ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
HYDROELECTRIC POWER PLANT

Изобретение относится к гидроэнергетике и может найти применение при использовании потока воды рек или каналов для выработки электроэнергии.
Известен гидравлический двигатель, содержащий корпус, в котором образованы две камеры с впускными и выпускными отверстиями и поплавками, накопительный резервуар, рабочую магистраль, коленчатый вал, соединенный шатунами с поплавками и маховик, закрепленный на коленчатом валу (Патент RU 2176747 С2, МПК F03B 17/02, 2001. Аналог).
Недостаток аналога - длительное наполнение камер водой по трубам, в результате чего происходит медленные подъем поплавков и частота вращения коленчатого вала, что ограничивает мощность установки.
Наиболее близким аналогом является гидроэлектростанция, содержащая корпус, в котором образовано две камеры с впускными и выпускными отверстиями и поплавками, рабочую и отводную магистрали, соединенные с руслом реки, накопительный резервуар и обводную магистраль. Рабочая магистраль сообщена с накопительным резервуаром, а отводная магистраль и выпускные отверстия камер - с обводной магистралью. На выпускных отверстиях камер, отводной и рабочей магистралях установлены затворы, связанные тросовыми системами с электродвигателями, которые электрической цепью соединены с электрогенератором. Коленчатые валы с закрепленными на них маховиками, установленные в камерах, соединены шатунами с поплавками и передачей с электрогенератором (Патент RU 2631474 С1, МПК F03B 17/06.2017 г. Прототип).
Недостаток изобретения состоит в медленном и в небольшом объеме подачи потока воды из накопительных резервуаров в камеры, а также воздействия потока воды массой в несколько тонн на боковые стенки поплавков, что вызывает их перекосы в камерах и повышенные нагрузки на привод коленчатого вала. Часть водного потока через зазоры между поплавками и стенками камер, перетекает на поплавки и тормозит их перемещение. Это снижает плавность и частоту вращения коленчатого вала, что существенно уменьшает мощность и надежность работы гидроэлектростанции.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы гидроэлектростанции путем увеличения частота вращения коленчатого вала.
Технический результат состоит в увеличении выработки гидроэлектростанцией электрической энергии, повышении надежности работы и упрощении конструкции.
Техническая задача и результат достигаются тем, что гидроэлектростанция, содержит корпус, в котором образовано две камеры с впускными и выпускными отверстиями и поплавками, рабочую и отводную магистрали, соединенные с руслом реки, накопительный резервуар и обводную магистраль. Рабочая магистраль сообщена с накопительным резервуаром, а отводная магистраль и выпускные отверстия камер - с обводной магистралью. На выпускных отверстиях камер, отводной и рабочей магистралях установлены затворы, связанные тросовыми системами с электродвигателями, которые электрической цепью соединены с электрогенератором. Коленчатые валы, с закрепленными на них маховиками, соединены шатунами с поплавками и передачей с электрогенератором. Новым является то, что гидроэлектростанция оборудована дополнительным корпусом с двумя камерами, причем корпуса выполнены в виде левого и правого, а накопительные резервуары установлены в ряд с корпусами параллельно по обе стороны русла реки или канала, разделенного продольными перегородками на рабочие и, расположенную между ними, отводную магистрали. При этом впускные отверстия обоих корпусов образованы под поплавками и сообщены с накопительными резервуарами водоводами, которые заглублены под корпусами, заглушены на концах и снабжены затворами, связанными тросовыми системами с дополнительными электродвигателями, соединенными электрической цепью с электрогенератором.
Указанные признаки необходимы и достаточны для осуществления изобретения и достижения технического результата.
Особенностью изобретения является также то, что на стенках камер или поплавков закреплены уплотнительные манжеты.
Этот признак являются факультативным, так как создает дополнительный технический результат и может быть заменен другими признаками.
Причинно-следственная связь новых признаков и достигаемого технического результата состоит в том, что:
- оборудование гидроэлектростанции дополнительным корпусом с двумя камерами, причем корпуса выполнены в виде левого и правого, а накопительные резервуары установлены в ряд с корпусами параллельно по обе стороны русла реки или канала, разделенного продольными перегородками на рабочие и, расположенную между ними, отводную магистрали, позволило равномерно распределить поток воды в камеры обоих корпусов;
- образование впускных отверстий обоих корпусов под поплавками и сообщение с накопительными резервуарами водоводами, которые заглублены под корпусами, заглушены на концах и снабжены затворами, связанными тросовыми системами с дополнительными электродвигателями, соединенными электрической цепью с электрогенератором, позволило дополнительно создать на поплавки статический напор воды столбом жидкости от уровня реки или канала до поверхности заглубления водовода и исключило давление на их боковые стенки, что обеспечило плавность, увеличило частоту вращения коленчатого вала и повысило надежность работы гидроэлектростанции;
- установка затворов на водоводах, связанными тросовыми системами с дополнительными электродвигателями и соединение электрогенератора электрической цепью со всеми электродвигателями, позволило при работе отключить аккумулятор и уменьшить количество затворов на каждом корпусе;
- закрепление на стенках камер или поплавков уплотнительных манжет, позволило устранить перетекание воды на поплавки через зазоры вдоль стенок камер корпусов и за счет этого снизить сопротивление их перемещения.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена гидроэлектростанция, вид сверху; фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, показано положение поплавков при подаче воды из водоводов; фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг 2, показана подача потока воды перпендикулярно днищу поплавков в камеру левого корпуса; фиг. 4 - закрепление манжеты на поплавке; фиг. 5 - тоже, на стенках прямоугольного корпуса.
Гидроэлектростанция (фиг. 1) содержит левый 1 и правый 2 корпуса, накопительные резервуары 3 и 4, установленные в ряд с указанными корпусами параллельно по обе стороны русла 5 реки или канала, разделенного продольными перегородками 6 на рабочие 7, 8 и, расположенную между ними, отводную 9 магистрали. На рабочих 7, 8 магистралях, на входе накопительных резервуаров 3 и 4 установлены затворы 10, 11 и на отводной магистрали 9 - затвор 12, соединенные тросовой системой 13 с электродвигателем 14. Отводная магистраль 9 и выпускные отверстия корпусов 1 и 2 сообщены с обводными магистралями 15 и 16, примыкающими к наружным продольным стенкам корпусов 1, 2 и стенкам накопительных резервуаров 3 и 4. Каждый корпус 1 и 2 разделен поперечной перегородкой 17 на камеры 18 одинакового объема с закрепленными внизу опорными пятами 19. Впускные отверстия корпусов 1 и 2 образованы снизу камер 18 и сообщены с накопительными резервуарами 3 и 4 водоводами 20 и 21, которые на конце заглушены, заглублены под этими отверстиями и на них установлены затворы 22 и 23, соединенные тросовыми системами 24 и 25 с дополнительными электродвигателями 26 и 27. На опорных пятах 19 установлены поплавки 28, соединенные шатунами 29 с коленчатыми валами 30 и 31, на которых закреплены маховики 32 и звездочки 33, соединенные цепным приводом 34 с электрогенератором 35, соединенным электрической цепью с электродвигателями 26 и 27. Коленчатые валы 30 и 31 в корпусе 1 расположены шейками 36 в одной плоскости и направлены в одну сторону, а в корпусе 2 - шейками 37 в противоположную сторону. На каждом корпусе 1 и 2 со стороны обводных магистралей 15 и 16 установлены электродвигатели 38 и 39, соединенные электрической цепью с электрогенератором 35 и тросовыми системами 40 и 41 с затворами 42 и 43, установленными на выпускных отверстиях камер 18 корпусов 1 и 2. С электрогенератором 35 также соединен электрической цепью электродвигатель 14. На внутренних стенках прямоугольных камер 18 корпусов 1 и 2 (фиг. 4) или на поплавках 28 (фиг. 5) закреплены уплотнительные манжеты 44. Гидроэлектростанция работает следующим образом. В нерабочем положении гидроэлектростанции, рабочие 7 и 8 магистрали, водоводы 20 и 21 и выпускные отверстия камер 18 корпусов 1 и 2 закрыты затворами 10, 11, 22, 23, 42, 43, а отводная магистраль 9 открыта затвором 12, и поток воды из русла 5 прямотоком проходит в реку или канал.
Для пуска гидроэлектростанции в работу оператор аккумулятором (не показан) включает электродвигатель 14, который тросовой системой 13 поднимает затворы 10 и 11 на рабочих магистралях 7, 8 и опускает затвор 12 на отводной магистрали 9. а вода из рабочих магистралей 7 и 8 заполняет накопительные резервуары 3 и 4. Затем оператор аккумулятором включает электродвигатель 26, который тросовой системой 24 поднимает затвор 22 водовода 20. Вода под гидростатическим давлением столба жидкости в накопительном резервуаре 3 и скоростным напором, поступающая из русла 5 реки или канала, устремляется по водоводу 20 (фиг. 2) через впускные отверстия в камерах 18 корпуса 1, перпендикулярно днищам поплавков 28 и быстро поднимает их с пят 19 в верхнее положение. При этом манжеты 44 перекрывают зазор между стенками камеры 18 и. поплавками 28 и препятствуют перетеканию на них воды, что уменьшает сопротивление их перемещения без перекосов. Поплавки 28 в камере 18 корпуса 1 шатунами 29 поворачивают на 180 градусов вверх шейки 36 коленчатого вала 30, который звездочкой 33 цепной передачи 34 поворачивает шейками 37 коленчатый вал 31 на 180 градусов и шатунами 29 перемещают поплавки 28 в корпусе 2 вниз, а маховики 32 переводят коленчатые валы 30 и 31 через верхнюю и нижнюю «мертвые точки». Звездочки 33 цепной передачи 34 вращают вал электрогенератора 35, который начинает вырабатывать электрический ток, поступающий потребителю и в электрическую цепь электродвигателей 26, 27, 38, 39 и 14. Аккумулятор выключают, и питание этих электродвигателей производится током, вырабатываемым электрогенератором 35. В верхнем положении затвор 22 кратковременно включает электродвигатели 26, 27 и 38, которые одновременно тросовыми системами 24, 25 и 40 закрывают затвором 22 водовод 20, а затвором 23 открывают водовод 21 и затворами 42 открывают выпускные отверстия камер 18 корпуса 1. Вода из водовода 21 поступает через впускные отверстия в камере 18 корпуса 2 под поплавки 28, а через выпускные отверстия камеры 18 корпуса 1 выливается в обводной канал 15. В верхнем положении затвор 23 кратковременно включает электродвигатели 26, 27 и 39, которые тросовыми системами 24, 25 и 41 открывают затвором 22 водовод 20 и затвором 23 закрывают водовод 21, а затворами 43 открывают выпускные отверстия камер 18 корпуса 2. Вода из водовода 20 поступает под поплавки 28 в камере 18 корпуса 1, а через выпускные отверстия камеры 18 корпуса 2 выливается в обводной канал 16. Поплавки 28 перемещаются и шатунами 29 вращают коленчатые валы 30 и 31, которые цепным приводом 34 вращают вал электрогенератора 35.
Цикл работы гидроэлектростанции в автоматическом режиме завершен и в дальнейшем происходит аналогичным образом. Применение изобретения позволяет создать гидроэлектростанцию, которая использует весь водный поток для выработки электроэнергии, обеспечивает увеличенную скорость перемещения поплавков, частоту вращения коленчатого вала и повышенную мощность гидроэлектростанции, а также обеспечивает ее безаварийную работу.