала внутрь контейнера 8.
Таким образом, в заявляемой мини-ГЭС контейнер 8 выполняет функции здания ГЭС, внутри которого размещен и обслуживается гидроагрегат (ортогональная турбина с электрогенератором).
Высокая степень заводской готовности мини-ГЭС, доставляемой на место эксплуатации в транспортном контейнере, отсутствие необходимости возведения здания ГЭС, обеспечивает минимизацию строительных, монтажно-демонтажных и пуско-наладочных работ, мобильность при передислокации потребителя или изменении водного режима.