Гідроелектростанція

Винахід належить до галузей: гідротехнічні споруди, гідромашинобудування, електромашинобудування і енергетика. Відома річкова берегова гідроелектростанція [патент RU 2020260, 1994р.], яка містить корпус, виконаний у вигляді бетонованого берега. В корпусі наполовину розміщена лопатева турбіна, укріплена до вертикальної осі, встановленої в фундаменті бетонного корпуса. Верхній кінець осі лопатевої турбіни встановлений в отвір в кронштейні, який перекривав порожнистий півциліндр розміщення лопатевої турбіни в бетонному корпусі. Кронштейн закріплений на бетонному корпусі. Вісь лопатевої турбіни муфтою з'єднана з генератором. Муфта і генератор розміщені над рівнем річки. Відомо, що визначальною умовою виробництва електроенергії електростанціями є генерування ними електричного змінного струму стандартних частот. Ротор генератора відомої річкової берегової гідроелектростанції з'єднаний з вертикальною віссю (валом) лопатевої турбіни за допомогою муфти, і тому він рівномірно обертається з кутовою швидкістю рівною кутовій швидкості обертання лопатевої турбіни. Лопатева турбіна відомої річкової берегової гідроелектростанції приводиться в рух відносно повільною течією річки і тому не забезпечує необхідну величину кутової швидкості рівномірного обертання ротора генератора для вироблення ним електричного змінного струму стандартних частот. А збільшення величини кутової швидкості рівномірного обертання ротора генератора відомої річкової берегової гідроелектростанції встановленням замість муфти багатоступеневого редуктора, за умови передачі ним ще великих зусиль, є утр удненим і поєднується з великою металоємністю виконання редуктора з великої кількості великогабаритних і масивних зубчати х коліс. Виробництво електроенергії відомою річковою береговою гідроелектростанцією, за умови генерування нею електричного змінного струму стандартних частот, за допомогою збільшення кутової частоти змінного струму збільшенням кількості пар полюсів на роторі генератора, буде також утрудненим тому, що кількість пар полюсів буде великою і для їх розміщення потрібний буде ротор генератора великого діаметра з великою масою. Отже, недоліком конструкції відомої річкової берегової гідроелектростанції є те, що зона не може забезпечити рівномірне обертання ротора генератора з достатньою швидкістю рівномірного обертання для генерування електричного змінного струму стандартних частот. З метою усунення цього недоліку пропонується цей винахід. В основу винаходу поставлено задачу, щоб гідротехнічна споруда, в якої відкритий зі сторони річки порожнистий півцилінцр встановленого на березі річки бетонного корпуса перекрито з'єднаною з бетонним корпусом платформою з наскрізним отвором співвісним з вертикальною віссю обертання наполовину розміщеної в гідротехнічній споруді лопатевої турбіни кінематично з’єднаної з розміщеним над рівнем річки генератором, при цьому платформа з’єднана з бетонним корпусом з можливістю вертикального переміщення а напрямних і містить укріплені до неї знизу симетрично наскрізного отвору платформи опорні шасі, концентрично в порожнистому півциліндрі бетонного корпуса гідротехнічна споруда містить корпус роторної камери, виконаний як відкритий зі сторони річки порожнистий півциліндр без кришки і днища з можливістю вертикального переміщення в напрямних, встановлений співвісно на одній вертикалі з наскрізним отвором платформи і з можливістю переміщення в напрямних за допомогою лебідок на кінцях корпуса роторної камери встановлені ворота, а піввісь лопатевої турбіни встановлена в наскрізний отвір платформи, лопатева турбіна є плаваючою завдяки лопатям, які виконані як поплавки, що жорстко і щільно укріплені до півосі лопатевої турбіни, а лопатева турбіна встановлена в корпусі роторної камери і розміщена в робочому поверхневому шарі потоку води річки і при цьому нижні кромки диска лопатевої турбіни встановлені на рівні нижніх кромок стінки корпуса роторної камери, а знизу на кінці лопаті лопатевої турбіни жорстко і щільно вертикально укріплено циліндричний поплавок півосі кривошипа, який шарнірно шатуном з’єднаний з повзуном кривошипно-повзунного механізму, повзун з'єднано з об’ємним гідроприводом, який з’єднаний валом з генератором, що забезпечує будівлю гідроелектростанції без перетину річки греблею і одержання крутячого момента для рівномірного обертання ротора генератора з достатньою швидкістю рівномірного обертання ротора генератора для генерування електричного змінного струму стандартних частот. В додаток до зазначених вище суттєви х достатніх ознак, що характеризують винахід і які забезпечують досягнення обох зазначених технічних результатів при використанні винаходу, є відмінні від прототипу суттєві ознаки, що характеризують винахід в окремих формах його виконання. Піввісь лопатевої турбіни містить два співвісних встановлених один в один порожнистих циліндра, з яких верхній циліндр жорстко і щільно укріплений до днища і кришки нижнього циліндра, а об’ємний гідропривід містить встановлений в річці поршневий насос двосторонньої дії, шток якого жорстко і щільно укріплений до повзуна кривошипно-повзунного механізму, напірний трубопровід якого з’єднаний з розміщеною над рівнем річки ковшовою турбіною, яка залом з'єднана з генератором і зворотним трубопроводом з’єднана з річкою, а шатун і повзун кривошипно-повзунного механізму і шток і поршень поршневого насоса двосторонньої дії плавають повністю зануреними у воді, закріплені тросами до встановлених в річці поплавків корпус повзуна кривошипно-повзунного механізму і корпус поршневого насоса двосторонньої дії встановлені у річці на забетонованих у дно річки вертикальних напрямних, глибина занурення поздовжніх центральних горизонтальних осей цих корпусів рівна, а повзун встановлено в горизонтальних напрямних паралелях, укріплених в корпусі повзуна кривошипно-повзунного механізму. Корпус роторної камери утримується у воді тросами закріпленими до поплавків, які розміщені в порожнистому півциліндрі бетонного корпуса, горизонтальні напрямні з кінцевими шасі корпуса роторної камери встановлені у вертикальні швелерні напрямні, укріплені в бетонному корпусі. Будівля гідроелектростанції винаходу без перетину річки греблею і виробництво нею електричного змінного струму стандартних часто т забезпечується базовими елементами конструкції винаходу - плаваючою лопатевою турбіною і обумовленим нею кінематичним зв’язком з генератором через кривошипно-повзунний механізм і об’ємний гідропривід із функціонально з'єднаних поршневого насоса двосторонньої дії і ковшової турбіни. Вага лопатевої турбіни винаходу менша архімедової сили і тому вона перебував у надводному стані в найбільш швидкісному поверхневому шарі потока води. Плавучість лопатей плавучої лопатевої турбіни забезпечує їм повну взаємодію з гідростатичною силою потоку води річки. Крім того, лопаті знаходяться під тиском течії річки. В наполовину розміщеній і встановленій в корпусі роторної камери гідротехнічної споруди плаваючій лопатевій турбіні лопаті жорстко укріплені до вертикальної півосі, яка не передає крутячого моменту і яка встановлена в наскрізному отворі платформи своїм тільки одним верхнім кінцем. Така конструкція лопатевої турбіни з такими технічними елементами, як плавучість і опирання одним верхнім кінцем півосі, забезпечила їй можливість використання її як кривошипа кривошипно-повзунного механізму, який приводиться в рух течією річки. Створені за допомогою плаваючої лопатевої турбіни гідроенергією річки зусилля і рух передаються кривошипно-повзунним механізмом в об’ємний гідропривід для створення швидкісного потока води і за його допомогою швидкісного обертового руху. Фіг.1. Гідроелектростанція, загальний вид; Фіг.2. Вид А на Фіг.1.; Фіг.3. Вид Б на Фіг.1.; Фіг.4. Розріз по В-В на Фіг.2. Відповідно до винаходу на березі річки 1 встановлено бетонний корпус 2 гідротехнічної споруди гідроелектростанції. Порожнистий півциліндр бетонного корпуса 2 відкритий зі сторони річки 1 і його перекрито платформою 3 з наскрізним отвором, який співвісний з вертикальною віссю обертання лопатевої турбіни 4. Платформа 3 з’єднана з бетонним корпусом 2 за допомогою напрягших 5, які встановлені в швелерні напрямні 6 бетонного корпуса 2. Знизу до платформи 3 симетрично до її наскрізного отбора укріплені опорні шасі 7, якими вона опирається на лопатеву турбіну 4. Концентрично в порожнистому півциліндрі бетонного корпуса 2 встановлено корпус 3 роторної камери співвісво на одній вертикалі з наскрізним отвором платформи 3. Корпус 8 роторної камери виконаний як відкритий зі сторони річки 1 порожнистий півциліндр без кришки і днища. Корпус 3 роторної камери утримується у воді тросами 9 закріпленими до поплавків 10, які розміщені в порожнистому півциліндрі бетонного корпуса 2. Корпус 6 роторної камери своїми горизонтальними з кінцевими шасі напрямними 11 встановлений в вертикальні швелерні напрямні 12, укріплені в бетонному корпусі 2. На кінцях корпуса 8 роторної камери в напрямних 13 вставлені ворота 14. Ворота 14 переміщаються з допомогою лебідок 15. Лопатева турбіна 4 наполовину розміщена в корпусі 8 роторної камери і встановлена своєю піввіссю 16 в наскрізний отвір платформи 3. Піввісь 16 лопатевої турбіни 4 виконана з двох співвісних вставлених один в один порожнистих циліндра, з яких верхній циліндр 17 жорстко і щільно укріплено до днища і кришки нижнього циліндра 18. Лопаті лопатевої турбіни 4, виконані як поплавки, жорстко і щільно укріплені до бокової стінки нижнього циліндра 18 півосі 16. Лопатева турбіна 4 розміщена в робочому поверхневому шарі потоку води річки 1 і при цьому нижні кромки диска лопатевої турбіни 4 встановлені на рівні нижніх кромок стінки корпуса 8 роторної камери. Знизу на кінці лопаті лопатевої турбіни 4 жорстко і щільно вертикально укріплено циліндричний поплавок півосі 19 кривошипа кривошипно-повзунного механізму. Кривошипом є лопатева турбіна 4. Лопатева турбіна 4 шарнірно за допомогою півосі 19 з’єднана а шатуном 20 кривошипноповзунного механізму, який шарнірно з’єднаний з повзуном 21. Повзун 21 встановлений в горизонтальних напрямних паралелях 22 укріплених з корпусі 23. Корпус 23 коробчатого типу без кришки і торцевих стінок. Повзун 21 жорстко укріплений до штока 24 поршневого насоса 25 двосторонньої дії. Шатун 20 і повзун 21 і шток 24 і поршень 26 виконані як індиферентні поплавки, які плавають повністю зануреними у воді. Корпус 23 повзуна 21 і корпус поршневого насоса 25 двосторонньої дії встановлені в річці 1 на забетонованих у дно річки 1 вертикальних напрямних 27 і глибина рівня розміщення їх поздовжніх центральних горизонтальних осей рівна. Корпус 23 повзуна 21 і корпус поршневого насоса 25 двосторонньої дії утримуються у воді відповідно тросами 28 і 29 закріпленими до відповідних поплавків 30 і 31. Поршневий насос 25 двосторонньої дії напірним трубопроводом 32 з'єднаний з ковшовою турбіною 33. Ковшова турбіна 33 для забезпечення своєї роботи з'єднана зворотнім трубопроводом 34 з річкою 1. Розміщені над рівнем річки 1 ковшова турбіна 33 і генератор 35 з’єднані валом 36. Гідроелектростанція діє таким чином. В початковій момент ворота 14 корпуса 8 роторної камери відкриті і вода течії річки 1 обтікає обидві половини лопатевої турбіни 4 і утримує її від обертання. Для роботи гідроелектростанції в корпусі 8 роторної камери за допомогою лебідок 15 переміщаючи в напрямних 13 закривають ворота 14, чим перекривають потік води до тієї половини лопатевої турбіни 4, яка розміщена в корпусі 8 роторної камери. Після чого течія річки 1 обтікає тільки одну відкриту половину лопатевої турбіни 4 і, тиснучи на її лопаті, обертає її. Рух від лопатевої турбіни 4 передається через шатун 20 і повзун 21 кривошипно-повзунного механізму на шток 24 поршневого насоса 25 двосторонньої дії. Поршневий насос 25 двосторонньої дії, в якому за допомогою штока 24 поршень 26 рухається зі швидкістю течії річки 1, здійснює подачу води в напірний трубопровід 32 безперервно при русі поршня 26 в прямому і зворотному напрямах. Від поршневого насоса 25 двосторонньої дії вода подасться по напірному трубопроводу 32 в напрямний апарат з конічною насадкою ковшової турбіни 33 і приводить її в рух. Необхідної швидкості рівномірного обертання рух від ковшової турбіни 33 передається через вал 36 до генератора 35, який генерує електричний змінний струм стандартних частот. Пристосування гідроелектростанції до зміни рівня води річки 1 забезпечується автоматично зміною рівня самою плаваючою лопатевою турбіною 4, а також тим, що корпус 8 роторної камери і корпус 23 повзуна 21 кривошипно-повзунного механізму і корпус поршневого насоса 25 двосторонньої дії займуть за допомогою відповідних поплавків 10, 30 і 31 відповідний рівень води річки 1. Використання гідроелектростанції винаходу звільняє річки від гребель, що усуває зникнення під водою великих площ землі, порушення гідрології річок і екологічного стану довкілля.