Гидроэлектростанция

ки являраты на ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССРг 1. 1474317, кл, Р 03 В 7/00, 1987.(57) Изобретение относится к гидроэнергетике. Поплавки установки жестко связаныдруг с другом. Установка размещена в реке.Водонаправляющие стенки образуют входной канал. Турбина 6 с лопастями размещена между поплавками на горизонтальномвалу, Вал установлен на корпусах и кинематически связан с генератором. Установкаснабжена перемычкой. Корпуса снабжены Изобретение относится к энергетике, в частности к гидростанциям, и может быть использовано для вырабатывания электроэнергии за счет кинетической энергии рек,Известная электроаккумулирующая установка, включающая наземное водохранилище, соединенное напорным трубопроводом с надземной гидроэлектростанцией, имеющей генератор и турбину, надземное водохранилище, соединенное с наземной электроста:ецией. Генератор выполнен необратимым, напорный трубопровод соединен с турбиной, а подземное и наземное водохранилища соединены отдельным аодоводом,Недостатком известной установ ются значительные капитальные зат подшипниками для установки вала 5. Тяги шарнирно установлены на корпусах. Гибкая нить шарнирно связана с тягами. Опоры размещены на противоположных берегах, Установки сгруппированы и каждая группа снабжена выпрямителями. Последние подключены к фазным обмоткам генераторов, Электродвигатель подключен к цепи выпрямителей. Дополнительный генератор снабжен стабилизатором частоты, Последний выполнен в виде аналогового датчика частоты, компараторов и тиристорного ключа, Вход силовых цепей ключа подключен к шинам, а выход - к дополнительным потребителям. Такое выполнение гидроэлектростанции позволитупростить ее конструкцию, снизить капитальные затраты и повысить КПД, 4 з.п.ф-лы, 4 ил. строительство гидросооружениисть конструкции,И звестная микроэлектростан ция (и рототип) содержит коническую напорную ка Омеру в нижней части которой расположены Ынаправляющий аппарат и рабочее колесо, С)установленное на вертикальном валу соединеннои о генератором, напорная камерав верхней части снабжена отверстиями ирасположенным в зоне последних коллектором, сообщенным при помощи пневмоклапана с атмосферой, на валу под камеройустановлена пластина.Недостатком указанной микроэлектростанции также являются знач 11 тельйыекапитальные затраты на строительство гидросооружений и сложность конструкции, 1788309Для существующих гидроэлектростанций необходимо произвести строительство водохранилищ, плотин, деревационных каналов и т.д., что сопровождается со значительными капитальными затратами, а кроме того создание больших водоемов - водохранилищ, деревационных каналов связано также с затоплением территории, что особенно обостряет экологическую ситуацию втом случае, когда в затапливаемую зону по падают дорогие плодородные земли и леса.Целью изобретения является упрощение конструкции и значительное сокращение (практически до нуля) капитальныхзатрат на строительные работы. Цель достигается тем, что гидроэлектростанции по протяжении реки с интервалами = 3 - 20 м в зависимости от ширины, глубины и географического расположения реки установлены(и) идентичные системы, каждая из которых состоит из двух жестко связанных поплавков, между которыми, на горизонтальном валу расположена турбина, закрепленная через подшипники на корпусе соответствуМэщего поплавка, вал турбины связан прямо или через цепную или зубчатую передачу с валом трехфазного генератора переменного тока, указанная система опущена в середину реки, имеет возможность находиться впоплавковом состоянии, при том находящиеся под водой края лопастей турбины утоплены до уровня нижних поверхностей поплавков, вдоль оси турбины на дне поплавков и с зазором от лопастей турбины между поплавками установлена перемычка, поверхность лопастей выполнена пустотелой клинообразной формы радиально расположенными и обращенными в сторону вращения турбины своими вершинами-остриями при том каждая лопасть в зависимости от ширины турбины содержит один или несколько элементов с клинообразными поверхностями; каждый поплавок снабжен водонаправляющей стенкой, атакующая креке поверхность поплавков со своими водонаправляющими стенками, горизонтальной плоскости имеет сечение воронкообразной формы, шарнирно установленные на корпусе поплавков две тяги также шарнирно установлены на гибкой нити, протянутой сверху и перпендикулярно к течению реки и закрепленной с помощью опор, установленных на противоположных берегах реки.На фиг,1 дана горизонтальная проекция конструкции гидроэнергоустановки; на фиг.2 - вертикальная проекция гидроустановки, разрез А - А; на фиг,3 и 4 - электрическая схема - первый и соответственно второй варианты,2030 3550 55 На фиг. приняты следующие обозначения: 1 - идентичные системы, 2 - река, 3,4 -поплавки, 5 - горизонтальный вал, 6 - трубка, 7 - радиальные лопасти турбины 6, 8,9 -подшипниковые щиты турбины 6, 10 - конструкция корпуса, 11 - трехфазный генератор, 12 - тяги, 13 - гибкая нить, 14,15 -опоры, 16,17 - противоположные стороныберегов, 18 - перемычка между поплавками,находящимися на их дне, 19 - дно реки 2,20,21 - водонаправляющие стенки поплавков 3,4, 22 - двухполупериодная мостоваясхема выпрямителя, 23 - электродвигательпостоянного тока, 24 - выходной - общийтрехфазный генератор, 25 - стабилизаторчастоты, 26 - датчик частоты, 27 - шиныобщего генератора 24, 28,29 - компараторы,30,31 - тиристорные ключи, 32,33 - дополнительные потребители энергии, 34 - линияпередачи, 35 - тиристорный ключ, 36 - линия передачи, 37 - блок определения синхронности.Гидроэнергоустановка содержит (и)идентичных установок 1, которые установлены на протяжении реки с интервалами =3 - 20 м в зависимости от ширины, глубины игеографического расположения реки 2.Каждая установка 1 состоит из двух жестко связанных поплавков 3 и 4 соответственно,Между поплавками 3,4 на горизонтальном валу 5 расположена турбина 6 с радиальными лопастями 7. Турбина 6 черезподшипники и их щиты 8,9 установлена наконструкции корпуса 10, с помощью которой осуществлена жесткая связь между поплавками 3,4, Вал 5 турбины 6 связан прямоили через цепную или зубчатую передачу свалом трехфазного генератора переменного тока 11,указанная система опущена в серединуреки 2, имеет возможность находиться впоплавковом состоянии и через шарнирноустановленные на корпусе 10 поплавков 3,4,двумя тягами 12, также шарнирно установ.лен на гибкой нити 13,Гибкая нить 13 протянута сверху иперпендикулярно к течению реки 2 и закреплена с помощью опор 14,15 на противоположных берегах, При поплавковомсостоянии системы находящиеся края лопастей 7 турбины 6 утоплены до уровня нижних поверхностей поплавков 3,4,В вертикальной плоскости, проходящей вдоль оси турбины 6 на дне поплавков3,4 и с зазором от лопастей 7 турбины 6,между поплавками 3,4 установлена перемычка 18,Перемычка 18 защищает лопасти 7 турбины 6 от механического повреждения при5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 случайном соприкосновении низа системы со дном 19 реки 2,Поверхности лопастей 7 турбины 6 выполнены в виде пустотелой клинообразной формы, радиально расположенными и обращенными в сторону вращения турбины своими вершинами-остриями, при том каждая лопасть в зависимости от ширины турбины содержит один или несколько элементов, клинообразными поверхностями. Внутренний угол каждого клинообразного элемента составляет а50. При таком выполнении лопастей 7 турбины 6 значительноуменьшается сопротивление воды при вращении турбины 6.Каждый из поплавков снабжен водо- направляющей стенкой 20 и соответственно 21.Атакующие к реке поверхности поплавков 3,4 со своими водонаправляющими стенками 20,21 в горизонтальной плоскости имеют сечение воронкообразной формы.Одним из лучших вариантов повышения КПД, т.е. максимального использования электрической энергии отдельных систем генераторов, переменное напряжение с разными амплитудами и частотами для получения одной фиксирова ной - промышленной частоты 50 Гц, является схема, представленная на фиг,З.В установке (и) количество систем - гидротурбогенераторов, установленных по протяжении реки, разбита на один или несколько десятков групп, например, в одну группу, которая представлена на фиг.З,Фазные обмотки каждого генератора 11 каждой системы подключены к двухполупериодной мостовой схеме выпрямителя 22,Выпрямители 22 каждой системы соединены последовательно с аналогичными выпрямителями и подключены к электродвигателю постоянного тока 23, вал которого связан с валом выходного - общего трехфазного генератора переменного тока 24, который снабжен стабилизатором частоты 25.Стабилизатор частоты 25 состоит из аналогового датчика через частоты 26, подключенный входом к шинам 27 общего генератора 24. Выход датчика частоты 26 подключен ко входам одного или нескольким компараторам. число которых зависит от ступеней регулирования.В данном случае (фиг.З) регулирование двухступенчатое, поэтому выход датчика частоты 26, подключен ко входам двух компараторов 28, 29, В ыход каждого компаратора подключен к управляющим входам тиристорного ключа 30 и соответственно 31, Вход силовых цепей каждого из тиристорного ключа подключен к шинам 27 общегогенератора 24, а выход к дополнительномупотребителю энергии 32 и соответственно33.В другом варианте, см,фиг.4, в установке можно пренебречь мотором 23 и общимгенератором 24, соединив отдельные генераторы 11 каждых систем, через тиристорный ключ 35 к линии передачи 36, при томуправляющий вход каждого тиристорногоключа подключен к выходу каждого блокаопределения синхронности 37. Каждыйблок определения синхронности 37 выдаетотпирающий сигнал соответствующему тиристорному ключу 35, который подключаетданный генератор 11 к линии передачи 36при достижении равенства частоты данногогенератора с частотой линии передачи. Вслучае меньшей частоты данного генератора 11, последний к линии передачи 36 неподключается,В случае меньшей частоты любого из игенераторов по сравнению с частотой линией передачи, то указанные генераторы клинии передачи не подключаются, следовательно, при такой схеме энергопотери значимые, так как указанные генераторы непринимают участие в выработке электроэнергии.В большинстве практических случаевпри данной конструкции системы турбина 6имеет сравнительно небольшую угловуюскорость при сравнительно высоком моменте на валу 5. С целью использования указанной скорости для получения частоты близкок промышленной - 50 Гц, для приведения вовращения стандартного генератора, в системе вал 5, турбины 6, через цепную илизубчатую передачу, с коэффициентом пере 10 - 30дачи 1 связан с валом трехфазногогенератора 11,Находящаяся в центральной осевойлинии реки 2 на поплавках 3,4, турбина 6вращается с помощью потока воды обусловленным течением реки 2 в свое русло.Отдаваемая электрическая мощностьгенератором 11 через соответствующуютурбину 6 системы, зависит от расхода водыв реке, от ее течения и от вышеуказанногоконструктивного выполнения системы.Вышеуказанная атакующая к реке 2 воронкообразная поверхность поплавков 3.4со своими водонаправляющими стенками20,21, способствуют направлению и сосредоточению потока воды, и следовательно,повышению уровня воды между поплавками3,4, впереди турбины 6.При этом эффективно используется любое течение реки для создания максималь 1788309ного вращательного момента турбины и следовательно, выработки максимальной электрической энергии.В варианте схемы соединения генераторов (фиг.3) число генераторов 11 в группе определяют так, что сумма мощностей генераторов 11 было бы достаточным для сообщения эл.двигателя 23 и, следовательно, общего генератора 24, номинальную угловую скорость для выработки номинальной частоты 50 Гц, при максимальной нагрузке линии 34, при наименьшем возможном уровне воды в реке 2.При уменьшении нагрузки общего генератора 24, т,е, при отключении части потребителей энергии, частота генератора 24 начинает увеличиваться. При этом от датчика частоты 26 срабатывает компаратор 28, порог срабатывания которого соответствует первой ступени превышения частоты, Отпирающий сигнал с выхода компаратора 28 производит включение тиристорного ключа 30, который включает дополнительный потребитель 32,При нагрузке общего генератора 24 дополнительным потребителем, частота генератора 24 стабилизируется и дальше не возрастает,При дальнейшем уменьшении нагрузки генератора 24 еще раз отключение других потребителей энергии, аналогичным образом включается другой тиристорный ключ 31, включается другой дополнительный потребитель 33 и частота генератора 24 стабилизируется, В качестве дополнительных потребителей могут быть нагревательные элементы, служащие для снабжения населения горячей водой.Аналогичное происходит при половодье, когда суммарная мощность генераторов 11 увеличивается, При этом начинает увеличиваться частота общего генератора 24 и аналогичным образом включается дополнительный потребитель 32, а может быть и дополнительный потребитель 33 и частота общего генератора 24 стабилизируется,Предложенная гидроэнергоустановка экологически чистая, имеет значительно простую конструкцию, практически до нуля доведены капитальные затраты на строительные работы, поэтому его использование и внедрение целесообразно, т,к. вопрос экологии М. 1 проблема в мировом масштабе.Формула изобретения1. Гид роэл ектроста н ция, содержащая установку, выполненную в виде двух жестко связанных поплавков с водонаправляющи 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ми стенками, образующими входной сужающийся канал, турбины с лопастями, размещенной между поплавками на горизонтальном валу, установленном на корпусах последних и кинематически связанном с электрогенератором, и средства для фиксации установки в потоке, отл и ч аю щ а я с я тем, что края лопастей в нижнем положении расположены на уровне нижних поверхностей поплавков, установка снабжена перемычкой, установленной между поплавками вдоль оси турбины с зазором относительно лопастей, корпуса - подшипниками для установки вала, каждая лопасть выполнена пустотелой, радиальной в виде одного или нескольких клинообразных элементов с вершинами, расположенными на периферии турбины, средство для фиксации системы выполнено в виде двух тяг, шарнирно установленных на корпусах поплавков, гибкой нити, шарнирно связанной с тягами и расположенной над уровнем потока, и опор для крепления нити, размещенных на противоположных берегах потока, генератор выполнен трехфазным переменного тока, станция снабжена дополнительными установками, аналогичными вышеуказанной.2, Гидроэлектростанция по п.1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что генератор связан с валом непосредственно.3. Гидроэлектростанция по п.1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что кинематическая связь вала с генератором выполнена в виде цепной или зубчатой передачи.4, Гидроэлектростанция по п,1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что установки сгруппированы в одну или несколько групп и каждая группа снабжена двухполупериодными выпрямителями мостовой схемы, подключенными к фазным обмоткам генераторов модульных систем, и соединены последовательно между собой, электродвигателем постоянного тока, подключенным к цепи выпрямителей, и имеющим стабилизатор частоты дополнительным трехфазным генератором переменного тока, вал которого связан с валом электродвигателя.5, Гидроэлектростанция по п,4, о т л ич а ю щ а я с я тем, что стабилизатор частоты выполнен в виде аналогового датчика частоты, одного или нескольких компараторов и тиристорного ключа, причем выход датчика частоты подключен к входу компараторов, выход компараторов - к управляющим входам ключа, вход силовых цепей последнего - к шинам дополнительного генератора переменного тока, а выход - к дополнительным потребителям энергии.1788309 дактор Т. Егорова Корректор.н, Гун роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Составитель В. ОреховТехред М.Моргентал аказ 63 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по из 113035, Москва, Ж, РПодписноеетениям и открытиям при ГКНТ СССР ская наб., 4/5