Гідроагрегат сифонного типу

Реферат: Гідроагрегат сифонного типу містить гідротурбінну установку, робоче колесо якої виконано з можливістю змінювати кут атаки лопатей в ручний спосіб або автоматично, а проточний тракт гідротурбінної установки складається з направляючого апарата, турбінної камери, початкового конуса, дифузорної відсмоктуючої труби, яка з'єднана з направляючим апаратом через поворотне коліно. Додатково гідроагрегат має асинхронний генератор та засоби зупинки гідроагрегату. Використано осьовий направляючий апарат з профільованими лопатками. Засобами зупинки гідроагрегату є повітряні клапани з електрогідравлічним приводом. UA 115462 U (54) ГІДРОАГРЕГАТ СИФОННОГО ТИПУ UA 115462 U UA 115462 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до малої гідроенергетики, зокрема до конструкцій для перетворення потенційної енергії рідини у електричну енергію і може бути використаний для виробництва електроенергії на об'єктах народного господарства. З рівня техніки відома сифонна турбіна [патент України № 71201, МПК F03B3/02, опубл. 15.11.2004, бюл. № 11, 2004 р.], що містить статор із вхідним центральним отвором, ротор у вигляді маточини та обода, між якими закріплені лопаті, вал та обтічник, з'єднані з маточиною, в якій додатково в статор введена відсмоктувальна труба з вакуумним пристроєм, а лопаті мають криловий профіль, верхня випукла поверхня якого та відсмоктувальна труба розташовані в зоні виходу потоку із ротора. Одним з недоліків даної турбіни є використання вакуумного пристрою для створення розрідження для підняття рівня води у відсмоктувальній трубі, так як на такий процес витрачається багато часу та електроенергії. З рівня техніки відомий гідроагрегат сифонного типу [Патент України № 15382, МПК F03B3/02, опубл. 15.06.2006, бюл. № 6, 2006 р.], що містить турбіну, генератор, відсмоктувальну трубу, в якому воду з водосховища подають у відсмоктувальну трубу за допомогою асинхронного двигуна, який в подальшому використовують як генератор. Асинхронний двигун в момент включення працює в режимі насоса, а після заповнення водяного тракту водою роботу агрегату автоматично переключають на турбінний режим, в якому асинхронний двигун працює як генератор. Для зупинки агрегату використовують електромагнітний повітряний клапан, який підводить повітря у сифон і розриває потік води. Але недоліком таких клапанів є велике споживання електроенергії при відкриванні клапана, оскільки для підтримки відкритого стану котушка електромагніта повинна знаходитися у включеному стані, що зменшує ефективність відомого агрегату. Дане технічне рішення вибране за прототип. Задачею запропонованої корисної моделі є підвищення енергетичних характеристик гідроагрегату сифонного типу, зменшення ваги та габаритів конструкції, надійність та екологічність конструкції. Поставлена задача вирішується тим, що запропонований гідроагрегат сифонного типу, що містить гідротурбінну установку, робоче колесо якої виконано з можливістю змінювати кут атаки лопатей в ручний спосіб або автоматично, а проточний тракт гідротурбінної установки складається з направляючого апарата, турбінної камери, початкового конуса, дифузорної відсмоктуючої труби, яка з'єднана з направляючим апаратом через поворотне коліно; асинхронний генератор та засоби зупинки гідроагрегату, в якому згідно з корисною моделлю, використано осьовий направляючий апарат з профільованими лопатками, засобами зупинки гідроагрегату є повітряні клапани з електрогідравлічним приводом, які розташовані в верхній частині дифузорної відсмоктуючої труби, крім того, гідротурбінна установка додатково забезпечена блочною рамною конструкцією. Крім цього, дифузорна відсмоктуюча труба має круглий поперечний переріз або поперечний переріз у вигляді чотирикутника з заокруглими кутами. Перевагою використання в запропонованому технічному рішенні електрогідравлічного приводу повітряного клапана, є те, що енергія необхідна для втримання повітряного клапана в замкненому положенні набагато менша порівняно з електромагнітним клапаном, який використаний в прототипі. Використання осьового направляючого апарата з профільованими лопатками, забезпечує краще формування потоку перед робочим колесом, створюючи при цьому менший опір потоку води, що значно покращує енергетичні характеристики гідротурбінної установки. Крім цього, зазначений направляючий апарат має меншу вагу, менші габарити, а також забезпечує завдяки направленому донизу вхідному отвору – глибший водозабір, що краще впливає на циркуляцію водних мас водойми. В запропонованому технічному рішенні використання рамної несучої конструкції гідротурбінної установки забезпечує необхідну жорсткість всієї конструкції та рамна конструкція буде нести на собі усі навантаження, і це дозволяє використовувати композитні матеріали у конструкції поворотного коліна труби, забезпечуючи легшу вагу та головне, на відміну від зварної або литої конструкції - довільну геометрію, що забезпечує кращі енергетичні характеристики гідротурбінної установки. Ще однією відмінністю запропонованого гідроагрегату є те, використовується дифузорна відсмоктуюча труба або круглого поперечного перерізу або переріз у вигляді чотирикутника з заокругленими кутами, що значно зменшує гідравлічний опір та підвищує енергетичні характеристики технічного рішення. Можливість автоматичної зміни куту атаки лопатей робочого колеса досягається за допомогою передбаченого в конструкції робочого колеса механізму, та зовнішньому 1 UA 115462 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 механічному або гідравлічному силовому приводу, та дозволяє ефективно використовувати енергію потоку в широкому діапазоні витрат, що особливо важливо на руслових гідроелектростанціях, без можливості накопичення води (без водосховища). Корисна модель пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 та Фіг. 2 схематично показано запропонований гідроагрегат, на Фіг. 3 – запропонований гідроагрегат (поперечний переріз), на Фіг. 4 – дифузорну відсмоктуючу трубу. Гідроагрегат сифонного типу містить (як показано на Фіг. 1-4) гідротурбінну установку 1, проточний тракт якої складається направляючого апарата 2, турбінної камери 3, початкового конуса 4, дифузорної відсмоктуючої труби 6, яка з'єднана з направляючим апаратом 2 через поворотне коліно 5; пасова передача та асинхронний генератор 7 та засоби зупинки гідроагрегату, а саме повітряні клапани 8 з електрогідравлічним приводом 9, які розташовані на дифузорній відсмоктуючій трубі 6. В запропонованому технічному рішенні використано осьовий направляючий апарат 2 з профільованими лопатками 10. Крім того, гідротурбінна установка 1 додатково забезпечена блочною рамною конструкцією 11. Дифузорна відсмоктуюча труба 6 (як показано на Фіг.4) має круглий поперечний переріз або поперечний переріз у вигляді чотирикутника з заокруглими кутами. В конструкції робочого колеса 15 гідротурбінної установки 1 може бути передбачена можливість зміни кута повороту лопатей 12 в ручний спосіб або автоматично (сезонна або при зміні режимів експлуатації). Гідроагрегат застосовується на перепадах води від 1м до 7,5 м при кількості витрат води від 0,4 до 5,5м/с з отриманням потужності від 5 до 200 кВт. Принцип роботи запропонованого гідроагрегату полягає в наступному. Проточний тракт гідротурбінної установки, що складається з: направляючого апарата 2, турбінної камери 3, початкового конуса 4, поворотного коліна 5 та відсмоктуючої дифузорної труби 6, по яких вода з верхнього б'єфу 13 водосховища потрапляє до нижнього б'єфу 14 за допомогою сифонного ефекту, що з'являється на перепаді рівнів води. Енергія води приводить в дію ротор турбіни. В турбінній камері 3, потік води вступає у взаємодію з лопатями 12 робочого колеса 15. Вектор руху води, що потрапляє на лопаті 12 робочого 15 колеса, формується у направляючому апараті 2. Момент сили, що виникає, обертає вал 16 із встановленим на ньому шківом 17 пасової передачі; пасова передача приводить в обертання шків на валу 16 генератора 7, що перетворює отриманий момент сили у електричну енергію. Запуск відбувається наступним чином: - асинхронний електрогенератор 7 комутується до електромережі 18, оскільки момент сили на валу генератора відсутній, електрогенератор стартує в режимі двигуна та через пасову передачу приводить в рух ротор турбіни; - робоче колесо 15, що знаходиться під водою з боку верхнього б'єфу 13, обертаючись піднімає воду, що заповнює об'єм проточного тракту; - із відходом разом з водою повітря з об'єму водопровідного тракту, з'являється сифонний ефект; - з ростом сифонного ефекту потужність установки в режимі "насоса" (споживання електричної енергії) зменшується до нуля. Починає рости потужність в режимі "турбіни" (генерація електричної енергії); - гідроагрегат виходить на номінальну (в залежності від поточного перепаду) потужність генерації електричної енергії. Зупинка гідроагрегату забезпечується припиненням дії сифонного ефекту, що відбувається за допомогою розгерметизації та заповнення повітрям проточного тракту. Розгерметизація відбувається за рахунок відкриття двох (резервування) клапанів 8, що надають доступ повітря з навколишнього середовища до проточного тракту. Оскільки у проточному тракті вода знаходиться під розрідженням, повітря що знаходиться під атмосферним тиском, заповнює проточний тракт, зупиняючи протік води. Генератор 7 від'єднується від мережі – ротор гідротурбіннії установки зупиняється. Повітряні клапани 8 лишаються відкритими. Запропонований агрегат передбачає режим з обертанням ротора в зворотному напрямку, що використовується для очищення вхідного тракту гідроагрегату від забруднень, таким чином збільшуючи автономність роботи гідроагрегату. Даний режим працює наступним чином: - після зупинки гідроагрегату, електрогенератор 7 в режим двигуна подає обертальний момент на ротор гідротурбінної установки у зворотному напрямку; - вир води зворотного напрямку, допомагає звільнити лопаті 12 робочого колеса 15 та лопаті 19 напрямляючого апарата 2 від сміття, що на них осіло. 2 UA 115462 U 5 10 Запропонований гідроагрегат сифонного типу може бути реалізований в умовах сучасного промислового виробництва. Всі механічні вузли і елементи конструкції запропонованого пристрою можуть бути виготовлені на машинобудівних підприємствах. Переваги запропонованого агрегату: - має високі енергетичні характеристики та високий ККД; - роботу в широкому діапазоні витрат, завдяки можливості автоматичного регулювання положення лопаток робочого колеса; - простота монтажу та надійність та конструкції; - можливість виробництва електроенергії екологічно чистими методами та без застосування невідновлюваних видів енергоносіїв; - має мінімальний вплив на гідроспоруди; - можливі місця використання: існуючі греблі без ГЕС, іригаційні канали, водогони та інше. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 1. Гідроагрегат сифонного типу, що містить: гідротурбінну установку, робоче колесо якої виконано з можливістю змінювати кут атаки лопатей в ручний спосіб або автоматично, а проточний тракт гідротурбінної установки складається з направляючого апарата, турбінної камери, початкового конуса, дифузорної відсмоктуючої труби, яка з'єднана з направляючим апаратом через поворотне коліно; асинхронний генератор та засоби зупинки гідроагрегату, який відрізняється тим, що використано осьовий направляючий апарат з профільованими лопатками, засобами зупинки гідроагрегату є повітряні клапани з електрогідравлічним приводом. 2. Гідроагрегат за п. 1, який відрізняється тим, що дифузорна відсмоктуюча труба має круглий поперечний переріз або поперечний переріз у вигляді чотирикутника з заокруглими кутами. 3 UA 115462 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4