close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY5043

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 5043
(13) C1
(19)
7
(51) F 03B 13/00
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ГЛУБИННАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
(21) Номер заявки: a 19990424
(22) 1999.04.29
(46) 2003.03.30
(71) Заявители: Кузнецов Владимир Васильевич; Сычик Василий Андреевич (BY)
(72) Авторы: Кузнецов Владимир Васильевич; Сычик Василий Андреевич (BY)
(73) Патентообладатели: Кузнецов Владимир
Васильевич; Сычик Василий Андреевич
(BY)
BY 5043 C1
(57)
Глубинная электростанция, содержащая корпус, смонтированный на основании, гидротурбину с подшипниками-опорами, кинематически связанную с электрогенератором, и
водоводы, отличающаяся тем, что корпус смонтирован с гидротурбиной на основании
вертикально и выполнен в форме цилиндра, на образующей которого расположены впускные сопла водоводов, причем корпус снабжен гидравлическим аккумулятором, выполненным в виде усеченного пустотелого конуса, сопряженного меньшим основанием с
цилиндрическим корпусом, а большим основанием - с полусферическим пустотелым телом вращения, причем водоводы размещены концентрично корпуса и соединены с ним
тангенциально впускными соплами, а нагнетательные сечения заборных сопел водоводов
расположены в основании корпуса, при этом продольная ось каждого водовода расположена под острым углом к основанию корпуса, выполненному в виде горизонтальной
платформы и смонтированному на вертикальных опорах, электрогенератор смонтирован
на верхнем сечении корпуса, а под электрогенератором на корпусе смонтирован дисковый
отражатель, под которым размещены выпускные сопла.
Фиг. 1
BY 5043 C1
(56)
SU 1300188 A1, 1987.
SU 1798531 A1, 1993.
RU 95116630 A, 1997.
RU 2127373 C1, 1999.
US 4104536 A, 1978.
WO 96/02747 A1.
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано при строительстве гидроэлектростанций на глубоководных реках, озерах, морских экваториях.
Известна гидроэлектростанция [1], которая содержит снабженный поплавками с балластными емкостями проточный корпус и сужающимся по потоку горизонтальным входным патрубком, вертикальной камерой и коленообразным выходным патрубком,
гидроагрегат с лопастной турбиной, электрогенератор с силовым кабелем для связи генератора с потребителем. Недостатками такой электростанции являются: сложность конструкции и невысокий коэффициент полезного действия.
В патенте США [2] описана гидроэлектростанция, включающая электрогенераторы,
установленные на основании, турбинное колесо, жестко связанное с валом генераторов и
закрытое защитным кожухом. Этот тип электростанций также обладает невысокой надежностью работы и низким КПД.
Прототипом предлагаемого изобретения является гидроэлектростанция, описанная в
[3]. Она содержит электрогенератор, несущую раму, погруженную под уровень воды, горизонтальный ряд установленных на раме гидротурбин, размещенных в отдельных корпусах и соединенных при помощи зубчатых передач с выходными валами. Гидротурбины
соединены с выходными валами при помощи муфт свободного хода, валы выполнены за
одно целое с образованием общего вала отбора мощности и установлены на основании
рамы.
Недостатками устройства-прототипа являются:
1. Сложность конструкции, обусловленная размещением ряда гидротурбин в отдельных корпусах, наличием ряда выходных валов, обладающих сложной кинематической
связью с гидротурбинами.
2. Невысоким КПД, обусловленным неэффективным использованием гидродинамических свойств воды и сложной системой передачи вращения от гидротурбины к генератору.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы
электростанции, ее КПД, оптимальное использование гидродинамических свойств жидкости и упрощение конструкции электростанции.
Поставленная задача достигается тем, что в глубинной электростанции, содержащей
корпус, смонтированный на основании, гидротурбину с подшипниками-опорами, кинематически связанную с электрогенератором, и водоводы, корпус смонтирован с гидротурбиной на основании вертикально и выполнен в форме цилиндра, на образующей которого
расположены впускные сопла водоводов, причем корпус снабжен гидравлическим аккумулятором, выполненным в виде усеченного пустотелого конуса, сопряженного меньшим
основанием с цилиндрическим корпусом, а большим основанием - с полусферическим
пустотелым телом вращения, причем водоводы размещены концентрично корпуса и соединены с ним тангенциально впускными соплами, а нагнетательные сечения заборных
сопел водоводов расположены в основании корпуса, при этом продольная ось каждого водовода расположена под острым углом к основанию корпуса, выполненному в виде горизонтальной платформы и смонтированному на вертикальных опорах, электрогенератор
2
BY 5043 C1
смонтирован на верхнем сечении корпуса, а под электрогенератором на корпусе смонтирован дисковый отражатель, под которым размещены выпускные сопла.
Сущность изобретения поясняет чертеж, где на фиг. 1 изображен главный вид глубинной электростанции, а на фиг. 2 - сечение ее корпуса на уровне впускных сопел. Глубинная электростанция (ГЭС) содержит корпус 1 с размещенной внутри его гидротурбиной 2.
Корпус 1 посредством гидравлического аккумулятора 3 жестко связан с основанием 4,
выполненным в виде горизонтальной платформы, размещенной на вертикальных опорах
5. Гидротурбина 2 посредством вала 6 кинематически связана с электрогенератором 7.
Водоводы 8 в форме цилиндрических труб снабжены соплами - впускными соплами 9, заборными соплами 10 с нагнетательными сечениями и защищены кожухом 11. На корпусе
1 под электрогенератором 7 смонтирован дисковый отражатель 12, под которым размещены выпускные сопла 13 ГЭС. В корпусе 1 между гидротурбиной 2 и водоводами 8 может
быть размещена винтообразная спираль 14.
Корпус 1 ГЭС выполнен цилиндрической формы из высокопрочного, устойчивого к
химическим средам материала, например из чугуна, железобетона, керметных материалов.
Диаметр корпуса 1 выбирается с учетом требуемых гидроэнергетических параметров водяного потока, размеров гидротурбины 2, величины номинальной мощности ГЭС и может
составлять величину 2…20 метров. В стенках средней части корпуса 1 по его образующей
размещены тангенциально впускные сопла 9 водоводов 8, которые сдвинуты друг относительно друга в плоскости образующей на одинаковые расстояния или углы α = 120°,…90°,
45°. Число впускных сопел 9 в ряду на образующей корпуса 1 зависит от диаметра корпуса 1, диаметра водоводов 8 и составляет 3…16 штук для каждого ряда. Число рядов водоводов 8, размещенных на корпусе 1, зависит от требуемых гидродинамических параметров
водяного потока в корпусе 1, то есть мощности ГЭС, и составляет от 2 до 10, причем водоводы 8 каждого ряда смещены по направляющей корпуса 1 относительно водоводов 8
соседнего ряда на угол α/2, что существенно повышает свойства водяного потока. В верхней части корпуса 1 по его оси может быть размещена винтообразная спираль 14, которая
усиливает вращательное движение водяного потока, т.е. улучшает его гидродинамические
свойства. Винтообразная спираль 14 цилиндрической формы изготавливается из нержавеющих, обладающих высокой жесткостью материалов и острием она направлена навстречу потоку. В верхней части корпуса 1 выше винтообразной спирали 14 размещена на
опорах-подшипниках (на фиг. не показано) гидротурбина 2, размеры которой сопряжены с
диаметром и длиной верхней части корпуса 1 и определяются требуемой генерируемой
мощностью и производительностью ГЭС.
Корпус 1 ГЭС нижним основанием сопряжен с гидравлическим аккумулятором 3,
верхняя часть корпуса которого выполнена в виде усеченного пустотелого конуса и сопряжена большим основанием со второй своей частью, выполненной в форме полусферического пустотелого тела вращения. Такая конструкция гидравлического аккумулятора 3
воспринимает вращение создаваемого водоводами 8 потока и образует маховик, что обеспечивает оптимальное вращение водяного потока на требуемых оборотах, его резкое ускорение вверх без затухания вращательного движения водяного потока. Он также
выполнен из прочного устойчивого к агрессивным средам материала. Соотношение конической и сферической частей гидравлического аккумулятора 3 составляет 3:1…1:1. Сопряженный с гидравлическим аккумулятором 3 корпус 1 смонтирован с гидротурбиной 2
на основании 4 ГЭС вертикально. Водоводы 8 выполнены в форме цилиндрических труб
двойного диаметра из прочного, устойчивого к агрессивным средам материала, например
чугуна, фторопласта, керметных материалов. Для получения высокой скорости истечения
воды через входные сопла 9 водоводы 8 выполнены в виде двух труб разных диаметров с
учетом зависимости S1V1 = S2V2, где S1, S2 - сечения нижнего и верхнего участков водоводов 8; V1, V2 - скорости течения воды в этих участках. При этом D1 >> D2, где D1, D2 диаметр трубы водовода 8 у заборного сопла 10 и у впускного сопла 9. Цилиндрический
3
BY 5043 C1
участок водовода 8 сечением S1 может быть заменен коническим с сечением большего основания S1 и меньшего основания S2. Водоводы 8 наклонены к основанию 4 ГЭС под острым углом β = 30°…60°, который определяется требуемым перепадом давления в каждом
водоводе 8, т.е. скоростью истечения водяной струи через впускное сопло 9. Водоводы 8
расположены спиральными рядами и в каждом ряду размещены концентрично корпуса 1 и
концентрично к основанию 4. Нагнетательные сечения заборных сопел 10 водоводов 8
расположены в теле горизонтальной платформы основания 4. Водоводы 8 создают за счет
перепада давлений в нем направленный водяной поток, который, истекая через впускные
сопла 9, приобретает вращательное движение в корпусе 1. При этом перепад давлений ∆р
зависит от уровней расположения входного сопла 9 и заборного сопла 10 и составляет
(1)
∆р = ρg(h1 - h2),
где h1,h2 - уровень расположения выходного сопла 9 и заборного сопла 10; ρ - плотность воды; g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения. Требуемый перепад давлений и
внутренние диаметры водоводов 8 определяются необходимой скоростью вращательнопоступательного движения водяного потока в цилиндре 1, и этот перепад давлений может
составлять 104…107 Па. Для повышения коэффициента истечения входного и заборного
сопел 9 и 10 их наружные кромки выполнены полукруглыми. Нагнетательные сечения заборных сопел 10 защищены фильтрами. Гидротурбина 2 стандартного типа размещена
вертикально в верхней части корпуса 1 на подшипниках-опорах требуемых габаритов и
мощности. На шейке вала 6 турбины 2 размещен гидравлический метатель (на фиг. не показан), который выполнен в виде сегнерового колеса, что повышает крутящий момент на
валу 6 гидротурбины 2, т.е. ее мощность. Выше гидротурбины 2 на корпусе 1 размещены
выпускные сопла 13, расположенные выше уровня водяной поверхности озера, моря или
другого водоема, через которые осуществляется слив прошедшего через гидротурбину 2
водяного потока в окружающий водоем. Под электрогенератором 7 смонтирован дисковый отражатель 12, который также расположен выше уровня водяной поверхности водоема. Он защищает выпускные сопла 13 от изменения параметров окружающей среды
(ветер, волнение, дождь и т.д.), то есть обеспечивает беспомеховое истечение водяного
потока через выпускные сопла 13. Электрогенератор 7 смонтирован на верхнем сечении
корпуса 1 и выбран стандартной формы на заданную мощность. Для обеспечения нормальной скорости вращения ротора электрогенератора 7 он может содержать редуктор,
связанный с валом 6 гидротурбины 2. Вертикальные опоры 5 основания 4 удерживают ее
горизонтальную платформу на заданном от дна водоема расстоянии. Их число и размеры
определяются общим весом ГЭС. Кожух 11 жестко и герметично соединен с основанием 4
и корпусом 1, изготовлен из прочного и стойкого к агрессивным средам материала и защищает основание 4, водоводы 8 и корпус 1 от воздействия биоорганизмов и агрессивных
сред.
При установке глубинной электростанции на дно водоема (озера, моря) так, чтобы выпускные сопла 13 оказались выше уровня воды, вследствие перепада давлений воды в
нижнем и верхнем сечениях водоводов 8 и тангенциального размещения впускных сопел 9
происходит преобразование поступательного движения водяных потоков через водоводы
8 во вращательное движение водяного потока в цилиндрическом корпусе 1. Получив от
гидравлического аккумулятора 3 вращательно-поступательное движение вверх и получив
дополнительное усиление гидродинамических свойств от винтообразной спирали 14, водяной поток воздействует на гидротурбину 2, заставляя ее вращаться с заданной скоростью. Вал 6 гидротурбины 2 приводит во вращение ротор электрогенератора 7 с
требуемой скоростью, которая при необходимости корректируется редуктором электрогенератора 7. В результате электрогенератор вырабатывает электроэнергию заданной мощности.
В результате установки цилиндрического корпуса 1 с гидротурбиной 2 вертикально на
основании 4, на образующей которого расположены тангенциально впускные сопла 9 во4
BY 5043 C1
доводов 8 и сопряжения корпуса 1 с гидравлическим аккумулятором 3, который выполнен
в форме усеченного пустотелого конуса, сопряженного с полусферическим пустотелым
телом вращения, причем водоводы 8 выполнены в виде сопряженных конической поверхностью двух труб, большего диаметра у основания и меньшего у впускного сопла 9, наклонены под острым углом к оси корпуса 1, решается поставленная техническая задача: в
сравнении с прототипом и аналогами упрощается конструкция электростанции, повышается ее КПД, оптимально используются гидродинамические свойства жидкости. Сконструированные в соответствии с фиг. 1 и 2 глубинные электростанции можно серийно
размещать на озерном водоеме на близких расстояниях друг от друга (~200 м) и получать
электроэнергию с такого водоема мегаваттной мощности.
Создан лабораторный макет глубинной электростанции по представленной на фиг. 1 и
фиг. 2 конструкции, который, как показали результаты лабораторных испытаний, эффективно использует энергию озер, глубоководных рек, морских экваторий. Созданная ГЭС,
длина корпуса 1 которого вместе с гидравлическим аккумулятором 3 составляет 15 м,
внутренний диаметр корпуса 1-3 м, диаметр водовода 8 у основания – 1 м, у впускного
сопла 9-0,15 м, угол наклона водоводов - 45°, число водоводов в ряду - 4, число рядов - 3
позволяет генерировать электроэнергию мощностью 550…600 кВт, при этом ее КПД более чем в 2 раза превышает КПД электростанций-аналогов.
Промышленное освоение предлагаемой глубинной электростанции возможно на
предприятиях гидротехнического строительства, энергетики и машиностроения.
Источники информации:
1. А.с. СССР 1798531, МПК F03 B 13/00.
2. Патент США 4104536, МПК F03 B 13/00.
3. А.с. СССР 1300188, МПК F03 B 13/12.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
138 Кб
Теги
by5043, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа