Направляющий аппарат микрогидроэлектростанции

Авторы патента:

F03B17/06 - с использованием потока жидкости, например с подвижными створками

F03B13/10 - гидроагрегаты с электрическими генераторами или двигателями, погруженные в воду

Владельцы патента RU 2603882:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс" (ФГОУ ВПО "Госуниверситет-УНПК") (RU)

Изобретение относится к области малой гидроэнергетики. Направляющий аппарат микрогидроэлектростанции образован совокупностью продольно ориентированных ребер, формирующих совокупность направляющих каналов для подачи ускоренных струй воды к лопаткам рабочего колеса гидротурбины и размещенных в кольцевом пространстве между наружной и внутренней оболочками базового корпуса агрегата, концентрически охватывающими мультипликатор и электрогенератор. На внутренней оболочке смонтирован обтекатель. Корпус, снабженный конфузором, выполнен в виде усеченного конуса, центральная полость которого образована внутренней цилиндрической оболочкой. Направляющие каналы выполнены в виде секторов конуса с переменным поперечным сечением в направлении течения воды. Основаниями конуса являются дуги окружностей наружной и внутренней оболочек, а боковыми сторонами - продольные ребра, высота которых уменьшается в сторону выхода потока воды к лопаткам рабочего колеса гидротурбины. Изобретение направлено на уменьшение радиальных габаритов и материалоемкости, на обеспечение технологичности в изготовлении и удобства в техническом обслуживании направляющего аппарата микрогидроэлектростанции. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области малой гидроэнергетики, а именно к погружным свободнопоточным микрогидроэлектростанциям горизонтального исполнения, и может найти применение в качестве устройства для увеличения скорости движения потока воды, направляемого на лопатки рабочего колеса гидротурбины.

Известен направляющий аппарат небольшой гидротурбины, состоящей из статорной секции, образующий аксиальный кольцевой канал. Канал снабжен фиксированными ребрами, которые придают потоку воды спиралеобразное движение, в результате чего поток воды падает на лопатки гидротурбины под оптимальным углом 90°. Недостатком конструкции направляющего аппарата является наличие расположенных в канале спирально направленных ребер, которые создают закручивание потока воды и вызывают удлинение канала, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления и, следовательно, к снижению КПД гидротурбины и скорости потока воды (см. заявку US 46299004 (A). Micro-hydroelectric power plant. МПК F03B 13/08; F03B 15/14; (IPC 1-7)).

Известен направляющий аппарат, состоящий из внешнего и внутреннего корпусов и равномерно расположенных неподвижных направляющих, которые создают направленное движение потока воды на лопатки гидротурбины. Недостатком полезной модели является невозможность увеличения скорости потока воды в гидротурбине из-за параллельности стенок направляющего аппарата, из-за чего снижается мощность гидротурбины (см. патент РФ на полезную модель №81773 МПК F03B 13/10, опубл. в 2009 г.).

По технической сущности наиболее близкой к заявляемому изобретению является конструкция направляющего аппарата, содержащего две соосно расположенные цилиндрические оболочки, жестко соединенные между собой продольно ориентированным ребрами. Продольно ориентированные ребра формируют направляющие каналы для подачи ускоренных потоков воды на лопатки рабочего колеса гидротурбины. Недостатком конструкции является недостаточное ускорение потока воды через направляющий аппарат вследствие постоянного сечения каналов (см. заявку РФ №2014118289. Микрогидроэлектростанция. МПК F03B 13/00).

Заявленное изобретение решает задачу создания конструкции направляющего аппарата, отличающегося возможностью повышения скорости протекания потока воды через его каналы и увеличения силового воздействия на лопатки рабочего колеса гидротурбины.

Это достигается тем, что в направляющем аппарате микрогидроэлектростанции, образованном совокупностью продольно ориентированных ребер, формирующих совокупность направляющих каналов для подачи ускоренных струй воды к лопаткам рабочего колеса гидротурбины и размещенных в кольцевом пространстве между наружной и внутренней оболочками базового корпуса агрегата, концентрически охватывающими мультипликатор и электрогенератор, причем на внутренней оболочке смонтирован обтекатель, согласно изобретению корпус, снабженный конфузором, выполнен в виде усеченного конуса, центральная полость которого образована внутренней цилиндрической оболочкой, направляющие каналы выполнены в виде секторов конуса с переменным поперечным сечением в направлении течения воды, основаниями конуса являются дуги окружностей наружной и внутренней оболочек, а боковыми сторонами - продольные ребра, высота которых уменьшается в сторону выхода потока воды к лопаткам рабочего колеса гидротурбины. Выходные участки направляющих каналов выполнены с плавным разворотом в сторону вращения рабочего колеса гидротурбины с образованием угла между направлениями оси колеса и оси канала в концевом его сечении.

Технический результат заключается в том, что предложенная конструкция направляющего аппарата имеет малые радиальные габариты, уменьшенную материалоемкость, достаточно технологична в изготовлении, удобна в техническом обслуживании.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 дан продольный разрез направляющего аппарата, на фиг. 2 показано его входное сечение, на фиг. 3 - вид со стороны выхода канала, а на фиг. 4 - вид на концевой участок канала, где П-П - след срединной плоскости рабочего колеса гидротурбины.

Направляющий аппарат состоит из двух неподвижных соосных оболочек: наружной конусной 1 и внутренней цилиндрической 2, охватывающих блок мультипликатор - электрогенератор (на фиг. 1 не показан) и жестко связанных между собой продольно ориентированными ребрами 3, высота которых уменьшается по направлению течения потока воды. Ребра 3 образуют направляющие каналы 4, выполненные в виде секторов усеченного конуса с уменьшающимся поперечным сечением. Основаниями канала 4 являются дуги окружностей оболочек 1 и 2, а боковыми сторонами - радиальные отрезки ребер 3. С целью уменьшения гидравлического сопротивления движению воды внутренние поверхности каналов имеют антифрикционные покрытия.

На внутренней оболочке 2 установлен обтекатель 5, а к наружной оболочке присоединен конфузор 6. Водный поток через конфузор 6 поступает в каналы 4 направляющего аппарата. Во входном сечении каждого канала создается начальная скорость течения V₁. Дальнейшее увеличение скорости течения воды до значения V₂=k_vV₁, на выходе из канала происходит за счет уменьшения его площади поперечного сечения в направлении потока воды.

Коэффициент k_v - коэффициент увеличения скорости. Он равен отношению площади сечения F₁ на входе струи и площади сечения F₂ на выходе струи

k_v=F₁/F₂,

где D₁ и D₂ - внутренние диаметры наружной оболочки на входе в канал и выходе из него соответственно,

d - наружный диаметр внутренней оболочки,

n - число каналов,

Δ - толщина ребра.

При этом выходные участки каналов выполнены с плавным разворотом в сторону направления окружных скоростей рабочего колеса гидротурбины с образованием угла между направлениями оси колеса и оси канала в концевом его сечении.

Для оценки усилия Р, оказываемого вытекающей из канала струей на лопатку рабочего колеса гидротурбины, используют зависимость (см. статью «Проектирование гидромеханического преобразователя микрогидроэлектростанции для низкоскоростных водных источников», Промышленная энергетика, №2, 2015.):

где ρ - плотность воды,

β₁ - угол между направлениями оси рабочего колеса гидротурбины и оси канала в концевом его сечении,

β₂ - угол между направлением оси рабочего колеса гидротурбины и плоскостью его лопатки.

Окружная P_t и осевая P_o составляющие силы Р определяются зависимостями

P_t=Pcosβ₂, Р_о=Psinβ₂.

Предложенные зависимости позволяют оценивать параметры конструкции направляющего аппарата микрогидроэлектростанции для низкоскоростных водных источников.

1. Направляющий аппарат микрогидроэлектростанции, образованный совокупностью продольно ориентированных ребер, формирующих совокупность направляющих каналов для подачи ускоренных струй воды к лопаткам рабочего колеса гидротурбины и размещенных в кольцевом пространстве между наружной и внутренней оболочками базового корпуса агрегата, концентрически охватывающими мультипликатор и электрогенератор, причем на внутренней оболочке смонтирован обтекатель, отличающийся тем, что корпус, снабженный конфузором, выполнен в виде усеченного конуса, центральная полость которого образована внутренней цилиндрической оболочкой, направляющие каналы выполнены в виде секторов конуса с переменным поперечным сечением в направлении течения воды, основаниями конуса являются дуги окружностей наружной и внутренней оболочек, а боковыми сторонами - продольные ребра, высота которых уменьшается в сторону выхода потока воды к лопаткам рабочего колеса гидротурбины.

2. Направляющий аппарат по п. 1, отличающийся тем, что выходные участки направляющих каналов выполнены с плавным разворотом в сторону вращения рабочего колеса гидротурбины с образованием угла между направлениями оси колеса и оси канала в концевом его сечении.

Изобретение относится к гидроэлектрической турбине для генерации электричества путем извлечения мощности из приливного потока воды через турбину. Технический результат - устранение электрического дисбаланса катушек вследствие эксцентричного вращения ротора.

Речная подледная гидроэнергетическая установка // 2597732

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к конструкциям устройств для выработки электроэнергии за счет энергии гидравлического потока реки, покрытой льдом.

Устройство ускорения низкопотенциального водного потока свободопоточной микрогэс // 2592953

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к свободопоточным гидроэлектростанциям, которые размещают на равнинных реках с низкопотенциальным водным потоком.

Установка и метод для генерирования энергии из потока жидкости // 2592660

Группа изобретений относится к установке и методу для генерирования энергии из потока жидкости. Установка для монтажа поперек пласта воды, в которой используется падение напора от напорной стороны к ненапорной стороне для генерирования электричества с использованием потока воды, содержит комплект элементов, расположенных на расстоянии друг от друга.

Система и способ подъема гидроэлектрической турбины // 2591970

Группа изобретений относится к системе подъема гидроэлектрической турбины. Система 10 содержит основание В, турбину Т, установленную основании В, и раму, имеющую проем, позволяющий продвигать раму вокруг установленной на основании В турбины Т посредством указанного проема.

Преобразователь энергии "двужильный" // 2585993

Преобразователь энергии содержит плотину с уровнем воды, которая содержит по меньшей мере одно окно, которое соединяет наливную емкость с выпускной емкостью через кран.

Погружная свободнопоточная микрогидроэлектростанция // 2585161

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к конструкции свободнопоточных микрогидроэлектростанций, преобразующих кинетическую энергию свободного потока воды в электрическую.

Увеличение до максимума извлечения энергии из перемещающихся текучих сред // 2583181

Изобретение относится к способу и системе для извлечения энергии из перемещающихся текучих сред. В способе извлечения механической энергии из перемещающихся масс текучей среды, текучая среда входит в инкапсулирующее средство.

Способ испытаний гидроэлектрической турбины // 2581260

Изобретение относится к способу испытаний гидроэлектрической турбины, позволяющему выполнять испытания турбины до ее окончательной установки на дне моря путем моделирования прохождения приливно-отливных течений воды через турбину.

Многоцелевое роторное устройство (варианты) и генерирующая система, включающая такое устройство // 2580193

Группа изобретений относится к многоцелевому роторному устройству и генерирующей системе, включающей такое устройство. Многоцелевое роторное устройство содержит ротор, включающий некоторое число лопастей по окружности, и тело направления нагрузки, предназначенное для направления потока текучих сред, поступающих внутрь ротора.

Способ аккумулирования и производства электроэнергии как от альтернативных источников, включая энергию взрывчатых веществ, а так же аккумулирование энергии от недогруженных генерирующих мощностей // 2591359

Суть изобретения аналогична с функцией ГАЭС и предназначена для аккумулирования энергии альтернативных источников, а также энергии от недогруженных генерирующих мощностей, для покрытия пиковых нагрузок в электросетях и поддержки сетей от ВЭУ при недостатке или отсутствии их мощностей.

Микрогидроэлектростанция // 2582714

Изобретение относится к области малой гидроэнергетики. Микрогидроэлектростанция с горизонтальным расположением оси гидравлической турбины, объединяющая в едином базовом корпусе агрегата электрический генератор, содержит статор, ротор, выводной водостойкий кабель и лопастную гидравлическую турбину, кинематически связанную с ротором посредством мультипликатора, включающую рабочее колесо 31, лопасти 32, подводящую камеру, обтекатель, направляющий и спрямляющий аппараты.

Подводная гидростатическая электростанция // 2574686

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для утилизации потенциальной энергии воды глубоководных водоемов, а именно для трансформации энергии гидростатического давления воды в электрическую.

Бесплотинная русловая микрогидроэлектростанция // 2572255

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для обеспечения электрической энергией небольших населенных пунктов, лагерей геологов, охотников, рыбаков, леспромхозов преобразованием энергии русловых потоков реки в электрическую.

Способ получения вторичного энергоносителя - водорода посредством преобразования энергии ветра // 2567484

Изобретение относится к способу получения вторичного энергоносителя - водорода посредством преобразования энергии ветра. Способ получения вторичного энергоносителя - водорода посредством преобразования энергии ветра включает преобразование посредством парусного движителя кинетической энергии ветра в кинетическую энергию движения судна, движущегося в районах открытого океана с мощными воздушными потоками, и затем посредством гидравлической турбины и электрогенератора в электрическую энергию, которую используют для разложения воды на водород и кислород с ожижением и накоплением водорода в криогенных резервуарах.

Гидроэлектростанция, способ получения электроэнергии и гидродвигатель для использования на гидроэлектростанции // 2567347

Группа изобретений относится к гидроэнергетике и может быть использована как самостоятельно для выработки электроэнергии, так и в составе плотинных гидроэлектростанций (ГЭС), деривационных ГЭС, свободнопоточных ГЭС в системах водоснабжения, водоотведения и водотоках каналов.

Русловая микрогидроэлектростанция // 2565627

Водонапорный двигатель // 2563287

Предлагаемое изобретение позволяет повысить КПД водонапорного двигателя путем сочленения шнека с турбиной. Поступающий в водовод поток сначала раскручивает шнек, затем турбину.

Гидроэлектрическая энергетическая установка без обустройства плотины // 2562351

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

Ортогональная турбина с положительной плавучестью // 2559900

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.

Устройство для стабильной подводной передачи электропитания для приведения в действие высокоскоростных двигателей или иных подводных нагрузок // 2614741

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в оборудовании для передачи электропитания к подводным нагрузкам, расположенным далеко от надводных частей платформы или от берега, требующим передачи большой мощности. Устройство для стабильной подводной передачи электропитания для приведения в действие высокоскоростных двигателей или иных подводных нагрузок, например насосы, компрессоры и системы управления, представляет собой вращающееся устройство шагового изменения частоты, конкретнее - вращающееся устройство повышения или понижения частоты; оно содержит: двигатель и генератор, функционально соединенные так, что двигатель приводит в действие генератор; по меньшей мере один сосуд, наполненный газом и/или жидкостью, в котором находится по меньшей мере что-то одно из двигателя и генератора, при этом протяженность кабеля является длинной, что означает - достаточно длинной, чтобы вызвать проблемы из-за эффекта Ферранти при частотах и уровнях мощности, подходящих для двигателей подводных насосов и компрессоров. Устройство через протяженный кабель получает на входе электропитание при достаточно низкой частоте, чтобы иметь стабильную передачу. Устройство, функционально соединенное с подводным двигателем, выдает на выходе частоту электрического тока, силу тока и напряжение, подходящие для работы подключенных двигателей. Система для подводного повышения давления углеводородной текучей среды или другой текучей среды содержит это устройство. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил., 4 табл.