Гидрокомплекс

Изобретение относится к гидроэнергетике, предназначено для преобразования кинетической энергии водного потока в электричество и подъема воды. Гидрокомплекс состоит из пирамидального водовода 1 на вертикальных стойках 21 с воротами 24, пропеллерной гидротурбины 13, совмещенной единым валом 12 с центробежным насосом 3. Водовод 1 снабжен стабилизирующими гидродинамическими пластинами 10 и поясом жесткости 11. Горизонтальный вал 12 гидротурбины 13 снабжен зубчатой конической ускоряющей передачей 14 в едином обтекаемом эллипсоидальном корпусе 5 с насосом 3 для привода вертикального вала 15 с вторичной зубчатой конической ускоряющей передачей 16 для привода электрогенератора 4. Электрогенератор 4 смонтирован на монтажном столе 25 над уровнем водного потока, снабжен электрическим пультом управления 7 и защитным зонтом 27. Изобретение направлено на создание автономного устройства для генерации электричества. 4 ил.

 

Изобретение относится к области техники преобразования кинетической энергии водного потока в электричество потребительского уровня и подъем воды из водного потока для автономных потребителей.

Аналогом является устройство RU 2619966, 15.05.2017.

Конструктивно это капсульный гидрогенератор мощностью 1 квт для автономного потребителя.

Кинематика аналога состоит из гидротурбины на горизонтальном валу, двухступенчатой зубчатой ускоряющей передачи привода вала электрогенератора.

Гидротурбина состоит из внешнего цилиндрического кольца с внутренними лопатками и определяет поперечный габарит устройства.

Кинематическая часть размещена в обтекаемом корпусе, который снабжен двумя вертикальными стойками для закрепления устройства в ложе водного потока.

Действует аналог при закреплении устройства стойками в ложе водного потока с погружением гидротурбины в водный поток. Вращение гидротурбины передается кинематической частью электрогенератору, который известным способом генерирует электричество автономным потребителям: рыбакам-охотникам.

Недостатки аналога:

1 - нет подачи воды потребителю;

2 - нет оптимизации процесса преобразования энергии,

3 - явно низкий кпд, примитивная гидротурбина.

Прототипом представляется RU 2673965, 03.12.2018.

Это автономный насосный гидроагрегат с центробежным насосом с приводом от пропеллерной гидротурбины, которая снабжена пирамидальным водоводом. Монтаж гидроагрегата по месту эксплуатации осуществляется парой вертикальных стоек с воротом. Кинематика устройства проста: турбина приводящая и приводимая смонтированы на едином горизонтальном валу.

Действует прототип под напором водного потока на приводящую пропеллерную гидротурбину, которая ускоренно вращается благодаря применению пирамидального водовода. Турбина центробежного насоса получая номинальную скорость вращения обеспечивает эффектный подъем воды из водного потока потребителю.

Недостатки прототипа:

1 - отсутствует генерация электричества,

2 - не оптимизирована внешняя поверхность корпуса центробежного насоса,

3 - ограничена устойчивость устройства применением двух стоек.

Задачей изобретения является создание автономного устройства для генерации стандартного электричества мощностью порядка 10 квт, номиналом 220×380 в, частотой 50 гц и поднимающее воду из водного потока на высоту 3-5 м производительностью 3-5 м3/час.

Указанная задача решается в гидрокомплексе, состоящем из пирамидального водовода на вертикальных стойках с воротами, пропеллерной гидротурбины совмещенной единым валом с центробежным насосом, согласно изобретению, пирамидальный водовод снабжен стабилизирующими гидродинамическими пластинами и поясом жесткости, горизонтальный вал пропеллерной гидротурбины снабжен зубчатой конической ускоряющей передачей в едином обтекаемом эллипсоидальном корпусе с центробежным насосом для привода вертикального вала с вторичной зубчатой конической ускоряющей передачей для привода электрогенератора, смонтированного на монтажном столе над уровнем водного потока, снабженного электрическим пультом управления и защитным зонтом.

Изобретение в качестве примера представлено схематично на фиг. 1-4.

На фиг.1 изображен гидрокомплекс.

На фиг.2 – обтекаемый корпус.

На фиг.3 – вид А на фиг.1.

На фиг.4 – пропеллерная турбина, установленная в водоводе.

Гидрокомплекс состоит из:

1 - водовода,

2 - кинематической части,

3 - центробежного насоса,

4 - электрогенератора,

5 - обтекаемого корпуса,

6 - опорной системы,

7 - пульта управления с защитным зонтом.

Водовод 1 состоит из усеченной пирамиды 8 состыкованной с цилиндром 9 и стабилизирующих пластин 10, на входе усеченная пирамида 8 снабжена поясом жесткости 11. Места стыков водовода выполнены плавными переходами для предотвращения завихрений водного потока внутри и вне водовода 1.

Водовод 1 является энергоисточником для привода центробежного насоса 3 и электрогенератора 4. Гидродинамическое сопротивление движению в жидкостях определяется формулой, см. БСЭ-3, т 6, с. 482,

где - плотность жидкости, для воды

- скорость потока жидкости,

S - площадь контакта жидкости с обтекаемым телом.

Из формулы следует, что поверхность водовода должна минимизироваться. Оптимальный режим с высоким кпд обеспечивается при отсутствии завихрений в потоке на обтекаемых поверхностях.

Кинематическая передача энергии исходного водного потока 28 центробежному насосу 3 и электрогенератору 4 состоит из горизонтального вала 12 с пропеллерной турбиной 13, первичной конической зубчатой ускоряющей передачи 14, вертикального вала 15, вторичной конической зубчатой ускоряющей передачей 16, радиально-упорных подшипников 17 и радиального подшипника 18. Она обеспечивает номинальную частоту вращения турбины центробежного насоса 3 и ротора электрогенератора 4.

В обтекаемом корпусе 5 изготовлен корпус центробежного насоса 3, его турбина смонтирована на горизонтальном валу. Вода из центробежного насоса отводится по вертикальной трубе 19.

Электрогенератор 4 типовой: 10 квт, 220×380 в, 50 гц, см Герасимов ВГ и др. “Электротехнический справочник” М. Энергоиздат 1981 т. 2, с. 226, 228, 233.

Копылов ИП и др. “Справочник по электрическим машинам” М. Энергоиздат 1988 т. 1, с. 178-182.

Прищеп ЛГ “Учебник сельского электрика” М. Колос 1981 с. 282-283.

Электрогенератор 4 смонтирован на монтажном столе 25. Вторичная коническая зубчатая ускоряющая передача 15 закрыта коробкой 33.

Обтекаемый корпус 5 геометрически представляет собой эллипсоид вращения с горизонтальной осью симметрии и состоит из двух частей стыкуемых по экватору через экваториальный диск 32 известным способом. В передней части сформован всасывающий вход воды 20 в форме однополостного гиперболоида вращения и улитка центробежного насоса 3 с всасывающим конусом. См. Яковлев К.П. “Краткий физико-технический справочник” М. ФМ 19 60, т. 1, с. 80-81. В задней части обтекаемого корпуса 5 сформованы гнезда для радиально-упорных подшипников 17. Горизонтальный вал 12 монтируется соосно с осью симметрии обтекаемого корпуса 5.

Технологически все три части обтекаемого корпуса 5 вполне доступны для изготовления даже на типовом токарном станке токарем 4-5 разряда, если нет координатно-расточного станка. Заготовку можно отлить из алюминия, а модель для отливки выточить из древесного чурбака.

Заливка смазки для первичной конической зубчатой ускоряющей передачи 14 осуществляется известным способом.

Обтекаемый корпус 5 крепится к стабилизирующим пластинам 10 известным способом.

Опорная система 6 состоит из двух пар вертикальных стоек 21 со скользящими втулками 22 на водоводе т.е. поясе жесткости 11 и стабилизирующих пластинах 10. Вертикальные стойки 21 снизу жестко крепятся к бетонным фундаментам 23, а сверху они попарно снабжены воротами 24, которые тросами соединены с водоводом 1 и стабилизирующими пластинами 10 известным способом.

Пульт управления 7, площадка оператора 26 и защитный зонт 27 жестко смонтированы к водоводу 1 и стабилизирующим пластинам 10. К площадке оператора 26 с берега установлен трап.

28 набегающий водный поток.

29 ускоренный водный поток.

30 отработанный водный поток.

31 верхний уровень водного потока.

Действует предполагаемое изобретение следующим образом.

Набегающий водный поток 28 ускоряется в пирамидальной части водовода 8 по теореме непрерывности струи жидкости по формуле

где - входная площадь основания пирамиды,

- площадь цилиндра пропеллерной гидротурбины, 13,

- скорость набегающего водного потока 28,

- скорость ускоренного водного потока 29.

“Курс общей физики” М 1957, т. 1, с. 140. Дополнительное ускорение важно для равнинных рек европейской части РФ, где оно редко достигает 1 м/сек.

Ускоренный поток 29 аксиально давит на лопатки пропеллерной гидротурбины 13, которые смонтированы под углом к горизонтальному валу 12, поэтому он вращается и приводит в действие непосредственно центробежный насос 3 и через кинематическую передачу электрогенератор 4.

Оператор со своей площадки 26 с помощью пульта управления 7 подает воду и электричество потребителям. При необходимости он меняет положение гидрокомплекса относительно уровня водного потока 31 обеспечивая полное погружение только водовода 1 в водный поток.

В предполагаемом изобретении применены типовые устройства: центробежный насос и электрогенератор, которые в современном исполнении способны работать по 30-40 лет при нормативной эксплуатации.

Особой оригинальностью отличается обтекаемый корпус 5, он компактен, его внешняя поверхность минимальна и поэтому гидродинамическое сопротивление минимально. Всасывание воды центробежным насосом осуществляется из отработанного потока 30, что тоже улучшает гидродинамику гидрокомплекса.

Обтекаемый корпус 5 является существенным дополнением к прототипу и позволяет обеспечить функционирование основных преобразователей энергии водного потока: пропеллерной гидротурбины 13, горизонтального вала 12, центробежного насоса и первичной конической зубчатой передачи 14. Внешняя поверхность в форме эллипсоида вращения способствует ламинарному обтеканию внешним отработанным потоком 30. Эллипсоид вращения технологичен для изготовления на токарном станке.

Гидрокомплекс устойчив в работе благодаря стабильности природных водных потоков.

Предполагаемое изобретение по компонентам в общей конструкции доступно для изготовления на типовом машиностроительном предприятии. Эксплуатация гидрокомплекса доступна оператору средней квалификации и обеспечивать потребителя раздельно или одновременно водой и электричеством стандартных номиналов.

При скорости водного потока 1 м/сек каждый кубометр воды несет 9,7 квт кинетической энергии, следовательно габариты установки будут весьма компактными.

По результатам натурных испытаний первого экземпляра мощность гидрокомплекса можно увеличить.

Гидрокомплекс экологичен.

Гидрокомплекс, состоящий из пирамидального водовода на вертикальных стойках с воротами, пропеллерной гидротурбины, совмещенной единым валом с центробежным насосом,

отличающийся тем, что пирамидальный водовод снабжен стабилизирующими гидродинамическими пластинами и поясом жесткости, горизонтальный вал пропеллерной гидротурбины снабжен зубчатой конической ускоряющей передачей в едином обтекаемом эллипсоидальном корпусе с центробежным насосом для привода вертикального вала с вторичной зубчатой конической ускоряющей передачей для привода электрогенератора, смонтированного на монтажном столе над уровнем водного потока, снабженного электрическим пультом управления и защитным зонтом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области насосостроения. Вертикальный одноступенчатый центробежный электронасосный агрегат содержит вертикальный центробежный насос, приводной электродвигатель, соединительную муфту, закрытую защитным ограждением и соединяющую валы насоса и электродвигателя, и подводящий трубопровод.

Группа изобретений относится к области насосостроения. Держатель (1) подшипника насоса с мокрым ротором содержит радиальную внутреннюю секцию (3) с поверхностью (9) внутренней секции для контакта при прессовой посадке с цилиндрической радиальной внешней поверхностью (29) подшипника (13) насоса, радиальную внешнюю секцию (7) с кольцевой или конической поверхностью (17) внешней секции с углом (θ1) конусности, равным или превышающим 45°, и промежуточную секцию (5), проходящую от внутренней секции (3) до внешней секции (7).

Группа изобретений относится к способу и устройству соединения валов наземной насосной установки, несущих осевую нагрузку. Горизонтальная насосная установка содержит присоединенную всасывающую камеру, содержащую короткий вал, подшипниковую камеру, содержащую вал, передающий вращающий момент короткому валу, и соединительную муфту, соединяющую вал подшипниковой камеры с коротким валом.

Изобретение относится к насосным установкам для закачки воды в нагнетательные скважины в системе поддержания пластового давления, а также может использоваться для поднятия давления в магистральных нефтепроводах и водоводах.

Изобретение относится к насосным агрегатам, в частности к насосам с "мокрым" ротором с управляемой скоростью вращения, и может быть использовано в качестве циркуляционных насосов бытовых отопительных систем.

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике, конкретно к способам изготовления электронасосных агрегатов (ЭНА) для систем терморегулирования самолетов и космических аппаратов.

Изобретение относится к горизонтальным насосным установкам для закачки воды в нагнетательные скважины в системе поддержания пластового давления, а также может использоваться для поднятия давления в магистральных нефтепроводах и водоводах.

Изобретение относится к насосным установкам, применяемым для поддержания пластового давления в нефтедобыче, а также могут быть использованы для поднятия давления в магистральных продуктопроводах.

Изобретение относится к горизонтальным насосным установкам, предназначенным для нагнетания жидкости под высоким давлением, например, для поддержания пластового давления.

Группа изобретений относится к центробежному насосному агрегату (2), в частности для домового водопровода. Агрегат содержит по меньшей мере одно рабочее колесо (12), приводимое электродвигателем (4), и возвратный канал (24).

Изобретение относится к охлаждающему контуру охладителя наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания. Представлены способы и система запуска охладительного насоса для подачи хладагента в охладитель наддувочного воздуха посредством вращения турбонагнетателя, работающего на отработавших газах.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в области ракетостроения, в турбонасосных агрегатах жидкостных ракетных двигателей и ядерных ракетных двигателей.

Изобретение относится к насосным гидроагрегатам. Насосный гидроагрегат содержит центробежный насос и пропеллерную гидротурбину, которые смонтированы на общем валу.

Изобретение относится к насосным гидроагрегатам. Насосный гидроагрегат содержит центробежный насос и пропеллерную гидротурбину, которые смонтированы на общем валу.

Изобретение относится к области гидромашиностроения. Гидропульсор содержит подвод 1, направляющий аппарат 2 с лопатками, образующими центростремительные сливные каналы 4, размещенными над каналами 4 лопатками, образующими центростремительные напорные каналы 6, с завихрителями потока 15 в них и установленное на валу 28 рабочее колесо 8 с лопастями 10, образующими сливные каналы, и лопастями, образующими напорные центростремительные каналы 14.

Изобретение относится к области гидромашиностроения. Гидропульсор содержит подвод 1, направляющий аппарат 2 с лопатками, образующими центростремительные сливные каналы 4, размещенными над каналами 4 лопатками, образующими центростремительные напорные каналы 6, с завихрителями потока 15 в них и установленное на валу 28 рабочее колесо 8 с лопастями 10, образующими сливные каналы, и лопастями, образующими напорные центростремительные каналы 14.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к вихревому гидропульсору. Гидропульсор содержит подвод 1, направляющий аппарат 3 с лопатками, образующими центростремительные сливные каналы 8, и размещенными над ними лопатками, образующими центростремительные напорные каналы 5, рабочее колесо 10 с лопастями, образующими центростремительные сливные и напорные каналы 13 и 16 гидротурбинной ступени колеса, и с размещенной над центростремительными напорными каналами 16 рабочего колеса 10 радиальными лопастями центробежной напорной ступенью колеса.

Изобретение относится к турбонасосостроению и может быть использовано в турбонасосных агрегатах (ТНА) ЖРД верхних ступеней ракет многоразового включения. ТНА включает входной патрубок (1) пониженного давления, корпус (2) с размещенными в нем на валу центробежным насосом (3) и турбиной (4), подшипниковую опору (5), тормозное устройство.

Изобретение относится к области гидромашиностроения в части возобновляемых источников энергии и может найти применение в системах и установках водоснабжения, орошения, осушки, увеличения напора на микро- и мини-ГЭС, накопления воды в судовых шлюзах.

Изобретение относится к области гидромашиностроения в части возобновляемых источников энергии. Гидропульсор содержит подвод 1, направляющий аппарат 2 с лопатками 3, образующими центростремительные сливные каналы 4, размещенными над этими каналами 4 лопатками 5, образующими центростремительные напорные каналы, и установленное на валу 22 рабочее колесо 8 с основными 10 и дополнительными лопастями, образующими сливные 11 и напорные центростремительные каналы гидротурбинной ступени колеса, причем выход каналов 11 выполнен в диффузор отсасывающей трубы 26, с размещенными над напорными каналами радиальными лопастями центробежной напорной насосной ступени колеса.

Группа изобретений относится к погружной системе, способу управления её работой и электрическому приводу. Погружная система для выработки гидроэлектроэнергии содержит турбину, направляющие аппараты, выполненные с возможностью открытия и закрытия для управления потоком воды, рабочее кольцо, соединенное с направляющими аппаратов для их поворота, один или несколько электрических приводов, выполненных с возможностью поворота рабочего кольца в требуемое положение в ответ на сигнал управления.

Изобретение относится к гидроэнергетике, предназначено для преобразования кинетической энергии водного потока в электричество и подъема воды. Гидрокомплекс состоит из пирамидального водовода 1 на вертикальных стойках 21 с воротами 24, пропеллерной гидротурбины 13, совмещенной единым валом 12 с центробежным насосом 3. Водовод 1 снабжен стабилизирующими гидродинамическими пластинами 10 и поясом жесткости 11. Горизонтальный вал 12 гидротурбины 13 снабжен зубчатой конической ускоряющей передачей 14 в едином обтекаемом эллипсоидальном корпусе 5 с насосом 3 для привода вертикального вала 15 с вторичной зубчатой конической ускоряющей передачей 16 для привода электрогенератора 4. Электрогенератор 4 смонтирован на монтажном столе 25 над уровнем водного потока, снабжен электрическим пультом управления 7 и защитным зонтом 27. Изобретение направлено на создание автономного устройства для генерации электричества. 4 ил.

Наверх