Гідроелектрична установка

Реферат: Гідроелектрична установка містить водовід із вхідним конфузором, вихідним дифузором і робочим каналом, розділеним стінками на водні магістралі, у якому розміщений робочий орган у вигляді транспортера з вертикальними валами й замкнутим контуром троса, що охоплює вертикальні вали транспортера, з якими кінематично зв'язані генератори електричного струму, змонтовані на підшипникових опорах стояків, установлених в аварійній магістралі. Трос з'єднаний з візками, на яких закріплені лопатки, установленими на рейковому шляху, закріпленому на стінках водних магістралей, кронштейнах стояків, установлених в аварійній магістралі, та на додаткових стояках у вхідному конфузорі й вихідному дифузорі водоводу. Водовід розділено стінками на робочу й аварійну магістралі. У водоводі паралельно стінці аварійної магістралі перед холостою гілкою троса встановлені другі додаткові стояки. Рейковий шлях закріплений на стінках водних магістралей, на кронштейнах стояків, установлених в аварійній магістралі, на додаткових стояках у вхідному конфузорі й вихідному дифузорі водоводу та на других додаткових стояках, установлених паралельно стінці аварійної магістралі перед холостою гілкою троса. Лопатки встановлені на візках з можливістю повороту навколо горизонтальної осі, розміщені між упором вертикального й обмежником горизонтального їх положення та оснащені роликами, установленими в підшипникових опорах UA 104643 C2 (12) UA 104643 C2 на горизонтальній осі, оснащеній дисковими ножами. Ролики виконані з можливістю взаємодії із напрямними, одна з яких закріплена на зовнішній стінці аварійної магістралі та кронштейнах стояків, установлених у аварійній магістралі, а інша - на додаткових стояках, установлених у вхідному конфузорі й вихідному дифузорі водоводу, а також на других додаткових стояках, установлених паралельно зазначеній стінці перед холостою гілкою троса. UA 104643 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гідроенергетики й призначений для одержання електричного струму від дії водного потоку. Гідроелектрична установка може бути встановлена на будь-яких малих ріках і каналах і мати достатню потужність для постачання електричною енергією сільських споживачів. Відома гідроелектростанція, що містить споруду, виконану у вигляді бетонованого берега, наполовину розміщене в напівкруглому вирізі споруди робоче колесо з нерухливими лопатями й вертикальною віссю обертання, кінематично пов'язаною з електрогенератором (див. патент RU 2020260 С1, МПК F03B 7/00, 1994 р. Аналог). Недолік цієї гідроелектростанції - низька ефективність роботи при порівняно повільному бігу води біля берегів, а також забивання гідроколіс пливучими у воді предметами. Відома гідроелектростанція, що містить споруду, що складається з фундаментної плити, бічних стін, додаткової середньої стіни й перекриття із приміщенням для електрогенераторів і редукторів. Бічні стіни споруди з боку входу води і її виходу мають розширення. Електрогенератори кінематично пов'язані з вертикальними валами гідроколіс із нерухомими лопатями. Додаткова середня стіна має з різних сторін напівкруглі вирізи під гідроколеса, направлені в різні сторони, розташовані в шаховому порядку, й утворює два робочі канали (див. патент RU 2303707 С1, МПК F03B 13/00, 2007 р. Аналог). Недолік відомого аналога - низька ефективність використання енергії потоку води через необхідність спорудження робочих каналів шириною дещо більше половини діаметра гідроколеса, а також складність проведення профілактичних і ремонтних робіт. Відома гідроелектрична установка, що містить судно, виконане у вигляді катамарана, між корпусами якого утворений водний робочий канал із вхідним конфузором і вихідним дифузором. У водному каналі розміщений робочий орган, виконаний у вигляді транспортера із установленими на корпусах катамарана горизонтальними валами, які охоплює нескінченна стрічка із закріпленими на ній лопатками, розташованими в шаховому порядку. Довжина кожної лопатки дорівнює половині ширини стрічки, оснащеної перфорацією і вхідними радіальними штирями, закріпленими на валах. Вали кінематично пов'язані з генераторами електричного струму. Установка оснащена додатковими гідротурбінами з вертикальними осями обертання, розташованими у вихідному дифузорі, й кінематично пов'язаними з ними генераторами електричного струму (див. авторське свідоцтво SU № 1474317 А1, МПК F03B 7/00, 1989 р. Аналог). Недоліком установки є ненадійність в експлуатації. Гідротурбіна установки, що 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 повинно бути міцним, а перфорація стрічки зносостійкою, що технічно виконати не просто. З'єднання радіальних штирів з перфорацією стрічки швидко зношується й не забезпечує надійної й довговічної роботи установки. Відома також гідроелектрична установка для рік і каналів, що містить водовід із вхідним конфузором, вихідним дифузором і робочим каналом, розділеним стінками на робочу, додаткову й аварійну магістралі. У водоводі встановлений робочий орган у вигляді транспортера з вертикальними валами й гнучким нескінченним контуром у вигляді троса, що охоплює вертикальні вали транспортера й кінематично пов'язані з валами транспортера генератори електричного струму. Вертикальні вали змонтовані на підшипникових опорах стояків, установлених в аварійній магістралі, а трос з'єднаний з візками, на яких закріплені лопатки. Візки встановлені на рейковому шляху, закріпленому на стінках водних магістралей, на кронштейнах стояків, установлених в аварійній магістралі, й на додаткових стояках у вхідному конфузорі й вихідному дифузорі водоводу. Робоча, додаткова й аварійна магістралі оснащені щитами-заслінками (патент України UA 97764 С2, МПК F03B, 9/00; F03B 13/10, 12.03.2012 p. Найбільш близький аналог). Недолік прототипу - неповне використання водного потоку на виробництво електроенергії. У робочому режимі водний потік направляється стінками водоводу на дві магістралі - робочу і допоміжну, у якій водний потік не використовується на виробіток електроенергії, а гальмує рух лопаток, що рухаються в ній ребрами. Іншим недоліком є складність конструкції гідроелектричної установки за рахунок монтажу чотирьох стінок водних магістралей і складної конструкції візків. Наступним недоліком є неможливість роботи установки з появою покривного льоду у водоводі. Даний аналог за багатьма суттєвими ознаками збігається з технічним рішенням, що заявляється, і прийнятий нами як найбільш близький аналог. Загальними суттєвими ознаками 1 UA 104643 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 технічного рішення, що заявляється, і найбільш близького аналога є наступні: гідроелектрична установка, що містить водовід із вхідним конфузором, вихідним дифузором і робочим каналом, розділеним стінками на водні магістралі, у якому розміщений робочий орган у вигляді транспортера з вертикальними валами й замкнутим контуром троса, що охоплює вертикальні вали транспортера, з якими кінематично зв'язані генератори електричного струму, змонтовані на підшипникових опорах стояків, установлених в аварійній магістралі, при цьому трос з'єднаний з візками, на яких закріплені лопатки, установленими на рейковому шляху, закріпленому на стінках водних магістралей, кронштейнах стояків, установлених в аварійній магістралі, й на додаткових стояках у вхідному конфузорі й вихідному дифузорі водоводу. Технічна задача винаходу - створення гідроелектричної установки, у якій використовується енергії всього водного потоку при виробництві електричного струму й усунутий опір руху лопаток після їх виходу з робочої магістралі. Технічний результат - підвищення ефективності роботи гідроелектричної установки на виробництво електроенергії, спрощення конструкції, підвищення експлуатаційної надійності й збільшення часу сезонної роботи. Технічне задача й результат досягаються тим, що у гідроелектричній установці, що містить водовід із вхідним конфузором, вихідним дифузором і робочим каналом, розділеним стінками на водні магістралі, у якому розміщений робочий орган у вигляді транспортера з вертикальними валами й замкнутим контуром троса, що охоплює вертикальні вали транспортера, з якими кінематично зв'язані генератори електричного струму, змонтовані на підшипникових опорах стояків, установлених в аварійній магістралі, при цьому трос з'єднаний з візками, на яких закріплені лопатки, установленими на рейковому шляхові, закріпленому на стінках водних магістралей, кронштейнах стояків, установлених в аварійній магістралі, й на додаткових стояках у вхідному конфузорі й вихідному дифузорі водоводу, згідно із винаходом водовід розділено стінками на робочу й аварійну магістралі й у ньому паралельно стінці аварійної магістралі перед холостою гілкою троса встановлені другі додаткові стояки, рейковий шлях закріплений на стінках водних магістралей, на кронштейнах стояків, установлених в аварійній магістралі, на додаткових стояках у вхідному конфузорі й вихідному дифузорі водоводу та на других додаткових стояках, установлених паралельно стінці аварійної магістралі перед холостою гілкою троса, лопатки встановлені на візках з можливістю повороту навколо горизонтальної осі, розміщені між упором вертикального й обмежником горизонтального їх положення та оснащені роликами, установленими в підшипникових опорах на горизонтальній осі, оснащеній дисковими ножами, причому ролики виконані з можливістю взаємодії із напрямними, одна з яких закріплена на зовнішній стінці аварійної магістралі та кронштейнах стояків, установлених у аварійній магістралі, а інша - на додаткових стояках, установлених у вхідному конфузорі й вихідному дифузорі водоводу, а також на других додаткових стояках, установлених паралельно зазначеній стінці перед холостою гілкою троса. Зазначені ознаки необхідні й достатні для здійснення винаходу й досягнення технічного результату. Особливістю винаходу є також те, що на внутрішніх поверхнях стінок аварійної й робочої магістралей встановлені щити-заслінки, розташовані з можливістю відповідно вертикального й горизонтального переміщення при відкриванні або закриванні зазначених магістралей. Ці ознаки є факультативними, тому що створюють додатковий технічний результат, пов'язаний із профілактикою й ремонтом установки. Причинно-наслідковий зв'язок нових суттєвих ознак винаходу й технічним результатом полягає в наступному. Поділ робочого каналу стінками на робочу й аварійну магістралі дозволило повністю використовувати водний потік на виробництво електроенергії й усунути опір руху лопаток після виходу з робочої магістралі. Установка других додаткових стояків паралельно стінці аварійної магістралі перед холостою гілкою троса дозволило спростити спорудження установки за рахунок скорочення числа Гподібних стінок. Установка на візках лопаток з можливістю повороту навколо горизонтальної осі й розташування їх між упором і обмежувачем дозволило здійснити рух лопаток у робочій магістралі у вертикальному, а при виході з неї в горизонтальному положеннях для переміщення над стінками конфузора й дифузора. Оснащення лопаток роликами, установленими на горизонтальній осі з дисковими ножами, а гідроелектричної установки двома напрямними, одна з яких закріплена на зовнішній стінці аварійної магістралі та кронштейнах стояків, установлених у аварійній магістралі, а інша - на додаткових стояках, установлених у вхідному конфузорі й вихідному дифузорі водоводу, а 2 UA 104643 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 також на других додаткових стояках, установлених паралельно зазначеній стінці перед холостою гілкою троса, дозволило переміщати візки по напрямних у горизонтальному положенні при їх виході з робочої магістралі, а на вході в конфузор здійснювати дроблення льоду дисковими ножами в осінньо-зимовий період. Установка на внутрішніх поверхнях стінок аварійної й робочої магістралей щитів-заслінок, з'єднаних з підйомними механізмами, один з яких розташований з можливістю вертикального, а інший - горизонтального переміщення, дозволило відкривати аварійну й закривати робочу магістралі при ремонтних і профілактичних роботах. На фіг. 1 показана гідроелектростанція, вид зверху із частковими розрізами; фіг. 2 - те ж, вид збоку; фіг. 3 - показаний візок, з'єднаний з контуром троса й лопаткою, поперечний розріз. Гідроелектрична установка містить водовід 1 із залізобетонним днищем 2, вхідний конфузор 3 і вихідний дифузор 4, генератори 5 електричного струму й робочий орган 6 привода їх обертання від потоку води. Водовід 1 розділений ∟-подібними стінками 7, направленими в кожній парі горизонтальними полицями назустріч один одному, які утворюють робочу 8 і аварійну 9 магістралі. У звужених ділянках конфузора 3 і дифузора 4 на залізобетонному днищі 2 установлені стояки 10 і 11 із кронштейнами 12 і підшипниковими опорами 13 і 14, на яких закріплені вертикальні вали 15 і 16 зі шківами 17 і 18. Шківи 17 охоплюють замкнутий контур троса 19 робочого органа 6, а шківи 18 з'єднані клиновими ременями 20 з генераторами 5 електричного струму. На стояку 11 закріплений гвинтовий натяжний пристрій 21, а підшипникова опора 14 вала 16 закріплена на ньому з можливістю поздовжнього переміщення для натягу контуру троса 19. На днище 2 у звужених ділянках конфузора 3 і дифузори 4 по дузі з радіусом із центрів стояків 10 і 11 і паралельно стінці 7 перед холостою гілкою троса 19 установлені додаткові стояки 22. На стінках 7, додаткових стояках 22 і кронштейнах 12 стояків 10 і 11 закріплена рейкова колія 23 замкнутого контуру, на якій встановлені візки 24. На кожному візку 24 (фіг. 3) закріплена з можливістю повороту навколо горизонтальної осі 25 лопатка 26, що перекриває робочу магістраль 8 водоводу 1. Знизу кожної лопатки 26 на підшипникових опорах 27 установлена горизонтально вісь 28 з опорними роликами 29 і дисковими ножами 30. Зверху візків 24 на фланцях 31 установлений Г-подібний палець 32 із затискними планками 33 на його горизонтальній полиці, які зверху й знизу охоплюють трос 19 на половині його діаметра й стискають стяжними болтами 34. Знизу візка 24 закріплений упор 35 для фіксації лопаток 24 вертикально в робочій магістралі 8 та обмежувач 36 (фіг. 2) верхнього їх переміщення при виході з робочої магістралі. На додаткових стояках 22, на зовнішній стороні стінки 7 робочої магістралі 8 і на кронштейнах 12 стояків 10 і 11 під рейковим шляхом 23 закріплена напрямна доріжка 37 з похилими на початку і в кінці частинами, на які опираються ролики 29 при русі лопаток 26 із зовнішньої сторони аварійної магістралі 9. На внутрішніх поверхнях стінок 7 аварійної магістралі 9 у передній частині опозитно закріплені вертикальні ╞-подібні пази 38 (фіг. 1), у які входить щит-заслінка 39, з'єднана з ручним рейковим підйомним механізмом 40. На іншій стінці 7 утворений вертикальний паз 41 з ущільненням 42, а на її зовнішній стороні закріплені опозитно розташовані напрямні ролики 43 і ручний рейковий механізм 44 переміщення щита-заслінки 45 при перекритті робочої магістралі 8. Гідроелектростанція працює в такий спосіб. Водний потік каналу або ріки через вхідний конфузор 3 входить у водовід 1 і розділяється ∟-подібними стінками 7 на робочу 8 і аварійну 9 магістралі. При цьому аварійна магістраль 9 закрита щитом-заслінкою 39, що опускається по ╞подібним пазам 38 за допомогою рейкового підйомного механізму 40 при перекритті зазначеної магістралі. Робоча 8 магістраль відкрита щитом-заслінкою 45, що переміщається ручним рейковим механізмом 44 між напрямними роликами 43 і через вертикальний виріз 41 з ущільненням 42 на стінці 7 у робочий канал 8. Потік води, що рухається по магістралі 8, переміщає робочий орган 6, виконаний у вигляді транспортера, що має щонайменше десять лопаток 26, закріплених на візках 24, з'єднаних з контуром троса 19 на відстані одна від одної в 10 метрів (для відновлення енергії водного потоку на наступній лопатці). При цьому натяг контуру троса 19 здійснюють переміщенням підшипникової опори 14 щодо стояка 11 гвинтовим натяжним пристроєм 21. У робочому положенні кожна лопатка 26 утримуються перпендикулярно до потоку води вертикальним упором 35, закріпленим на візку 24. Потік води переміщає лопатки 26 з візками 24 по замкненому контуру рейкового шляху 23. Планки 33 Г-подібних пальців 32, установлених у фланцях 31 візків 24, стискають стяжними болтами 34 зверху і знизу трос 19, переміщають його й обертають шківи 17 і 18, установлені на валах 15 і 16, змонтованих на підшипникових опорах 13 і 14 стояків 10 і 11. Шківи 18 клиновими ременями 20 обертають вали генераторів 5. При заході візків 24 на радіусну дільницю рейкового шляху 23 ролики 29 лопаток 26 по похилим 3 UA 104643 C2 5 10 15 20 кінцям входять на напрямні доріжки 37, розвертаються навколо осей 28 і переміщаються в горизонтальному положенні за зовнішньою стінкою 7 аварійної магістралі 9 у зоні, яка похилими стінками вхідного конфузора й вихідного дифузора ізольована від потоку води. У результаті цього потік води не перешкоджає переміщенню лопаток 26, які в магістралі 8 розташовані із зазором від днища 2 і стінок 7 для проходу надлишкового потоку води й відновлення його енергії для впливу на наступні лопатки. Відпрацьований потік води виходить із гідроелектростанції через вихідний дифузор 4. Для проведення профілактичних і ремонтних робіт щит-заслінку 39 піднімають рейковим механізмом 40 по ╞-подібних пазах 38, а робочу магістраль 8 перекривають щитом-заслінкою 45, що всувають між напрямними роликами 43 через вертикальний паз 41 з ущільненням 42 у робочу магістраль 8. При роботі гідроелектростанції на початку зими, коли на поверхні води утвориться лід, дискові ножі 30, закріплені на осі 28 у підшипникових опорах 27 наїжджають на льодове покриття, кришать лід, при цьому лопатки 26 упираються в обмежник 36, закріплений знизу візка 24, забезпечуючи їх додатковий натиск на лід. Використання гідроелектричної установки дозволяє ефективно використовувати енергію водного потоку рік або каналів з відносно невеликою швидкістю течії води за рахунок направлення всього водного потоку в робочу магістраль і усунення опору руху лопаток після виходу їх з робочої магістралі. Крім цього конструкція гідроелектричної установки спрощена за рахунок установки додаткових стояків паралельно стінці аварійної магістралі перед холостою гілкою троса замість суцільної стінки й спрощення конструкції візків. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 1. Гідроелектрична установка, що містить водовід із вхідним конфузором, вихідним дифузором і робочим каналом, розділеним стінками на водні магістралі, у якому розміщений робочий орган у вигляді транспортера з вертикальними валами й замкнутим контуром троса, що охоплює вертикальні вали транспортера, з якими кінематично зв'язані генератори електричного струму, змонтовані на підшипникових опорах стояків, установлених в аварійній магістралі, при цьому трос з'єднаний з візками, на яких закріплені лопатки, установленими на рейковому шляху, закріпленому на стінках водних магістралей, кронштейнах стояків, установлених в аварійній магістралі, й на додаткових стояках у вхідному конфузорі й вихідному дифузорі водоводу, яка відрізняється тим, що водовід розділено стінками на робочу й аварійну магістралі й у ньому паралельно стінці аварійної магістралі перед холостою гілкою троса встановлені другі додаткові стояки, рейковий шлях закріплений на стінках водних магістралей, на кронштейнах стояків, установлених в аварійній магістралі, на додаткових стояках у вхідному конфузорі й вихідному дифузорі водоводу та на других додаткових стояках, установлених паралельно стінці аварійної магістралі перед холостою гілкою троса, лопатки встановлені на візках з можливістю повороту навколо горизонтальної осі, розміщені між упором вертикального й обмежником горизонтального їх положення та оснащені роликами, установленими в підшипникових опорах на горизонтальній осі, оснащеній дисковими ножами, причому ролики виконані з можливістю взаємодії із напрямними, одна з яких закріплена на зовнішній стінці аварійної магістралі та кронштейнах стояків, установлених у аварійній магістралі, а інша - на додаткових стояках, установлених у вхідному конфузорі й вихідному дифузорі водоводу, а також на других додаткових стояках, установлених паралельно зазначеній стінці перед холостою гілкою троса. 2. Гідроелектрична установка за п. 1, яка відрізняється тим, що на внутрішніх поверхнях стінок аварійної й робочої магістралей встановлені щити-заслінки, розташовані з можливістю відповідно вертикального й горизонтального переміщення при відкриванні або закриванні зазначених магістралей. 4 UA 104643 C2 5 UA 104643 C2 6 UA 104643 C2 Комп’ютерна верстка С. Чулій 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 7