КАСКАДНАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к гидроэнергетике и может быть применено как самостоятельно для выработки электроэнергии, так и в составе плотинных ГЭС, деривационных ГЭС, свободнопоточных ГЭС в системах водоснабжения, водоотведения, и водотоках каналов.
Известна речная гидроэлектростанция, содержащая обводной канал и турбины, соединенные с генераторами, отличающаяся тем, что, с целью расширения области применения, она снабжена щитками и прямолинейными трубами, соединяющими русло реки с обводным каналом и расположенными горизонтально или наклонно, причем обводной канал выполнен подземным и 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. /RU Патент 2023806, 1994 г/.
Известная гидроэлектростанция имеет не достаточно высокий КПД, излишне конструктивно сложна и дорога в изготовлении и монтаже, ограниченно применима при небольших перепадах высот, не достаточно технологична в эксплуатации.
Известна микроГЭС, включающая гидротурбину с генератором электрического тока, выведенным наружу через колено отсасывающей трубы и соединенным с валом турбины, отличающаяся тем, что станина статора генератора выполнена в виде рубашки, которая плотно одета на пакет статора, к торцам которого приварены фланцы подшипниковых крышек, причем вокруг рубашки создан кожух для образования камеры охлаждения, которая снабжена трубами, подводящими и отводящими охлаждающую воду, при этом генератор выполнен с меньшим диаметром, и удлиненным пакетом статора и сердечником ротора, нанаружной поверхности рубашки выполнено рифление глубиной канавок 0,5-1,5 мм и шириной 3-5 мм, а поверхность пакета статора смазывается диэлектрическим заливочным композитом. /RU Патент 81773, 2009 г/. Известная микроГЭС имеет не достаточно высокий КПД, не достаточно надежна в работе, не технологична при ремонтных работах, и при эксплуатации, ограниченно применима на низкоскоростных потоках.
Наиболее близкой является речная деривационная гидроэлектростанция, содержащая обводной канал, турбины и генераторы, установленные в нем, отличающаяся тем, что гидроэлектростанция дополнительно снабжена турбинами и генераторами, установленными на стыке реки и обводного канала и в обводном канале вниз по течению с образованием каскада, при этом гидроэлектростанция выполнена бесплотинной. /RU Патент 2023201, 2007 г /.
Известная гидроэлектростанция имеет не достаточно высокий КПД, излишне конструктивно сложна, не позволяет автоматически удерживать равномерное распределение нагрузок между турбинами, мало технологична в изготовлении, монтаже и эксплуатации, относительно дорога, и ограничено применима при работе на низкоскоростных потоках.
Решаемая задача - повышение КПД гидроэлектростанции, снижение конструктивной сложности, металлоемкости и стоимости изготовления, повышение технологичности монтажа и эксплуатации, достижения равномерного распределения нагрузок между турбинами.
Задача решается тем, что в каскадной ГЭС, включающей канал, связанный с инициирующим динамичный поток водоемом, ортогональные трубных модулей с выходом ведущего вала и возможностью установки модулей между соединительными звеньями трубы, а трубные модули снабжены соединительными фланцами и подъемными зацепами.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид с разрезом, фиг.2 - блок соединительного звена с трубными модулями, фиг.3 - трубный модуль в разрезе по АА, фиг.4 - трубный модуль, сечение Б-Б.
Каскадная гидроэлектростанция содержит канал 1, ортогональные турбины 2, соединительные звенья 3, трубные модули 4, ведущий вал 5, фланцы 6, зацепы 7, генераторы 8.
Каскадная гидроэлектростанция работает следующим образом.
По соединительным звеньям 3 канала 1 поток воды движется внутри трубных модулей 4, воздействуя на ортогональные турбины 2. В процессе движения потока происходит перераспределение скоростей потока в поперечном сечении канала (снижение скорости потока в зоне стен канала и возрастание скорости в зоне оси канала).
Такое перераспределение скоростей приводит к снижению суммарной скорости потока, набегающего на лопасть турбины 2 при углах атаки близких к нулевым, что ведет к возрастанию КПД турбины (стр.159, Моделирование нестационарных турбулентных течений при обтекании подвижных тел сложной геометрии на основе уравнений Навье-Стокса. Вестник Харьковского национального университета №847, 2009).
Мощность гидроэлектростанции равна сумме мощностей работающих агрегатов, при этом оптимальным будет такое распределение нагрузки, при котором суммарный расход всех турбин минимален или средний КПД имеет наибольшее значение. Для турбин с одинаковыми характеристиками оптимальным условиям соответствует равное распределение нагрузки между работающими турбинами, (стр.156, Гидравлические машины: Турбины и насосы. Учебник для ВУЗов.
М.: Энергия, 1978-320 стр.) Равномерное распределение нагрузки между турбинами, повышает КПД ГЭС и надежность функционирования ортогональных турбин.
Турбины через ведущий вал 5 инициируют работу генераторов электроэнергии 8.Таким образом, низконапорный поток в канале 1 обеспечивает максимальную отдачу динамической составляющей потока воды на турбины 2. Последовательное распределение турбин в канале 1 обеспечивает полное использование энергии движущего потока воды, что позволяет с высокой степенью трансформировать динамику движения потока в электрическую энергию на генераторах 8, вместе с тем, снижение конструктивной сложности и металлоемкости позволяет значительно снизить затраты на изготовление и монтаж гидроэлектростанции.
Каскадная гидроэлектростанция обеспечивает повышение КПД гидроэлектростанции, снижение конструктивной сложности, металлоемкости и стоимости изготовления, повышение технологичности монтажа и эксплуатации, достижения равномерного распределения нагрузок между турбинами, что способствует повышению технических параметров вырабатываемой электроэнергии, а также позволяет вырабатывать электроэнергию с каждой установленной турбины до завершения сооружения всей каскадной ГЭС.