Руслова плавуча гідроелектростанція

1. Руслова плавуча гідроелектростанція, що містить плавучу частин у, встановлену у потоці річки з можливістю вертикального переміщення при зміні рівня води, проточну частину з гідротурбіною, розташованою між вхідним розтрубом і випускним трубопроводом на цій частині, і електрогенератор, розташований на плавучій частині зверху і кінематично зв'язаний з гідротурбіною, яка відрізняє ться тим, що вона оснащена призматичним каркасом, утвореним вертикальними стійками і горизонтально розташованими прямокутними рамами, які з'єднують стійки зверху і знизу, плавуча і проточна частини розташовані всередині цього каркаса між його стійками і верхньою та нижньою рамами, причому плавуча частина має упорні елементи, наприклад вушка, які закріплені на бокових сторонах плавучої частини і охоплюють стійки каркаса з можливістю взаємодії з ними, а нижня рама каркаса має засоби кріплення до дна русла, наприклад стрижні з загнутими верхніми кінцями, які охоплюють елементи рами по її периметру. 2. Гідроелектростанція за п. 1, яка відрізняється тим, що її плавуча частина оснащена клиноподібним екраном, розташованим перед цією частиною над і під водою. 3. Гідроелектростанція за пп. 1 і 2, яка відрізняється тим, що засоби кріплення нижньої рами призматичного каркаса до дна русла мають форму видовжених П-подібних скоб з шипами на бокових сторонах, направленими вверх під кутом до цих сторін. 4. Гідроелектростанція за пп. 1 і 2, яка відрізняється тим, що засоби кріплення нижньої рами призматичного каркаса до дна русла виконані у формі стрижнів з привареними до них співвісно 2 (19) 1 3 Корисна модель відноситься до галузі гідроенергетики і може бути використана при спорудженні плавучих гідроелектростанцій на малих річках, у протоках і штучни х р услах. Відома руслова гідроелектростанція [1], яка містить плавучу частин у у вигляді понтонів з рухомою палубою, що знаходиться над поверхнею потоку і спирається на понтони. Між понтонами розташовані гідротурбіни, вали яких з'єднані через редуктор з валами електрогенераторів, установлених на палубі. Понтони мають регульовану плавучість і прикріплені утримуючими канатами до якорів. Недоліком відомої гідроелектростанції е ненадійне кріплення її у потоці, коли русло має кам'я нисте дно або товстий шар намулу, а також у річках з бур хливим потоком. В таких випадках якорі не заглиблюються у дно річки, якщо воно кам’янисте, або слабо тримають станцію на визначеному місці, якщо дно з намулом. При експлуатації гідроелектростанції на річках з бурхливим потоком, а також при весняних паводках з шугою і льодом має місце нерівномірний і різко перемінний розподіл зусиль на канатах або тросах, що може призвести до перетирання і обриву одного з них, розвороту станції під дією потоку поперек течії і, як наслідок, виходу її з ладу. Такі ситуації підсилюються ще й тим, що плавуча частина станції має необтічну форму і внаслідок цього створює значний опір потоку. Найбільш близьким аналогом об'єкту, що заявляється, вибраним як прототип, є відома гідроелектростанція [2], що містить плавучу частин у у вигляді катамарана з двома корпусами (поплавками), з'єднаними палубою, до якої знизу прикріплена протічна частина з гідротурбіною, розташованою між вхідним розтрубом (конфузором) і випускним трубопроводом (дифузором) і з'єднаною з електрогенератором, установленим на плавучій частині зверху. Катамаран закріпляють у потоці води за допомогою тросо-якірної системи з можливістю вертикального переміщення при зміні рівня води. Спільними суттєвими ознаками відомої та гідроелектростанції, що заявляється, є плавуча частина, встановлена у потоці води з можливістю вертикального переміщення при зміні рівня води, прикріплена до неї знизу протічна частина з гідротурбіною, розташованою між вхідним розтрубом і випускним трубопроводом на цій частині, і електрогенератор, розташований на плавучій частині зверху і кінематично зв'язаний з гідротурбіною. Відома гідроелектростанція має достатньо обтічну плавучу частину - катамаран. Тому опір її потоку води і, відповідно, зусилля, що передаються на тросо-якірну систему закріплення станції у потоці, дещо менші. Проте, висока надійність тривалого утримання станції в орієнтованому по водотоку положенні такою системою закріплення не забезпечується, оскільки вхідний (водозабірний) розтруб на протічній частині створює чималий опір водотоку. Це не дозволяє збільшити розміри розтрубу для підвищення потужності станції. Недоліком відомої гідроелектростанції е також те, що її плавуча частина нестійка на воді, хитається при 3884 4 переміщенні по ній предметів і людей, що ускладнює проведення на станції ремонтних, монтажнодемонтажних та профілактичних робіт. Для усунення цього недоліку плавучу частину треба підчас робіт на ній якимось чином зафіксувати (перевести у нерухомий стан), але здійснити це при такому конструктивному виконанні станції і закріпленні її в потоці за допомогою тросів досить складно і вимагає значного часу. В основу запропонованої корисної моделі поставлено задачу підвищення надійності закріплення та орієнтації руслової плавучої гідроелектростанції у потоці річки шляхом багатоточкового зчеплення її з грунтом русла на значній площі зі збереженням можливості вертикального переміщення плавучої частини станції при зміні рівня води у річці. Це забезпечує більш надійну роботу гідроелектростанції як у звичайних, так і в складних умовах експлуатації, розширює можливості її використання, дозволяє швидко зафіксувати плавучу частину станції і за рахунок цього полегшити проведення на ній робіт з обслуговування. Крім того, це дає можливість суттєво збільшити розміри водозабірного розтрубу (конфузора) на протічній частині і таким чином підвищити потужність станції при експлуатації її у річках з повільною течією води. Поставлена задача вирішується тим, що руслова плавуча гідроелектростанція, яка містить плавучу частину, встановлену у потоці річки з можливістю вертикального переміщення при зміні рівня води, протічну частину з гідротурбіною, розташованою між вхідним розтрубом і випускним трубопроводом на цій частині, і електрогенератор, розташований на плавучій частині зверху і кінематично зв'язаний з гідротурбіною, згідно з корисною моделлю, оснащена призматичним каркасом, утвореним вертикальними стійками і горизонтально розташованими прямокутними рамами, які з'єднують стійки зверху і знизу, плавуча і протічна частини розташовані в середині цього каркасу між його стійками і верхньою та нижньою рамами, причому плавуча частина має упорні елементи, наприклад провушини, які закріплені на бокових сторонах плавучої частини і охоплюють стійки каркасу з можливістю взаємодії з ними, а нижня рама каркасу має засоби кріплення до дна русла, наприклад стрижні з загнутими верхніми кінцями, які охоплюють елементи рами по її периметру. В інших конкретних формах виконання запропонованої гідроелектростанції її плавуча частина оснащена клиноподібним екраном, розташованим перед цією частиною над і під водою. Засоби кріплення нижньої рами призматичного каркасу до дна русла мають форму видовжених Пподібних скоб з шипами на бокових сторонах, направленими вверх під кутом до цих сторін. Засоби кріплення нижньої рами каркасу до дна русла виконані у формі стрижнів з привареними до них співвісно гвинтовими спіралями і головками під ключ, а нижня рама каркасу має скоби або провушини, через які стрижні загвинчені у грунт. Стійки каркасу мають по два рознесені по висоті кронштейни з отворами, а стрижні з співвісними до них гвинтовими спіралями і головками під 5 3884 6 ключ встановлені у цих отворах паралельно до - на Фіг.3 - вид по стрілці А на Фіг.1, варіант стійок каркасу з можливістю обертання навколо конструктивного виконання плавучої частини стасвоєї осі. нції; Призматичний каркас оснащений підошвою, - на Фіг.4 - місце 1 на Фіг.2, другий варіант крінаприклад у вигляді прямокутної залізобетонної плення каркасу станції до грунту русла; плити з закладними елементами для кріплення - на Фіг.5 - те ж саме, третій варіант кріплення каркасу на плиті, розташованими по периметру каркасу станції до грунту р усла; його нижньої рами. - на Фіг.6 - вид по стрілці Б на Фіг.1, варіант Підошва має в плані форму прямокутної заліконструктивного виконання засобу кріплення карзобетонної рами. касу до грунту русла; Підошва утворена декількома прямокутними - на Фіг.7 - місце 1 на Фіг.2 у збільшеному визалізобетонними плитами, розташованими поздогляді, варіант конструктивного виконання; вжньо або поперечно до нижньої рами каркасу. - на Фіг.8 - вид по стрілці А на Фіг.1, варіант Підошва утворена залізобетонними шпалами, конструктивного виконання упорних елементів на розташованими поздовжньо або поперечно до плавучій частині. нижньої рами каркасу з проміжком між ними. Гідроелектростанція складається: з плавучої Підошва має знизу шипи. частини 1 (Фіг.1), виконаної у вигляді двох видовШипи на підошві виконані як одне ціле з зажених поплавків 2, розташованих на одному рівні кладними елементами. паралельно один до другого з проміжком між ними Упорні елементи на плавучі частині виконані і з'єднаних платформою 3; протічної частини 4 з знімними і з можливістю поздовжнього регулювангідротурбіною 5, розташованою між вхідним розня їх положення в горизонтальній площині віднострубом (конфузором) 6 і випускним трубопроводом но стійок каркасу. (дифузором) 7 на цій частині; електрогенератора Призматичний каркас має покриття, наприклад 8, встановленого на платформі 3 і кінематично тент, яке закриває його зверху і частково по бокозв'язаного з гідротурбіною 5, та призматичного вих, передній і задній сторонах. каркаса 9, утвореного чотирма вертикальними Запропоноване конструктивне виконання гідстійками 10 і двома горизонтально розташованими роелектростанції забезпечує надійне закріплення рамами, верхньою 11 і нижньою 12. Протічна часїї у потоці річки як на кам'я нистих грунта х, так і на тина 4 за допомогою охоплюючих її знизу Uгрунта х з намулом за рахунок того, що каркас, в подібних кронштейнів 13 прикріплена до плавучої якому встановлено плавучу і протічну частини частини і разом з нею розміщена в середині каркастанції, має багатоточкове зчеплення з грунтом су 9 між його стійками 10 і рамами 11 та 12 (Фіг.2). русла по всьому периметру нижньої рами каркасу Плавуча частина 1 на бокових сторонах поплавків за допомогою стрижневих засобів кріплення до 2 має провушини 14 (по дві на кожному поплавку), грунту, довжину і конструкцію яких вибирають в якими вона зчеплена зі стійками 10 каркасу (Фіг.3). залежності від особливостей грунту. При цьому Внутрішній діаметр провушин значно більший за плавуча частина станції упорними елементами на діаметр стійок, що виключає ймовірність заклинюній надійно утримується в заданому, орієнтовановання плавучої частини між стійками каркасу і заму за потоком, положенні вертикальними стійками безпечує можливість вільного вертикального підкаркасу. Разом з тим, при такій горизонтальній йому або опускання її разом з протічною частиною фіксації плавучої частини станції у потоці зберігапри зміні рівня води у потоці. Нижня рама 12 карється ступінь свободи для її вертикального перекасу 9 охоплена стрижнями 15 з загнутими верхніміщення при зміні рівня води у річці, що необхідно ми кінцями, за допомогою яких каркас закріплений для забезпечення нормальної роботи станції. на дні русла. Таким чином, запропоноване технічне рішення Гідроелектростанцію установлюють вертикасуттєво підвищує надійність роботи гідроелектрольно в потоці річки, протоки або штучного русла на станції в цілому. Воно також дає можливість легко рівній ділянці їх дна (без ям або надто великих і швидко повністю зафіксувати плавучу частин у (на каменів, якщо дно кам'янисте), орієнтують її по стійках каркасу), тобто перевести її в нерухомий потоку шляхом зміщення каркасу в той чи інший стан, для проведення ремонтних робіт або робіт з бік, після чого закріпляють у визначеному полообслуговування станції, переміщення її на інше женні стрижнями 15, які забивають у грун т русла. місце і т.п. Працює гідроелектростанція таким чином. В інших конкретних формах виконання гідроПотік води, що надходить у протічну частину 4 електростанції удосконалення спрямовані на почерез конфузор 6 і далі в корпус гідротурбіни 5, кращення обтічності плавучої частини, підсилення обертає робоче колесо гідротурбіни і таким чином закріплення станції у потоці в залежності від особпередає йому свою кінетичну енергію. Від робочоливостей грунту р усла, полегшення монтажного колеса обертовий рух передається на вал елекдемонтажних робіт при спорудженні та експлуататрогенератора 8, наприклад за допомогою конічної ції станції, зменшення матеріаломісткості деяких зубчастої пари і муфти, яка з'єднує вал веденої складових частин її, захист плавучої частини та шестерні з валом генератора. Відпрацьована вода електрогенератора від дії зовнішніх факторів. витікає з протічної частини через випускний трубоСуть корисної моделі пояснюється кресленняпровід (дифузор). ми, де зображені: Під час роботи станції її протічна частина зна- на Фіг.1 - загальний вигляд гідроелектростаходиться у повністю зануреному у воду положенні. нції, вид збоку; При зміні рівня води у руслі вона разом з плаву- на Фіг.2 - те ж саме, вид спереду; чою частиною 1 піднімається або опускається по 7 3884 8 напрямних, якими служать стійки 10 каркасу 9. При шок і т.п.). цьому стійки 10 утримують плавучу і протічну часВиконання засобів кріплення нижньої рами 12 тини станції від горизонтального переміщення під каркасу до грунту дна річки у вигляді видовжених дією потоку. Внаслідок коливань плавучої частини П-подібних скоб 15 (Фіг.4) з шипами на бокових у потоці річки під дією вітру і хвиль відбувається сторонах, направленими вверх під кутом до цих постійна взаємодія упорних елементів на плавучій сторін, забезпечує більш надійне закріплення карчастині (провушин 14) з напрямними і одночасно каса в руслах з піддатливим грунтом дна та у утримуючими елементами конструкції (стійками швидких водотоках, де на каркас передаються від 10). Ця взаємодія має перемінний характер, заплавучої і протічної частин значні навантаження. вдяки чому у холодну пору року, якщо стійки поДля твердих гр унтів з поверхневим шаром накриваються шаром льоду, то він в місцях зчепленмулу доцільно використовувати для кріплення карня провушин зі стійками сколюється і не касу до дна русла стрижні 15 (Фіг.5) з привареними перешкоджає нормальній роботі станції. до них співвісно гвинтовими спіралями і квадратУ випадку утворення льодового покрову на ріними головками під ключ для загвинчування їх у чці, що буває, як правило, тільки при повільній грунт. Закріплення здійснюють, прокручуючи ці течії води або сильних і тривалих морозах, плавустрижні через скоби (провушини) 17 на нижній рамі ча частина станції вмерзає у лід, але продовжує 12 каркасу. Такі стрижні-бури дещо складніші у нормально функціонувати, оскільки в зимовий певиготовленні, зате їх легше заглиблювати у тверріод зміни рівня води незначні. Навесні, коли рідий грунт, що здійснюють за допомогою звичайновень води у річці піднімається, то разом з водою го колодязного Т-подібного торцевого ключа. Оскіпіднімається і шар льоду, в тому числі в місці розльки ці засоби кріплення дуже міцно утримують ташування станції. Стійки каркасу цьому не перегідроелектростанцію від можливих зміщень під шкоджають, оскільки навколо них лід підтаює внадією водотоку, то кількість їх порівняно з наведеслідок передачі тепла по стійках від водотоку під ними вище засобами потрібна значно менша. льодом та від верхньої частини каркасу, яка проАналогічні засоби кріплення, але більшої довгрівається атмосферним теплом. жини/ для зручності користування ними монтують При необхідності проведення на станції ремопри виготовленні станції на стійках 10 каркасу за нтних, монтажно-демонтажних та інших робіт з її допомогою двох рознесених по висоті кронштейнів обслуговування плавучу частину 1 фіксують на 18 і 19 як це показано на Фіг.6. Стрижні-бури 15 стійках 10 в горизонтальному положенні від вертивстановлені у кронштейнах паралельно до стійок кальних переміщень, наприклад за допомогою каркасу з можливістю обертання навколо своєї осі розвідних хомутів, якими охоплюють стійки під і введені своїми нижніми кінцями у провушини 17 провушинами 14, або за допомогою чотирьох на рамі 12 каркасу. Закріплення каркасу (також за стрижневих тяг з загнутими кінцями. Один кінець допомогою Т-подібного ключа) проводять з човна такої тяги чіпляють до верхньої рами 11 каркасу, а або з платформи плавучої частини. другий заводять під провушину і таким чином пеЗамість розглянути х ви ще засобів кріплення реводять плавучу частин у в нерухомий стан. По призматичний каркас 9 для надійної фіксації гідрозавершенні робіт на станції зазначені пристосуелектростанції у потоці може бути оснащений півання з неї знімають. дошвою 20 (Фіг.7) у вигляді прямокутної залізобеВ разі потреби каркас 9 використовують також тонної плити з закладними елементами 21 для для підйому плавучої частини з води, для цього на кріплення каркасу на плиті. Таке закріплення станверхній рамі його встановлюють лебідку або інший ції є ефективним і оправданим у швидких водотонескладний підйомний механізм. ках, де можливе підмивання і внаслідок цього лоЯкщо виникає необхідність вивести плавучу і кальне просідання (перекошування) каркасу. протічну частини за межі каркасу (наприклад для Оснащення каркасу підошвою, яка заглиблюється проведення складних ремонтних робіт в майстерні у гр унт русла під своєю вагою і ущільнює його, або коло причалу), то їх піднімають з води з однозапобігає розмиванню грунта під станцією. го боку за допомогою лебідки. При цьому, коли Для забезпечення більш надійного зчеплення плавуча частина займає нахилене під кутом блипідошви 20 з грунтом русла (запобігання поступозько 30° положення до горизонту, провушини 14 вому зміщенню її під дією на гідроелектростанцію виходять з контакту зі стійками 10 каркасу. В таководотоку) її оснащують шипами, які можуть бути му положенні плавучу частину переміщають за закріплені (забетоновані) у підошві як окремі елепотоком на довжину провушин (10~15 см), після менти, так і у вигляді продовження закладних чого знову переводять у горизонтальне положенелементів 21, як це зображено на Фіг.7. ня. Далі її переміщають в середині каркасу за поПри порівняно великих розмірах станції (шитоком до упору передніх провушин у задні стійки риною від 2 м і довжиною від 3 м) підошву доцількаркасу і за другим аналогічним прийомом остатоно виготовляти у вигляді рами, яка має в плані чно виводять з каркасу. прямокутну форму і з'єднана з каркасом 9 по пеОснащення плавучої частини 1 гідроелектрориметру його нижньої рами 12. Така підошва станції клиноподібним екраном 16 (Фіг.3), розтабільш легка, має меншу матеріаломісткість і, рашованим перед цією частиною у воді і частково зом з тим, забезпечує надійне зчеплення станції з над нею, покращує обтічність плавучої частини, грунтом, оскільки периметр її зчеплення (зовнішній завдяки чому зменшується навантаження на вері внутрішній) майже у 2 рази більший, ніж у підоштикальні стійки 10 каркасу 9. Одночасно екран 16 ви, яка має форму звичайної плити. захищає плавучу частину від попадання під платПідошва може бути виготовлена також у виформу 3 сторонніх предметів (гілок, деревин, плягляді декількох окремих частин (плит) прямокутної 9 3884 10 в плані форми, наприклад передньої і задньої, або вони постійно знаходились у воді і завдяки цьому двох бокових, або трьох-чотирьох поперечних, у не обмерзали у зимовий період. Проте, їх можна вигляді шпал і т.п. Кількість і розташування частин закріплювати і на платформі (палубі) плавучої чапідошви вибирають в залежності від швидкості стини. В цьому варіанті, якщо упорні елементи водотоку, особливостей грунту русла і розмірів виконані знімними, то при необхідності їх легше станції. При такому поелементному виконанні півід'єднува ти від плавучої частини. Упорні елемендошви полегшується її виготовлення і монтаж, ти у вигляді U-подібних скоб або кілець з приваресуттєво зменшується матеріаломісткість, якщо ними до них планками, за допомогою яких їх кріпрозміри станції досить значні, покращується зчеплять до плавучої частини, виконують одночасно лення підошви з грунтом, особливо при викорисфункцію протиугонних засобів, оскільки вони потанні поперечних плит або шпал. вністю охоплюють стійки каркасу. Підошву кріплять до каркасу по місцю виготоПризматичний каркас 9, крім свого основного влення станції або на березі річки (протоки) перед призначення, може використовуватись також для опусканням станції на визначене місце експлуатазахисту плавучої частини і електрогенератора від ції. Установлюють станцію у руслі за допомогою дощів і снігопадів. Для цього його покривають звеавтокрана. рху і частково по бокових, передній і задній стороПри великих розмірах гідроелектростанції (від нах тентом. Нижні краї тенту кріплять до стійок 3-х м по довжині) каркас 9 виконують з додатковикаркасу або до плавучої частини (в останньому ми вертикальними стійками, розташованими між випадку - за допомогою пружинних або гумових передніми і задніми. Такий каркас має більшу жоррозтяжок). Покриття каркасу може бути й іншим, сткість. Крім того, додаткові стійки використовують наприклад у вигляді легко від'єднуваних пластикодля підсилення зчеплення каркасу з грунтом русла вих, металевих або дерев'яних щи тів. і плавучої частини з каркасом. Для цього їх оснаТаким чином, наведені корисні моделі дають щують такими ж засобами кріплення, як і передні можливість вирішити ряд важливих технічних зата задні стійки (Фіг.6), а плавучу частину - відповідач, які виникають при створенні, спорудженні та дною кількістю упорних елементів 14. Для рівноміексплуатації руслових плавучи х гідроелектростанрного розподілу зусиль, що передаються на каркас цій, а саме: підвищити їх надійність і потужність, від протічної і плавучої частин, всі упорні елементи полегшити обслуговування і ремонт, з мінімальнивиконують пересувними з можливістю поздовж ми витратами пристосувати до заданих або зміненього регулювання їх положення в горизонтальній них умов експлуатації. Виготовлення запропоноплощині відносно стійок, чим забезпечують конваної гідроелектростанції не вимагає якихось такт кожного з них з відповідною стійкою. Упорні особливих технологій, а її спорудження на визнаелементи, наприклад провушини, 14 (Фіг.8), закріченому місці не передбачає проведення складних плені на поплавках 2 за допомогою приварених до гідротехнічних робіт. Гідроелектростанцію легко них з боківшпильок 22 і гайок 23. Провушини мадемонтувати і перенести на інше місце. Вона поють відповідні отвори у вигляді пазів, в межах доєднує в собі переваги стаціонарної і пересувної вжини яких їх можна пересувати, вибираючи по(мобільної) споруди. Ці якості разом з наведеними трібне положення. При необхідності провушини вище дають підстави для поширеного використанможна від'єднати від поплавків, що при великих ня запропонованої корисної моделі в малій енеррозмірах станції полегшує монтаж і демонтаж її гетиці. (виведення плавучої і протічної частин за межі Джерела інформації: каркасу 9). 1. Русловая гидроелектростанция, КамышниУ представлених варіантах конструктивного ков И.Г. и др. Патент РФ по заявке №92011740/І5 виконання складових частин гідроелектростанції от 14.12.1992 г., МПК 6 Е02В 9/00. Номер публикаупорні елементи 14 показані у вигляді провушин, ции в Интернете 92011740, вид документа А, дата які частково охоплюють стійки 10 каркасу. Але публикации 27.02.1995 г. вони можуть мати й іншу форму: кутників, призм, 2. Гидроелектростанция и способ ее сооружескоб, гачків, планок, штирів, косинців, кілець і т.п. ния. Ягин В.П. и др. Патент РФ №2088724, МПК 6 Закріплювати ці елементи на бокових сторонах Е02В 9/00, вид документа СІ, дата публикации поплавків бажано на такому рівні (висоті), щоби 27.08.1997 г. 11 3884 12 13 3884 14 15 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевский 3884 Підписне 16 Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститупромислов ої в ласності”, вул. Глазунов а, 1, м. Київ – 42, 01601