Гідроелектрична установка для річок і каналів

Реферат: Гідроелектрична установка для річок і каналів містить водовід із вхідним конфузором, вихідним дифузором й робочим каналом, утвореним стінками водоводу, у якому розміщений робочий орган у вигляді транспортера з валами й гнучким нескінченним контуром, на якому закріплені лопатки й кінематично пов'язані з валами транспортера генератори електричного струму. Водовід розділено стінками на робочу, допоміжну й аварійну магістралі. Гнучкий нескінченний контур транспортера виконано у вигляді троса, що охоплює вертикальні вали, змонтовані на підшипникових опорах стояків, установлених в аварійній магістралі, з'єднаного з візками, які встановлені на рельсовій колії, закріпленій на стінках водних магістралей, кронштейнах стояків, установлених в аварійній магістралі, й кронштейнах додаткових стояків - у вхідному конфузорі й вихідному дифузорі водоводу. Лопатки встановлені на візках з можливістю поворотів навколо вертикальних осей, розміщені між опозитно закріпленими на візках упорами і оснащені роликами, взаємодіючими з напрямною, що закріплена на кронштейнах зовнішньої стінки допоміжної водної магістралі й кронштейнах додаткових стояків. UA 97764 C2 (12) UA 97764 C2 UA 97764 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до гідроенергетики й може використовуватися для одержання електричного струму й використання його в промисловості й сільському господарстві. Гідроелектрична установка може бути встановлена на будь-яких річках і каналах, і мати достатню потужність для постачання електричною енергією сільських споживачів. Відома гідроелектростанція, що містить спорудження, виконане у вигляді бетонованого берега, наполовину розміщене в напівкруглому вирізі спорудження робоче колесо з нерухливими лопатами й вертикальною віссю обертання, кінематично пов'язаною з електрогенератором (див. патент РФ № 2020260, МПК F03 В 7/00, 1994 р. Аналог) Недоліком цієї гідроелектростанції є низька ефективність роботи при порівняно повільному бігу води біля берегів, а також можливість забивання гідроколіс пливучими у воді предметами. Відома також гідроелектростанція, що містить спорудження, що складається з фундаментної плити, бічних стін, додаткової середньої стіни й перекриття із приміщенням для електрогенераторів і редукторів. Бічні стіни спорудження з боку входу води і її виходу мають розширення. Електрогенератори кінематично пов'язані з вертикальними валами гідроколіс із нерухливими лопатами. Додаткова середня стіна має з різних сторін напівкруглі вирізи, розташовані в різні сторони в шаховому порядку під гідроколеса, і утворює два робочих канали (див. патент RU 2303707 С1, МПК F03 В 13/00, 2006 р. Аналог) Недолік відомого аналога - низька ефективність використання енергії потоку води через необхідність спорудження робочих каналів шириною, дещо більшою половини діаметра гідроколеса, а також складність проведення профілактичних і ремонтних робіт. Найбільш близьким аналогом корисної моделі, що заявляється, є гідроелектрична установка, що містить судно, виконане у вигляді катамарана, між корпусами якого утворений водний робочий канал із вхідним конфузором й вихідним дифузором. У водному каналі розміщений робочий орган у вигляді транспортера із установленими на корпусах катамарана горизонтальними валами й нескінченною стрічкою із закріпленими на ній лопатками. Довжина кожної лопатки дорівнює половині ширини стрічки, оснащеної перфораціями із вхідними в них радіальними штирями. Вали кінематично пов'язані з генераторами електричного струму. Установка оснащена додатковими гідротурбінами у вихідному дифузорі з вертикальними осями обертання і кінематично пов'язаними з ними генераторами електричного струму (див. патент SU №1474317, М.кл F 03 В7/00, 1989 р. Прототип) Недоліком установки є ненадійність в експлуатації. Гідротурбіна установки, виконана у вигляді транспортера з перфорованою стрічкою, у перфорацію якої входять закріплені на валах радіальні штирі, складна у виготовленні й ненадійна в роботі. Стрічка повинна бути виготовлена зі спеціального матеріалу, що забезпечує гнучкість і більшу міцність для передачі значних зусиль від дії водного потоку, кріплення лопаток до стрічки міцним, а перфорація стрічки зносостійкою, що технічно виконати не просто. З'єднання радіальних штирів з перфорацією стрічки не забезпечує надійної й довговічної роботи її експлуатації. Проте, даний аналог прийнятий нами як прототип, а їх загальними суттєвими ознаками є: гідроелектрична установка для річок і каналів, що містить водовід із вхідним конфузором, вихідним дифузором й робочим каналом, утвореним стінками водоводу, у якому розміщений робочий орган у вигляді транспортера з валами й гнучким нескінченним контуром, на якому закріплені лопатки й кінематічно пов'язані з валами транспортера генератори електричного струму. Технічна задача винаходу - підвищення ефективності використання енергії водного потоку при виробітку електричного струму. Технічний результат - підвищення експлуатаційної надійності гідроелектричної установки. Поставлена задача вирішується тим, що гідроелектрична установка для річок і каналів містить водовід із вхідним конфузором і вихідним дифузором, робочим каналом, утвореним стінками водоводу. У робочому каналі розміщений робочий орган у вигляді транспортера з валами й гнучким нескінченним контуром, на якому закріплені лопатки й кінематично пов'язані з валами транспортера генератори електричного струму. Новим є те, що водовід розділено стінками на робочу, допоміжну й аварійну магістралі. Гнучкий нескінченний контур транспортера виконаний у вигляді троса, який охоплює шківи, закріплені на вертикальних валах, що змонтовані на підшипникових опорах стояків, установлених в аварійній магістралі, при цьому гілки контуру троса розміщені в робочій і допоміжній водних магістралях. Трос з'єднаний з візками, на яких установлені з можливістю повороту навколо вертикальних осей лопатки. Візки встановлені на замкнутому контурі рейкової колії, що закріплений на стінках водних магістралей і кронштейнах стояків, установлених в аварійній магістралі, й додаткових стояках - у вхідному конфузорі й вихідному дифузорі водоводу. Кожна лопатка встановлена на візку між опозитно 1 UA 97764 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розташованими упорами й оснащена роликом, взаємодіючим з напрямної, закріпленої на кронштейнах зовнішньої стінки допоміжної водної магістралі й кронштейнах додаткових стояків. Зазначені ознаки необхідні й достатні для здійснення винаходу й досягнення технічного результату. Особливістю корисної моделі є також те, що на внутрішніх поверхнях стінок робочої, допоміжної й аварійної магістралей установлені щити-заслінки, з'єднані з підйомними механізмами. Причинно-наслідковий зв'язок між новими суттєвими ознаками винаходу й технічним результатом полягає в наступному. Розділення водоводу стінками на робочу, допоміжну й аварійну магістралі з можливістю вибіркового їхнього перекриття щитами-заслінками дозволило провадити інспекційні й ремонтні роботи, направивши водний потік по аварійній магістралі. Виконання транспортера у вигляді троса, що охоплює шківи вертикальних валів, змонтованих на підшипникових опорах стояків, установлених в аварійній магістралі, й розташування робочої й холостої гілок троса в робочій і допоміжній магістралях водоводу, дозволило значно зменшити опір руху лопаток у допоміжній магістралі. З'єднання троса з візками з лопатками, установленими на замкнутому контурі рейкового шляху, дозволило виключити вертикальні навантаження на гілки транспортера й за рахунок цього підвищити його надійність і довговічність експлуатації. Установка лопаток на візках між опозитно розташованими упорами з можливістю поворотів навколо вертикальних осей і постачання їх роликами для взаємодії з напрямною, установленою в допоміжній магістралі, а також на вхідних і вихідних її дільницях, забезпечило поворот лопаток у допоміжній магістралі під кутом 90° і за рахунок цього в 50-70 разів зменшити опір лопаток водному потоку. На фіг. 1 показана гідроелектрична установка для річок і каналів, вид збоку із частковими розрізами; фіг. 2 - те ж, вид зверху; фіг. 3 - показаний візок, з'єднаний з контуром троса й лопаткою, поздовжній розріз. Гідроелектрична установка містить водовід 1 із залізобетонним днищем 2, вхідний конфузор 3 і вихідний дифузор 4, генератори 5 і робочий орган 6 привода їх обертання від потоку води. Водовід 1 розділений L-подібними стінками 7, направленими в кожній парі горизонтальними полками назустріч одна одній, які утворюють робочу 8, допоміжну 9 і аварійну 10 водні магістралі. У звужених ділянках вхідного конфузора 3 і вихідного дифузора 4 на залізобетонному днищі 2 закріплені стояки 11 і 12 із плитами 13, з'єднаними з підшипниковими опорами 14 валів 15 і 16. На валах 15 і 16 закріплені шківи 17, які охоплює гнучкий нескінченний контур троса 18 робочого органа 6 - привода їхнього обертання від потоку води, і шківи 19, з'єднані клиновими ременями 20 з генераторами 5. На плиті 13 стояка 12 закріплений гвинтовий натяжний пристрій 21, а підшипникова опора 14 вала 16 закріплена на зазначеній плиті з можливістю поздовжнього переміщення для натягнення замкнутого контуру троса 18. На днище 2 по дузі з радіусом із центрів стояків 11 і 12 установлені додаткові стояки 22 із кронштейнами 23. На стінках 7, кронштейнах 23 стояків 22, а також стінках 7 і кронштейнах 24 стояків 11 і 12 закріплений рейковий шлях 25 замкнутого контуру, на якому встановлені візки 26, кожний з вертикальним штоком 27 (фіг. 3), закріпленим з можливістю обертання у втулці 28. Знизу візка 26 на штоку 27 закріплена лопатка 29, що перекриває робочу магістраль 8 водоводу 1. Зверху візка 26 на фланці 30 установлений Г-подібний палець 31, на горизонтальній полиці якого встановлені затискні планки 32, що охоплюють трос 18 зверху й знизу на половині його діаметра й стискають за допомогою стяжних болтів 33. Знизу на візках 26 також закріплені опозитно розташовані упори 34, між якими розташовані ребра 35, закріплені на штоках 27 для фіксації лопаток 29 поперек робочої магістралі 8. На внутрішніх поверхнях лопаток 29 закріплені ролики 36, які входять у контакт із напрямною 37, установленою кронштейнами 38 на стінках 7 (фіг. 1) у допоміжній магістралі 9 і на кронштейнах 39 на стояках 22. Напрямна 37 служить для розвороту лопаток 29 під кутом 90° у допоміжній магістралі 9. На внутрішніх поверхнях стінок 7 аварійного каналу 10 у передній його частині опозитно закріплені -подібні пази 40, у які входить щит-засувка 41, що з'єднана з ручним рейковим піднімальним механізмом 42. Таку ж заслінку (на кресленнях не показано) установлено на L-подібних стінках 7 робочої 8 і додаткової 9 магістралей для їхнього перекриття при профілактичних і ремонтних роботах. Гідроелектрична установка працює в такий спосіб. Водний потік річки або каналу через вхідний конфузор 3 входить у водовід 1 і розділяється L-подібними стінками 7 на робочу 8, допоміжну 9 і аварійну 10 водні магістралі. При цьому аварійна магістраль 10 закрита щитомзасувкою 41, що опускається по -подібних пазах 40 за допомогою рейкового піднімального механізму 42, а робоча 8 і допоміжна 9 магістралі відкриті такими ж щитами (на кресленнях не показані). 2 UA 97764 C2 5 10 15 20 Потік води, що рухається по робочій магістралі 8, переміщає робочий орган 6, виконаний у вигляді транспортера, що має щонайменше десять лопаток 29, послідовно закріплених на контурі троса 18 на відстані одна від одної 10 метрів (для відновлення енергії водного потоку на наступній лопатці 29), при цьому натяг контуру троса здійснюють гвинтовим натяжним пристроєм 21. У робочому положенні лопатки 29 утримуються перпендикулярно потоку води закріпленими на штоках 27 ребрами 35, які опираються в опозитно закріплені знизу візків 26 упори 34. Лопатки 29 потоком води переміщають візок 26 по замкнутому контуру рейкового шляху 25. Візок 26 Г-подібними пальцями 31 і планками 32, притиснутими стяжними болтами 33 зверху й знизу до троса 18, переміщають й обертають шківи 17 і 19. Шківи 19 клиновими ременями 20 обертають вали генераторів 5. При заході візків 26 на радіусну дільницю рейкового шляху 25 ролики 36 лопаток 29 входять у контакт із напрямною 37 і розвертають їх під кутом 90° для входу в допоміжну магістраль 9 ребрами назустріч потоку води. У результаті цього опір переміщенню лопаток 29 у допоміжній магістралі 9 зменшується в 50-70 разів. Лопатки 29 розташовані в магістралях 8 і 9 із зазором від днища 2 і стінок 7 для проходу надлишкового потоку води й відновлення енергії потоку між наступними лопатками. Відпрацьований потік води через випускний дифузор 4 виходить із гідроелектричної установки. Для проведення профілактичних і ремонтних робіт заслінку 41 піднімальним механізмом 42 піднімають по подібних пазах, а робочу 8 і допоміжну 9 магістралі перекривають аналогічними щитамизаслінками (не показані). Використання гідроелектричної установки дозволяє ефективно використовувати енергію водного потоку рік або каналів з відносно невеликою швидкістю течії води. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 1. Гідроелектрична установка для річок і каналів, що містить водовід із вхідним конфузором, вихідним дифузором й робочим каналом, утвореним стінками водоводу, у якому розміщений робочий орган у вигляді транспортера з валами й гнучким нескінченним контуром, на якому закріплені лопатки й кінематично пов'язані з валами транспортера генератори електричного струму, яка відрізняється тим, що водовід розділено стінками на робочу, допоміжну й аварійну магістралі, гнучкий нескінченний контур транспортера виконано у вигляді троса, що охоплює вертикальні вали, змонтовані на підшипникових опорах стояків, установлених в аварійній магістралі, з'єднаного з візками, які встановлені на рельсовій колії, закріпленій на стінках водних магістралей, кронштейнах стояків, установлених в аварійній магістралі, й кронштейнах додаткових стояків - у вхідному конфузорі й вихідному дифузорі водоводу, а лопатки встановлені на візках з можливістю поворотів навколо вертикальних осей, розміщені між опозитно закріпленими на візках упорами і оснащені роликами, взаємодіючими з напрямною, що закріплена на кронштейнах зовнішньої стінки допоміжної водної магістралі й кронштейнах додаткових стояків. 2. Гідроелектрична установка за п. 1, яка відрізняється тим, що робоча, допоміжна й аварійна магістралі оснащені щитами-заслінками. 3 UA 97764 C2 4 UA 97764 C2 5 UA 97764 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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