МОБИЛЬНАЯ БЕРЕГОВАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к гидроэнергетике и предназначена для преобразования кинетической энергии потоков воды в реке с небольшими расходами и напорами в электроэнергию для снабжения предприятий сельского хозяйства и малого бизнеса, расположенных в труднодоступных и удаленных районах.
Известно устройство для преобразования энергии воды в электроэнергию малой мощности, содержащее верхненаливное водяное колесо, из жестко соединенных барабана, боковых стенок и лопаток изогнутой формы, повернутых против движения потока воды, водоподводящую и водоотводящую системы (Смирнов И.Н. Гидравлические турбины и насосы. Учебное пособие для энергетических и политехнических вузов. М.: "Высшая школа". - 1969. - С.8).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство для преобразования энергии воды в электроэнергию, содержащее рабочее колесо из жестко соединенных барабана, боковых стенок, лопаток, каждая из которых выполнена в виде пластины из двух частей, угол между которыми равен 120-140°, а отношение длины одной части пластины к длине другой части, закрепленной на барабане, равно 1/1,5-1/2,0, с углом к касательной в месте контакта пластины и барабана, равным 25-45°, количество лопаток выбрано с учетом того, что расстояние между ними по внешнему диаметру боковых стенок равно 0,25-0,35 м, причем рабочее колесо посредством ступицы, жестко скрепленной спицами с барабаном, установлено на валу, закрепленном на опорах, и соединено посредством редуктора с электрогенератором, связанным с системой автоматического управления, включающей блок коммутационной и измерительной аппаратуры, к которому подключены блоки конденсаторов возбуждения, тиристорных преобразователей, полезной нагрузки, и блок регулирования, защиты и управления, соединенного с блоком тиристорных преобразователей, к которому присоединены блоки балластной нагрузки и конденсаторов возбуждения. При этом рабочее колесо посредством ступицы и подшипниковых узлов установлено на валу, который соединен механической передачей посредством редуктора с электрогенератором, а механическая передача выполнена в виде цепной передачи, ведущая звездочка которой закреплена на спицах рабочего колеса. Устройство содержит водоподводящую и водоотводящую системы (Патент на изобретение №2306453, МПК F03B 7/00, опубл. 2007).
Недостатком описанных устройств является то, что работа осуществляется в стационарных условиях и для обеспечения высокого к.п.д. необходимо наличие плотины или деривации для создания основного напора воды.
Предлагаемой полезной моделью решается задача возможности передвижения и работы в потоке воды реки мобильной береговой гидроэлектростанции при сохранении высокого к.п.д.
Возможность передвижения и работы в потоке воды реки мобильной береговой гидроэлектростанции при сохранении высокого к.п.д. достигается тем, что в мобильной береговой гидроэлектростанции, содержащей рабочее колесо из жестко соединенных барабана, боковых стенок, лопаток, каждая из которых выполнена в виде пластины из двух частей, угол между которыми равен 120-140°, а отношение длины одной части пластины к длине другой части, закрепленной на барабане, равно 1/1,5-1/2,0, с углом к касательной в месте контакта пластины и барабана, равным 25-45°, количество лопаток выбрано с учетом того, что расстояние между ними по внешнему диаметру боковых стенок равно 0,25-0,35 м, причем рабочее колесо посредством ступицы, жестко скрепленной спицами с барабаном, установлено на валу, закрепленном на опорах, и соединено посредством редуктора с электрогенератором, связанным с системой автоматического управления, включающей блок коммутационной и измерительной аппаратуры, к которому подключены блоки конденсаторов возбуждения, тиристорных преобразователей, полезной нагрузки, и блок регулирования, защиты и управления, соединенного с блоком тиристорных преобразователей, к которому присоединены блоки балластной нагрузки и конденсаторов возбуждения, ступица рабочего колеса посредством шпоночного соединения установлена на валу, концы которого с помощью подшипниковых узлов закреплены между фиксирующими элементами каждой из опор, выполненных в виде двух рам, жестко соединенных между собой в верхней и нижней частях, закрепленных на основании, предназначенном для установки на дне реки, между рамами в нижних частях опор расположен струенаправляющий элемент, из жестко соединенных и установленных последовательно по движению воды в реке конфузора с защитным устройством от плавучих предметов, средней части, жестко закрепленной на рамах, и диффузора, а вал, на котором установлено рабочее колесо, соединен с валом редуктора посредством самонесущих секций, состоящих из корпуса в виде трубного элемента с установленным внутри на подшипниковых узлах валом, причем валы самонесущих секций связаны между собой и валом рабочего колеса посредством шлицевых соединений, а с валом редуктора - с помощью карданного механизма, корпуса самонесущих секций соединены между собой и с рамой опоры, наиболее близко расположенной к берегу реки, посредством фланцев, а с корпусом платформы с помощью сферического шарнира, при этом в корпусе платформы, установленной на колесах и предназначенной для установки на берегу реки, размещены редуктор, электрогенератор, система автоматического управления, мачта и лебедка, причем мачта выполнена составной по высоте, в верхней части которой, установленной с возможностью поворота, закреплен блок с тросом, одним концом соединенным с лебедкой, а другим - закрепленным на раме опоры, связанной крепежными тросами с упорами, закрепленными на берегу реки по обе стороны от платформы.
Возможность передвижения и работы в потоке воды реки мобильной береговой гидроэлектростанции при сохранении высокого к.п.д. путем создания сборной конструкции обеспечивается тем, что ступица рабочего колеса посредством шпоночного соединения установлена на валу, концы которого с помощью подшипниковых узлов закреплены между фиксирующими элементами каждой из опор, выполненных в виде двух рам, жестко соединенных между собой в верхней и нижней частях, закрепленных на основании, предназначенном для установки на дне реки, между рамами в нижних частях опор расположен струенаправляющий элемент, из жестко соединенных и установленных последовательно по движению воды в реке конфузора с защитным устройством от плавучих предметов, средней части, жестко закрепленной на рамах, и диффузора, а вал, на котором установлено рабочее колесо, соединен с валом редуктора посредством самонесущих секций, состоящих из корпуса в виде трубного элемента с установленным внутри на подшипниковых узлах валом, причем валы самонесущих секций связаны между собой и валом рабочего колеса посредством шлицевых соединений, а с валом редуктора - с помощью карданного механизма, корпуса самонесущих секций соединены между собой и с рамой опоры, наиболее близко расположенной к берегу реки, посредством фланцев, а с корпусом платформы с помощью сферического шарнира, при этом в корпусе платформы, установленной на колесах и предназначенной для установки на берегу реки, размещены редуктор, электрогенератор, система автоматического управления, мачта и лебедка, причем мачта выполнена составной по высоте, в верхней части которой, установленной с возможностью поворота, закреплен блок с тросом, одним концом соединенным с лебедкой, а другим - закрепленным на раме опоры, связанной крепежными тросами с упорами, закрепленными на берегу реки по обе стороны от платформы.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена мобильная береговая гидроэлектростанция, продольный разрез; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - то же, вид сбоку; на фиг.4 изображена блок-схема системы автоматического управления.
Кроме того, на фиг.3 показано:
α - угол между двумя частями пластины;
а - длина одной части пластины;
b - длина другой части пластины, закрепленной на барабане;
β - угол с касательной в месте контакта пластины и барабана;
Мобильная береговая гидроэлектростанция содержит рабочее колесо из жестко соединенных барабана 1, боковых стенок 2 и лопаток 3. Каждая из лопаток 3 выполнена в виде пластины из двух частей, угол (α) между которыми равен 120-140°, а отношение длины одной части (a) пластины к длине другой части (b), закрепленной на барабане, равно 1/1,5-1/2,0, с углом (β) к касательной в месте контакта пластины и барабана 1, равным 25-45°. Количество лопаток 3 выбрано с учетом того, что расстояние между ними по внешнему диаметру боковых стенок 2 равно 0,25-0,35 м. Лопатки 3 загнуты против вращения рабочего колеса и направления потока воды. Выполнение лопаток 3 с указанными параметрами приводит к увеличению вращательного момента рабочего колеса и, как следствие, увеличению к.п.д. мобильной береговой гидроэлектростанции. Рабочее колесо посредством ступицы 4, жестко скрепленной спицами 5 с барабаном 1, установлено на валу 6, закрепленном на опорах, и соединено посредством редуктора 7 с электрогенератором 8, связанного с системой автоматического управления 9. В качестве электрогенератора 8 может быть использован трехфазный асинхронный двигатель общепромышленного использования. Система автоматического управления 9 включает блок коммутационной и измерительной аппаратуры (БКИА) 10, к которому подключены блоки конденсаторов возбуждения (БКВ) 11, тиристорных преобразователей (БТП) 12, полезной нагрузки (БПН) 13, и блок регулирования, защиты и управления (БРЗиУ) 14, соединенный с БТП 12, к которому присоединены блоки балластной нагрузки (ББН) 15 и БКВ 11. Использование системы автоматического управления 9 выравнивает выходные параметры трехфазного асинхронного двигателя 8, работающего в режиме генератора, такие как амплитуда и частота вырабатываемого напряжения, отклонения которых от номинальных параметров могут быть вызваны колебаниями расхода воды и мощности полезной нагрузки, а также несбалансированностью рабочего колеса. Ступица 4 рабочего колеса посредством шпоночного соединения 16 закреплена на валу 6, концы которого с помощью подшипниковых узлов 17 закреплены между парами фиксирующих элементов 18, жестко закрепленных на каждой из опор. При этом рабочее колесо устанавливают таким образом, чтобы уровень воды реки не превышал внутреннего диаметра боковых стенок 2 рабочего колеса. Опоры выполнены в виде двух рам 19, установленных параллельно друг другу вдоль берега реки и жестко соединенных между собой в верхней и нижней частях 20, закрепленных на основании 21, предназначенном для установки на дне реки. Между рамами 19 в нижних частях 20 опор расположен струенаправляющий элемент, предназначенный для направления течения реки к рабочему колесу и состоящий из жестко соединенных между собой и установленных последовательно по движению воды в реке конфузора 22 с защитным устройством 23 от плавучих предметов, например, решеткой для предотвращения попадания мусора на лопатки 3 рабочего колеса, средней части 24, жестко закрепленной на рамах 19, и диффузора 25. Причем верхняя часть струенаправляющего элемента расположена на уровне внутреннего диаметра боковых стенок 2 рабочего колеса. Вал 6, на котором установлено рабочее колесо, соединен с валом 26 редуктора 7 посредством самонесущих секций. Количество самонесущих секций определяется тем расстоянием от берега реки, на котором необходимо установить рабочее колесо. Каждая из самонесущих секций состоит из корпуса 27 в виде трубного элемента, например, отрезка трубы из коррозионностойкого материала, с установленным внутри на подшипниковых узлах 17 валом 28. Причем валы 28 самонесущих секций связаны между собой и валом 6 рабочего колеса посредством шлицевых соединений 29, а с валом 26 редуктора 7 - с помощью карданного механизма 30. Корпуса 27 самонесущих секций соединены между собой и с рамой 19 опоры, наиболее близко расположенной к берегу реки, посредством фланцев 31, а с корпусом 32 платформы 33 с помощью сферического шарнира 34. При этом в корпусе 32 платформы 33, установленной на колесах 34 и предназначенной для установки на берегу реки, размещены редуктор 7, электрогенератор 8, система автоматического управления 9, мачта 36 и лебедка 37. Мачта 36 выполнена составной по высоте, в верхней части которой, установленной с возможностью поворота, закреплен блок 38 с тросом 39, одним концом соединенным с лебедкой 37, а другим - закрепленным на раме 19 опоры, связанной крепежными тросами 40 с упорами 41, закрепленными на берегу реки по обе стороны от платформы 33. Для повышения устойчивости платформа 33 закреплена, например, по углам на дополнительных упорах 42.
Мобильная береговая гидроэлектростанция работает следующим образом.
После сборки и закрепления на берегу рабочего колеса между рамами 19 опор, установленными на основании 21, вал 6 рабочего колеса соединяется с валом 28 самонесущей секции и посредством троса 39, соединенного с лебедкой 37, устанавливается в реке до тех пор пока основание 21 не встанет на дно. Платформу 33 прочно закрепляют на берегу с помощью дополнительных упоров 42, заделанных в грунт. Раму опоры связывают крепежными тросами 40 с упорами 41, закрепленными на берегу реки по обе стороны от платформы 33. Поток воды реки, проходя через конфузор 22 с решеткой 23 струенаправляющего элемента к лопаткам 3 рабочего колеса, заполняет их и приводит во вращение рабочее колесо. Создаваемый вращательный момент, зависящий от скорости течения потока воды, передается от вала 6 рабочего колеса через валы 28 самонесущих секций валу 26 редуктора 7, а затем электрогенератору 8. выполненному в виде трехфазного асинхронного двигателя, который кабелем подключен к системе автоматического управления 9. При определенной скорости вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя 8 на его зажимах возникает напряжение. Использование системы автоматического управления 9 позволяет поддерживать электрические параметры в стандартных пределах.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет осуществлять передвижение и работу в потоке воды реки при сохранении высокого к.п.д., может быть применена для энергоснабжения удаленных автономных потребителей, способствует получению электроэнергии экологически чистым путем, отличается простотой конструкции и удобством в эксплуатации и техническом обслуживании.