Гравітаційна електрична станція

Гравітаційна електрична станція, що містить три частини: клавішно-поршневий водопідйомник, 3 13691 4 кріпиться кріпленням 22 на зовнішньому кільці 18. ню l1 буде: і=h:l1. Гребінь 4 допоміжної клавіші теж Привід обертання витискного ротору складається з нерівнобічна трапеція, висота підйому h1 її дорівелектричного двигуна 23 з насадженим на вал нює висоті підйому h гребня 3-h1=h. Направлення шківом 24. обертання витискного ротора по дорозі перекочуВедучий шків 24 і ведений шків 21 сполучені вання 12 повинно бути таким, щоб котки 15 наїжременем 25. Приводом обертання витискного роджали від вільного кінця основної клавіші. Основні тора може бути люба механічна передача, але (витискні) клавіші розміщуються так, як сторони перевагу має зубчата передача. правильного багатокутника, мінімум, шестикутниГідротурбінна частина (Фіг.4, 5) складається з ка, вершинами сторін якого є нерухомі осі 5 (Фіг.3). гідравлічної турбіни, яка має ротор, що обертаєтьТаким чином довжина 6ОК дорівнює радіусу R0 кося на валу 43, кожуха турбіни 44, трубопроводу 45 ла описаного через ці точки. Клавішно-роторний подачі води під тиском на турбіну, на якому устапривод поршневого нагнітача може мати і більшу новлюється дросельний клапан 46, перепускний кількість клавіш, але вони повинні бути сторонами трубопровід 47 з клапаном 48. Водозбірна ємність правильного багатокутника і мати парне число - 6, 31 перед пуском в роботу КПВ заповнюється во12, 18 і т.д., тобто відповідати арифметичній продою відкриттям засувки 40 з трубопроводу 39. гресії першим членом прогресії 6 і різницею проЕлектрична частина складається (Фіг.4, 5) з гресії 6. Радіус кола описаного по кутам багатокутелектричного генератора 50, який муфтою 49 з'єдника буде: R0 - радіус шестикутника, радіус 12 нується з валом 43 гідротурбіни, а також з електкутника R1=2R0, тобто відповідає арифметичній ричного обладнання прийому електричного струму прогресії з першим членом прогресії 1 R0 і різнивід генератора і подачі його споживачам. цею прогресії 1R0 дороги перекочування витисного Клавішний привід поршневих насосів (Фіг.1, 2) ротору горизонтальна і має кільцеву форму, r1 і r, складається з балки 1, гребня 3, плеча контргруза останньої повинні бути такими (Фіг.3), щоб рельси 6, нерухомої осі 5 основної (витискної) клавіші та цієї дороги не перетинали ні основних, ні допоміжбалки 2, гребня 4, не рухомої осі 11, допоміжної них клавіш. Витисний ротор завжди має в полови(підйомної) клавіші. Плече контгруза 6 основної ну менше число котків, чим число клавіш і, відпоклавіші та балка 2 допоміжної клавіші з'єднані рувідно, циліндрів поршневого нагнітача. Ці хомою віссю 26. До балки 1 основної клавіші знизу поршневі нагнітачі одинарної дії, тому через 1 цикріпиться вилка 7 до якої шарнірно закріплюється ліндр проходить одночасно один і той же хід поршатун 8 з поршнем 9, що може рухатися вверх і шня - вверх або вниз. Витиск ний ротор, обертаювниз в циліндрі 10 поршневого насоса. Подача чись по дорозі перекочування 12 котками 15 води в циліндр 10 відбувається з трубопроводу 29 наїжджає на гребінь 3 основної клавіші від вільновідкриттям всмоктуючого клапана 27. Витискуванго кінця останньої і при цьому вдавлює її і заставня води з циліндра 10 відбувається через клапан ляє повертатися балку 1 вниз на нерухомій осі 5 і 28 в трубопровід 30. звершується вниз хід поршня 9 в циліндрі 10, так По довжині основна (витискна) клавіша точкою як шатун 8 закріплений шарнірне з вилкою 7 на кріплення вилки 7 ділиться на дві частини: робочу балці 1 основної клавіші, то і переміщується разом l, до якої зверху кріпиться гребінь 3 і плече витисз балкою 1. Одночасно від плеча контрваги 6 ракування l2, що починається від нерухомої осі 5 до зом з ним переміщується вверх і зв'язана рухомою точки кріплення вилки 7. Загальна довжина основвіссю 26 балка 2 з гребнем 4 допоміжної клавіші. ної клавіші lок таким чином рівняється сумі: l1+l2=lок. По досягненні котком 15 кінця гребня 3, це буде Допоміжна (підйомна) клавіша точкою кріплення над кріпленням вилки 7 (Фіг.1) коток 15 перекочурухомої осі 26 ділиться на дві частини: робочу l3 до ючись дальше наїжджає на гребінь 4 і вдавлюючи якої кріпиться зверху гребінь 4 і плече l4, тобто його повертає допоміжну клавішу (балка 2) вниз на загальна довжина допоміжної клавіші: lок=l3+l4. нерухомій осі 11 і з'єднане рухомою віссю 26 плеlок умовно ділиться на 4 рівні частини: l2=1/4lок, че контрваги 6 основної клавіші (Фіг.2). Повертаюl1=3/4lок. Плече контгруза 6 основної клавіші по чись вниз, плече контрваги 6 через нерухому вісь довжині дорівнює довжині l4 допоміжної клавіші. 5 повертає балку 1 основної клавіші вверх і разом Загальна довжина допоміжної клавіші lдк умовно з балкою 1 піднімається гребінь 3, вилка 7 і шатун ділиться на 3 рівні частини: l3=2/3lок, l4=1/3lдк. Дов8 разом з поршнем 9 в циліндрі 10. Клавіша являє жина l4 рівна довжині плеча контгруза 6. собою важіль 2-го роду і наведена вище пропорція Робоча частина допоміжної клавіші l3, на якій розмірів останньої являється оптимальною, тому зверху кріпиться гребінь 4 своїм вільним кінцем що гарантує максимально задовільні умови виковходить між балки плеча контргру за 6 і плеча l2 нання зворотнопоступального руху поршня в циосновної клавіші, тобто остання має дві штуки баліндрі. лок 1, які кріпляться на двох нерухомих осях 5 і Для виконання ходу витискування робочої різ'єднані між собою тільки на тій частині l1 де крідини з циліндра потрібне стабільно максимальне питься гребінь 3. Гребінь 3 кінчається над вилкою зусилля на поршень з початку ходу і до його кінця. 7 і має тут максимальний підйом h, який дорівнює На Фіг.1 видно, що коли коток 15 витискного ротовеличині ходу поршня 9 в циліндрі 10. Профіль ру наїжджатиме на гребінь 3 основної клавіші (багребня 3 подібний не рівнобічній трапеції, основою лка 1), то спочатку, згідно з законом важеля на якої є балка 1 на l1 верхня частина гребня 3 полога шатун 8 і поршень 9 діє зусилля в 4-ри рази більна 2/3l1 від вільного кінця клавіші, а на 1/3 цієї клаше (4:1) чим сила тяжіння маси котка 15. Потім віші верхній профіль паралельний профілю балки коли перекочуючись дальше, вдавлюючи при цьо1 до кінця гребня 3, тобто до точки 7 і піднятий над му гребінь 3 вниз, це зусилля зменшується і досябалкою на висоту h. Підйом гребня 3 по відношенгає мінімального значення (1:1) тільки над точкою 5 13691 6 кріплення вилки 7. Зусилля для підйому , балки 1 з гун, повинна бути сконструйована так, щоб при гребнем 3, вилкою 7 і шатуна 8 поршня 9 в циліндвизначених оборотах його валу, він міг розвивати рі 10 вверх буде достатньо, так як коток 15 перелюбу потужність - від гранично малої до повної. кочуючись над гребнем 4 балки 2 до точки кріпЯкщо навантаження двигуна зменшиться то, як лення рухомої осі 26 це зусилля буде спочатку 3:1 правило, повинна бути зменшена і розвиваємо і тільки над віссю 26 буде мінімальне, тобто 1:1. ним потужність - в противному разі число оборотів Зусилля для виконання ходу поршня вверх - такта його валу почне збільшуватися, що, звичайно, не всасування - взагалі потрібна набагато менше, припустимо по відношенню до машин, що ним чим для такту витискування і хоча перекочуючись приводяться. дальше уже за нерухомою віссю 5 коток 15 буде При збільшенні навантаження, число оборотів одночасно вдавлювати гребінь 4 на балці 2 цього двигуна не повинно зменшуватися, тобто потужциліндра і гребінь 3 на балці 1 наступного циліндність, що ним розвивається повинна збільшитися. ра, але тільки на довжині гребня 3-, де буде переВ гідротурбіні це досягається зміною площі отворів даватися на поршень цього циліндра зусилля, як направляючого пристрою - дросельного клапана мінімум 2,5-3:1 - тобто сили тяжіння котка 15 буде 46, який приводиться в дію від автоматичного редостатньо для цього. Швидкість обертання витискгулятора оборотів валу турбіни. Так як немає можного ротору повинна бути такою, щоб коток 15 ливості регулювати об'єм води, що подається з останнього проходив відстань довжини балки 1 КПВ, то для пропуска лишнього об’єму води при основної клавіші Іок за одну секунду часу. Таким зниженні навантаження на вал гідротурбіни - почином час опускання поршня 9 вниз в циліндрі 10 винна бути передбачена перепускна засувка 48 на (такт витискування) дорівнюватиме 0,75 секунди, а трубопроводі 47, через яку частина води, в цьому час підйому поршня вверх в циліндрі 10 (такт всавипадку, складається в водозбірну ємність 31. Засування) буде 1,25 секунди, тобто буде час для сувна 48 і дросельний клапан 46 між собою зв'язаможливості максимального відкриття всасуючого ні так, що при закритті засувки 48 одночасно відкклапана поршневого нагнітача. ривається дросельний клапан 46 на таку саму Пуск ГраЕС починається з пуска в роботу клавеличину і навпаки. Вода, що пройшла через гідвішно-поршневого водопідйомника - КПВ. ротурбіну зливається в водозбірну ємність 31 відПуск КПВ починається з розкрутки витискного тіля КПВ подається знов же на гідротурбіну. Розкротора до необхідного числа оборотів, тобто досярутка витискного ротору КПВ до необхідних гнення такої швидкості обертання, щоб котки витиоборотів та заливання водою трубопроводів 29, 30 скного ротора проходили за 1 секунду часу всю і колектора 32 виконується за рахунок подачі елекдовжину lок основних клавіш. До початку розкрути троенергії на електродвигун 23 клавішновитискного ротора водозбірна ємність 31 (Фіг.5). роторного приводу від стороннього джерела, а заповнюється водою до необхідного рівня і об'єм після включення в роботу гідроагрегата ГраЕС води в ній був би трохи більшим об'єме води, якою електроенергія для обертання витискного ротору буде заповнена вся гідравлічна система КПВ КПВ подається від нього і відключається стороннє трубопроводи 29, 30, натискного колектора 32, і джерело електроструму. відкривається повністю пускова засувка 36 і ремоГраЕС можливо використати, при необхідноснтні засувки 35 на трубопроводах 30 і 29. З перших ті, для подачі споживачам води під тиском, наприобертів витискного ротору включаються в роботу клад, для зрошування полів в сільському госпопоршневі насоси і зразу заповнюються трубопродарстві та інше. В такому разі відкривається води 29 і 30, а потім і напірний колектор 32, але не засувка 51 на трубопроводі 52, а вода в ємність 31 вище рівня установки пускової засувки 36, яка в подається з трубопровода 39 безперервно. На цей момент повинна бути відкрита повністю і вода гідротурбіну подається частина води під тиском з з колектора 32 буде переливатися в водозбірну колектора 32 в об'ємі необхідному тільки для виємність 31. робництва електроенергії для власних потреб По досягненню необхідного числа оборотів виГраЕС - обертання витискного ротора КПВ та інше. тискного ротору закривають пускову засувку 36 і Перелік фігур креслення. водою заповнюється об'єм натискного колектора На Фіг.1 і 2 показано схему (вид збоку) взаємо (повітряного ковпака) 32 трубопровод 47 і 45 повірозміщення частин клавішного приводу поршневотряний клапан 34 повинен бути закритим. По досяго нагнітача і котка витискного ротора при викогненню в колекторі 32 необхідного тиску води, понанні поршнем ходу вниз - Фіг.1 і ходу поршня казник якого відображається манометром 33, вверх - Фіг.2. відкривається повністю засувка 48 на перепускноНа Фіг.3 показано схему (вид зверху) взаємо му трубопроводі 47. Вода під тиском через засувку розміщення частин клавішного поршневого нагні48 подається в водозбірну ємкість 31 минаючи тача і дороги перекочування витискного ротору. турбіну. Досягнувши сталої циркуляції води під На Фіг.4 показано схему (вид зверху) будови вититиском в ємність 31, починаються пуск гідротурбіскного ротора і приводу для перекочування останни - одночасним відкриттям дросельного клапана нього по рейкам дороги перекочування з проекці46 і закриттям засувки 48. Досягнувши необхідного єю останнього на клавішний привод поршневого числа оборотів ротора гідротурбіни 42 і вала 43 на нагнітача і дорогу перекочування, тобто на Фіг.3, а який останній насаджений, то через муфту 49 обетакож розміщення гідравлічного обладнання КПВ, ртається і, ротор електричного генератора 50 з гідротурбіни з генератором електричного струму. такими же обертами - включається електрогенераНа Фіг.5 показано гідравлічну схему ГраЕС. тор під навантаженням, тобто включається в робоНа Фіг.6 показано схему роз положення клавіту вся ГраЕС. Гідравлічна турбіна, як і всякий двишів приводу поршневих нагнітачів в багато кільце 7 13691 8 вій системі КПВ. 1 ти не більше - lок . Маса витискного ротору, що На Фіг.7 показано план-схему будови ГраЕс з 2 багато кільцевим КПВ і єдиним гідротурбоагрегатприпадає на рейки дороги перекочування останним (машиним) корпусом. нього від одного котка не більше 100тн. Римськими цифрами на Фіг.7 позначено: Розрахунок потужності N МВт виконано по І. Кільця клавішно-поршневого підйомника формулі: КПВ. V gh N турбіниNT 1 2 3 4 МВт , II. Ремонтно-оглядовий кільцевий майданчик. t 3 III. Гідротурбогенераторний корпус - машинний де V м -об'єм води, що подається на гідротурзал. біну; IV. Трубопровід подачі води на гідротурбіну - кг/м3 - питома вага води; (підземний напірний). g Н/кг - сила земного тяжіння = 9,8Н/кг; V. Трубопровід відведення води з гідротурбіни h - висота падіння води (тиск) в метрах водя(безнапірний підземний). ного стовпа; Розрахунок розмірів і продуктивності гравіта1 - ККД поршневих насосів = 0,85 ційної електростанції 2 - ККД клавішної системи = 0,95 Клавішно-поршневий водопідйомник - КВП - є 3 - ККД гідротурбіни = 0,91 - час = 1 секунда. основною частиною ГраЕС і від її продуктивності і 4 - ККД гідрогенератора 0,93. розмірів залежить продуктивність і розміри всієї N тягового електродвигуна приводу обертання ГраЕС, так як КВП є агрегатом, що постачає робовитискного ротору: че тіло - воду під тиском - для гідро двигуна приmgV(sin K cos ) воду електрогенератора - гідравлічну турбіну, тоN дв. МВт , або u му, насамперед, треба розрахувати цю частину ГраЕС. mg N дд. V(sin K cos ) МВт З опису будови і принципу роботи КВП прихоu димо до висновку, що від довжини lок клавіші заде m кг - маса витискного ротора. лежать і розміри в плані і продуктивність всього V м/сек. - швидкість обертання витискного роКПВ. Швидкість обертання витискного ротора в тору. м/сек повинна бути не більшою, ніж довжина lок - кут підйому гребня. клавіші. Витискний ротор КПВ може мати, мінімум, К- коефіцієнт тертя котіння 0,05 *** три штуки котків, то в цьому клавішному багатокуu - передаточне число трансмісії приводу обетнику клавіш-сторін багатокутника повинно бути ртання витискного ротору = 24 тільки шість сторін, тобто радіус R0 кола на вер- ККД трансмісії = 0,8v. шинах шестикутника дорівнює довжині сторони В КПВ не порушується закон збереження енецього багатокутника. Клавішний шестикутник наргії, так як енергія сили тяжіння маси витискного звемо клавішне кільце R0. Клавішне кільце 2R0, ротору і електрична енергія, що подається на тярозташовується за кільцем R0 концентричне і має говий електродвигун обертання витискного ротору 12шт. клавіш, радіус третього кільця буде 3R0 і т.д. в сумі складають показник енергії більший, чим Таким чином кількість клавіш, а також циліндможливо одержати на гідротурбіні від скинутої рів поршневих насосів і відповідно радіус слідуювниз води, тому коефіцієнт корисної дії КПВ буде чих кілець буде зростати в арифметичній прогременше 100 %. Енергію сили тяжіння маси витисксії, де а1=6, і d=6 - для клавіш, і а1=1R0, і d=1R0 ного ротора, як основне і дармове (без затратне і для радіуса кола, a1 - перший член прогресії, d невичерпне) джерело енергії для виконання зворізниця прогресії. ротньо-поступального руху поршня в циліндрі поВ зв'язку з тим, що клавіші R0 кільця розміщуршневого нагнітателя, а електричну енергію, що ються в плані під великим кутом до кола кільцевої подається для роботи тягового електродвигуна, дороги перекочування витискного ротора (Фіг.3) яким обертається витиск ний ротор - як додаткове тоді як на кільцях з радіусами R1, R2, R3 і т.д. кладжерело енергії, але покупне, тобто затратне, товіші розміщуються набагато краще, але в два ряди му враховується затрата тільки цього джерела (Фіг.7), автор вважає за доцільне використовувати енергії. тільки розмір кільця з 2R0 і дати йому № 1, а кільця На сторінці 9, таблиці приклад основних параз розміром радіуса рівним або менше R0 відповідметрів розмірів і потужності ГраЕС з діаметром 1 1 но класифікувати - 1R0 , R 0 , R 0 КПВ 514м і загальною потужністю гідрогенератора 2 4 637,7Мвт; з видачею стороннім споживачам В рахунку ГраЕС прийнято: 579,7МВт. 1. Підйом гребня основної клавіші i=0,2, або тангенс кута tg =11°19'' Джерела інформації: 2. Питома вага маси витискного ротора прийнЕ63 Енохович А.С. Справочник по физике и ято, як середнє арифметичне від питомої ваги технике, учебное пособие для учащихся. - 3-е изд., 2 чавуна і сталі =7600тн/м . переработаное и дополненное - М.: Просвещение. 3. Швидкість обертання витискного ротору 1989г.-224 сил. прийнята 13,96 м/сек., що досягнута електровозом * там же стр.66 таблиця. 74 BJI80к при максимальній тязі останнього*. ** там же стр.86 таблиця. 92 4. Радіус котка витискного ротора повинен бу*** там же стр.66 таблиця 76 там же стр.162 таблиця 217 там же стр.66 таблиця 74 9 13691 10 Таблиця Основні параметри гравітаційної електростанції ГраЕС потужністю 674МВт КільКількість ДіаНокість клавіш V, м/с метр мер котків цилін- швидк./м. клавіш кільця родрів, клавіщ. кільця, КПВ тора, шт. Dм шт. 1 2 3 4 5 1,83 ¼R0 12 4 6 1,75 3,66 ½R0 12 14 6 3,5 7,3 1 R0 12 28 6 7 14,6 1 12 56 6 14 14,6 2 18 84 9 14 14,6 3 24 112 12 14 14,6 4 30 140 15 14 14,6 5 36 168 18 14 14,6 6 42 196 21 14 14,6 7 48 224 24 14 14,6 8 54 252 27 14 14,6 9 60 280 30 14 14,6 10 66 308 33 14 14,6 11 72 336 36 14 14,6 12 78 364 39 14 14,6 13 84 392 42 14 14,6 14 90 420 45 14 14,6 15 96 448 48 14 14,6 16 102 476 51 14 14,6 17 108 504 54 14 ГраЕС 960 480 Тиск в Потужн. mнт Хід V м3 циліПотужн. ККД Продукт метрах. Потужн. тягового Dм котка котка порндра споживаГраЕС, КПВ, водяногідротурбіни, ел.двиг 2 ем.котка mнт шня, S см чам, 3 V, м /с го стовпа, МВт уна, % ротора м поршня МВт hм МВт 6 0,44 2,5 0,87 3,2 1,75 4,4 1,75 4,4 1,75 4,4 1,75 4,4 1,75 4,4 1,75 4,4 1,75 4,4 1,75 4,4 1,75 4,4 1,75 4,4 1,75 4,4 1,75 4,4 1,75 4,4 1,75 4,4 1,75 4,4 1,75 4,4 1,75 4,4 1,75 4,4 7 23 138 34,5 207 100 600 100 600 100 900 100 1200 100 1500 100 1800 100 2100 100 2400 100 2700 100 3000 100 3300 100 3600 100 3900 100 4200 100 4500 100 4800 100 5100 100 5400 47145 8 9 10 0,156 230 0,26 0,66 156 0,52 6 100 1,0 12 100 2,0 18 100 2,0 24 100 2,0 30 100 2,0 36 100 2,0 42 100 2,0 48 100 2,0 54 100 2,0 60 100 2,0 66 100 2,0 72 100 2,0 78 100 2,0 84 100 2,0 90 100 2,0 96 100 2,0 102 100 2,0 108 100 2,0 960 11 0,026 1000 0,11 2200 1 10000 2 10000 2 10000 2 10000 2 10000 2 10000 2 10000 2 10000 2 10000 2 10000 2 10000 2 10000 2 10000 2 10000 2 10000 2 10000 2 10000 2 10000 12 13 14 15 0,226 0,032 0,194 0,855 0,7 0,095 0,605 0,855 3,94 0,548 3,39 0,855 7,88 1,097 6,78 0,855 11,82 1,64 10,17 0,855 15,76 2,19 13,56 0,855 19,7 2,74 16,95 0,855 23,64 3,28 20,3 0,855 27,58 3,84 23,73 0,855 31,52 4,38 27,18 0,855 35,46 4,93 30,51 0,855 39,40 5,48 33,90 0,855 43,34 6,03 37,39 0,855 47,28 6,58 40,68 0,855 51,22 7,12 44,07 0,855 55,16 7,68 47,46 0,855 59,12 8,22 50,85 0,855 63,04 8,77 54,24 0,855 66,97 9,32 57,63 0,855 70,92 9,86 61,1 0,855 673,74 89,177 579,69 0,855 11 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 13691 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601