Бесплотинная гидроэлектростанция (бпгэс) в нижнем бьефе приплотинной гидроэлектростанции (гэс)

Авторы патента:

F03B3/02 - с радиальным потоком на стороне высокого давления и аксиальным потоком на стороне низкого давления, например турбины Френсиса

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

E02B9/00 - Гидроэлектростанции; их планировка, конструкция или оборудование; способы и устройства для их возведения (гидросиловые двигатели F03B)

Владельцы патента RU 2709997:

Кондратьев Михаил Николаевич (RU)

Изобретение относится к области гидроэнергетики, конкретно к бесплотинной гидроэлектростанции. Гидроэлектростанция содержит последовательно установленные отвод 1, водоприемник 2, подводящий трубопровод 3 с концентраторами 4, 5 искусственной концентрации кинетической энергии потока воды, гидротурбинный трубопровод 7, кожухи 8 с размещенными в них ковшовыми гидротурбинами и генераторами 9. Гидроэлектростанция установлена в нижнем бьефе приплотинной гидроэлектростанции. Поток воды из отсасывающей трубы поступает в отвод 1. Отвод 1 выполнен в форме круглой, прямоугольной или квадратной трубы, труб с открытым верхом. Водоприемник 2 выполнен в форме усеченных призмы или конуса. В трубопроводе 7 установлен затвор 6. Изобретение направлено на увеличение скорости потока воды и вырабатываемой мощности. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области гидроэнергетики, и конкретно к гидроэлектростанциям (ГЭС).

Известны следующие типы ГЭС: приплотинные, деривационные, гидроаккумулирующие и приливные. Эти ГЭС требуют создания плотин и водохранилищ.

Водохранилища для крупных ГЭС занимают большие площади земель лесного и сельскохозяйственного назначения и отрицательно влияют на экологию.

Предлагаемые технические решения для бесплотинных ГЭС устранят эти недостатки.

Из уровня техники известна бесплотинная гидроэлектростанция, содержащая последовательно установленные отвод, водоприемник, подводящий трубопровод с концентраторами искусственной концентрации кинетической энергии потока воды, гидротурбинный трубопровод, кожухи с размещенными в них ковшовыми гидротурбинами и генераторами (см. RU 2588165 C1, 27.06.2016, E02B9/00).

Технический результат заключатся в значительном увеличении скорость потока воды и как следствие в увеличении вырабатываемой мощности гидротурбины при незначительных капиталовложениях в строительство БПГЭС.

Указанный технический результат достигается тем, что в бесплотинной гидроэлектростанции, содержащей последовательно установленные отвод, водоприемник, подводящий трубопровод с концентраторами искусственной концентрации кинетической энергии потока воды, гидротурбинный трубопровод, кожухи с размещенными в них ковшовыми гидротурбинами и генераторами, согласно изобретению, гидроэлектростанция установлена в нижнем бьефе приплотинной гидроэлектростанции, поток воды из отсасывающей трубы, поступает в отвод, отводы в форме круглой, прямоугольной или квадратной трубы, труб с открытым верхом, водоприемник выполнен в форме усеченных призмы или конуса, а в гидротурбинном трубопроводе установлен затвор.

Кроме того, подводящий трубопровод выполнен с боковыми сливами.

Кроме того, подводящий трубопровод и отводы выполнены с открытым верхом».

В нижнем бьефе действующей ГЭС устанавливается отвод в форме круглой, прямоугольной или квадратной трубы (труб) с открытым верхом и с разделителем потока, водоприемник (водоприемники) в форме усеченного конуса, соединенного с подводящим трубопроводом, увеличивающим скорость течения потока воды и его кинетическую энергию.

Кинетическая энергия потока воды, поступающей из верхнего бьефа в турбины, используется ими не полностью. Поток воды с неиспользованной кинетической энергией из отсасывающей трубы (труб) поступает в отвод - концентратор, в котором происходит сужение потока с концентрацией кинетической энергии и увеличение скорости его. То же происходит в водоприемнике - концентраторе и последующих концентраторах подводящего трубопровода. Из подводящего трубопровода поток воды поступает в затвор и далее в гидротурбинный трубопровод, отводы сопл. В соплах повышается и концентрируется кинетическая энергия и увеличивается скорость потока на выходе из сопла. Поступая в ковш, кинетическая энергия струи преобразуется в механическую энергию, вращающую рабочее колесо с валом турбины и ротором генератора. В генераторе механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию.

Бесплотинная ГЭС (фиг. 1), вариант 1, состоит из отвода (поз. 1) круглой, прямоугольной или квадратной формы трубы с открытым верхом и с разделителем потока или без него, водоприемника в форме усеченного конуса или призмы (поз. 2), прямого участка подводящего трубопровода (поз. 3), последовательно размещенных промежуточных концентраторов в форме усеченного конуса или призмы (поз. 4), (поз. 5), (количество концентраторов при необходимости может быть и больше), затвора (поз. 6), гидротурбинного трубопровода (поз. 7), кожухов турбины (поз. 8) с размещением в них вертикальных ковшевых гидротурбин с соплами генераторов (поз. 9).

Вариант 2 (фиг. 2)

Отвод, водоприемник и подводящий трубопровод такие же, как в варианте 1.

В этом варианте устанавливается рядная ковшовая гидротурбина.

Рядная ковшовая гидротурбина (фиг. 2) состоит из гидротурбинного трубопровода (поз. 28), вала (поз. 31) и соединенных с ним рабочих колес (поз. 25), передней опоры с подшипником (поз. 32), задней опоры с подшипником (поз. 26), (при большой длине вала возможна установка промежуточных опор с подшипниками), отвода (поз. 33) к соплу, сопла (поз. 34), генератора (поз. 27) и другого оборудования.

Турбина и генератор вместе с другим оборудованием накрываются кожухом, состоящим из частей с перегородками, которые отделяют ковшевые рабочие колеса друг от друга и от генератора (на фиг. 2 не показаны).

Вариант 3 (фиг. 3)

Отвод, водоприемник и подводящий трубопровод такие же, как в варианте 1.

Вертикальная ярусная ковшовая гидротурбина состоит из корпуса (поз. 21), установленного на фундаменте (поз. 20), слива (поз. 23), нижнего направляющего подшипника (поз 24), вала турбины (поз. 15) с установленными на нем ковшевыми рабочими колесами (поз. 10), кронштейнами (поз. 16), отводами (поз. 17) от гидротурбинного трубопровода к распределителям (поз. 11), сопл (поз. 18), щитов-поддонов (поз. 19), отводов к соплам (поз. 12), верхнего направляющего подшипника (поз. 13) и генератора (поз. 14).

При большой длине вала турбины возможна установка промежуточных направляющих подшипников. Направляющие подшипники могут быть и на водяной смазке.

Поток воды с ковшей рабочих колес сливается на щиты-поддоны и далее через слив в нижний бьеф ГЭС.

Для увеличения скорости течения между водоприемником и гидротурбинным трубопроводом последовательно устанавливаются промежуточные концентраторы в форме усеченного конуса или призмы. Для снижения потерь от мягкого трения подводящий трубопровод от водоприемника до гидротурбинного трубопровода должен быть с открытым верхом. При очень низкой температуре воздуха, в зимнее время, наружная поверхность закрытого гидротурбинного трубопровода и концентраторов может покрываться теплоизоляцией.

Поток воды из отсасывающей трубы гидротурбины, пройдя через водоприемник - концентратор и концентраторы подводящего трубопровода, значительно увеличивает скорость и кинетическую энергию в результате сужения его и, как следствие, вырабатываемую мощность гидротурбины при незначительных капиталовложениях в строительство БПГЭС.

При аварийной ситуации, когда поток воды, поступающей на БПГЭС, перекрывается затвором, излишки воды через сливы в боковых сторонах подводящего трубопровода сливаются в нижний бьеф ГЭС, а при использовании БПГЭС на реках - в русло реки.

БПГЭС могут подключаться к сети или работать в автономном режиме.

Экономический эффект в составе БПГЭС достигается за счет значительного снижения стоимости кВт установленной мощности, кВт вырабатываемой электроэнергии, уменьшения времени строительства и окупаемости.

1. Бесплотинная гидроэлектростанция, содержащая последовательно установленные отвод, водоприемник, подводящий трубопровод с концентраторами искусственной концентрации кинетической энергии потока воды, гидротурбинный трубопровод, кожухи с размещенными в них ковшовыми гидротурбинами и генераторами, отличающаяся тем, что гидроэлектростанция установлена в нижнем бьефе приплотинной гидроэлектростанции, поток воды из отсасывающей трубы поступает в отвод, отводы в форме круглой, прямоугольной или квадратной трубы, труб с открытым верхом, водоприемник выполнен в форме усеченных призмы или конуса, а в гидротурбинном трубопроводе установлен затвор.

2. Гидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что подводящий трубопровод выполнен с боковыми сливами.

3. Гидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что подводящий трубопровод и отводы выполнены с открытым верхом.

Изобретение относится к способу восстановления работоспособности гидротурбины. Способ заключается в том, что контролируют зазоры по окружности между лопастями рабочего колеса и камерой рабочего колеса, между активным железом сердечника статора и полюсами ротора главного генератора, между облицовкой вала и сегментами верхнего и нижнего направляющего подшипников, контролируют отклонение от горизонтальной плоскости нижнего и верхнего колец направляющего аппарата, определяют величину отклонения вала от его вертикального положения и величину излома валовой линии во фланцевых соединениях.

Турбина фрэнсиса с короткими лопастями и коротким ободом // 2687188

Группа изобретений относится к гидравлическим турбинам Френсиса, в том числе к лопастям и ободу рабочего колеса её турбины. Рабочее колесо 48 гидравлической турбины содержит обод 62, имеющий отношение длины обода и диаметра обода не более 17%, ступицу 58, лопасти 50 колеса 48, продолжающиеся из ступицы 58 к ободу 62, и соединение между передним краем лопасти 50 и ободом 62, которое предшествует соединению переднего края 52 со ступицей 58 в направлении вращения, задний край 54 лопасти 50, имеющий кривизну между ободом 62 и ступицей 58, изогнутую к краю 52 лопасти 50.

Способ изготовления вращающейся части гидравлической машины, вращающаяся часть гидравлической машины, изготовленная этим способом, и установка для преобразования энергии // 2664046

Группа изобретений относится к способу изготовления вращающейся части гидравлической машины, вращающейся части гидравлической машины, изготовленной этим способом, и установке для преобразования энергии.

Вращающаяся часть гидравлической машины (варианты), гидравлическая машина и установка для преобразования энергии // 2664044

Группа изобретений относится к вращающейся части, связанной с гидравлической машиной, гидравлической машине и установке для преобразования энергии. Вращающаяся часть (202) гидравлической машины (20) содержит лопатки (208), которые распределены вокруг оси вращения и продолжаются между передним и задним краями.

Вихревая гидротурбина // 2659837

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для получения электроэнергии на реках с большим перепадом уровня по руслу, а также на естественных либо искусственных водоемах, расположенных выше прилегающих окрестностей.

Способ регулирования мощности реактивных гидротурбин // 2653647

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, а именно к способу регулирования мощности реактивной турбины. Способ включает закручивание потока воды перед входными кромками лопастей рабочего колеса.

Компактная лопатка для рабочего колеса турбины френсиса и способ конфигурирования рабочего колеса // 2629849

Группа изобретений относится к форме лопатки для гидротурбины Френсиса и, в частности, к выходному углу и толщине лопатки. Лопатка 20 для рабочего колеса 18 турбины Френсиса, имеющего диаметр (Dth) критического сечения, имеет максимальную толщину не менее 0,03 диаметра (Dth) критического сечения.

Способ придания движения рабочему колесу и рабочее колесо гидротурбины // 2628254

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в гидроэнергетике, но может быть использовано и в других отраслях техники. Способ придания вращательного движения рабочему колесу состоит в том, что образуют основной крутящий момент, используя реакцию втекающей жидкости при взаимодействии потока с основными лопастями 5, расположенными выпуклой стороной к потоку и максимально изменяющими его радиальное направление, и дополнительный крутящий момент, используя реакцию вытекающей жидкости при дальнейшем взаимодействии потока с дополнительными лопастями, расположенными вогнутыми сторонами к потоку.

Способ придания движения рабочему колесу (варианты) и рабочее колесо // 2599096

Способ модернизации установки преобразования энергии и модернизированная установка преобразования энергии // 2573861

Группа изобретений относится к способу модернизации для преобразования гидравлической энергии в электрическую энергию или механическую энергию и наоборот и такой модернизированной установке.

Гирляндная гидроэлектростанция // 2708009

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к гирляндным гидроэлектростанциям. Гидроэлектростанция содержит последовательно соединенные узлом 8 карданного типа турбины, выполненные в виде цилиндрических поплавков с закреплёнными рабочими лопастями 7.

Гирляндная гидроэлектростанция // 2708009

Система сбора энергии от подвижной массы // 2703601

Группа изобретений относится к системе сбора энергии от подвижной массы. Система содержит по меньшей мере один туннель и выполнена с возможностью внедрения в подвижную массу.

Речная установка для выработки электричества // 2697593

Изобретение относится к энергетике, а именно к источнику электрической энергии. Речная установка для выработки электричества содержит блоки лопастей 1 гидронакопителей, оси 2 крепления лопастей 1, технологические сваи 5, редуктор 7 и генератор 8.

Энергопоглащающий элемент овсянкина для волновых электростанций // 2693346

Изобретение относится к области гидроэнергетики и может быть использовано для преобразования энергии морских волн и водных потоков в электрическую энергию. Энергопоглощающий элемент волновой электростанции выполнен в виде гибкого продольного тела, состоящего из отдельных, соединенных внахлест, перемещающихся относительно друг друга ластообразных частей 1 и установленного в направляющих 2.

Гидроэлектростанция адамянов // 2691708

Изобретение относится к гидроэнергетике. Гидроэлектростанция содержит два корпуса 1 и 2, установленные параллельно по обе стороны русла 3 реки или канала, разделенного перегородками 4 на две рабочие магистрали 5 с резервуарами 11 и 12, и расположенную между ними отводную магистраль 6, снабженные заслонками 7 и 8.

Преобразователь кинетической энергии потока сплошной среды в механическую силу // 2691289

Изобретение относится к устройствам, преобразующим кинетическую энергию потока воды или воздуха в механическую силу. Преобразователь кинетической энергии потока сплошной среды в механическую силу, содержащий опорный каркас, подвешенную в нем со свободой линейного движения в его плоскости раму, пластины, установленные в раме со свободой их вращения вокруг лежащих в плоскости рамы осей, устройство кинематической связи между пластинами и ограничительные упоры на каркасе и на раме.

Горная береговая микрогидроэлектростанция (гбмгэс) // 2688871

Изобретение относится к микрогидроэлектростанциям, установленным на берегу горной реки. Микрогидроэлектростанция содержит каркасное крытое сооружение, размещенное на фундаментной плите 5, на которой установлены гидротурбина 1 с рабочим колесом и синхронный генератор 4.

Водоветровой двигатель // 2688623

Изобретение относится к водоветроэнергетическому машиностроению. Водоветровой двигатель содержит установленный на опорно-поворотной оси 2 корпус с направляющим раструбом-рассекателем 3, размещенные в корпусе рабочие валы с лопастями 6 и вал привода потребителя, механизм привода вала потребителя, связывающий рабочие валы и вал привода потребителя.

Водоветровой двигатель // 2688623

Устройство для преобразования энергии волн в электрическую энергию // 2705690

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, в частности к устройству для преобразования энергии волн в электрическую энергию. Устройство содержит аппарель с пятью направляющими 2 и рабочий орган, выполненный с возможностью перемещения по аппарели.