ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
HYDRAULIC POWER PLANT

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано при производстве электроэнергии на малых реках.
Известна малая ГЭС с активной турбиной (RU 2305793, МПК F03B 13/00 2006.01, Е02В 9/00 2006.01). ГЭС предназначена для выработки электроэнергии, используя силу потока ручья или реки. ГЭС включает плотину водозабора, конус водозабора, напорный водовод, активную турбину (AT), генератор тока с приводом. Конус (К) водозабора выполнен только в горизонтальной плоскости, вход в донный водосброс и вход в К водовода располагаются в одной плоскости и над ними на гребне плотины водозабора установлено теплое помещение, стенка которого обращена в сторону водохранилища, располагается перед плотиной, и ее нижняя кромка заглублена на величину промерзания водохранилища. AT выполнена в виде диска с ковшами в виде улиток. Каждое сопло напорного водовода выполнено в виде К, связанного с задвижкой напорного водовода через промежуточное звено водовода. В качестве тормозной системы для стабилизации числа оборотов AT применен дополнительный генератор постоянного тока, вал которого связан с валом основного генератора (ОГ) и на обмотку возбуждения которого через диодный мост подается ток из трехфазной сети ОГ. Кроме того, в схеме управления обмоткой возбуждения ОГ применен реостат, управляемый центробежным толкателем, например системы Уатта, вал которого также связан с валом ОГ. Конструкция ГЭС обеспечивает увеличение мощности и постоянство частоты тока.
Указанный аналог имеет недостатки. В нем применена дорогостоящая конструкция, сложная в установке и в изготовлении, работающая только в фиксированном состоянии, не учитывающая уровня воды в водоеме. При ураганных ливнях, селевых потоках, обильном перемещении потоками воды бревен, досок, деревьев, кусков металла, камней и прочего он выходит из строя.
Наиболее близким решением к заявленному техническому решению является гидроэлектростанция, содержащая плавсредство, закрепленное тросами с опорами на берегу, турбину с прямыми лопастями, вал которой установлен в подшипниковых опорах, с возможностью вертикального перемещения, кинематически связанную с электрогенератором, и пускорегулирующее оборудование, при этом гидроэлектростанция содержит один ряд и более турбин, установленных на полых платформах параллельно, на валах турбин смонтированы звездочки, соединенные между собой цепями, при этом к плавсредству впереди жестко закреплена решетка в виде клина (DE 814879 А, 02.08.2951, F03B 17/06) - прототип.
Прототип имеет следующие недостатки:
- электрогенератор и приводные звездочки размещены внутри одного из двух полых, открытых сверху плавсредств. В этом случае отсутствуют защита плавсредств от попадания дождевой и речной воды и герметичность электрооборудования, что с высокой вероятностью приведет к коррозии оборудования, а возможно и к несчастным случаям;
- решетка для отвода мусора смонтирована в единой конструкции с платформами гидроэлектростанции, ее жесткое крепление к ним затрудняет беспрепятственное отведение проплывающего мусора и будет непременно приводить к его накоплению на ней, что существенно снизит напор и мощность потока воды, поступающего через нее к турбине. А в случае критического накопления крупного мусора на решетке может произойти и опрокидывание всей конструкции;
- прямой профиль и угол ввода кромок лопастей турбины затрудняют вход последних в воду, тем самым снижая КПД турбины.
Задачей предлагаемого технического решения является устранение недостатков, свойственных прототипу, а именно повышение кпд гидротурбины путем оптимизации входа ее лопастей в поток воды и усиления мощности потока, более эффективная работа фильтра по предотвращению накопления проплывающего мусора и отводу его в стороны от гидроэлектростанции, повышение безопасности работы и обслуживания гидроэлектростанции.
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в том, что гидроэлектростанция, представляющая собой плавсредство, закрепленное тросами с опорами на берегу, содержащее один ряд и более турбин, параллельно установленных на полых платформах, переходящих в острые грани по вертикали в носовой части, валы которых установлены в подшипниковых опорах с возможностью вертикального перемещения и кинематически связаны с электрогенератором и пускорегулирующим оборудованием, при этом на валах турбин смонтированы звездочки, соединенные между собой цепями, а перед плавсредством установлен фильтр в виде клина для отвода предметов (бревен, досок и т.п.), отличающаяся от прототипа тем, что лопасти турбин имеют серповидный профиль и закреплены к корпусам валов так, что их кромки образуют с зеркалом воды острый угол, полые платформы имеют в поперечном сечении трапецеидальную форму, переходящую в острые грани по вертикали в тыльной части, вертикальные стойки фильтра, установленного неподвижно на расстоянии от плавсредства, снабжены роликами с возможностью проворота, а электрогенератор и пускорегулирующее оборудование устанавливаются на берегу.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображена гидроэлектростанция, вид сверху;
на фиг.2 изображена гидроэлектростанция, вид сбоку;
на фиг.3 изображена гидроэлектростанция, вид спереди.
Гидроэлектростанция содержит плавсредство 1 (фиг.2), закрепленное тросами 2 с опорами на берегу 3, турбины 4 (фиг 1), валы 5 которых установлены в подшипниковых опорах 6 (фиг.2) и все они совместно имеют возможность вертикального перемещения за счет полых платформ 7(фиг.3), при изменении уровня воды. Плавсредство 1, кинематически связано с электрогенератором 8, который в свою очередь электрически связан с пускорегулирующим оборудованием 9. Турбины 4 снабжены лопастями 10 (фиг.2), имеющими серповидный профиль и закрепленными к корпусам 11 валов 5 так, что их кромки 12 образуют с зеркалом воды 13 острый угол (фиг.3). Турбины 4 установлены на полых платформах 7 параллельно, на расстоянии восстановления энергии потока воды, израсходованной на привод предыдущей турбины. На валах 5 турбин 4 смонтированы звездочки 14, соединенные между собой цепями 15, а полые платформы 7 имеют в поперечном сечении трапецеидальную форму, переходящие в носовой 16 и тыльной 17 частях в острые грани 18 по вертикали (фиг.1). Перед плавсредством 1 на расстоянии установлен отводящий крупные предметы неподвижный фильтр 19, в виде клина, вертикальные стойки которого 20 снабжены роликами с возможностью проворота с целью предотвращения скопления плывущего мусора на неподвижном фильтре 19. Приводная звездочка 14 турбины 4, посредством опор 21 и 22 и удлиняющихся карданов 23 и 24, соединяется с электрогенератором 8, соединенным электрически с пускорегулирующим оборудованием 9, который также соединен с потребителем 25.
Электростанция работает следующим образом. При монтаже гидроэлектростанции на реке выбирается удобное для ее установки место. Для сужения русла реки и защиты генератора и пускорегулирующего оборудования от паводков края берегов бетонируются (фиг.1). Далее на противоположных берегах устанавливаются бетонные опоры 3, для крепления плавсредства 1 с помощью тросов 2. Электрогенератор 8 и пускорегулирующее оборудование 9 устанавливаются на берегу и связываются с плавсредством 1 с помощью удлиняющихся карданов 23 и 24. В период ливней, ураганов, селевых потоков и т.д. неподвижный фильтр 19 в виде клина защищает гидроэлектростанцию от механических повреждений, так как крупные предметы он отводит в сторону путем проворота роликов, которыми снабжены его вертикальные стойки 20, и они проплывают мимо плавсредства 1. Потоки воды, попадающие в створ плавсредства 1, сужаются, ускоряются и, давя на лопасти 10 турбины 4, приводят последнюю во вращательное движение. При этом скорость потока воды теряется, однако через определенное время скорость потока воды опять восстанавливается и в этот момент потоки воды опять соприкасаются с лопастями турбин и приводят их во вращательное движение. Турбины 4 расположены на определенном расстоянии для того, чтобы вода успевала восстановить скорость потока. А лопасти 10 турбин 4 имеют серповидный профиль для более легкого вхождения в воду.
Поток воды 13, попадающий в зону между острыми кромками 18 и трапецеидальными полыми платформами 7 плавсредства 1, сжимается, повышается его уровень и увеличивается его скорость. Нижние половины всех турбин 4 находятся в потоке воды и под его давлением на образующие профили лопастей 10 начинают одновременно вращаться. Так как на валах 5 всех турбин 4 закреплены звездочки 14, а они в свою очередь соединены между собой цепями 15, сводный момент вращательного движения от турбин 4 передается через систему звездочек 14 и цепей 15, стоек 21 и 22 и удлиняющихся карданов 23 и 24 к электрогенератору 8, который механическую энергию превращает в электрическую и передает ее к потребителю 25 через пускорегулирующую аппаратуру 9.
При этом повышение или понижение уровня воды 13 не влияет на работу турбин 4, поскольку они посредством гибких тросов 2, опорных столбов 3 и полых платформ 7 находятся постоянно на одинаковом уровне погружения в потоках воды. Это позволяет вращаться турбинам 4 в среднем с одинаковой скоростью.
Крупные предметы, бревна, доски, куски арматуры, трубы и прочее, снесенные потоком воды, отводятся в сторону от плавсредства 1 фильтром 19.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет решить следующие задачи.
Лопасти 10 с серповидным профилем, закрепленные к корпусам 11 валов 5 так, что их кромки 12 образуют с зеркалом воды 13 острый угол (фиг.3), плавно и с меньшим усилием входят в воду, не вызывают толчков и увеличивают КПД гидроэлектростанции.
Трапецеидальная форма полых платформ 7, переходящая в острые грани 18 по вертикали в тыльной 17 части, позволяет значительно увеличить скорость потока воды путем сужения протока, увеличивая тем самым КПД, и устранить завихрения на выходе путем расширения потока воды, покидающего плавсредство 1 через острые грани 18 по вертикали в тыльной 17 части.
Вертикальные стойки 20 фильтра 19, установленного отдельно от плавсредства, снабженые роликами с возможностью проворота, позволяют беспрепятственно отводить любой проплывающий мусор по сторонам от плавсредства 1, не вызывая опрокидывания конструкции, защищая ее и турбины 4 от механических повреждений, что в свою очередь повышает надежность, ресурс работы механизмов и обеспечивает бесперебойную подачу электроэнергии.
Конструкция плавсредства 1 с турбинами в предложенном исполнении исключает необходимость строительства дорогостоящих сооружений для создания искусственных перепадов и систем водопроводов к турбинам.
За счет полного вынесения электрооборудования за пределы водного потока и отведения крупных предметов неподвижным фильтром 19 в виде клина, у которого вертикальные стойки 20 снабжены удлиненными роликами с возможностью проворота, предлагаемое техническое решение обеспечивает стабильность и безопасность электроснабжения.
Таким образом, поставленная техническая задача решается новыми признаками, предложенными нами.
Исполнение технического решения не представляет особой сложности, учитывая изложенное, все базовые узлы плавсредства будут изготавливаться на собственном производстве.