Гидрокомплекс капсульный
CAPSULE HYDROCOMPLEX

Изобретение относится к области техники преобразования кинетической энергии водного потока в электричество потребительского уровня и подъем воды из водного потока для автономных потребителей.
Аналогом является устройством RU 2619966 С2, 22.05.2017
Конструктивно это капсульный гидрогенератор мощностью 1 квт для автономного потребителя.
Кинематика аналога состоит из гидротурбины на горизонтальном валу, двухступенчатой зубчатой ускоряющей передачи привода вала электрогенератора.
Гидротурбина состоит из внешнего цилиндрического кольца с внутренними лопатками и определяет поперечный габарит устройства.
Аналог размещен в обтекаемом корпусе, который снабжен двумя вертикальными стойками для закрепления устройства в ложе водного потока. Действует аналог при закреплении устройства стойками в ложе водного потока с погружением гидротурбины в водный поток. Вращение гидротурбины передается кинематической частью электрогенератору, который генерирует электричество автономным потребителям: рыбакам-охотникам.
Недостатки аналога:
- нет подачи воды потребителю,
- гидротурбина явно низкого КПД.
- только летний сезон эксплуатации
Вторым аналогом является капсульный гидрогенератор промышленного применения, см. БСЭ-3, т. II, с. 366; Электротехнический справочник. МЭИ М-Энергоиздат 1981, т.2, с. 228, рис 19-83,
Конструктивно это синхронный генератор с горизонтальным валом, на котором смонтирован ротор и пропеллерная гидротурбина. Генераторная часть устройства снабжена герметичной, обтекаемой капсулой с обтекаемыми опорами, которыми устройство крепится к водоводу в теле, плотины гидроэлектростанции. Через опоры проходят кабели силовые и кабели управления гидрогенератором.
В справочнике МЭИ представлены все основные параметры аналога: конструктивные, энергетические, коммерческие. Энергетическая мощность -это мгвт, масса тонны. КПД 0,95-0,98.
Второй аналог действует под напорам быстрого потока воды создаваемого водоводом в плотине гидроэлектростанции. Экономически и экологически гидроэлектростанции высокоэффективны.
В низконапорных гидроэлектростанциях, с напором 10-20 м, капсульные гидроагрегаты используют не только как генераторы электричества, но и как гидроаккумуляторы для обратного возврата воды в водохранилище, разумеется, по экономической ситуации.
Недостаток второго аналога в том, что он либо генерирует электричество, либо поднимает воду в водохранище, но никогда нельзя подавать воду потребителю непосредственно.
Второй недостаток второго аналога в весьма сложной процедуре технического обслуживания его в теле водовода плотины.
Прототипом предполагаемого изобретения является устройство по патенту RU 2709234 С2, 17.12.2019.
Этот гидрокомплекс состоит из пирамидального водовода, плавно переводящего в цилиндр с пропеллерной гидротурбиной, на горизонтальном валу которой смонтирована турбина центробежного насоса в обтекаемом корпусе с конической зубчатой передачей на вертикальный вал привода генератора, который смонтирован над водным потоком.
Сам прототип смонтирован на вертикальных стойках с бетонными основаниями в ложе водного потока. Конструкция водовода монолитна и снабжала продольными пластинами стабилизации: водного потока от завихрений, при необходимости устройство может быть поднято над водным потоком предусмотренными воротами.
Действует прототип под напором ускоренного в водоводе потока воды в цилиндре на пропеллерную гидротурбину, вращение вала которой приводит в действие центробежный насос и вода из него по отводящей трубе подается потребителю. Через ускоряющую зубчатую передачу, за центробежным насосом, вращение горизонтального вала передается вертикальным валом и второй конический, тоже, ускоряющей передачей ротору электрогенератора, в котором генерируется электричество потребителю.
При всех достоинствах прототипу присущи недостатки:
- пригоден к действию только в летний сезон.
- при первом ледоходе его снесет и утопит ледяной массой.
- Ледорезы трудоемки и требуют заблаговременного строительства.
А зимой подо льдом вода течет устойчиво и заманчиво...
Изобретение направлено на создание автономного устройства для генерации стандартного электричества мощностью 100 квт и поднимающее воду из водного потока на высоту 5-10 м производительностью 5-10 м3/час и способного действовать круглый год независимо от сезона года.
Технический результат решается в гидрокомплексе капсульном, состоящем из водовода, пропеллерной гидротурбины, центробежного насоса, гидрогенератора и опор с бетонными фундаментами в ложе водного потока, снаружи устройство снабжено гидростабилизирующими пластинами, согласно изобретению, водоводу придана форма четырехгранной пирамиды со скругленными ребрами и входом в форме прямоугольника с выпуклыми сторонами и гранями по горизонтали и прямыми вертикальными сторонами и гранями, с выходом водовода, плавно переходящим в круглый цилиндр для монтажа пропеллерной гидротурбины, гидрогенератор смонтирован в капсуле обтекаемой формы, жестко смонтированной с цилиндром водовода, гидротурбина, центробежный насос и гидрогенератор смонтированы на едином валу соосно с осью симметрии всего устройства, стык четырехгранной пирамиды водовода с цилиндром пропеллерной гидротурбины выполнен разборным на болтах, корпус центробежного насоса смонтирован в передней части капсулы, обращенной навстречу отработанному водному потоку воды в цилиндре водовода.
В качестве примера предполагаемое изобретение представлено на чертежах.
На фиг 1 изображен главный вид сверху.
На фиг 2 изображен вид спереди.
Устройство состоит из убывающего сечения водовода 1, состыкованного с цилиндром 2, в котором смонтирована пропеллерная гидротурбина 3, на горизонтальном валу 13 которой смонтирован центробежный насос 5 и ротор 18 гидрогенератора 6. Гидрогенератор 6 смонтирован в герметичной обтекаемой капсуле 4. Корпус центробежного насоса 5 смонтирован в передней части капсулы 4, обращенной навстречу отработанному водному потоку воды. Общий вал 13 совмещен с осью симметрии устройства и по торцам снабжен радиально-упорными подшипниками 19. Цилиндр 2 и капсула 4 смонтированы совместно жестко. Водовод 1 и цилиндр 2 состыкованы разборно по периметру болтами 16.
Вид устройства спереди на фиг. 2 показывает входной периметр водовода, который по горизонтали образован двумя дугами окружности с центрами, отстоящими от осевой линии устройства. По вертикали входной периметр водовода образован прямыми линиями. В целом периметр - это выпуклая осесимметричная фигура, вытянутая по горизонтали и сплющенная по вертикали. Так надо, потому что реки традиционно по глубине гораздо меньше своей ширины между берегами, а гидротурбине нужен мощный поток воды. При исходной скорости 1 м/сек через водоводный цилиндр нужно пропускать 10 м3/сек, чтобы гидротурбина развивала в гидрогенераторе 100 КВТ.
Применение выпуклой формы водовода при ограниченной толщине стенок обеспечит необходимую прочность водоводу, как это делает курица со своими яйцами… Для обеспечения жесткости водовода применены вертикальные стойки 9 и одна горизонталь 10. Снаружи водовод 1 усилен стабилизирующими пластинами 11.
Устройство монтируется на бетонных опорах 7 равномерно распределенных по профилю устройства на фиг 1 так, что устройство остается свободным между уровнем зимнего ледового покрова 8 и дном водного потока 12. При этом обеспечивается спокойное ламинарное течение водного потока, чтобы не вымывался, не выносился грунт из-под устройства.
Центробежный насос 5 заимствован из прототипа, его размеры и производительность увеличены многократно.
Гидрогенератор 6 для предлагаемого изобретения может быть типовым устройством общего назначения, потому что гидрогенераторы обычно уникальны, индивидуальны... В справочнике МЭИ М-Энергоиздат 1981, т. 2, с. 231-233, рис 19-87, Его мощность 94 ква, напряжение 0,4 кв, кпд 089. Его возбудитель можно перенести на общий вал гидрокомплекса.
Действует устройство следующим образом.
Набегающий водный поток 15 втекает во входное основание водовода и ускоряется по мере уменьшения сечения водовода. Максимум скорости приходится на стык водовода 1 с цилиндром 2. Пропеллерная гидротурбина 3 под напором максимально ускоренного водного потока вращается с заданной частотой вращения, и обеспечивает расчетную частоту вращения центробежного насоса 5, который захватывает отработанную воду из цилиндра 2 подавая ее под давлением в отводящую трубу 17.
Вращение пропеллерной гидротурбины через вал 13 передается ротору 18, который под совместным действием возбудителя 14 генерирует номинальное напряжение 0,4 кв для потребителя.
Капсульный гидрогенератор и устройство в целом будут изготовлены из качественных материалов по современной совершенной технологии, что обеспечит устойчивую работу изобретению установленный срок, например, 1 год. По истечении установленного срока устройство демонтируется для гарантийного технического обслуживания в цеховых условиях.
Достоинства предполагаемого изобретения:
- устойчивая работа круглый год, независимо от сезона года,
- предусмотренное периодическое техническое обслуживание удобно и целесообразно для комплектации гидроэлектростанции по патенту RU 2653401 С2.
- гарантированная защита от несанкционированных проникновений.