ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована при строительстве речных гидроэлектростанций для получения электрической энергии путем преобразования энергии водного потока.
Известна русловая бесплотинная электростанция [RU 2131993 C1, 20.06.1999], в которой река разделяется на два потока вертикальной стенкой-разделителем высотой несколько выше максимального уровня воды в реке в половодье. Стенка-разделитель сооружена под некоторым углом, например, 30-35° к направлению потока и образует сужающееся русло, по которому вода устремляется к гидроагрегату. Гидроагрегат установлен неподвижно, а ось гидротурбины расположена горизонтально и перпендикулярно направлению потока либо на металлическом понтоне, либо на двух противоположно расположенных бетонных основаниях, образующих прямоугольный открытый для протоки воды короб. Понтон имеет возможность вертикального перемещения вверх-вниз в этом коробе одновременно с подъемом или понижением уровня воды в реке.
Недостатком данного технического решения является невысокая величина генерируемой электрической мощности.
Известна речная гидроэлектростанция [RU 2023806 C1, 30.11.1994], содержащая обводной канал и турбины, соединенные с генераторами. Она снабжена щитками и прямолинейными трубами, соединяющими русло реки с обводным каналом. Щитки и трубы расположены горизонтально или наклонно. Обводной канал расположен на берегу параллельно руслу реки, а турбины размещены в концевых участках труб или за выходными сечениями труб. При этом щитки установлены в русле реки поперек потока за входными сечениями труб ниже по течению реки.
Эта гидроэлектростанция имеет недостаточно высокий КПД, излишне конструктивно сложна и дорога в изготовлении и монтаже, ограниченно применима при небольших перепадах высот, недостаточно технологична в эксплуатации.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному решению является гидроэлектростанция [RU 25014 U1, 10.09.2002], содержащая гидроэнергетический блок преобразования энергии и трубопровод, предназначенный для подачи воды в гидроэнергетический блок и снабженный закрывающимся всасывающим патрубком. Патрубок, установленный на входе трубопровода и погруженный в воду, закрывается заливочной горловиной. Выход трубопровода соединен с регулирующим дросселем, размещенным на входе гидроэнергетического блока. Трубопровод выполнен с возможностью укладки наружным способом, а заливочная горловина вмонтирована в трубопровод в точке максимального превышения.
Недостатком такого устройства является высокая трудоемкость в эксплуатации вследствие необходимости заполнения водой всего трубопровода и установки горловины в максимальной точке превышения. Кроме того, возникают большие сложности в момент пуска гидроэлектростанции. Это обусловлено тем, что при пуске необходимо одновременно открыть управляющий дроссель и всасывающий патрубок, находящиеся на противоположных концах трубопровода.
Задачей полезной модели является снижение конструктивной сложности, металлоемкости и стоимости изготовления гидроэлектростанции, повышение технологичности ее изготовления, монтажа и эксплуатации и, как следствие, повышение КПД.
Поставленная задача решается созданием гидроэлектростанции, содержащей гидроэнергетический блок преобразования энергии и водовод. Новым является то, что водовод выполнен в виде наклонного желоба с крышкой в верхней части, по длине которого перпендикулярно его продольной оси размещены рычажно-лопатковые турбины, валы которых опираются на стороны желоба, при этом указанный желоб в верхней своей части закреплен в снабженном гидрозатвором отверстии плотины, размещенной на пороге водоема, а рычажно-лопатковые турбины установлены с возможностью передачи вращающего момента на валы электрогенераторов гидроэнергетического блока преобразования энергии.
На представленном чертеже показан общий вид предложенной электростанции.
Русло реки 1, имеющее порог 2, перегорожено плотиной 3, которая ориентирована перпендикулярно направлению течения реки, и укреплена боковыми стенками 4 и 5. В результате образован водоем 6. В нижней части плотины 3 проделано отверстие, в котором установлен наклонный желоб 8, закрытый в своей верхней части крышкой 7. Эта крышка 7 позволяет изменить направление скорости вытекающей из водоема 6 воды таким образом, чтобы она была направлена примерно параллельно образующей желоба 8. Для предотвращения аварийных ситуаций, связанных с непредвидимыми погодными условиями, а также для осуществления ремонтно-профилактических работ, отверстие плотины 3 снабжено гидрозатвором 9, позволяющими регулировать, а в некоторых случаях и полностью перекрывать слив воды через отверстие плотины и желоб 8. Кроме того, на весенний период предусмотрен регулируемый отводной канал для сброса избыточной воды, а для судоходных рек предусмотрены судопропускные шлюзы (на чертеже не показаны). В наклонном желобе 8 размещены рычажно-лопатковые турбины 10, валы которых установлены в подшипниках. Опорами для подшипников служат боковые стороны желоба 8. Рычажно-лопатковые турбины 10 установлены с возможностью передачи вращающего момента на валы электрогенераторов гидроэнергетического блока преобразования энергии (на чертеже не показано). Гидроэлектростанция работает следующим образом.
Вода, находящаяся под большим гидростатическим давлением, поступает в наклонный желоб 8 из водоема 6. С помощью крышки 7 направление движения воды изменяется и становится примерно параллельной (позиция 11) образующей наклонного желоба 8. Стекая по желобу 8, вода еще больше увеличивает свою скорость вследствие сил гравитации. Встречая на своем пути первую рычажно-лопатковую турбину 10, приводит ее во вращение, отдавая ей часть своей кинетической энергии. Продолжая движение по желобу, вода частично восстанавливает свою кинетическую энергию вследствие гравитационных сил. Далее вода приводит во вращение вторую турбину 10 и т.д. Рычажно-лопатковые турбины 10 передают вращающий момент на валы электрогенераторов гидроэнергетического блока преобразования энергии. Отработанная вода поступает в старое русло реки (позиция 12). Наличие нескольких турбин позволяют более полно использовать энергию водного потока и, как следствие, в разы повысить коэффициент полезного действия электростанции. Кроме того, снижается конструктивная сложность и металлоемкость, а также повышается технологичность изготовления, монтажа и эксплуатации оборудования.