Устройство для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды



Устройство для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды
Устройство для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды
Устройство для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды
Устройство для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды
Устройство для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды
Устройство для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды
Устройство для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды
Устройство для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды
Устройство для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды
Устройство для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды
Устройство для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды
Устройство для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды
Устройство для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды
Устройство для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды
Устройство для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды

 


Владельцы патента RU 2539238:

ХАЙДРО ГРИН ЭНЕРДЖИ, ЛЛК (US)

Изобретение относится к энергетическим установкам и, в частности, к устройству для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды. Устройство для выработки энергии за счет запруживания воды содержит каркас 60, выполненный с возможностью транспортирования и установленный в средстве запруживания воды или соединенный с ним, группу энергогенерирующих ячеек, расположенных в каркасе 60 в нескольких заранее заданных местоположениях. Ячейки содержат выборочно съемные, взаимно соединенные, установленные друг на друга модули, вертикально смонтированные в каркасе и включающие генераторный модуль 62 и турбинный модуль 68. Модули являются взаимозаменяемыми в разных местоположениях в каркасе 60 без прерывания выработки энергии в других ячейках. Ячейки установлены с возможностью получения энергии, возникающей при запруживании воды. Ячейки выполнены с возможностью преобразования указанной энергии посредством пропускания воды через турбину и вращения турбины в каждой ячейке. Изобретение направлено на создание устройства для выработки энергии с изменяемой конфигурацией. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 15 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к энергетическим установкам и, в частности, к устройству для улучшенного использования водной энергии на существующих средствах запруживания воды.

Уровень техники

Предшествующие попытки получения энергии с существующих средств запруживания воды, таких как плотины и шлюзовые системы, включали строительство временных перемычек, осушение объема между перемычками и рытье "по сухому" котлована для возведения объектов строительной инфраструктуры, предохраняющих здание электростанции и ее оборудование от влияния статических и динамических нагрузок. Системы с низкой чистой высотой напора, которую можно на них обеспечить, предоставляют незначительную возможность для возведения "обычных" гидроэнергетических объектов из-за очень высокой стоимости сооружения временных перемычек и других объектов строительной инфраструктуры. Существует множество шлюзовых и плотинных средств, в которые входят активные судоходные шлюзы и неиспользуемые вспомогательные шлюзы. Обычно в подобных системах, как например, раскрытой в US 4804855, предполагаются стационарные генераторы и турбины без возможности снятия отдельных элементов. Возможная, хотя и очень нежелательная, необходимость в использовании вспомогательных шлюзов для судоходства потребовала бы создания удаляемых гидроэнергетических систем, что невозможно для обычных систем гидроэнергетики. Кроме того, экономика долгосрочной разработки проекта, инженерных конструкций, лицензирования, изготовления оборудования, гражданских сооружений и ввода в эксплуатацию (вплоть до восьми лет) может сделать стационарные обычные/традиционные гидроэнергетические системы экономически и в некоторых случаях физически и функционально нецелесообразными.

Раскрытие изобретения

Существует необходимость в системе с изменяемой конфигурацией, состоящей из энергогенерирующих модулей и опорного каркаса, которую устанавливают в некотором местоположении, где имеется запруженная вода. Среди других местоположений шлюзы и плотины предоставляют прекрасную возможность для применения неиспользуемых средств запруживания в целях выработки гидроэлектрической мощности. При работе с существующим шлюзом минимизируется воздействие на окружающую среду и снижаются затраты на монтаж и вклад капитальных затрат в стоимость электроэнергии по сравнению с обычной гидроэнергетикой. В некоторых случаях инфраструктура существующих вспомогательных шлюзов никогда не используется (так как иногда она завершена только частично) и похоже никогда не будет использована для дополнительных шлюзов, предусмотренных на многих строительных площадках по разным причинам. В некоторых вариантах выполнения предлагаемое в настоящем изобретении устройство может быть также использовано в любом месте, где имеется водоем, и существует возможность протекания части воды через предлагаемый в настоящем изобретении каркас.

В соответствии с одним вариантом выполнения изобретения представлено устройство для выработки энергии за счет запруживания воды, содержащее по выбору плавучий и подвижный каркас, размешенный в канале протекающей воды, группу энергогенерирующих ячеек, расположенных в каркасе в заранее заданных местоположениях, которые содержат выборочно съемные, соединенные, установленные друг на друга модули, вертикально смонтированные в каркасе и включающие генераторный модуль, один или несколько разделительных модулей и турбинный модуль, подвижный узел крепления на верхней части каркаса, служащий для опускания и подъема модулей в заранее заданные местоположения в каркасе, причем турбинный модуль преобразует потенциальную энергию, созданную запруженной водой в механическую/кинетическую энергию за счет движения воды через турбину в каждой ячейке, что в свою очередь приводит в действие генератор, преобразующий эту механическую энергию в электрическую энергию. Причем упомянутые модули являются взаимозаменяемыми в разных местоположениях в каркасе без прерывания выработки энергии в других ячейках.

Согласно другому варианту выполнения изобретения представлено устройство для выработки энергии за счет запруживания воды, содержащее плавучий каркас, размещенный в канале воды или водоеме, группу энергогенерирующих ячеек, расположенных в каркасе в заранее заданных местоположениях, которые содержат выборочно съемные, соединенные, установленные друг на друга модули, вертикально смонтированные в каркасе и включающие генераторный модуль и турбинный модуль, причем ячейки установлены с возможностью получения энергии от движения воды через каркас. Упомянутые модули являются взаимозаменяемыми в разных местоположениях в каркасе без прерывания выработки энергии в других ячейках.

В настоящем изобретении также предлагаются ворота, установленные у водоема и имеющие заранее определенные места для установки энергогенерирующих ячеек, содержащих по меньшей мере одну модульно взаимозаменяемую выборочно съемную турбину, установленную в заранее заданное местоположение в воротах посредством вертикальной стыковки для стабильного присоединения турбины, по меньшей мере одно генерирующее электрическую энергию средство, установленное с возможностью снятия в вертикальном направлении над турбиной и в свое заранее заданное положение в каркасе, по меньшей мере один крепежный элемент, предназначенный для соединения по меньшей мере одной отдельно (модульно) взаимозаменяемой турбины с генерирующим электрическую энергию средством, образуя энергогенерирующую ячейку, причем по меньшей мере одна отдельно взаимозаменяемая, выборочно съемная турбина и по меньшей мере одно энергогенерирующее средство объединены для выработки электрической энергии. Такое устройство содержит уголки или другие расположенные ниже по течению подкосы, предназначенные для компенсации опрокидывающих сил и распределения горизонтальных сдвигающих нагрузок на каркас со стороны запруженной воды.

Как будет более подробно объяснено ниже на конкретных примерах, предлагаемые устройства способны обеспечивать вариативность конфигурации системы, подгоняемой по высоте под имеющийся напор в конкретном местоположении, что, в частности, дает возможность создания регулируемого водосброса. Дополнительно, предлагаемые конструкции могут обеспечивать большую безопасность для окружающей среды, более простой и менее затратный ввод в эксплуатацию и упрощенное обслуживание.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение рассмотрено более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - схематическое изображение предлагаемой в предпочтительном варианте выполнения изобретения конструкции запруживающих воду шлюза и плотины;

на фиг.2 - предлагаемый в предпочтительном варианте выполнения изобретения пустой модуль шлюзового каркаса;

на фиг.3 - предлагаемый в предпочтительном варианте выполнения изобретения модуль шлюзового каркаса с турбинным, разделительным и генераторным модулями, а также с краном;

на фиг.4 - предлагаемые в предпочтительном варианте выполнения изобретения плавучий и балластируемый кессон и шлюзовой каркас в виде автономного судового корпуса;

на фиг.5 - предлагаемый в предпочтительном варианте выполнения изобретения пустой модуль шлюзового каркаса, размещенный в шлюзе;

на фиг.6 - вид сбоку предлагаемого в предпочтительном варианте выполнения изобретения модуля шлюзового каркаса с одним из вариантов строительной инфраструктуры;

на фиг.7А - вид в перспективе предлагаемого в предпочтительном варианте выполнения изобретения силового узла, включающего установленные друг на друга турбинный, разделительный и генераторный модуль;

на фиг.7Б - вид сбоку предлагаемого в предпочтительном варианте выполнения изобретения силового узла, включающего установленные друг на друга турбинный, разделительный и генераторный модуль;

на фиг.8А - вид в перспективе предлагаемого в предпочтительном варианте выполнения изобретения пустого генераторного модуля;

на фиг.8Б - вид в плане предлагаемого в предпочтительном варианте выполнения изобретения пустого генераторного модуля;

на фиг.8В - вид сбоку пустого генераторного модуля с обозначением линии А-А;

ни фиг.8Г - вид в сечении по линии А-А с фиг.8В;

на фиг.9 - вид в перспективе предлагаемого в предпочтительном варианте выполнения изобретения разделительного модуля;

на фиг.10А - вид в перспективе предлагаемого в предпочтительном варианте выполнения изобретения турбинного модуля;

на фиг.10Б - схематически вид в перспективе турбинного модуля, имеющего сходящийся и расходящийся каналы (входной канал турбины и отводная труба, соответственно), а также способы крепления каналов к сменному внутреннему турбинному каркасу в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения.

Осуществление изобретения

Традиционные судоходные шлюзы и плотины представляют собой один из видов средств регулирования стока воды, облегчающих управление паводковыми водами реки и навигацией по ней двумя путями: 1) управлением водоносностью реки и тем самым регулированием уровня бьефов, образованных выше и ниже плотин, с целью обеспечения противопаводковой защиты и достаточной для судоходства глубины канала и 2) определением числа циклов шлюзования и выбором уровня воды между воротами шлюзов при подъеме или снижении судна, проходящего шлюз и плотину.

В настоящем изобретении предлагается предназначенный для создания гибридной гидроэнергетической установки каркас, объединяющий группу взаимосвязанных гидроэнергетических турбогенераторов и использующий потенциальную энергию "напора" (или разницы по вертикали уровня воды), обеспеченную существующей водоподъемной плотиной. Путем добавления к традиционным шлюзовым воротам нового каркаса(ов), включающего инновационную гидроэнергетическую турбинную систему, существующая противопаводковая плотина и шлюз превращаются в гидроэнергетическую установку. Этот шлюзовой каркас может также найти применение в различных местах, включая плотины, поднимающие уровень водохранилищ, каналы, акведуки, сточные воды промышленных предприятий и другие площадки, где имеется подпертый бьеф. Модуль шлюзового каркаса может быть также использован в судоходном шлюзе путем добавления оборудования для подъема и опускания его или открывания его за счет одного или нескольких шарнирных элементов. В такой компоновке он может эффективно заменять ворота шлюза. Может быть также использован плавучий кессон (корпус судна), вводимый в шлюз или выводимый из шлюза для обеспечения навигации.

В типичном судоходном шлюзе имеется два комплекта ворот, обычно называемых верхними и нижними воротами. Каждые ворота обычно состоят из двух створок (в некоторых случаях используется только одна створка); при закрытых створках они перекрывают весь канал шлюза. Конструкция, предлагаемая в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, предусматривает, что группа больших, модульных, взаимосвязанных и взаимозаменяемых турбин устанавливается в подвижный каркас, который может заменять одну или несколько створок в судоходном шлюзе, при этом каждая из турбин соединена со своим собственным генератором. В предпочтительном варианте выполнения каркас может содержать две или несколько турбин. В плавучем каркасе может быть несколько энергогенерирующих ячеек, состоящих из комбинации генератора и турбины, и каркас может перекрывать всю ширину канала. Конструкция, предлагаемая в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, предусматривает, что турбины/генераторы могут быть перемещены для монтажа в вертикальном направлении из своих каркасов недорогим мостовым краном, смонтированным наверху устройства. Кроме того, эти генераторные каркасы или турбинные каркасы могут быть снова установлены в заданные местоположения.

На фиг.1 изображены шлюз и плотина 20 с водосбросным сооружением 30, через которые вода протекает в направлении стрелок. Слева расположены действующий шлюз 22, обеспечивающий судоходство, и недоукомплектованный и неиспользуемый шлюз 23. В шлюзе 22 может находиться буксир 34, движущий баржу 36 через шлюз обычным образом. Использование действующего шлюза 22 не препятствует выработке энергии в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения, также как выработка энергии не препятствует нормальному использованию шлюза 22. В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения в неактивный шлюз 23 может быть введен модуль 28 шлюзового каркаса. Выше по течению места поступления воды в шлюз 23 установлена сороудерживающая решетка, ограничивающая поступление крупного мусора в проточную часть модуля шлюзового каркаса. Шлюзовые ворота 26, установленные перед модулем 28 шлюзового каркаса, могут быть открыты, обеспечивая поток воды и генерацию энергии модулем шлюзового каркаса. Предпочтительно модуль 28 шлюзового каркаса собирается на другой площадке, а не на месте конечного размещения, и затем сплавляется в нужное место с использованием балластируемых барж или кессона в виде корпуса судна, более подробно описанного далее. Аналогично и как более подробно рассмотрено далее, отдельные модули, размещаемые внутри каркаса, могут быть предварительно изготовлены на другой площадке и перемещены на площадку у местоположения законченной системы. Это дает возможность проводить сборку модулей и всей конструкции в других условиях и затем помещать шлюзовой каркас в нужное местоположение. Вспомогательные каркасы выполнены штабелируемыми и имеют специальные штыревые узлы для автоматического совмещения внутренних модулей при установке внутри каркаса. В дополнение для закрепления модуля шлюзового каркаса нужны какие-то свайные конструкции и свайные насадки, которые могут быть полностью заглублены ниже ожидаемых уровней судоходства. Таким образом должны быть предусмотрены заранее установленные минимальные свайные конструкции, предназначенные для крепления шлюзового каркаса на месте Свайные конструкции более подробно описаны далее в связи с фиг.6.

На фиг.2 представлен пустой модуль 40 шлюзового каркаса с крановым устройством 42 для загрузки внутренних модулей в ячейки, выполненные с возможностью установки в них турбинного каркасного модуля 44, разделительного модуля или модулей 46 и генераторного модуля 48. Состыкованные модули, показанные ниже на фигурах 7А и 7Б, собираются в блок, которому присвоено ссылочное обозначение 43. При монтаже устойчивость шлюзовому каркасу 40 могут придавать подпорки 50. Крановое устройство 42 расположено над основным модулем шлюзового каркаса для облегчения монтажа различных предлагаемых в настоящем изобретении компонент. Крановое устройство расположено с возможностью помещения отдельных модулей в несколько различных местоположений 52, из которых обозначены соответствующие три позиции. Как более подробно показано на фиг.3, каждый модуль может быть установлен наверху, выше уровня воды. Каждая из этих компонент - турбина, разделитель и генератор - может быть опущена в положение в каркасе или в воротах с использованием портального крана, мостового крана или другого поворотного крана, действующего по всей длине каркаса.

На фиг.3 представлен частично заполненный шлюзовой каркас 60 с группой генераторов 63, уже установленных в рабочее положение. Крановое устройство 42 перемещает генераторный каркасный модуль 62 вдоль продольной оси кранового устройства и помещает выбранное оборудование над его положением в каркасе для монтажа. В качестве примера генераторный модуль 62 загружается с плавучего основания 90 (показанного на фиг.5) и поднимается на высоту кранового устройства 42 для перемещения вдоль продольной оси этого устройства в требуемое положение. На фиг.3 изображен генераторный каркасный модуль 62 с собранным генератором 64, перемещаемый краном для установки в рабочее положение. Аналогичным образом турбинный каркасный модуль 68 был ранее перемещен в определенное положение и опущен в соответствующий проем. В некоторых вариантах выполнения может быть использован скользящий затвор 66 (шандорная балка) для пропускания выбранного водного потока на конкретную турбину, в данном примере в турбинный каркасный модуль 68. Скользящий затвор 66 может приводиться в действие механическим, пневматическим или гидравлическим механизмом, широко известным в предшествующем уровне техники, причем это может выполняться с демпфированием для более легкого открывания и закрывания затвора. Скользящий затвор может также иметь обтекаемую конфигурацию с одного края для облегчения прохождение потока вокруг затвора и лучшего демпфирования в процессе перемещения. Крановое устройство 42 может быть скомпоновано в виде отдельного модуля, который может быть установлен на каркас 60 на монтажной площадке или вблизи нее на начальных этапах монтажа. Такой вариант прежде всего обеспечивает улучшенную логистику, когда при транспортировке устройства по реке нужно проходить под конструкциями ограниченной высоты (низкие мосты, силовые кабельные трассы и т.д.).

На фиг.4 изображена балластируемая кессонная плавучая конструкция 80 с показанными схематически встроенными модулями 86 шлюзового каркаса, расположенными над плавучими отсеками 82, 84 и 85. Основная балластная цистерна 85 обеспечивает плавучесть, выдерживая нагрузку, которую представляют собой встроенные каркасные модули 86. Дифферентные цистерны 82 и 84 могут быть использованы для дополнительной регулировки плавучести. В нижней части кессонной плавучей конструкции 80 находится бетонный балластный танк 88, обеспечивающий стабилизацию и дополнительную устойчивость. Кессонная конструкция 80 может быть любой из множества судовых конструкций, относящихся к корабельным корпусам и т.п. Она предназначена служить балластируемым судовым корпусом для транспортировки и установки модуля шлюзового каркаса согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения. Конфигурация и устройство таких кессонов широко известны в предшествующем уровне техники и не нуждаются в более подробном описании. Однако ни одной передвижной и удаляемой гидроэнергетической системы с судовым корпусом для транспортировки в предшествующем уровне техники не раскрыто. Во многих вариантах выполнения изобретения может быть желательным устанавливать модуль шлюзового каркаса на более устойчивую конструкцию, а не на жестко не закрепленный или плавучий судовой корпус, описанный выше. Тем не менее в некоторых конфигурациях модуль шлюзового каркаса предпочтительно устанавливать на некую плавучую конструкцию, которую проще направлять к некоторому месту с помощью буксира или корабельного транспортного средства.

На фиг.5 показан смонтированный шлюзовой каркас 60, установленный вблизи створок 26 и предназначенный для выработки энергии за счет перепада уровня воды на шлюзе. Шлюзовые ворота 26 должны быть открыты, пропуская воду через шлюзовой каркас 60 для выработки энергии. Вблизи крана 42 размещена баржа 90, обеспечивая стыковку портального крана, например, с генераторным каркасным модулем 62 или турбинным каркасным модулем 68. После выбора предназначенного для установки модуля крановое устройство 42 перемещает модуль с баржи 90 на соответствующую высоту шлюзового каркаса 60 и затем над позицией в шлюзовом каркасе, в которую устанавливается выбранный модуль. Баржа 90 и кран 42 могут быть также использованы для технического обслуживания, снятия установленных модулей и монтажа заменяющих. Каждый из генераторных, разделительных и (или) турбинных каркасных модулей может быть легко перемещен в свое положение в ряду генерирующих ячеек, сформированных комбинацией генераторов и турбин. Как более подробно описано ниже, генератор и турбина в каждой энегогенерирующей ячейке взаимосвязаны, вырабатывая энергию за счет движения турбины. В частном варианте выполнения, представленном на фиг.5, имеется девять комбинаций генератор/турбина. При параллельном использовании нескольких секций отпадает необходимость в шлюзовых воротах, так как конфигурация с несколькими секциями обеспечивает снижение потока малыми шагами (в случае девяти секций, показанном на фигурах, поток можно регулировать с перепадом в 11,1% путем перекрытия отдельных турбин). Таким образом отдельные компоненты в комбинации турбина/генератор являются модульными, съемными и взаимозаменяемыми в нескольких заданных конфигурациях. Это также обеспечивает вариативность вертикального размера комбинации турбина, генератор и разделитель за счет изменения размера разделителя и общей высоты шлюзового каркасного модуля. При определенных условиях конфигурация системы может быть изменена на альтернативный водосброс путем обеспечения прохождения воды через ворота и затем через турбинные каналы, даже если не происходит выработки электроэнергии. Таким образом, представленная система создает регулируемый водосброс, чего ранее не существовало.

На фиг.6 дан вид сбоку модуля 100 шлюзового каркаса, имеющего турбину 102, расположенную с возможностью приема воды через напорный водовод 116, который может быть сварной конструкцией или конструкцией из сборного железобетона, такой как водовыпуск плотины. Вода выше по течению модуля шлюзового каркаса обладает потенциалом напора благодаря подъему своей поверхности 115 и создает энергию при перетекании в нижний бьеф через напорный водовод 116, турбину 102 и отводную трубу 114, которая также может быть сварной или из сборного железобетона. Турбина 102 в рабочем состоянии соединена с генератором 106 цепной передачей 105, приводимой в действие извне вращающимся наружным ободом 118 турбины, выполненным воедино с узлом рабочего колеса турбины и приводящим в движение промежуточный вал (передаточный вал) 117, который цепной или ременной передачей 104 соединен с генератором 106. Такая система действует также как мультипликатор. Предпочтительно в турбине 102 используются стационарные рабочие колеса судового типа без направляющего аппарата или лопаток с изменяемым наклоном. Легко видеть, что приводные механические связи между турбиной и генератором не требуют смазки, так как они находятся ниже уровня воды, и, следовательно, подшипники вала могут быть водосмазываемыми. Такая конструкция безопасна для окружающей среды и обеспечивает упрощенное обслуживание механически движимых частей.

Альтернативно мощность с турбины 102 через наружный обод 118 турбины может передаваться генератору через ведущую шестерню и ведущий вал (не показаны), непосредственно или опосредованно соединенные с генератором 106 через другую зубчатую передачу. В таком варианте выполнения мощность передается от вращающегося наружного обода турбины без необходимости в промежуточном ремне или цепи, что в некоторых обстоятельствах может обеспечивать предпочтительные результаты. Применение системы прямого привода с ведущей шестерней и валом в замкнутой модульной системе, использующей описанную выше технологию, имеет потенциальные преимущества в установках большой мощности или при высоких скоростях вращения.

Модуль 100 шлюзового каркаса устанавливается на свайные насадки 124, находящиеся ниже уровня 107 илистых наносов и помещенные на сваи 122, забитые, установленные заранее или другим образом введенные в грунт 112. Свайные насадки 124 полностью заглублены своими торцами ниже уровней судоходства. Альтернативно в шлюзах с конструктивными плитами, которые могут выдерживать вес конструкции модуля шлюзового каркаса, модуль шлюзового каркаса может быть непосредственно помещен на конструктивные элементы с распределением нагрузки на большую площадь, что избавляет от необходимости проникновения в существующие подповерхностные структуры и грунт.

На фиг.7А дан вид в перспективе отдельного генераторного каркасного модуля, разделительного модуля и турбинного каркасного модуля, установленных друг на друге в вертикальном направлении, и на фиг.7Б дана вертикальная проекция отдельной комбинации генератора и турбины, состыкованных вертикально. В представленном на фигурах 7А и 7Б варианте выполнения энергия передается от турбины 102 через цепную или ременную передачу 104 без промежуточного ремня или вала. На этих фигурах показана альтернативная конфигурация привода, в которой не используется промежуточный вал. На этих фигурах показано также использование двух разделительных модулей, меньший из которых расположен над большим. Турбина 102 показана в рабочем состоянии соединенной с генератором 106, установленным в генераторном каркасном модуле 110. Для простоты изображения разделительный модуль 120 показан только на фиг.7Б, но расположен он предпочтительно выше турбины 102 и ниже генераторного каркасного модуля 110. Разделительный модуль 120, частично показанный на фиг.7Б, представляет собой конструктивный узел, который может быть опущен на определенное место в модуле шлюзового каркаса и который выполнен с возможностью соблюдения требований обеспечения определенной высоты на монтажной площадке. Показан также вспомогательный разделительный модуль 121, присутствие которого в определенных конфигурациях желательно для дополнительного разделения генератора и турбины в установках с более высоким рабочим напором. Целиком вертикальная сборка оборудования или силовых модулей, включающая турбину 102, промежуточную приводную цепную передачу 104, разделительный модуль 120 и генераторный модуль 110, может быть удалена из модуля шлюзового каркаса и заменена менее, чем за день. Как более подробно описано выше, различные компоненты отдельной комбинации генератора и турбины могут быть опущены портальным краном, смонтированным вверху модуля шлюзового каркаса, и установлены в свое местоположение в ряду турбин/генераторов. В некоторых вариантах выполнения могут присутствовать турбина и сопряженный с ней генератор, отделенные разделителем переменного размера, которые могут быть совместно вставлены в приемные проемы в воротах. Таким образом, отдельные компоненты в комбинации турбина/генератор являются модульными, съемными и взаимозаменяемыми на нескольких заданных позициях. Это также обеспечивает вариативность вертикального размера комбинации турбина, генератор и разделитель за счет изменения размера разделителя, подгоняемого по высоте под имеющийся напор в конкретном местоположении. В предпочтительном варианте выполнения генераторы могут быть генераторами низкой стоимости, серийно поставляемыми производителем оборудования (индукционные, постоянного тока, переменного тока, синхронные, с постоянными магнитами и т.д.), которые преимущественно используются в новейших системах, в настоящее время приводимых в действие ветровыми турбинами и другими средствами. Кроме того, нет необходимости в коробке передач при применении простой цепной и ременной приводной системы, которая обеспечивает увеличение скорости при использовании решений, обеспечивающих замену на месте, простой контроль и обслуживание.

На фигурах 8А, 8В и 8Г показан пустой генераторный каркасный модуль 110 в перспективе, вид спереди и сечение по А-А с фиг.8В, соответственно. На фиг.8Б показана деталь решетчатой основы 140. На решетчатой основе 140 находится опора 144, предназначенная для установки не нее генератора. Решетчатая основа 140 обеспечивает дополнительное крепление генератора и образует пол генераторного каркасного модуля 110. По четырем углам каркасного модуля 110 показаны штыри 146, которые также изображены на разделительном модуле 120 и турбинном модуле 103 и обеспечивают точки самоцентровки при монтаже различных модулей друг на друге. Показанные на фигурах 8А и 8В лапки 148 обеспечивают элементы подъема модулей.

На фиг.9 изображен разделительный модуль 120, предназначенный для введения между турбинным модулем и генераторным модулем, как описано ранее. В нижней части разделительного модуля 120 имеются приемные отверстия или выемки (не показаны), служащие для сопряжения со штырями 146, показанными на фиг.8А. Каждый турбинный, генераторный и разделительный модуль имеет приемные отверстия или выемки, служащие для сопряжения. Разделительный модуль 120 может быть любой высоты для приспособления к конкретной требуемой конфигурации, или может быть вертикальный набор из нескольких разделительных модулей. На фиг.10А дан турбинный каскадный модуль 102 с частично показанным входным каналом турбины. На фиг.10Б схематически изображены сходящийся входной канал 135 и расходящийся выходной канал (отводная труба) 130. Как было описано ранее в связи с фиг.6, вращающийся наружный обод 118 помещен между двумя каналами, обеспечивая при вращении взаимодействие турбины с приводной цепной или ременной передачей через большое приводное колесо и таким образом взаимодействие с генератором.

Понятно, что описанные частные варианты выполнения изобретения приведены в качестве иллюстраций, а не для ограничения объема изобретения. Основные свойства данного изобретения могут быть использованы в различных вариантах выполнения без выхода за объем изобретения. Специалисты в данной области увидят или получат возможность определить, не используя ничего кроме рутинного опыта, многочисленные эквиваленты конкретных описанных здесь операций. Следует считать, что такие эквиваленты не выходят за объем изобретения и подпадают под его формулу.

На основе настоящего описания все конструкции и (или) способы, описанные и заявленные, могут быть изготовлены и выполнены без проведения дополнительных экспериментальных работ. Хотя конструкции и способы, приведенные в данном изобретении, описаны в приложении к различным вариантам выполнения, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в конструкции и (или) способы могут быть внесены различные изменения так же, как в описанные операции или последовательность операций, без отклонения от идеи, сущности и объема изобретения. Можно полагать, что все подобные замены и модификации, очевидные для специалистов в данной области, должны охватываться идеей, сущностью и объемом изобретения, определяемыми прилагаемой формулой изобретения.

1. Устройство для выработки энергии за счет запруживания воды, содержащее: каркас, выполненный с возможностью транспортирования и установленный в средстве запруживания воды или соединенный с ним; группу энергогенерирующих ячеек, расположенных в каркасе в нескольких заранее заданных местоположениях; причем ячейки содержат выборочно съемные, взаимно соединенные, установленные друг на друга модули, вертикально смонтированные в каркасе и включающие генераторный модуль и турбинный модуль, где упомянутые модули являются взаимозаменяемыми в разных местоположениях в каркасе без прерывания выработки энергии в других ячейках; ячейки установлены с возможностью получения энергии, возникающей при запруживании воды, и эти ячейки выполнены с возможностью преобразования указанной энергии посредством пропускания воды через турбину и вращения турбины в каждой ячейке.

2. Устройство по п.1, в котором ячейка содержит по меньшей мере один разделительный модуль для выборочной установки турбинного модуля в одно из заданных местоположений.

3. Устройство по п.2, в котором по меньшей мере одна модульно устанавливаемая турбина и по меньшей мере один разделительный модуль могут быть выборочно расположены в горизонтальной и вертикальной комбинациях.

4. Устройство по п.1, в котором каркас может быть выборочно выполнен плавучим.

5. Устройство по п.1, содержащее подвижный держатель на верхней части каркаса, служащий для опускания и подъема модулей в заранее заданные местоположения в каркасе.

6. Устройство по п.4, в котором каркас выполнен с возможностью перемещения буксировкой, если он находится в состоянии положительной плавучести.

7. Устройство по п.1, в котором модули имеют стыкующиеся охватываемые и охватывающие соединители, служащие для вертикальной установки модулей друг на друга.

8. Устройство по п.1, в котором генерирующие ячейки смонтированы в каркасе горизонтально.

9. Устройство по п.1, в котором каркас содержит крепежные угловые раскосы.

10. Устройство для выработки энергии за счет запруживания воды, содержащее: плавучий каркас, размещенный в канале запруженной воды; группу энергогенерирующих ячеек, расположенных в каркасе в заранее заданных местоположениях; причем ячейки содержат выборочно съемные, взаимно соединенные, установленные друг на друга модули, смонтированные в каркасе и включающие генераторный модуль и турбинный модуль, где упомянутые модули являются взаимозаменяемыми в разных местоположениях в каркасе без прерывания выработки энергии в других ячейках; и ячейки установлены с возможностью получения энергии, возникающей при запруживании воды каркасом.

11. Устройство по п.10, содержащее разделительный модуль, введенный в установленные друг на друга модули.

12. Устройство по п.10, содержащее поворотный мостовой кран для подъема модулей в некоторое местоположение в каркасе.

13. Ворота, расположенные у канала текущей или запруженной воды, имеющие заранее определенные места для установки энергогенерирующих ячеек, содержащих: по меньшей мере одну модульно взаимозаменяемую выборочно съемную турбину, установленную в заранее заданное местоположение в воротах посредством вертикальной стыковки для стабильного присоединения турбины; по меньшей мере одно генерирующее электрическую энергию средство, установленное с возможностью снятия в вертикальном направлении относительно турбины; по меньшей мере один крепежный элемент, предназначенный для соединения по меньшей мере одной модульно взаимозаменяемой турбины с генерирующим электрическую энергию средством, образуя энергогенерирующую ячейку; причем по меньшей мере одна модульно взаимозаменяемая турбина и по меньшей мере одно генерирующее энергию средство взаимодействуют с возможностью выработки электрической энергии.

14. Ворота по п.13, содержащие вращающийся наружный обод на турбине.

15. Ворота по п.13, содержащие кран, предназначенный для перемещения модулей в определенные местоположения в воротах.

16. Ворота по п.13, содержащие приводимый в действие пневматически или гидравлически затвор перед одной или несколькими турбинами, предназначенный для выборочного регулирования потока воды через турбину.

17. Ворота по п.13, содержащие ведущую шестерню, контактно соединенную с турбиной.

18. Ворота по п.13, выполненные с возможностью транспортировки к каналу.

19. Ворота по п.16, в которых затвор имеет обтекаемую форму ведущей кромки затвора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидроэнергетики. Подвижная проточная гидроэлектростанция содержит понтон 1, закрепленный якорями 2, корпус водовода, гидропривод, генератор электрического тока, механизмы управления.

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии. Гидроэлектростанция содержит трубу-водовод 2 с установленной в ней гидротурбиной 6, соединенной с генератором 7.

Установка предназначена для выработки электроэнергии за счет энергии гидравлического потока реки, покрытой льдом. Подвод перекачиваемой среды, воздуха, выполнен в виде коленообразной трубы, вертикальная часть которой жестко зафиксирована во льду и сообщена с атмосферой, а горизонтальная часть с диффузором размещена подо льдом по направлению потока воды.

Изобретение предназначено для получения электрической энергии. Погружная микрогидроэлектростанция для получения электрической энергии включает в себя гидротурбину с вертикальной осью вращения, соединенную с электрическим генератором, формирователи водяного потока, защитное устройство от плавучих предметов.

Изобретение относится к ветро(гидро)энергетике и может быть использовано в качестве источника электроэнергии. Энергоустановка состоит из одного или нескольких энергоагрегатов, содержащих корпус с диффузором, ветроколесо или рабочее колесо с лопастями, электрогенератор, передачу от ветроколеса к электрогенератору, включающую две пары конических шестерен, первый и второй валы.

Изобретение относится к турбинным установкам, которые могут быть использованы для производства электроэнергии. Турбинная установка содержит облопачивание 11, включающее криволинейные лопатки, внутренний конец каждой из которых заделан в полости 14, открытой с одной стороны; и генератор 20, расположенный в полости 14 и соединенный с облопачиванием 11.

Изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к конструкциям установок для преобразования энергии течения воды в электрическую энергию. Проточный электрогенератор горизонтального типа включает статор и ротор, размещенный на одной оси с турбиной, приводимой в движение силами водного потока.

Изобретение относится к области возобновляемых энергий. Энергосистема имеет ветросиловую или гидросиловую турбину 1, соединенную с генератором 2.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при сооружении низконапорных или безнапорных речных энергетических установок, приливных или ветровых электростанций.

Изобретение относится к устройствам, преобразующим течение реки в электрическую энергию для конкретного потребителя. .

Изобретение относится к области малой энергетики, а именно к средствам преобразования энергии текущей воды в электрическую энергию, и может быть использовано для установки в русла рек. В способ утилизации энергии текущей среды поток текучей среды направляют в диффузор 11, в котором увеличивают его скорость, затем подают внутрь канала 3, где дополнительно ускоряют за счет постепенного уменьшения площади поперечного сечения канала 3, затем преобразуют кинетическую энергию потока в механическую мощность путем подачи потока на, по меньшей мере, одно рабочее колесо 5 с лопатками 6, которое располагают в канале 3, после чего поток замедляют. Лопатки 6 рабочего колеса 5 выполняют сужающимися по ширине от входной до выходной кромки, верхнюю боковую поверхность выполняют выпуклой, а выходную кромку смещают относительно входной. Изобретение направлено на повышение коэффициента утилизации энергии текущей среды. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение может быть использовано в гидроэнергетике в качестве устройства для преобразования энергии самотечного водного потока в электроэнергию. Бесплотинная гидроэлектростанция содержит лопастное колесо и корпус, установленный на опоре. Центральная вертикальная часть корпуса выполнена в виде полого герметичного цилиндра, заполняемого по мере необходимости водой или воздухом. Горизонтальная часть корпуса, жестко соединенная с цилиндром, представляет собой ферму, на которой размещены кольцевая дорожка под опорные ролики лопастного колеса, лопастное колесо, вращающееся вокруг полого цилиндра, опора ведомой звездочки 6 первой ступени кинематической схемы передачи оборотов от лопастного колеса к генератору электроэнергии, боковые заграждения, функционально выполняющие роль входного и выходного диффузоров А, В. Изобретение направлено на повышение коэффициента полезного действия, упрощение конструкции, увеличение единичной мощности. 3 з.п. ф-лы. 2 ил.

Изобретение относится к гидроэнергетическим установкам и способам производства электроэнергии. Основным элементом гидроэнергетической установки является аэродинамическая поверхность в форме крыла, в теле которого выполнен канал, соединяющий противоположные поверхности крыла. Засасываемая в этот канал вода приводит во вращение турбину и связанный с ней электрогенератор. Установка может быть стационарной или мобильной. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение может быть использовано для преобразования энергии текущей среды в электроэнергию. Гидроагрегат содержит гидротурбину и электрогенератор. Канал корпуса гидроагрегата образован поверхностью канала ротора электрогенератора, с которым жестко скреплены концы лопаток ротора гидротурбины. Ротор электрогенератора содержит обечайку с цилиндрическим выступом, в котором выполнен кольцевой паз с магнитной системой. Внешняя поверхность ротора образует рабочий зазор с поверхностью полости шихтованного сердечника статора, снабженный пазами, в которых уложены катушки обмотки, зафиксированные клиньями. Статор с обмотками размещен в герметичной полости корпуса. Рабочий зазор ротора герметично отделен от названной полости корпуса. Корпус включает щиты, разъемно и герметично скрепленные с цилиндрическим корпусом, при этом его внутренняя поверхность снабжена пазом, в котором размещен пакет сердечников статора, снабженный по торцам нажимными листами и зафиксированный разрезным кольцом. Между боковыми стенками цилиндрического выступа и поверхностям щитов установлены упорные подшипники. Между концевыми поверхностями ротора и поверхностями цилиндрических отверстий щитов установлены радиальные подшипники. Объем, в котором установлены радиальные подшипники, герметизирован со стороны зазора между подводящим и отводящим каналами и каналом корпуса. Изобретение направлено на повышение ресурса гидроагрегата и его электрогенератора. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Балка (8) крепления обтекателя (2) гидроэнергетической установки (1) имеет сечение в плоскости, перпендикулярной к продольной оси (А8) балки (8), в виде параллелограмма. Балка (8) содержит, по меньшей мере, одну щель, которая в основном проходит параллельно продольной оси (A8) балки (8). В сечении, перпендикулярном к продольной оси (А8) балки (8), следы поверхностей, расположенных вдоль щели, проходят от одной из сторон больших размеров сечения до смежной стороны малых размеров сечения. Гидроэнергетическая установка (1) содержит колесо (3), выполненное с возможностью вращения вокруг оси (Х1), неподвижный обтекатель (2), охватывающий колесо, и, по меньшей мере, одну балку (8) крепления обтекателя, которая соединяет обтекатель с центральной опорой (6) гидроэнергетической установки. Геометрическая форма балки крепления позволяет при воздействии на балку потока воды во время работы гидроэнергетической установки ограничить завихрения Кармана и даже препятствовать их образованию. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к гидроэлектростанциям. Русловая гидроэлектростанция 2 установлена на фундаменте 26 и содержит несколько жестких, непроницаемых для воды, имеющих эллиптическое поперечное сечение корпусов 6 с турбинными модулями 8, расположенными с возможностью передачи вращения с валов 13, заключенных в кольцо 27, турбин 12 через обгонные муфты 14 общему валу 15, проходящему через береговой колодец 21 с циркулирующей в нем донной речной водой, через редуктор 16 к валу ротора электрогенератора 17, установленного на берегу 3. В каждом из турбинных модулей 8 плоскость вращения лопастей турбины 12 наклонена под углом к продольной оси потока 1, в зоне ступицы 18 турбины 12, к которой крепятся лопасти. На расположенной перед турбиной 12 направляющей решетке 11 установлено острием навстречу потоку конусообразное тело 25. С задней стороны на ступице 18 турбины 12 установлено полусферическое тело 19. Перед турбинным модулем 8 и за ним установлено запорное устройство 7. Изобретение направлено на обеспечение съема максимально возможной части кинетической энергии воды, естественно текущей в реке, для преобразования ее в электроэнергию. 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в линейных генераторах волноэнергетических станций. Технический результат состоит в повышении надежности и упрощении эксплуатации. Корпус (12) статора для погружного линейного генератора (2) включает в себя цилиндрическую металлическую трубу с монтажными средствами (13, 14, 15, 16) для монтажа пакетов (19) статора к внутренней стенке трубы, которая, когда линейный генератор (6) собран, образует также внешнюю окружную стенку линейного генератора (6). Монтажные средства (13, 14, 15, 16) включают в себя множество аксиально распределенных монтажных профилей (13, 14, 15) на внутренней стенке трубы. Каждый монтажный профиль (13, 14, 15) проходит в окружном направлении и содержит первую группу принимающих пазов (14) для пакетов статора. Упомянутые принимающие пазы (14) разнесены посредством направленных внутрь радиальных выступов. Все принимающие пазы (14) одного монтажного профиля (13, 14, 15) аксиально выровнены с принимающими пазами (14) другого монтажного профиля (13, 14, 15). 5 н. и 25 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к ортогональным турбинам. Ортогональная турбина с положительной плавучестью содержит наплавной блок с двусторонним водоводом 8, состоящим из двух конусообразных прямоугольного сечения наплавных труб. На месте стыковки труб расположен стыковочный узел в виде стойки, внутри которой на вертикальной оси установлено колесо ортогональной турбины 2. Колесо состоит из полого вала-ступицы и герметично полых дисков 4 и лопастей 3. Вал-ступица связан через подшипник в верхней крышке турбины 2 с приводом, верхний торец которого содержит шестерню для передачи вращательного момента турбины 2 через трансмиссию 7 генератору, расположенному в стационарном бункере. Торцы водовода 8 снабжены откидными затворами 9, 10, шарнирно связанными между собой наружными тягами. Изобретение направлено на уменьшение осадки наплавного блока и снижение стоимости ортогональной турбины. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к технологиям выработки гидроэлектроэнергии и, в частности, к гидроэлектрической энергетической установке без обустройства плотины. Предлагаются различные варианты осуществления крупной гидроэлектрической энергетической установки без обустройства плотины, которая включает в себя основание 1 и каркас 5 турбины, установленный в основании 1, и гидромеханизмы 8 с имеющимся у них по меньшей мере одним рядом лопаток. Вал 10 турбины установлен внутри каркаса 5 и соединен по меньшей мере с одним генератором 15. Внутри каркаса 5 установлены первый и второй опорные узлы 11 и 2, предназначенные для крепления вала 10. Каждый из гидромеханизмов 8 включает в себя каркас 17 лопатки, внутри которого установлено несколько валов 3 лопаток, вокруг которых вращаются лопатки. В каркасе 17 или на валах 3 установлены стопора 4 лопаток для управления углом раскрыва каждой из лопаток. Группа изобретений направлена на создание крупной гидроэлектрической энергетической установки без обустройства плотины, которая является недорогой, и для сооружения которой требуются более короткие сроки. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить КПД водонапорного двигателя путем сочленения шнека с турбиной. Поступающий в водовод поток сначала раскручивает шнек, затем турбину. Низвергающийся поток внизу водовода обладает наибольшей мощью. Турбина стремится набрать обороты и раскручивает шнек сильнее, превращая его в насос, увеличивающий забор воды в водовод, что ведет к росту мощи потока, росту оборотов двигателя, его мощи. 3 ил.
Наверх