Каскадная гидроэлектростанция



Каскадная гидроэлектростанция
Каскадная гидроэлектростанция
Каскадная гидроэлектростанция
Каскадная гидроэлектростанция

 


Владельцы патента RU 2483159:

Минченко Александр Иосифович (RU)
Спирин Евгений Анатольевич (RU)
Злобина Анаит Патвакановна (RU)

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть применено как самостоятельно для выработки электроэнергии, так и в составе плотинных ГЭС, деривационных ГЭС, свободнопоточных ГЭС в системах водоснабжения, водоотведения, и водотоках каналов. Гидроэлектростанция включает канал, связанный с инициирующим динамичный поток водоемом и ортогональные турбины, расположенные внутри канала. Канал представляет собранную из соединительных звеньев трубу с разнесенными по длине трубы турбинами. Турбины выполнены в виде трубных модулей с выходом ведущего вала и возможностью установки модулей между соединительными звеньями трубы. В модулях дополнительно закреплены кольцевые элементы аэродинамического профиля. Повышается КПД гидроэлектростанции, снижается конструктивная сложность и металлоемкость устройства, повышается технологичность изготовления, монтажа и эксплуатации и достигается равномерное распределение нагрузок между турбинами. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть применено как самостоятельно для выработки электроэнергии, так и в составе плотинных ГЭС, деривационных ГЭС, свободнопоточных ГЭС в системах водоснабжения, водоотведения, и водотоках каналов.

Известна речная гидроэлектростанция, содержащая обводной канал и турбины, соединенные с генераторами, отличающаяся тем, что, с целью расширения области применения, она снабжена щитками и прямолинейными трубами, соединяющими русло реки с обводным каналом и расположенными горизонтально или наклонно, причем обводной канал выполнен подземным и расположен на берегу параллельно руслу реки, а турбины размещены в концевых участках труб или за выходными сечениями труб, при этом щитки установлены в русле реки поперек потока за входными сечениями труб ниже по течению реки /RU Патент 2023806, 1994 г./.

Известная гидроэлектростанция имеет не достаточно высокий КПД, излишне конструктивно сложна и дорога в изготовлении и монтаже, ограниченно применима при небольших перепадах высот, не достаточно технологична в эксплуатации.

Известна микроГЭС, включающая гидротурбину с генератором электрического тока, выведенным наружу через колено отсасывающей трубы и соединенным с валом турбины, отличающаяся тем, что станина статора генератора выполнена в виде рубашки, которая плотно одета на пакет статора, к торцам которого приварены фланцы подшипниковых крышек, причем вокруг рубашки создан кожух для образования камеры охлаждения, которая снабжена трубами, подводящими и отводящими охлаждающую воду, при этом генератор выполнен с меньшим диаметром, и удлиненным пакетом статора, и сердечником ротора, на наружной поверхности рубашки выполнено рифление глубиной канавок 0,5-1,5 мм и шириной 3-5 мм, а поверхность пакета статора смазывается диэлектрическим заливочным композитом /RU Патент 81773, 2009 г./. Известная микроГЭС имеет не достаточно высокий КПД, не достаточно надежна в работе, не технологична при ремонтных работах, и при эксплуатации ограниченно применима на низкоскоростных потоках.

Известна малая гидроэлектростанция с активной турбиной, включающая в себя плотину водозабора, конус водозабора, напорный водовод, активную турбину, генератор тока с приводом, отличающаяся тем, что конус водозабора выполнен конусом только в горизонтальной плоскости, вход в донный водосброс и вход в конус водовода располагаются в одной плоскости и над ними на гребне плотины водозабора установлено теплое помещение, стенка которого, обращенная в сторону водохранилища, располагается перед плотиной и ее нижняя кромка заглублена на величину промерзания водохранилища, а активная турбина выполнена в виде диска, жестко закрепленного на валу турбины, по обеим сторонам которого по его периферии закреплены ковши, выполненные в виде улиток, закручивающих падающую на них струю воды из сопел напорного водовода таким образом, чтобы отработанная струя воды падала мимо основной струи, каждое сопло напорного водовода выполнено в виде конуса, связанного с задвижкой напорного водовода через промежуточное звено водовода, а в качестве тормозной системы для стабилизации числа оборотов колеса турбины и, следовательно, частоты тока при изменяющихся в процессе работы станции параметрах напора и нагрузок на генератор от потребителей тока применен дополнительный генератор постоянного тока, вал которого жестко связан с валом основного генератора, и на обмотку возбуждения, которого через диодный мост подается ток из основной, трехфазной сети основного генератора, кроме того, в схеме управления обмоткой возбуждения основного генератора применен реостат, предназначенный для изменения силы тока в его обмотке возбуждения, управляемый центробежным толкателем, например, системы Уатта, вал которого также связан с валом основного генератора /RU Патент 2305793, 2007 г./.

Известная гидроэлектростанция имеет не достаточно высокий КПД, излишне конструктивно сложна, не позволяет автоматически удерживать равномерное распределение нагрузок между турбинами, мало технологична в изготовлении, монтаже и эксплуатации, относительно дорога и ограниченно применима при работе на низкоскоростных потоках.

Наиболее близкой является речная деривационная гидроэлектростанция, содержащая обводной канал, турбины и генераторы, установленные в нем, отличающаяся тем, что гидроэлектростанция дополнительно снабжена турбинами и генераторами, установленными на стыке реки и обводного канала и в обводном канале вниз по течению с образованием каскада, при этом гидроэлектростанция выполнена бесплотинной /RU Патент 2023201, 2007 г./.

Известная гидроэлектростанция имеет не достаточно высокий КПД, излишне конструктивно сложна, не позволяет автоматически удерживать равномерное распределение нагрузок между турбинами, мало технологична в изготовлении, монтаже и эксплуатации, относительно дорога и ограниченно применима при работе на низкоскоростных потоках.

Задачей изобретения является повышение КПД гидроэлектростанции, снижение конструктивной сложности, металлоемкости и стоимости изготовления, повышение технологичности изготовления, монтажа и эксплуатации, достижение равномерного распределения нагрузок между турбинами.

Задача решается тем, что в каскадной ГЭС, включающей канал, связанный с инициирующим динамичный поток водоемом, ортогональные турбины, расположенные внутри канала, согласно решению канал представляет собранную из соединительных звеньев трубу с разнесенными по длине трубы турбинами, выполненными в виде трубных модулей с выходом ведущего вала и возможностью установки модулей между соединительными звеньями трубы, при этом на входе в каждый трубный модуль дополнительно закреплены кольцевые элементы аэродинамического профиля, а на выходе из модуля - турбина, вместе с тем, расстояние между поперечными осями кольцевых элементов и ортогональных турбин соответствует 0,6÷1,2 диаметра трубы, а соединительные звенья трубы и трубные модули снабжены соединительными фланцами и подъемными зацепами.

Отличительными признаками являются:

- канал представляет собранную из соединительных звеньев трубу с разнесенными по длине трубы турбинами (что обеспечивает повышение КПД гидроэлектростанции, повышение технологичности изготовления, монтажа и эксплуатации, достижение равномерного распределения нагрузок между турбинами);

- турбины выполнены в виде трубных модулей с выходом ведущего вала и возможностью установки модулей между соединительными звеньями трубы, (что обеспечивает снижение конструктивной сложности, повышение технологичности изготовления, монтажа и эксплуатации);

- в модулях дополнительно закреплены кольцевые элементы аэродинамического профиля (что способствует повышению КПД);

- кольцевые элементы закреплены на входе в каждый трубный модуль, а турбина - на выходе из модуля (что обеспечивает оптимальное значение динамики потока при воздействии на турбину, технологичность изготовления, а при необходимости - замены изношенных узлов);

- расстояние между поперечными осями кольцевых элементов и ортогональных турбин соответствует 0,6÷1,2 диаметра трубы (что обеспечивает оптимальное значение динамики потока при воздействии на турбину со снижением негативных турбулентных эффектов).

Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию «новизна».

Сравнение заявляемого решения с аналогами и другими известными решениями не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид с разрезом, фиг.2 - блок соединительного звена с трубными модулями, фиг.3 - трубный модуль в разрезе по АА, фиг.4 - трубный модуль, сечение Б-Б.

Каскадная гидроэлектростанция содержит канал 1, ортогональные турбины 2, соединительные звенья 3, трубные модули 4, ведущий вал 5, кольцевые элементы 6, фланцы 7, зацепы 8, генераторы 9. Каскадная гидроэлектростанция работает следующим образом.

По соединительным звеньям 3 канала 1 поток воды движется внутри трубных модулей 4, воздействуя на ортогональные турбины 2. В процессе движения поток обтекает кольцевые элементы 6, при этом происходит перераспределение скоростей потока в поперечном сечении канала (снижение скорости потока в зоне стен канала и возрастание скорости в зоне оси канала). Такое перераспределение скоростей приводит к снижению суммарной скорости потока, набегающего на лопасть турбины 2 при углах атаки, близких к нулевым, что ведет к возрастанию КПД турбины (стр.159, Моделирование нестационарных турбулентных течений при обтекании подвижных тел сложной геометрии на основе уравнений Навье-Стокса. Вестник Харьковского национального университета №847, 2009).

Мощность гидроэлектростанции равна сумме мощностей работающих агрегатов, при этом оптимальным будет такое распределение нагрузки, при котором суммарный расход всех турбин минимален или средний КПД имеет наибольшее значение. Для турбин с одинаковыми характеристиками оптимальным условиям соответствует равное распределение нагрузки между работающими турбинами (стр.156, Гидравлические машины: Турбины и насосы. Учебник для ВУЗов. М.: Энергия, 1978-320 стр.) Равномерное распределение нагрузки между турбинами повышает КПД ГЭС и надежность функционирования ортогональных турбин.

Турбины через ведущий вал 5 инициируют работу генераторов электроэнергии 9. Таким образом, низконапорный поток в канале 1 обеспечивает максимальную отдачу динамической составляющей потока воды на турбины 2. Последовательное распределение турбин в канале 1 обеспечивает полное использование энергии движущего потока воды, что позволяет с высокой степенью трансформировать динамику движения потока в электрическую энергию на генераторах 9, вместе с тем, снижение конструктивной сложности и металлоемкости позволяет значительно снизить затраты на изготовление и монтаж гидроэлектростанции.

Каскадная гидроэлектростанция обеспечивает повышение КПД гидроэлектростанции, снижение конструктивной сложности, металлоемкости и стоимости изготовления, повышение технологичности изготовления, монтажа и эксплуатации, достижения равномерного распределения нагрузок между турбинами, что способствует повышению технических параметров вырабатываемой электроэнергии, а также позволяет вырабатывать электроэнергию с каждой установленной турбины до завершения сооружения всей каскадной ГЭС.

1. Каскадная гидроэлектростанция, включающая канал, связанный с инициирующим динамичный поток водоемом, ортогональные турбины, расположенные внутри канала, отличающаяся тем, что канал представляет собранную из соединительных звеньев трубу с разнесенными по длине трубы турбинами, а турбины выполнены в виде трубных модулей с выходом ведущего вала и возможностью установки модулей между соединительными звеньями трубы, при этом в модулях дополнительно закреплены кольцевые элементы аэродинамического профиля.

2. Каскадная ГЭС по п.1, отличающаяся тем, что кольцевые элементы закреплены на входе в каждый трубный модуль, а турбина - на выходе из модуля.

3. Каскадная ГЭС по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между поперечными осями кольцевых элементов и ортогональных турбин соответствует 0,6÷1,2 диаметра трубы.

4. Каскадная ГЭС по п.1, отличающаяся тем, что соединительные звенья трубы и трубные модули снабжены соединительными фланцами и подъемными зацепами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к устройствам, обеспечивающим очистку воды текущего потока. .

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к устройствам очистки природных вод, и предназначено для защиты водозаборного сооружения от попадания механических примесей, например шуги, а также защиты молоди рыб от попадания в водозаборное сооружение.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и предназначено для защиты водозаборного сооружения от попадания механических примесей, например шуги, а также защиты молоди рыб от попадания в водозаборное сооружение.
Изобретение относится к гидротехническому строительству сооружений, предназначенных для защиты объектов, размещенных в зонах возможных затоплений. .

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к сороудерживающим устройствам из бассейнов-отстойников и водоемов, вода которых содержит большое количество плавающего мусора.

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для получения электроэнергии на горных реках или реках, имеющих большой перепад уровня по руслу и большую разницу в объеме русла в летнее время.

Изобретение относится к гидравлическим электростанциям. .

Изобретение относится к гидростроительству и может быть применено при строительстве малых ГЭС в любой местности. .

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно, к сооружениям для получения электроэнергии при ограниченном объеме энергоносителя

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и гидроэнергетики. Устройство предназначено для технологичного создания на приливной акватории напора между морем и бассейном отсекающей плотиной и пропуска расхода воды, движущейся под действием этого напора через турбинные тракты здания ПЭС. Комплекс основных гидротехнических сооружений однобассейновой приливной электростанции (ПЭС) включает здание ПЭС, состоящее из наплавных блоков (1), и отсекающую плотину ПЭС, в составе которой имеются сопрягающие дамбы (2). Отсекающая плотина имеет водопропускные блоки (5), к которым пристыкованы исключенные из напорного фронта наплавные блоки здания ПЭС. Снижается материалоемкость и трудоемкость строительства отсекающей плотины ПЭС, повышается коэффициент интенсивного использования наплавных блоков здания ПЭС, повышается технологичность модернизации здания ПЭС, снижается материалоемкость наплавных блоков здания ПЭС и снижается вред рыбным запасам от эксплуатации ПЭС. 10 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к устройствам для защиты рыб от попадания в водозаборные сооружения. Устройство содержит плавающую по поверхности воды двойную кольцевую запань. Запань закрыта снизу по внутреннему контуру сетчатым дном или электродами, на которые подают электрический ток. Эрлифтный поток образован в пространстве между запанями снизу. Эрлифтный поток захватывает мелкие объекты защиты из верхних слоев водоема и направляет их в рыбоотвод. Крупные объекты защиты из нижних слоев воды отделены от водоприемного тракта сетчатым дном или электродами. Водозаборный поток на входе вертикален, направлен снизу вверх и перпендикулярен потоку на выходе. Отбор воды осуществляют из пространства внутри двойной кольцевой запани. Обеспечивается эффективная защита рыб. 1 ил.

Изобретение относится к гидротехническому и гидроэнергетическому строительству и может быть использовано при строительстве водоподпорных сооружений, в том числе при чрезвычайных ситуациях, для создания небольших мобильных гидроэлектростанций. Мобильная микроГЭС рукавного типа с поперечно-струйной турбиной включает водоподпорную оболочку, закрепленную в верхней части за счет вант-оттяжек и ванты подбора к береговым анкерным опорам, а в нижней части посредством узла крепления к понуру, укрепленному за счет русловых анкеров ко дну водотока. Водоподпорная оболочка имеет вырезы со стороны береговых примыканий симметрично по отношению к гибкому рукаву для обеспечения его защиты от прямого воздействия потока при переливе через гребень в нижний бьеф. Гидроагрегат установлен на водонаполняемую оболочку совместно с гибким рукавом и имеет регулятор расхода и сервопривод, которые обеспечивают наиболее оптимальную его работу. Изобретение позволяет создать временный водохозяйственный узел с решением локального энергообеспечения, орошения, водоснабжения, рыборазведения, а также обеспечит локализацию распространения лесных пожаров. Обеспечивается возможность многократного использования заявленного сооружения при чрезвычайных ситуациях. 3 ил.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства. Гидроаккумулирующая электростанция содержит бассейн, расположенный на поверхности земли, водозаборное сооружение, вертикальную шахту напорного водовода, коммуникационную шахту, аэрационные шахты, вертикальную шахту выдачи мощности, машинный зал с агрегатными блоками, нижний бассейн с основными камерами и наклонный транспортный туннель. Нижний бассейн дополнительно имеет короткие туннели, соединительные галереи, камеру переключения, напорные соединительные водоводы и распределительную камеру. Основные камеры нижнего бассейна выполнены в виде спирально расположенных туннелей в плане круглого сечения и соединены друг с другом с помощью соединительных галерей. Агрегатные блоки станционного узла посредством отсасывающих труб и коротких туннелей соединены с распределительной камерой, которая в свою очередь соединена с основными камерами нижнего бассейна с помощью напорных соединительных водоводов. Способ проходки нижнего бассейна включает проходку основного наклонного транспортного туннеля от поверхности к подземным сооружениям с помощью туннелепроходческого механизированного комплекса и сооружение основных камер нижнего бассейна. При проходке основных камер нижнего бассейна сооружают камеру переключения для перераспределения выдачи породы во время проходки и сокращения длины выдачи породы по конвейеру. Обеспечивается возможность размещения высоконапорных ГАЭС на равнинных территориях, на больших глубинах от 300 м до 2000 м, оптимизация производства работ и максимальная механизация проходки подземных выработок путем широкого использования производительных туннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК). 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к приливным электростанциям, возводимым в эстуариях, где обычно располагаются порты. Эстуарий защищен от морских вод молом (дамбой) и воротами, открывающимися на опорожнение акватории эстуария при отливе. По линии река-море прокладывают канал с установкой в его бортах (стенках) водоводов в количестве, равном проектному количеству поплавковых энергоблоков. При завершении прокладочных работ со стороны моря акваторию закрывают воротами, запирающимися под напором речного стока при отливе и открывающимися преодолевающим речной сток очередным приливом, что обеспечивает пропуск судов, в том числе буксиров с поплавковыми энергоблоками к месту их установки. Обеспечивается беспаузная работа поплавковых энергоблоков, установленных вдоль обоих бортов канала. 2 ил., 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к приливным электростанциям, возводимым в эстуариях, где обычно располагаются порты. Эстуарий защищен от морских вод молом (дамбой) и воротами, открывающимися на опорожнение акватории эстуария при отливе. По линии река-море прокладывают канал с установкой в его бортах (стенках) водоводов в количестве, равном проектному количеству поплавковых энергоблоков. При завершении прокладочных работ со стороны моря акваторию закрывают воротами, запирающимися под напором речного стока при отливе и открывающимися преодолевающим речной сток очередным приливом, что обеспечивает пропуск судов, в том числе буксиров с поплавковыми энергоблоками к месту их установки. Обеспечивается беспаузная работа поплавковых энергоблоков, установленных вдоль обоих бортов канала. 2 ил., 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к строительству речных низконапорных гидроэлектростанций. Сущность изобретения заключается в том, что фундамент под общее сооружение собирают из стальных или железобетонных блоков, обладающих достаточным запасом плавучести, буксируют к месту перекрытия русла реки, где предварительно установлены бетонные упоры, обеспечивающие остановку фундамента в заданной точке. Один из упоров соединен с сопрягающей дамбой, под которой уложены дюкеры для стыковки их с водоводами поплавковых энергоблоков. Завершают работу по наращиванию стен на фундаменте, используя готовые стандартные ж/б плиты, закладывая их в ж/б стойки, и одновременно наращиваемые стены со стороны шлюзового отсека снаружи укрепляют намывным грунтом. Затем устанавливают обе пары двухстворчатых ворот, оставляя их открытыми до того, как уложат дюкеры и перекроют проран, находящийся между стеной шлюзовой камеры и сопрягающей дамбой противоположного берега реки. При установке и подключении поплавковых энергоблоков к водоводам и электросети и перекрытии створа воротами поплавковую гидроэлектростанцию с совмещенной шлюзовой камерой сдают в эксплуатацию. Обеспечивается возможность упрощения строительства поплавковой гидроэлектростанции, совмещенной с камерой шлюза. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Аэро гэс // 2500854
Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для получения энергии, запасенной в атмосферной влаге в любой точке мира. Устройство содержит нижний бьеф 1, верхний бьеф 2, водовод 3, турбогенератор 4 и поверхности 5. Поверхности 5 выполнены с возможностью приема атмосферной влаги из воздушного потока и доставки ее к верхнему бьефу. Причем поверхности 5 подняты на высоту выше точки росы для данных атмосферных условий. Для поддержания поверхностей 5 используются аэростаты или дирижабли 6. Обеспечивается расширение функциональных возможностей и увеличение удельной мощности ГЭС путем использования максимально возможного перепада высот между верхним и нижним бьефом от высоты реальной конденсации атмосферной влаги в облаке до уровня земли. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх