Гидроэлектрическая энергетическая установка без обустройства плотины

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.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к технологиям выработки гидроэлектроэнергии и, в частности, к гидроэлектрической энергетической установке без обустройства плотины.

Уровень техники, предшествующий изобретению

Строительство гидросооружений, таких как плотины, водовыпуски и т.п., способных создавать перепад воды и регулировать поток воды, в целом, является дорогостоящим, длительным и трудоемким процессом. Подобные сложности не позволяют в полной мере использовать потенциал водных объектов на некоторых реках с сильным течением, крутой береговой полосой и многочисленными порогами и теснинами. Помимо этого, гидростанции, например плотины, могут наносить ущерб экологии и окружающей среде прилегающих районов.

Краткое изложение сущности изобретения

Для решения по меньшей мере некоторых проблем, присущих традиционным гидростанциям, таких как высокая себестоимость, длительное время строительства и т.п. по разным вариантам осуществления настоящего изобретения предлагается крупная гидроэлектрическая энергетическая установка без обустройства плотины, которая является недорогой, и для сооружения которой требуются более короткие сроки.

По различным вариантам осуществления настоящего изобретения гидроэлектрическая энергетическая установка без обустройства плотины может включать в себя бетонное основание на дне водного объекта, каркас турбины, неподвижно закрепленный в бетонном основании, верхний опорный узел и нижний опорный узел, которые соответственно расположены в центре бетонного основания, и вал турбины, опирающийся на каркас турбины. Несколько гидромеханизмов расположены симметрично, у нижней части вала турбины и перпендикулярно валу турбины. Каждый из гидромеханизмов 8 содержит по меньшей мере один ряд лопаток. Верхняя часть вала турбины соединена с ведомой шестерней редуктора через ведущую шестерню. Генераторы установлены на балке каркаса турбины. Каждый из генераторов соединен с муфтой сцепления. Муфта сцепления соединена с выходным силовым валом редуктора. На балке находится тормозной механизм для управления скоростью вращения вала турбины. Каждый из гидромеханизмов может включать в себя каркас лопатки, вал лопатки, установленный внутри каркаса лопатки, лопатку и стопор лопатки, ограничивающий угол раскрыва лопатки. Вал лопатки установлен внутри каркаса лопатки таким образом, чтобы две части лопатки с обеих сторон вала лопатки были разными. Стопор лопатки установлен на каркасе лопатки или на валу лопатки. Лопатка имеет дугообразную форму. Как вариант, тормозной механизм может быть установлен на нижней балке, снизу вышеупомянутой балки.

По сравнению с традиционными механизмами гидроэлектрическая энергетическая установка вырабатывает гидроэлектроэнергию за счет использования кинетической энергии естественного потока воды, поэтому не нужно возводить плотины или водовыпуски. Благодаря этому гидроэлектрическая энергетическая установка имеет низкую себестоимость и короткие сроки строительства. Кроме этого, гидроэлектрическая энергетическая установка может быть развернута на водных объектах с сильным течением или многочисленными порогами и теснинами или на береговой полосе с крутыми спусками, позволяя тем самым в полой мере использовать гидроэнергетические ресурсы, не нанося ущерба экологии и окружающей среде прилегающей местности.

Кроме этого, лопатки гидромеханизмов имеют дугообразную форму и установлены на каркасах лопаток посредством валов лопаток таким образом, чтобы две части каждой лопатки с обеих сторон вала лопатки были разными. Для управления углом раскрытия лопаток используются стопоры лопаток. При движении лопатки в направлении потока воды, в области лопатки, на которую воздействует поток воды, за счет наличия стопора лопатки создается максимальная движущая сила. Поэтому гидромеханизмы могут приводиться в действие для выработки энергии, когда скорость потока достигает 3 м/с. При движении лопатки противоположно направлению потока воды, лопатка поворачивается за счет давления, создаваемого потоком воды, обеспечивая ее пропускание. Это позволяет снизить гидродинамическое сопротивление турбины, повысить кпд и увеличить срок службы турбины.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематически изображена конструкция гидроэлектрической энергетической установки по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 схематически изображена конструкция гидроэлектрической энергетической установки по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 3 показан вид в сечении вдоль линии А-А на фиг. 1.

На чертежах элементы обозначены следующими ссылочными позициями: 1 - бетонное основание, 2 - нижний опорный узел, 3 - вал лопатки, 4 - стопор лопатки, 5 - каркас турбины, 6 - лопатка, 7 - балка, 8 - гидромеханизм, 9 - ведущая шестерня, 10 - вал турбины, 11 - верхний опорный узел, 12 - ведомая шестерня, 13 - редуктор, 14 - муфта сцепления, 15 - генератор, 16 - тормозной механизм, 17 - каркас лопатки, 18 - нижняя балка.

Подробное описание изобретения

В целях упрощения и в качестве иллюстрации, настоящее изобретение преимущественно будет рассмотрено на примере нескольких вариантов его осуществления. В последующем описании специализированная детальная информация приведена с целью более полного понимания настоящего изобретения. Между тем, понятно, что настоящее изобретение может быть практически реализовано, не ограничиваясь подобным конкретными деталями. В других случаях, в целях избежания излишних неясностей в понимании настоящего изобретения, подробное описание отдельных способов и конструкций будет опущено. Используемый здесь термин «включает в себя» не ограничен только этим значением, термин «включающий в себя» также не ограничен только этим значением. Термин «основанный на чем-либо» означает, по меньшей мере частично, основанный на чем-либо. Количество элементов, если это не оговорено отдельно, может одним или несколькими, либо по меньшей мере одним.

По одному из вариантов осуществления гидроэлектрическая энергетическая установка включает в себя основание и каркас турбины, неподвижно закрепленный в основании. Основание может быть установлено на береговой полосе или на дне водного объекта. Вал турбины установлен в каркасе турбины. Первый опорный узел и второй опорный узел расположены в каркасе турбины для поддержки вала турбины. Гидромеханизмы расположены симметрично на валу турбины и перпендикулярно валу турбины. В каждом из гидромеханизмов имеется по меньшей мере один ряд лопаток. Вал турбины соединен по меньшей мере с одним генератором. Генератор может быть установлен на балке каркаса турбины. Балка проходит перпендикулярно валу турбины.

По одному из вариантов осуществления каждый гидромеханизм включает в себя каркас лопатки, установленный в каркасе турбины, вал лопатки, установленный в каркасе лопатки, и лопатку. Стопор лопатки может быть установлен в каркасе лопатки или на валу лопатки для управления углом раскрыва лопатки.

По одному из вариантов осуществления лопатка имеет дугообразное сечение.

По одному из вариантов осуществления вал турбины может быть соединен с ведомой шестерней редуктора через ведущую шестерню. Выходная силовая шестерня редуктора соединена с муфтой сцепления, которая соединена с генератором.

По одному из вариантов осуществления на балке установлен тормозной механизм для ограничения скорости вращения вала турбины.

По одному из вариантов осуществления области лопатки с обеих сторон вала лопатки неравны.

По одному из вариантов осуществления тормозной механизм может быть установлен на другой балке, которая находится в другом положении.

По одному из вариантов осуществления вал турбины соединен с одним или с несколькими генераторами, например, с четырьмя или более генераторами, при помощи одной или нескольких муфт сцепления.

По одному из вариантов осуществления вал турбины может быть соединен с несколькими генераторами при помощи одной или нескольких ведущих шестерен для выработки гидроэлектроэнергии. Ведущие шестерни и генераторы могут быть расположены в несколько рядов, а каждый ряд может включать в себя ведущую шестерню и один или несколько генераторов.

По одному из вариантов осуществления на валу турбины может быть установлено несколько ведущих шестерней. В каркасе турбины может быть несколько рядов балок, а по меньшей мере в одном ряду из нескольких рядов может быть установлено несколько генераторов. Несколько генераторов, установленных на балке, могут быть соединены с одной из ведущих шестерней. Например, одна ведущая шестерня может быть соединена по меньшей мере с одним генератором, установленным на балке, а другая ведущая шестерня может быть соединена по меньшей мере с одним генератором, установленным на другой балке. Общее количество генераторов может зависеть от совокупной генерирующей мощности.

По одному из вариантов осуществления ведущая шестерня может быть соединена с входной шестерней генератора, например, ведущая шестерня может приводить в действие входную шестерню генератора за счет зацепления шестерней для выработки энергии.

Далее будут подробно рассмотрены несколько примеров.

Как показано на фиг. 1, гидроэлектрическая энергетическая установка без обустройства плотины может включать в себя бетонное основание 1 на дне водного объекта, каркас 5 турбины, неподвижно закрепленный в бетонном основании 1, верхний опорный узел 11 и нижний опорный узел 2, которые соответственно расположены по центру бетонного основания 1, и вал 10 турбины, опирающийся на каркас 5 турбины.

Гидромеханизмы 8 расположены симметрично у нижней части вала 10 турбины и перпендикулярно валу 10 турбины. Каждый из гидромеханизмов 8 состоит из четырех рядов лопаток 6. Верхняя часть вала 10 турбины соединена с ведомой шестерней 12 редуктора через ведущую шестерню 9. На балке 7 каркаса 5 турбины установлено четыре генератора 15 по 500 кВт. Каждый из генераторов 15 соединен с электрически управляемой муфтой сцепления 14. Муфта 14 сцепления соединена с выходным силовым валом редуктора 13. На балке 7 находится тормозной механизм 16 для управления скоростью вращения вала 10 турбины.

Каждый из гидромеханизмов 8 может включать в себя каркас 17 лопатки, вал 3 лопатки, установленный внутри каркаса 17 лопатки, лопатку 6 и стопор 4 лопатки, ограничивающий угол раскрыва лопатки. Вал 3 лопатки установлен внутри каркаса 17 лопатки таким образом, чтобы две части лопатки с обеих сторон вала 3 лопатки были неравными. Стопор 4 лопатки установлен в каркасе 17 лопатки или на валу 3 лопатки. Лопатка 6 может быть дугообразной формы, увеличивающий воздействие воды на лопатку. По одному из вариантов осуществления угол лопатки 6 дугообразной формы может составлять от 30° до 45°.

Как показано на фиг. 2, тормозной механизм 16 для ограничения скорости вращения вала 10 турбины также может быть установлен на нижней балке 18, снизу балки 7.

Как показано на фиг. 3, когда лопатка 6 под воздействием воды начинает вращаться, энергия передается на вал 10 турбины. Вал 10 турбины приводит во вращение ведущую шестерню 9. Крутящий момент передается от ведущей шестерни 9 на ведомую шестерню 12 редуктора 13 и приводит в действие редуктор 13. Датчик скорости вращения передает сигнал на систему управления, которая обрабатывает сигнал и отдает команду по подключению муфты 14 сцепления с электронным управлением. После этого рабочий крутящий момент передается на генератор 15, который вырабатывает энергию. По одному из вариантов осуществления, когда вода поступает в правое крыло гидромеханизма 8, лопатки 6 в правом крыле закрыты. Вода приводит в движение лопатки 6 и каркасы 17 лопаток, а гидромеханизм 8 начинает вращаться для выработки энергии. Когда указанное правое крыло гидромеханизма 8 находится слева от центральной линии, лопатки 6 выталкиваются водой и раскрываются, устанавливаясь параллельно направлению потока воды для сброса воды. За счет этого гидромеханическое сопротивление гидромеханизма 8 уменьшается, а эффективность выработки энергии становится максимальной. Когда лопатка 6 и соответствующий каркас 17 лопатки гидромеханизма 8 находятся справа, лопатка автоматически закрывается и цикл вращения завершается. Лопатка 6 может приводиться в действие для выработки энергии, после того как скорость потока превышает 3 м/с.

Различные варианты осуществления могут использоваться на водных объектах с сильным течением, крутой береговой полосой и многочисленными порогами и теснинами, например, на реке Янцзы, реке Нуцзян, реке Даду, реке Минцзян, реке Ланканг, реке Джинша, реке Уцзян и т.п. Установленная мощность одного электрогенератора может составлять от 500 КВт до 2 МВт. Мощность каждой гидроэлектростанции может составлять от 2 МВт до 50 МВт.

В вышеуказанном описании приведены лишь отдельные примеры осуществления изобретения, которые не следует рассматривать в качестве ограничения его объема. Объем защиты изобретения включает в себя любые изменения, равноценные замены и усовершенствования, соответствующие принципам настоящего изобретения.

1. Гидроэлектрическая энергетическая установка без обустройства плотины, содержащая бетонное основание (1) на дне водного объекта, каркас (5) турбины, неподвижно закрепленный в бетонном основании (1), верхний опорный узел (11) и нижний опорный узел (2), расположенные соответственно по центру бетонного основания (1), и вал (10) турбины, опирающийся на каркас (5) турбины, гидромеханизмы (8), которые расположены симметрично у нижней части вала (10) турбины и перпендикулярно ему,
отличающаяся тем, что
каждый из гидромеханизмов (8) содержит по меньшей мере один ряд лопаток (6), верхняя часть вала (10) турбины соединена с ведомой шестерней (12) редуктора через ведущую шестерню (9), на балке (7) каркаса (5) турбины установлен по меньшей мере один генератор (15), каждый из которых соединен с муфтой (14) сцепления, связанной с выходным силовым валом редуктора (13), при этом на балке (7) установлен тормозной механизм (16) для управления скоростью вращения вала (10) турбины.

2. Гидроэлектрическая энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый из гидромеханизмов (8) включает в себя
каркас (17) лопатки, установленный на валу (10) турбины,
вал (3) лопатки установленный внутри каркаса (17) лопатки,
лопатку (6) и стопор (4) лопатки, ограничивающий угол раскрывания лопатки (6),
при этом вал (3) лопатки установлен внутри каркаса (17) лопатки так, что две части лопатки (6) с обеих сторон вала (3) лопатки имеют разную площадь, а стопор (4) лопатки установлен в каркасе (17) лопаток или на валу (3) лопатки.

3. Гидроэлектрическая энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что на нижней балке (18), снизу балки (7) расположен тормозной механизм (16).

4. Гидроэлектрическая энергетическая установка по п. 2, отличающаяся тем, что лопатка (6) имеет дугообразную форму.

5. Гидроэлектрическая энергетическая установка без обустройства плотины, содержащая основание и каркас турбины, установленный в основании,
вал турбины, установленный внутри каркаса турбины, соединенный, по меньшей мере, с одним генератором,
первый опорный узел и второй опорный узел, установленные внутри каркаса турбины для крепления вала турбины,
гидромеханизмы с имеющимся у них по меньшей мере одним рядом лопаток, установленных на валу турбины, при этом каждый из гидромеханизмов включает в себя каркас лопатки, внутри каркаса лопатки установлено несколько валов лопаток, вокруг которых вращаются лопатки, и
стопоры лопаток, установленные в каркасе лопаток или на валах лопаток для управления углом раскрывания каждой из лопаток.

6. Гидроэлектрическая энергетическая установка по п. 5, отличающаяся тем, что каждая из лопаток имеет в сечении дугообразную форму.

7. Гидроэлектрическая энергетическая установка по п. 5, отличающаяся тем, что вал турбины соединен с ведомой шестерней редуктора по меньшей мере посредством одной ведущей шестерни, а выходная силовая шестерня редуктора соединена с муфтой сцепления, связанной с генератором.

8. Гидроэлектрическая энергетическая установка по п. 5, отличающаяся тем, что генератор установлен на первой балке внутри каркаса турбины, при этом установка дополнительно снабжена тормозным механизмом, установленным на второй балке внутри каркаса турбины для управления скоростью вращения вала турбины.

9. Гидроэлектрическая энергетическая установка по п. 5, отличающаяся тем, что две части каждой из лопаток с обеих сторон вала лопатки имеют разную площадь.

10. Гидроэлектрическая энергетическая установка по п. 5, отличающаяся тем, что по меньшей мере две ведущие шестерни установлены на валу турбины, каркас турбины включает в себя по меньшей мере два ряда лопаток, на каждой из балок установлены несколько генераторов, соединенных по меньшей мере с одной из двух ведущих шестерней.

11. Гидроэлектрическая энергетическая установка по п. 5, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна ведущая шестерня установлена на валу турбины и соединена с входной шестерней по меньшей мере одного генератора.