Гидроэлектростанция

Гидроэлектростанция

Реферат

 

Изобретение предназначено для преобразования энергии водопотоков в электроэнергию. Гидроэлектростанция содержит установленный в потоке у берега водозаборный короб с верхней наклонной, боковыми и нижней донной стенками, с уменьшающимся по потоку поперечным сечением. Короб снабжен на входе защитными решетками и соединен с водоводом прямоугольного поперечного сечения, составленным из стыковочных, поворотных, выпускных, а также унифицированных рабочих элементов, в перекрываемое заслонкой отверстие в боковой стенке которых входят рабочие лопасти вертикально-осевых капсульных гидроагрегатов, снабженных устройствами для регулирования и стабилизации числа оборотов капсул и помещенных в цилиндрических корпусах рабочих камер с вырезом, установленных съемно на подвижных платформах, перемещающихся с помощью электродвигателей и механизмов, установленных в герметичных отсеках, по опорным площадкам, прикрепленным к рабочим элементам водовода. Устройство для регулирования и стабилизации числа оборотов капсул гидроагрегатов соединено электрокабелями с электродвигателями механизмов перемещения по основанию подвижных платформ, установленных в герметичных отсеках, прикрепленных снаружи к боковой стенке рабочего элемента водовода. Отверстие в боковой стенке рабочего элемента имеет ширину, равную диаметру цилиндрического корпуса рабочей камеры, и высоту, равную внутренней высоте боковой стенки рабочего элемента. В отверстие в боковой стенке рабочего элемента входят верхние и нижние профильные планки, к которым прикреплена изнутри водовода заслонка, перекрывающая отверстие в боковой стенке рабочего элемента водовода, и которые прикреплены к профильным стойкам, симметрично прикрепленным к подвижной платформе и конгруэнтно контактирующим с вертикальной стенкой цилиндрического корпуса рабочей камеры, ширина выреза в которой равна расстоянию между этими стойками, и со стенками герметичных отсеков, в которых помещены механизмы и электродвигатели перемещения подвижной платформы и которые ориентированы перпендикулярно боковой стенке рабочего элемента. При этом расстояние между стенками герметичных отсеков равно диаметру цилиндрического корпуса рабочей камеры. Конструкция гидроэлектростанции позволяет повысить ее мощность. 8 ил.

Изобретение относится к области гидроэнергетики и может быть применено для преобразования в электроэнергию кинетической энергии водопотоков с различной скоростью течения, в том числе и с относительно небольшой.

Известна гидроэлектростанция (ГЭС), включающая установленный в потоке у берега водозаборный короб с донной, верхней и боковыми стенками, с уменьшающимся по потоку поперечным сечением, соединенный с водоводами, составленными из рабочих, поворотных и стыковочных элементов, с рабочими камерами и помещенными в них капсульными гидроагрегатами (см. авторское свидетельство СССР 1652640 А1, МПК 7 F 03 В 13/08, 30.05.1991).

Данная известная гидроэлектростанция имеет сложную конструкцию, вызванную размещением капсульных гидроагрегатов непосредственно в водоводах и необходимостью в силу этого иметь в конструкции по меньшей мере два водовода, ограниченную мощность, вызванную использованием горизонтальных капсульных гидроагрегатов, ограниченную надежность, а также ограниченную область применения, вызванную относительной неэффективностью применения гидроэлектростанции на равнинных реках с небольшой скоростью течения и небольшим расходом.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является "Гидроэлектростанция "ВОЛСЛОВ", включающая установленный в потоке у берега, снабженный на входе защитными решетками, ориентированными под углом к направлению потока, водозаборный короб с верхней наклонной, боковыми и нижней донной стенками, с уменьшающимся по потоку поперечным сечением, соединенный с водоводом прямоугольного поперечного сечения, составленным из поворотных, стыковочных и унифицированных рабочих элементов, в боковой стенке которых выполнено перекрываемое заслонкой отверстие, в которое входят рабочие лопасти вертикально-осевых капсульных гидроагрегатов, снабженных устройствами для регулирования и стабилизации числа оборотов капсул и помещенных в цилиндрических корпусах рабочих камер с вырезом, установленных съемно на подвижных платформах, перемещающихся с помощью электродвигателей и механизмов, установленных в герметичных отсеках, по опорным площадкам, прикрепленным к рабочим элементам водовода (см. патент Российской Федерации 2140012 С1, МПК 7 F 03 В 13/00, 20.10.1999).

Однако и данная гидроэлектростанция имеет ограниченную область применения, вызванную неэффективностью ее применения на потоках с относительно малой скоростью течения, так как для обеспечения ее эффективной эксплуатации габариты водозаборного короба должны быть большими, относительно небольшую мощность, вызванную относительно небольшим водозабором и расходом, а также относительную сложность конструкции, вызванную наличием в рабочих элементах водовода направляющих лопастей, заслонок, укрепленных на выступах, движущихся в пазах в нижних стенках рабочих элементов, и герметичных отсеков с серводвигателями и дуговыми тягами.

Задачей настоящего изобретения является расширение области применения, упрощение конструкции и повышение мощности гидроэлектростанции.

Указанный технический результат достигается за счет того, что гидроэлектростанция включает установленный в потоке у берега водозаборный короб с верхней наклонной, боковыми и нижней донной стенками, с уменьшающимся по потоку поперечным сечением, снабженный на входе защитными решетками, соединенный с водоводом прямоугольного поперечного сечения, составленным из стыковочных, поворотных, выпускных, а также унифицированных рабочих элементов, в боковой стенке которых выполнено перекрываемое заслонкой отверстие, в которое входят рабочие лопасти вертикально-осевых капсульных гидроагрегатов, снабженных устройствами для регулирования и стабилизации числа оборотов капсул и помещенных в цилиндрических корпусах рабочих камер с вырезом, установленных съемно на подвижных платформах, перемещающихся с помощью электродвигателей и механизмов, установленных в герметичных отсеках, по опорным площадкам, прикрепленным к рабочим элементам водовода. Устройство для регулирования и стабилизации числа оборотов капсул гидроагрегатов соединено электрокабелями с электродвигателями механизмов перемещения по основанию подвижных платформ, установленных в герметичных отсеках, прикрепленных снаружи к боковой стенке рабочего элемента водовода, отверстие в боковой стенке рабочего элемента имеет ширину, равную диаметру цилиндрического корпуса рабочей камеры, и высоту, равную внутренней высоте боковой стенки рабочего элемента, в отверстие в боковой стенке рабочего элемента входят верхние и нижние профильные планки, к которым прикреплена изнутри водовода заслонка, перекрывающая отверстие в боковой стенке рабочего элемента водовода, и которые прикреплены к профильным стойкам, симметрично прикрепленным к подвижной платформе и конгруэнтно контактирующим с вертикальной стенкой цилиндрического корпуса рабочей камеры, ширина выреза в которой равна расстоянию между этими стойками, и со стенками герметичных отсеков, в которых помещены механизмы и электродвигатели перемещения подвижной платформы и которые ориентированы перпендикулярно боковой стенке рабочего элемента, при этом расстояние между стенками герметичных отсеков равно диаметру цилиндрического корпуса рабочей камеры.

На фиг.1 изображен схематически общий вид сверху предлагаемой ГЭС в варианте возведения дамбы между первым и вторым берегами потока, на фиг.2 - схематически общий вид предлагаемой ГЭС в варианте возведения дамбы между первым берегом и протоком, на фиг.3 - схематически общий вид сверху предлагаемой ГЭС в варианте использования у берегов больших водоемов, на фиг.4 - сечение А-А вида на фиг.1 и 2 в варианте работы ГЭС в условиях меженных вод, на фиг. 5 - сечение А-А вида на фиг. 1 и 2 в варианте работы ГЭС в условиях паводковых вод и ледохода, на фиг. 6 - сечение В-В вида на фиг.1, 2, на фиг. 7 - разрез С-С вида на фиг.1, 2 и фиг.6, на фиг.8 - разрез D-D вида на фиг.6 Предлагаемая ГЭС включает возведенную между берегами 1 и 2 потока 3 и ориентированную вверх по потоку 3 под острым углом к направлению потока 3 дамбу 4 с проемом 5 у берега 1, в котором установлен водозаборный короб 6 с донной 7, верхней 8, нижней 9 и боковыми 10 и 11 стенками, снабженный на входе ориентированной под острым углом к донной стенке 7 защитной решеткой 12 и соединенный с водоводом 13 прямоугольного поперечного сечения, составленным из поворотных 14, стыковочных 15, выпускного 16, а также унифицированных рабочих элементов 17.

У берега 2 дамба 4 снабжена проемом 18, между которым и первым берегом 1 установлено ограждение 19. В варианте исполнения с двумя проемами 5 и 18 дамба 4 снабжена дорожным покрытием 20.

В варианте исполнения с протоком 21 дамба 4 также снабжена ограждением 22, установленным между протоком 21 и первым берегом 1. Над водозаборным коробом 6 в проеме 5 имеется сливное отверстие 23.

В варианте применения у берегов больших водоемов водозаборный короб 6 установлен в потоке 3 волн у берега 1 большого водоема между двумя сходящимися симметрично под острым углом у берега 1 дамбами 4, ориентированными с расширением под острым углом против потока 5 волн, движущихся к берегу 1; при этом водозаборный короб 6 плавно соединен с помощью поворотных и стыковочных элементов с водоводом 13, ориентированным вдоль черты берега 1.

В отверстие 25 боковой стенки 26 унифицированных рабочих элементов 17 водовода 13 входят рабочие лопасти 27 вертикально-осевых капсульных гидроагрегатов 28, снабженных устройствами 29 для автоматического регулирования и стабилизации числа оборотов капсулы 30 на заданном уровне и размещенных в цилиндрических корпусах 31 с вырезом 32 рабочих камер 33, установленных на подвижных платформах 34, перемещающихся с помощью электродвигателей 35 и 36 механизмов перемещения, установленных в герметичных отсеках 37 и 38, прикрепленных к подвижным платформам 34 и боковым стенкам 26; при этом устройство 29 для регулирования и стабилизации числа оборотов капсул 30 гидроагрегатов 28 соединено электрокабелями 39 с электродвигателями 35 и 36 перемещения подвижных платформ 34; отверстие 25 в боковой стенке 26 рабочего элемента 17 имеет ширину, равную диаметру цилиндрического корпуса 31 рабочей камеры 33, и высоту, равную внутренней высоте боковой стенки 26 рабочего элемента 17 водовода, в отверстие 25 в боковой стенке 26 рабочего элемента водовода 17 входят верхние 40 и нижние 41 профильные планки, к которым прикреплена изнутри водовода заслонка 42, движущаяся между верхней 50 и нижней 51 стенками рабочего элемента 17 водовода и перекрывающая отверстие 25 в боковой стенке 26 рабочего элемента водовода 17, и которые прикреплены к профильным стойкам 43 и 44, симметрично прикрепленным к подвижной платформе 34 и конгруэнтно контактирующим с вертикальной стенкой 45 цилиндрического корпуса 31 рабочей камеры 33, ширина выреза 32 в которой равна расстоянию между профильными стойками 44 и 43, и со стенками 46 и 47 герметических отсеков 37 и 38, в которых помещены электродвигатели 35 и 36 механизмов перемещения подвижной платформы 34, и которые ориентированы перпендикулярно боковой стенке 26; расстояние между стенками 47 и 48 герметических отсеков 37 и 38 равно диаметру цилиндрического корпуса 31 рабочей камеры 33.

Предлагаемая ГЭС действует следующим образом. Часть потока 3, в дальнейшем потока, со скоростью V₁ проходя через ограждение 19, 22, освобождается частично от опасных предметов, движущихся с потоком 3, попадает в зону действия дамбы 4 и вследствие уменьшения поперечного сечения потока постепенно увеличивает свою скорость до скорости V₂, превышающей скорость V₁ почти кратно соотношению площади поперечного сечения ₁ на входе потока 3 в зону действия дамбы 4 и площади ₂ поперечного сечения потока 3 на входе в проем 5 дамбы 4.

Защитная решетка 12 на входе в водозаборный короб 6, ориентированная под углом к донной стенке 7, препятствует проникновению опасных предметов с потоком 3 внутрь водозаборного короба 6, и благодаря действию горизонтальной составляющей движущегося потока 3 они выносятся через сливное отверстие 23 в проеме 5 над водозаборным коробом 6 за пределы защитной решетки 12 в пространство ниже дамбы 4.

Войдя в водовод, часть потока 3 в каждом рабочем элементе 17 водовода 13 делится на рабочую часть 49, приводящую последовательно во вращение капсулы 30 гидроагрегатов 28, и свободную часть 50, проходящую свободно через рабочий элемент 17, сливающуюся в нем с рабочей частью 49 потока 3 и частично компенсирующую потери напора в рабочей части 49.

Соотношение поперечных сечений рабочей 49 и свободной 50 частей потока в рабочих элементах при проектировании подбирается оптимальным, обеспечивающим максимально возможную мощность гидроагрегата 28 в каждом рабочем элементе 17 и многократный съем мощности потока 3, движущегося в водоводе 13, в соответствующих сечениях потока 3.

Меньшая часть потока 3 в варианте исполнения ГЭС с дамбой 4 и двумя проемами 5 и 18 в ней свободно проходит с первоначальной скоростью V₁ через проем 18 дамбы 4 и выливается в естественное русло потока, создавая возможность свободной миграции речной фауны и судоходства. Дорожное покрытие 20 на дамбе 4 позволяет использовать ее в качестве переправы через поток 3 в течение почти всего года, за исключением периода половодья и ледохода.

В период ледостава все части ГЭС, кроме дамбы 4, находятся ниже нижнего уровня ледостава. В период половодья дамба 4 временно затопляется, лед 52 проходит над дамбой 4, не нарушая режима работы ГЭС.

Выполнение дамбой 4 функции переправы через поток 3 позволяет снизить общую стоимость возведения гидроэлектростанции, исключив из нее стоимость возведения дамбы 4 в качестве устройства для переправы.

Возведение одной дамбы 4 может обеспечить действие гидроэлектростанции с водоводом 13 значительной длины, большим числом рабочих элементов 17 и гидроагрегатов 28, с большой мощностью при полной ее экологичности, т.е. действием ее без затопления пойменных земель, без возведения препятствий для миграции речной фауны и судоходства.

Широкая область применения предлагаемой гидроэлектростанции и ее высокая эффективность, простота конструкции и технологии возведения позволят обеспечить дешевое производство электроэнергии как во многих регионах России, так и во многих других регионах мира.

Формула изобретения

Гидроэлектростанция, включающая установленный в потоке у берега водозаборный короб с верхней наклонной, боковыми и нижней донной стенками, с уменьшающимся по потоку поперечным сечением, снабженный на входе защитными решетками, соединенный с водоводом прямоугольного поперечного сечения, составленным из стыковочных, поворотных, выпускных, а также унифицированных рабочих элементов, в боковой стенке которых выполнено перекрываемое заслонкой отверстие, в которое входят рабочие лопасти вертикально-осевых капсульных гидроагрегатов, снабженных устройствами для регулирования и стабилизации числа оборотов капсул и помещенных в цилиндрических корпусах рабочих камер с вырезом, установленных съемно на подвижных платформах, перемещающихся с помощью электродвигателей и механизмов, установленных в герметичных отсеках, по опорным площадкам, прикрепленным к рабочим элементам водовода, отличающаяся тем, что устройство для регулирования и стабилизации числа оборотов капсул гидроагрегатов соединено электрокабелями с электродвигателями механизмов перемещения по основанию подвижных платформ, установленных в герметичных отсеках, прикрепленных снаружи к боковой стенке рабочего элемента водовода, отверстие в боковой стенке рабочего элемента имеет ширину, равную диаметру цилиндрического корпуса рабочей камеры, и высоту, равную внутренней высоте боковой стенки рабочего элемента, в отверстие в боковой стенке рабочего элемента входят верхние и нижние профильные планки, к которым прикреплена изнутри водовода заслонка, перекрывающая отверстие в боковой стенке рабочего элемента водовода, и которые прикреплены к профильным стойкам, симметрично прикрепленным к подвижной платформе и конгруэнтно контактирующим с вертикальной стенкой цилиндрического корпуса рабочей камеры, ширина выреза в которой равна расстоянию между этими стойками, и со стенками герметичных отсеков, в которых помещены механизмы и электродвигатели перемещения подвижной платформы и которые ориентированы перпендикулярно боковой стенке рабочего элемента, при этом расстояние между стенками герметичных отсеков равно диаметру цилиндрического корпуса рабочей камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8