ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ АДАМЯНОВ
ADAMYANS HYDROPOWER PLANT

Изобретение относится к гидроэнергетике и может найти применение при использовании потока воды рек или каналов для выработки электроэнергии.
Известно устройство преобразования энергии текучей воды в электрическую, содержащее электрогенератор, корпус, установленный в нем вал отбора мощности, поплавки, шарнирно соединенные со штоками и системой рычагов, связанной с храповыми механизмами (Патент США № 168832, М. кл. F03B 13/12, 1928 г. Аналог).
Известное устройство обладает малой эффективностью и сложностью средства преобразования энергии текучей воды в электрическую.
Известна гидросиловая установка, содержащая корпус, в котором образованы две камеры с впускными и выпускными отверстиями, поплавками, установленными в камерах, накопительный резервуар, рабочую магистраль, коленчатый вал с шатунами, соединенными с поплавками и маховик, закрепленный на коленчатом валу (Патент RU 2176747 С2, М. кл. F03В 17/02, 2001 г. Аналог).
Недостаток аналога - длительное наполнение камер водой по трубам, в результате чего происходит медленный подъем и скорость перемещения поплавков, что ограничивает мощность установки. Даже постановка на камеры по высоте и периметру дополнительных впускных труб, соединяющих камеры с накопительным резервуаром, не устранило этот недостаток. Кроме того, в гидросиловой установке возникают большие усилия на открывание клапанов впускных и выпускных отверстий камеры. Чем больше диаметр клапанов, тем больше на них усилие потока воды. Это снижает надежность работы распределительного механизма и его привода от коленчатого вала.
Наиболее близким аналогом является гидроэлектростанция, содержащая корпус, в котором образованы две камеры с впускными и выпускными отверстиями, поплавки, установленные в камерах, накопительный резервуар, коленчатый вал, шейки которого связаны шатунами с поплавками и маховик, закрепленный на коленчатом валу. Корпус расположен параллельно руслу реки или канала, разделенного продольной перегородкой на рабочую и отводную магистрали, снабженные заслонками для их перекрытия. Накопительный резервуар образован в рабочей магистрали, а отводная магистраль сообщена с обводной магистралью. Корпус размещен между рабочей и обводной магистралями, впускные и выпускные отверстия камер расположены с возможностью сообщения с рабочей и обводной магистралями и снабжены затворами, связанными тросовыми системами с электродвигателями для их подъема. Камеры снабжены поплавковыми и штанговыми включателями для открывания и закрывания соответствующих затворов, а электродвигатели электрической цепью связаны с электрогенератором, соединенным передачей с коленчатым валом. (Патент RU № 2631474, М. кл. F03B 17/06, 2017 г. Прототип).
Недостатками прототипа является то, что вода подается последовательно в каждую камеру в ограниченном объеме только одного корпуса, что не обеспечивает полноту использования большого объема потока воды реки или канала и значительное ее количество через перегородку переливается в отводную магистраль не совершая полезной работы. Повышение использования всего потока воды на полезную работу увеличением диаметра поплавков, резко снижает скорость их перемещения и число оборотов коленчатого вала, что уменьшает мощность гидросиловой установки. Другим недостатком является установка на впускных и выпускных отверстиях каждой камеры четырех электродвигателей для последовательного подъема каждого затвора, а также по два поплавковых и штанговых включателей, что не экономично. Кроме того, использование ручного привода подъема заслонок рабочей и отводной магистралей усложнило работу оператора при запуске гидроэлектростанции в работу.
Техническая задача изобретения состоит в повышении эффективности работы гидроэлектростанции путем обеспечения полноты использования энергии большого объема потока воды реки или канала, снижении себестоимости выработки электроэнергии, уменьшении количества электротехнического оборудования, упрощении конструкции и ее обслуживания.
Техническая задача и результат достигаются тем, что гидроэлектростанция, содержит корпус, в котором образованы две камеры с впускными и выпускными отверстиями, поплавки, установленные в камерах, накопительный резервуар, коленчатый вал, шейки которого связаны шатунами с поплавками и маховик, установленный на коленчатом валу. Корпус расположен параллельно руслу реки или канала, разделенного продольной перегородкой на рабочую и отводную магистрали, снабженные заслонками для их перекрытия. Накопительный резервуар образован в рабочей магистрали, а отводная магистраль сообщена с обводной магистралью. Корпус размещен между рабочей и обводной магистралями, впускные и выпускные отверстия камер расположены с возможностью сообщения с рабочей и обводной магистралями и снабжены затворами, связанными тросовыми системами с электродвигателями для их подъема. Камеры снабжены поплавковыми и штанговыми включателями для открывания и закрывания соответствующих затворов, а электродвигатели электрической цепью связаны с генератором электрического тока, соединенного передачей с коленчатым валом. Новым является то, что гидроэлектростанция оборудована второй обводной магистралью, сообщенной с отводной магистралью, а русло реки или канала разделено дополнительной продольной перегородкой с образованием второй рабочей магистралилью с накопительным резервуаром и заслонкой для ее перекрытия. Между второй рабочей и второй обводной магистралями параллельно руслу реки или канала, дополнительно сооружен второй корпус, в котором образованы две камеры с впускными и выпускными отверстиями, расположенными с возможностью сообщения указанными магистралями. Впускные и выпускные отверстия камер снабжены затворами, связанными тросовыми системами с электродвигателями для их подъема. Поплавки, установленные в камерах, связанные с шейками коленчатого вала с закрепленным на нем маховиком, поплавковые и штанговые включателями для открывания и закрывания соответствующих затворов. Шейки коленчатых валов в камерах каждого корпуса расположены в одной плоскости и направлены в одну сторону, а коленчатые валы в корпусах установлены шейками в противоположные стороны.
Указанные признаки необходимы и достаточны для осуществления изобретения и достижения технического результата.
Особенностями изобретениея также является то, что - каждая пара впускных и выпускных отверстий камер корпусов соединены тросовыми системами с индивидуальными электродвигателями, заслонки рабочих и отводной магистралей -с общим электродвигателем, а поплавковые и штанговые включатели установлены по одному соответственно в одной камере и на затворе выпускного отверстия этой камеры каждого корпуса, оба коленчатых вала соединены передачей с общим электрогенератором.
Эти признаки являются факультативными, так как создают дополнительны технический результат и могут быть заменены другими альтернативными решениями.
3. Причинно следственная связь новых признаков изобретения и достигаемого технического результата состоит в следующем: - оборудование гидроэлектростанции второй обводной магистралью и разделение русла реки или канала дополнительной продольной перегородкой для образованием второй рабочей магистрали с накопительным резервуаром, расположенной с противоположной стороны отводной магистрали, сообщенной со второй обводной магистралью, между которыми расположен дополнительно второй корпус, позволило обеспечить полноту использования большого объема потока воды реки или канала на выработку электроэнергии; расположение коленчатых валов в камерах каждого корпуса в одной плоскости с направлением их шеек в одну сторону, а установка их в каждом корпусе шейками в противоположные стороны, позволило одновременно открывать или закрывать оба впускные или выпускные отверстия камер одного корпуса для подачи потока воды одновременно в обе камеры и удаления из них, а также последовательно открывать впускные и закрывать выпускные отверстий камер другого корпуса для совершения полного оборота коленчатого вала за один цикл и за счет этого повысить полноту использования водного потока на полезную работу и увеличить эффективность работы гидроэлектростанции в четыре раза, что является принципиальной особенностью изобретения;
- соединение пар затворов впускных или выпускных отверстий камер тросовыми системами с индивидуальными электродвигателями, а заслонок на рабочих и отводной магистралях единым электродвигателем, и установка поплавковых и штанговых включателей по одному в одной камере и на затворе выпускного отверстия этой камеры каждого корпуса, позволило сократить количество средств управления подъемом и опусканием затворов и заслонок;
- соединение обоих коленчатых валов передачей с электрогенератором, позволило передавать на него суммарную мощность, вырабатываемую гидроэлектростанцией.
На фиг. 1 показана гидроэлектростанция, вид сверху, фиг. 2 - то же, разрез А-А на фиг. 1; фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, показан поплавковый включатель.
Гидроэлектростанция (фиг. 1) содержит два корпуса 1 и 2 установленные параллельно по обе стороны русла 3 реки или канала, разделенного продольными перегородками 4 на две рабочих 5 и, расположенную между ними, отводную магистраль 6. На их входе установлены заслонка 7 и 8, соединенные тросовой системой 9 с общим электродвигателем 10. В рабочих магистралях 5 образованы накопительные резервуары 11 и 12, примыкающие к внутренним продольным стенкам 13, а отводная магистраль 6 сообщена с двумя обводными магистралями 14, примыкающими к наружным продольным стенкам 15 корпусов 1 и 2. Каждый корпус 1 и 2 разделен поперечной стенкой 16 на две равного объема смежные камеры 17, снабженные впускными 18 и выпускными 19 отверстиями на корпусе 1, а также впускными 20 и выпускными 21 отверстиями на корпусе 2, снабженными затворами 22. Указанные отверстия расположены друг против друга с возможностью сообщения камер 17 с накопительными резервуарами 11 и 12 и обводными магистралями 14. В каждом корпусе 1 и 2 закреплены ролики 23 и установлены, опирающиеся на них боковыми стенками, поплавки 24, соединенные шатунами 25 с шейками 26 коленчатых валов 27, снабженных маховиками 28. Каждый коленчатый вал 27 в камерах 17 корпусов 1 и 2 расположен шейками 26 в одной плоскости и направлен в одну сторону, а в обоих корпусах коленчатые валы установлены указанными шейками в противоположные стороны. В результате такого расположения шеек 26, поплавки 24 в корпусе 1 находятся, например, в нижней, а в корпусе 2 в верхней «мертвой точке». На корпусе 1 установлены электродвигатели 31 и 32, соединенные тросовыми системами 33 с затворами 22 соответственно на впускных 8 и выпускных 19 отверстиях, а на корпусе 2 - электродвигатели 34 и 35, соединенный тросовыми системами 36 с затворами 22 соответственно на впускных 20 и выпускных 21 отверстиях. В одной из камер 17 каждого корпуса 1 и 2 установлен поплавковый включатель 37, выполненный в виде патрубка 38 (фиг. 3) с шаровым клапаном 39, а на затворах 22 выпускных отверстий 19 и 21 этих камер -штанговый включатель 40. Тросовая система 9 (фиг.1 и 2) выполнена в виде трех ручьевого шкива 41 на валу электродвигателя 10, двух обходных роликов 42, 43 и охватывающих их тросов 44 и 45, соединенных с заслонками 7 и тросом 46 - с заслонкой 8 для одновременного открывания рабочих 5 и закрывания отводной 6 магистралей. Тросовые системы 33 и 36 (фиг. 1) выполнены в виде двух ручьевых шкивов 47 на валах электродвигателей 31, 32, 34, 35 и обходных роликов 48, 49, которые охватывают тросы 50 и 51, соединенные с затворами 22 соответствующих впускных и выпускных отверстий. Передача 29 содержит, установленные на коленчатых валах 27 шкивы 52, соединенные приводными ремнями 53 со шкивом 54 электрогенератора 30.
Гидроэлектростанция работает следующим образом. В нерабочем положении гидроэлектростанции все впускные 18 и 20, а также выпускные 19 и 21 отверстия камер 17 корпусов 1 и 2, закрыты затворами 22. Рабочие 5 магистрали закрыты заслонками 7, а отводная магистраль 6 - открыта заслонкой 8 и поток воды из русла 3 прямотоком проходит мимо неработающей гидроэлектростанции.
Перед началом работы гидроэлектростанции оператор включает аккумулятором (не показан) электродвигатель 10. Тросовая система 9 (фиг. 1 и 2) тросами 44 и 45, закрепленными на двух ручьях трех ручьевого шкива 41 через обходные ролики 42 и 43 поднимает заслонки 7 рабочих магистралей 5, а тросом 46 (фиг. 2), закрепленном на третьем ручье этого шкива одновременно закрывает заслонкой 8 отводную магистраль 6 и указанный электродвигатель выключает. Поток воды по рабочим магистралям 5 поступает в накопительные резервуары 11 и 12 и полностью их наполняет, а излишки воды через продольные перегородки 4 переливаются в отводную магистраль 6.
После этого оператор аккумулятором (не показан) включает электродвигатель 31, двух ручьевый шкив 47, тросовая система 33 тросами 50 и 51, через обходные ролики 48 и 49, поднимает оба затвора 22 на впускных отверстиях 18 и вода из накопительного резервуара 11 быстро заполняет обе камеры 17 корпуса 1. Поплавки 24 всплывают, перемещаясь боковой поверхностью по роликам 23, закрепленным на корпусе 1, и шатуны 25, соединенные с шейками 26, расположенными в одной плоскости и направлении в обеих камерах 17 корпуса 1, поворачивают коленчатый вал 27 на 180 градусов. Маховик 28 переводит коленчатый вал 27 через верхнюю «мертвую точку», а поплавки 24 в камерах 17 корпуса 2 опускаются в нижнее положение. Шаровой клапан 39, поплавкового включателя 37 всплывает в заполненном водой патрубке 38, выключает электродвигатель 31 и включает электродвигатель 32, тросовые системы 33 затворами 22 мгновенно перекрывают впускные 18, а также открывают выпускные отверстия 19 и вода из камер 17 корпуса 1 удаляется. Штанговый включатель 40, установленный на затворе 22 выпускного отверстия 19 корпуса 1, включает электродвигатель 34, тросовая система 36 поднимает затворы 22 на впускных отверстиях 20 корпуса 2 и вода заполняет его камеры 17. Поплавки 24 всплывают в камерах 17 корпуса 2 и проворачивают шатунами 25 шейки 26 коленчатого вала 27 на 180 градусов, завершая полный его оборот. Второй поплавковый включатель 37 в камере 17 корпуса 2 аналогичным образом выключает электродвигатель 34 и включает электродвигатель 35, тросовые системы 36 мгновенно затворами 22 перекрывают впускные отверстия 20 и открывают выпускные отверстия 21. Вода из камер 17 корпуса 2 удаляется, а второй штанговый включатель 40, установленный на затворе 22 выпускного отверстия 21 корпуса 2 включает электродвигатель 31, который тросовой системой 33 поднимает затворы 22 на впускных отверстиях 18 корпуса 1. Цикл завершен и работа гидроэлектростанции далее происходит аналогичным образом в автоматическом режиме. Передача 29 шкивами 52 на коленчатых валов 27 и ремнями 53 вращает шкив 54 вала генератора 30, связанного электрической цепью с электродвигателями 31, 32, 34 и 35 малой мощности. Генератор 30 вырабатывает электроэнергию и ее незначительная часть, при отключенном аккумуляторе, подается для питания указанных электродвигателей при последовательном подъеме затворов 22.
В результате подачи воды одновременно в обе камеры одного корпуса и последовательно в камеры другого корпуса, увеличивается в четыре раза использование большого объема воды из реки или канала на полезную работу за один цикл работы и суммарная мощность заявленной гидроэлектростанции увеличивается в четыре раза по сравнению с прототипом, при относительно небольших дополнительных затрат на ее совершенствование.