Автоматическая гидравлическая электростанция

 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для получения электроэнергии. Электростанция состоит из плотины, трубопровода подвода напора воды, активной турбины, реактивной турбины и генератора электрического тока. Реактивная турбина имеет выходные патрубки, изготовленные по дугам окружности, и диффузор, к которому патрубки прикреплены по касательной. Электростанция снабжена цилиндром-заслонкой управления расходом воды, поступающей в реактивную турбину. Выходные патрубки реактивной турбины окружены лопатками активной турбины, которая связана с цилиндром-заслонкой через трос с противовесом. Изобретение позволяет увеличить КПД турбины и обеспечить постоянство оборотов турбины при изменении расхода воды и устранить потери мощности с выходной скоростью течения воды. 5 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для получения электроэнергии.

Известна гидроэлектростанция, включающая плотину, напорные трубопроводы и гидроагрегаты (см. SU 356335 A, 23.10.72, E 02 B 9/00).

Недостатком данной гидроэлектростанции является то, что она подвержена кавитации и не поддается полной автоматизации, а также сложность конструкции.

Наиболее близким аналогом является гидроэлектростанция, состоящая из плотины, трубопровода подвода напора воды, активной турбины и генератора электрического тока (см. SU 227181 A, 16.09.98, E 02 B9/00).

Недостатками данного технического решения является непостоянство оборотов турбины при изменении расхода воды и снижение коэффициента полезного действия.

Цель изобретения состоит в обеспечении постоянства оборотов турбины при изменении расхода воды, увеличении величины коэффициента полезного действия и устранении потерь мощности с выходной скоростью течения воды.

Указанная цель достигается тем, что автоматическая гидравлическая электростанция, состоящая из плотины, трубопровода подвода напора воды, активной турбины и генератора электрического тока, снабжена реактивной турбиной, выходные патрубки которой изготовлены по дугам окружности и прикреплены к ее диффузору по касательной, и цилиндром-заслонкой управления расходом воды, поступающей в реактивную турбину, при этом выходные патрубки реактивной турбины окружены лопатками активной турбины, которая связана с цилиндром-заслонкой.

Сущность изобретения поясняются чертежами.

На фиг. 1 изображена схема автоматической гидравлической электростанции. На фиг. 2 изображен вид А на реактивную турбину снизу. На фиг. 3 изображен вид Б на реактивную турбину сверху. На фиг. 4 изображен график зависимости КПД реактивной турбины от скорости выходных сечений патрубков реактивной турбины. На фиг. 5 изображены графики зависимости мощности реактивной турбины от расхода воды и линейной скорости выходных сечений патрубков реактивной турбины.

Автоматическая гидравлическая электростанция состоит из плотины 1, трубопровода подвода напора воды 2, активной турбины 3, реактивной турбины 4 и генератора электрического тока 5. Реактивная турбина 4 имеет выходные патрубки 6, изготовленные по дугам окружности, и диффузор 7, к которому выходные патрубки 6 прикреплены по касательной. Электростанция снабжена также цилиндром-заслонкой управления расходом воды 8, поступающей в реактивную турбину 4. Выходные патрубки 6 реактивной турбины 4 окружены лопатками активной турбины 3, которая связана с цилиндром-заслонкой 8 через трос 9 с противовесом 10.

Запас располагаемой энергии где h - напор, м; V - скорость истечения воды при напоре, м/с; g = 9,8 - ускорение силы земного тяготения, м/с²; G - секундный расход воды через активную реактивную турбину, м³/с.

Из фиг. 2 вид "А" видно, что ωr = V, где r - радиус реактивной турбины, м, ω - угловая скорость реактивной турбины в радианах, 1/с,
КПД реактивной турбины

(без учета потерь на трение),
где
W - линейная скорость выходного сечения реактивных патрубков,
(V-W) - выходная скорость истечения воды из сечений реактивных патрубков.

Из формулы (1) видно, что максимальное значение КПД (η_р.т= 1) имеет при условии: W=V.

Мощность реактивной турбины

Автоматическая гидравлическая электростанция работает следующим образом. Вода из верхнего бьефа по трубопроводу подвода напора воды 2 поступает в реактивную турбину 4, которая приводит в движение генератор электрического тока 5, вырабатывающий электроэнергию. Из реактивной турбины 4 вода отводится через выходные патрубки 6. При условии равенства выходной скорости течения воды V и линейной скорости выходного сечения патрубков W нет потерь мощности с выходной скоростью течения воды, т.е. КПД равен единице (η_р.т= 1), что соответствует нормальной работе электростанции. При этом активная турбина и цилиндр-заслонка управления расходом воды 8 неподвижны.

При условии, когда выходная скорость течения воды V больше линейной скорости выходного сечения патрубков W (т.е. V > W), активная турбина 3 поворачивается по часовой стрелке, наматывая трос 9 и поднимая цилиндр-заслонку 8 до тех пор, пока разность скоростей V и W не будет равна нулю и КПД реактивной турбины 4 не станет равным единице (η_р.т= 1).
При условии, когда выходная скорость V меньше линейной скорости выходного сечения патрубков W (т.е. V < W), активная турбина 3 поворачивается против часовой стрелки, освобождая трос 9 и опуская цилиндр-заслонку управления расходом воды 8 до тех пор, пока разность скоростей V и W не будет равна нулю и КПД реактивной турбины 4 не станет равным единице (η_р.т= 1).
Пример. Принимаем напор h = 15 м, расход воды G = 500 кг/с.

Выходная скорость
Мощность реактивной турбины

Таким образом, автоматическая гидравлическая электростанция, имея напор воды 15 м и секундный расход 500 кг/с, вырабатывает 74 кВт электричества в секунду.

Формула изобретения

\\\1 Автоматическая гидравлическая электростанция, состоящая из плотины, трубопровода подвода напора воды, активной турбины и генератора электрического тока, отличающаяся тем, что она снабжена реактивной турбиной, выходные патрубки которой изготовлены по дугам окружности и прикреплены к ее диффузору по касательной, и цилиндром-заслонкой управления расходом воды, поступающей в реактивную турбину, при этом выходные патрубки реактивной турбины окружены лопатками активной турбины, которая связана с цилиндром-заслонкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5