Підводна гідроелектростанція

Реферат: Винахід належить до гідроенергетики, а саме до гідроелектростанцій, занурених у воду, і забезпечує отримання електроенергії шляхом використання енергії води. Підводна гідроелектростанція містить розділений на відсіки корпус з конфузором, за більшим перерізом якого всередині корпусу послідовно розташовані гідропривід з валом і електрогенератор, оснащений герметичним водостійким електророз'ємом з електрокабелем, ротор якого з'єднаний з валом гідроприводу, причому циліндричної форми відсік корпусу, де розміщений гідропривод, виконаний з вікнами, а хвостовий відсік корпусу, в якому розміщений електрогенератор, виконаний герметичним. Підводна гідроелектростанція додатково споряджена стояками з основою, на верхній поверхні якої розміщений хвостовий герметичний відсік корпусу, на нижній поверхні розміщений циліндричний відсік корпусу з гідроприводом, сполучений з більшим перерізом конфузора, основа має наскрізний отвір для вала гідроприводу, при цьому гідропривід виконаний роторним з комірками, вал гідроприводу і вал електрогенератора розміщені вертикально і з'єднані шківом із ременями, а вікна відсіку корпусу з гідроприводом додатково споряджені соплами. UA 106520 C2 (12) UA 106520 C2 Таким чином вдосконалення підводної гідроелектростанції призводить до зменшення металоємності її конструкції, маси устаткування зі збереженням простоти і надійності роботи обладнання, підсилення герметичності корпусу. UA 106520 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до гідроенергетики, а саме до гідроелектростанцій, занурених у воду, і забезпечує отримання електроенергії шляхом використання енергії води. Відома підводна руслова гідроелектростанція /патент RU 2435067 F03В 7/00, F03В 13/10, F03В 17/06, опубл. 27.11.2011/, що включає корпус з водоводами, що звужуються та розширюються, робочу камеру з розміщеним в ній робочим колесом. Причому робоча камера виконана тороїдальної форми, а робоче колесо - у вигляді кільцевого шнека, при цьому кільцевий шнек кінематично зв'язаний послідовно з водилом, мультиплікатором і електрогенератором, розміщеними в повітряному дзвоні, розташованому в центральній частині робочої камери. Така підводна гідроелектростанція не перешкоджає судноплавству, але має недосить високий ККД. Найбільш близькою за суттю і конструктивним вирішенням є підводна гідроелектростанція /патент RU 2139972 Е02В 9/00, F03В 13/10, опубл. 20.10.1999/, яка містить встановлений в потоці води і розділений на відсіки корпус з вхідним конфузором, на виході з якого всередині корпусу послідовно розташовані гідропривід, виконаний у вигляді лопатевої турбіни з горизонтальним валом на підшипниках, і електрогенератор, ротор якого за дві півмуфти з'єднаний з валом гідроприводу, при цьому електрогенератор поміщений в герметичний відсік корпусу. На вхідному конфузорі встановлена огороджувальна сітка, відсік корпусу з гідроприводом має поздовжні вихідні вікна і відбивач внутрішнього потоку води, виконаний у вигляді зрізаного конуса і герметично з'єднаний з циліндричною обичайкою, всередині якої встановлений на підшипниках горизонтальний вал турбіни, при цьому вал має торцеве ущільнення, герметично з'єднане з циліндричною обичайкою, хвостовий відсік корпусу виконаний герметичним у вигляді зрізаного конуса і має встановлений на меншій основі герметичний водостійкий електророз'єм з електрокабелем. Конструкція підводної гідроелектростанції достатньо проста, але сумарна довжина валів досить довга, що може призвести до прогину і відхилення осі валів від осьової горизонталі, тому потребує їх потовщення, що призводить до підвищення металоємності гідроелектростанції. Була поставлена задача вдосконалення підводної гідроелектростанції для зменшення металоємності її конструкції, маси устаткування, зі збереженням простоти і надійності роботи обладнання. Поставлена задача вирішується тим, що підводна гідроелектростанція містить розділений на відсіки корпус з конфузором, за більшим перерізом якого всередині корпусу послідовно розташовані гідропривід, з валом і електрогенератор, оснащений герметичним водостійким електророз'ємом з електрокабелем, ротор електрогенератора з'єднаний з валом гідроприводу, причому циліндричної форми відсік корпусу, де розміщений гідропривід, має вікна, а хвостовий відсік корпусу, в якому розміщений електрогенератор, виконаний герметичним. Підводна гідроелектростанція додатково споряджена стояками з основою, на верхній поверхні якої розміщений хвостовий герметичний відсік корпусу, на нижній поверхні основи розміщений циліндричний відсік корпусу з гідроприводом, сполучений з більшим перерізом конфузора, основа має наскрізний отвір для вала гідроприводу, при цьому гідропривід виконаний роторним з комірками, вал гідроприводу і вал електрогенератора розміщені вертикально і з'єднані шківом із ременями, а вікна відсіку корпусу з гідроприводом додатково споряджені соплами. Краще, коли підводна гідроелектростанція додатково споряджена відвідним гофрованим патрубком, сполученим із найменшим перерізом конфузора. Краще, коли ремені шківа мають клиноподібну форму. Краще, коли підводна гідроелектростанція додатково має колектор, розміщений на дні водойми, до якого через засувку із шибером приєднаний відвідний гофрований патрубок, що додатково ними споряджений. Краще, коли площа найменшого перерізу конфузора перевищує сукупну площу сопел в 3-4 рази. Розділення валу на дві частини обумовлює його виконання більш тонким, ніж при виконанні його цільним, бо зменшується сумарне вагове навантаження на нього. Виконання валів більш короткими зменшує їх биття при обертанні ротора. Зменшується загальна вага, що діє на основу, до якої прикріплене обладнання. До того ж вертикальне розміщення валів і електричного обладнання сприяє зменшенню гідростатичного тиску на герметичний водостійкий електророз'єм з електрокабелем, який розміщений вище ніж при горизонтальному розташуванні валу, що сприяє збереженню герметичності корпусу. Вдало підібране експериментальним шляхом співвідношення сумарних площин перерізів сопел і найменшого перерізу конфузора забезпечує перепад тиску води, стабільну і ефективну роботу підводної гідроелектростанції. 1 UA 106520 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Конструкцію підводної гідроелектростанції ілюструють креслення, які пояснюють її роботу, але не обмежують дії патенту. Фіг. 1 - Конструкція підводної гідроелектростанції. Фіг. 2 - Конструкція ротора гідроприводу. Фіг. 3 - Компоновка каскаду гідроелектростанцій. Де: 1 - корпус; 2 - конфузор; 3 - гідропривід; 4 - вал гідроприводу; 5 - електрогенератор; 6 - герметичний водостійкий електророз'єм; 7 - електрокабель; 8 - вал електрогенератора; 9 - відсік циліндричної форми; 10 - вікна відсіку циліндричної форми; 11 - хвостовий герметичний відсік корпусу; 12 - стояк; 13 - основа; 14 - отвір для вала гідроприводу; 15 - комірка гідроприводу; 16 - ремінь шківа; 17 - сопло; 18 - відвідний гофрований патрубок; 19 - колектор; 20 - засувка; 21 - шибер; 22 - клапан; 23 - грандбукса; 24 - дамба; 25 - блок каскаду гідроелектростанцій; блок керування (на кресленні не показаний); 26 - водосховище. Підводна гідроелектростанція (Фіг. 1, 2), містить корпус 1, який розділений на відсіки, з конфузором 2. За більшим перерізом конфузора 2 всередині корпусу 1 послідовно розташовані гідропривід 3 з валом 4 і електрогенератор 5, оснащений герметичним водостійким електророз'ємом 6 з електрокабелем 7. Вал 8 електрогенератора 5 з'єднаний з валом 4 гідроприводу 3 клиноподібними ременями 16. Відсік циліндричної форми 9 корпусу 1, де розміщений гідропривід 3, має вікна 10. Хвостовий відсік 11 корпусу 1, в якому розміщений електрогенератор 5, виконаний герметичним. Підводна гідроелектростанція споряджена стояками 12 з основою 13, яка спирається на них. На верхній поверхні основи 13 розміщений хвостовий герметичний відсік 11 корпусу 1, на нижній поверхні основи 13 розміщений циліндричний відсік 9 корпусу 1 з гідроприводом 3, сполучений знизу з конфузором 2. Основа 13 має наскрізний отвір 14 для вала 4 гідроприводу 3. Гідропривід 3 виконаний роторним з комірками 15. Вал 4 гідроприводу 3 і вал 8 електрогенератора 5 розміщені вертикально і з'єднані шківом із ременями 16, що мають клиноподібну форму, вікна циліндричного відсіку 9 корпусу 1 з гідроприводом споряджені соплами 17. Підводна гідроелектростанція споряджена відвідним гофрованим патрубком 18, сполученим із конфузором 2 у самому вузькому його місці. Гофрований патрубок відіграє роль амортизатора, для погашення можливої вібрації від електрогенератора на колектор. Підводна гідроелектростанція споряджена колектором 19, розміщеним на дні водойми, до якого через засувку 20 із шибером 21 приєднаний відвідний гофрований патрубок 18. Для підсилення гідроізоляції герметичного відсіку на основі 13 встановлений клапан 22, який спрацьовує на викид води при випадковому попаданні її до відсіку, а герметичний водостійкий електророз'єм 6 з електрокабелем 7 ущільнюють грандбуксою 23. Підводна гідроелектростанція працює наступним чином. 2 UA 106520 C2 5 10 15 20 25 30 35 Запуск в роботу і зупинку гідроелектростанції виконують за допомогою засувки 20 із шибером 21. Якщо необхідно запустити в роботу електрогенератор, шибер 21 із нержавіючої сталі прямолінійним механічним рухом витягають із засувки 20. Зовнішня вода б'єфа водосховища надходить на сопла 17 по всьому колу відсіку циліндричної форми 9. При цьому створюється потужний вихровий вир навколо гідроприводу 3, що сприяє виникненню крутного моменту, який провертає вал гідроприводу 4. Відпрацьована вода сходить вниз до конфузора 2, далі відвідним гофрованим патрубком 18 в колектор 19 і русло річки. За рахунок зміни діаметра сопла 17 регулюють кількість і швидкість води, що надходить. Всі сопла повинні бути огороджені сіткою, з розміром віконця 5-7 мм, від попадання дрібної риби і т.п. Від вала гідроприводу 4 оберти завдяки ременю 16 шківа передаються на вал 8 електрогенератора 5. Завдяки шківу можна змінювати число обертів вала 8 електрогенератора 5. Вироблена електроенергія електрокабелем 7 подається назовні. Якщо необхідно зупинити роботу електрогенератора, потрібно шибер 21 засунути в засувку 20 до упору. Вода в цей час наповнює конфузор 2, перепад тиску зникає і ротор зупиняється. Працездатність підводної гідроелектростанції підтверджена висновком інституту /Центральный научно-исследовательский институт имени академика А.Н. Крылова, г. СанктПетербург, Россия/. Була запропонована модель гідроелектростанції, що знаходиться на глибині 20 метрів і має гідропривід діаметром 3 метри. По всьому колу відсіку циліндричної форми розміщено 40 штук сопел, де на кожне сопло діє тиск води 2 атм. Вода через кожне сопло проходить, вдаряє струменем в комірки гідроприводу. Якщо 40 шт. сопел помножити на 2 атмосфери, це дозволяє вийти на робочий режим оборотів найпотужнішого електрогенератора. Обороти гідроприводу будуть в межах 500-600 об/хв. Операцію запуску і зупинки електрогенератора проводять тільки при планових ремонтах і в непередбачених випадках. Колектор для великих гідроелектростанцій може бути виготовлений із залізобетону. Для малих гідроелектростанцій він може бути виготовлений з синтетичного матеріалу (вініпласт, капрон і т.д.). Колектор для стійкості повинен бути заглиблений на половину діаметра в ґрунті дна водосховища з ухилом в бік греблі (русла річки) на 3-5°. Регулюється подача води на гідропривід шляхом змінних різьбових сопел з меншого внутрішнього діаметра на більший внутрішній діаметр і навпаки. Ротор виготовляють з нержавіючої листової сталі. Підводна гідроелектростанція може працювати самостійно чи як один із блоків 25 каскаду гідроелектростанцій з дамбою 24 і блоком керування (не показаний) у водосховищі 26 (Фіг. 3). Таким чином вдосконалення підводної гідроелектростанції призводить до зменшення металоємності її конструкції, маси устаткування, підсилення герметичності корпусу зі збереженням простоти і надійності роботи обладнання. 40 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 1. Підводна гідроелектростанція, яка містить корпус, розділений на відсіки, з конфузором, за більшим перерізом якого всередині корпусу послідовно розташовані гідропривід з валом і електрогенератор, оснащений герметичним водостійким електророз'ємом з електрокабелем, ротор електрогенератора з'єднаний з валом гідроприводу, причому циліндричної форми відсік корпусу, де розміщений гідропривід, виконаний з вікнами, а хвостовий відсік корпусу, в якому розміщений електрогенератор, виконаний герметичним, яка відрізняється тим, що додатково споряджена стояками з основою, на верхній поверхні якої розміщений хвостовий герметичний відсік корпусу, на нижній поверхні розміщений циліндричний відсік корпусу з гідроприводом, сполучений з більшим перерізом конфузора, основа має наскрізний отвір для вала гідроприводу, при цьому гідропривід виконаний роторним з комірками, вал гідроприводу і вал електрогенератора розміщені вертикально і з'єднані шківом із ременями, а вікна відсіку корпусу з гідроприводом додатково споряджені соплами. 2. Підводна гідроелектростанція за п. 1, яка відрізняється тим, що додатково споряджена відвідним гофрованим патрубком, сполученим із найменшим перерізом конфузора. 3. Підводна гідроелектростанція за п. 1, яка відрізняється тим, що ремені шківа мають клиноподібну форму. 3 UA 106520 C2 5 4. Підводна гідроелектростанція за п. 2, яка відрізняється тим, що додатково має колектор, розміщений на дні водойми, до якого через засувку із шибером приєднаний відвідний гофрований патрубок, що додатково ними споряджений. 5. Підводна гідроелектростанція за п. 2, яка відрізняється тим, що площа найменшого перерізу конфузора перевищує сукупну площу сопел в 3-4 рази. 4 UA 106520 C2 5 UA 106520 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6