close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY21427

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 21427
(13) C1
(46) 2017.10.30
(19)
F 03B 9/00
(2006.01)
АГРЕГАТ БЕСПЛОТИННОЙ ГЭС
(21) Номер заявки: a 20101772
(22) 2010.12.08
(43) 2012.08.30
(71) Заявитель: Починок Николай Терентьевич (UA)
(72) Автор: Починок Николай Терентьевич (UA)
(73) Патентообладатель: Починок Николай
Терентьевич (UA)
(56) GB 403607 A, 1933.
BY 9983 C1, 2007.
RU 2227227 C2, 2004.
RU 2062351 C1, 1996.
UA 58294 C2, 2007.
FR 2534636 A1, 1984.
GB 107369 A, 1918.
BY 21427 C1 2017.10.30
(57)
1. Агрегат бесплотинной гидроэлектростанции, содержащий горизонтальную раму,
два вертикальных вала с насаженными на них двумя звездочками, соединенными двумя
бесконечными цепями, несущими рабочие лопасти, отличающийся тем, что упомянутые
цепи сконструированы бесшарнирными и состоят из контактных звеньев, каждое из которых содержит зуб зацепления, полую втулку для размещения оси соответствующей рабочей лопасти и проушины для жесткого закрепления гибких соединительных звеньев; на
каждую ось выше верхней кромки рабочей лопасти жестко посажен кривошип с двумя беговыми роликами, контактирующими с соответствующими беговыми дорожками, выполненными с конфигурацией, позволяющей поддерживать установленный угол поворота
Фиг. 1
BY 21427 C1 2017.10.30
рабочих лопастей к горизонтальной оси агрегата на прямолинейном участке и поворачивать рабочие лопасти на участке около упомянутых звездочек с последующим введением
в активную работу; на верхнюю часть каждой оси рабочей лопасти свободно посажен
кронштейн с опорными роликами, контактирующими с верхней опорной дорожкой для
предотвращения провисания бесконечной цепи с рабочими лопастями на прямолинейном
участке движения, а на нижнюю ее часть свободно посажен упорный ролик, контактирующий с нижней упорной дорожкой для предотвращения прогиба нижней бесконечной
цепи в сторону движения потока на прямолинейном участке движения, причем один из
вертикальных валов сопрягается с электрогенератором.
2. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что содержит направляющий аппарат, содержащий внешние направляющие лопатки, расположенные в передней части горизонтальной рамы для направления потока на плоскости рабочих лопастей первого ряда, средние
направляющие лопатки, расположенные по оси агрегата для направления потока после
прохода рабочих лопастей первого ряда на плоскости рабочих лопастей заднего ряда, и
глухую лопатку для отклонения прямого потока на рабочую лопасть при ее обращении
вокруг одной из звездочек, причем внешние и средние направляющие лопатки, а также
запорная заслонка для перекрытия прямого потока на рабочие лопасти у другой звездочки
образуют механизм регулировки скорости вращения агрегата и его остановки.
3. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что на торцевых сторонах горизонтальной рамы установлены вертикальные стойки, в нижней части которых закреплены гайки с подъемными винтами, вмонтированные в направляющих, выполненных в боковых стенах
водовода с обеспечением возможности фиксации агрегата на определенной высоте у водовода или его подъема.
Изобретение относится к области гидроэнергетики и может быть использовано на
равнинных реках с устройством водовода, отбирающего часть воды из русла больших рек.
В патентной литературе известно множество различных конструкций гидродвигателей.
Рабочий элемент гидроагрегата, описанного в а.с. СССР 2695892, 1978, имеет ширину
русла реки, ось и верхняя часть лопастей вращается в надводном пространстве. Гидродвигателъ [а.с. СССР 1694972, 1989] снабжен лопастями, состоящими из трех частей, соединенных между собой шарнирами, первая часть лопасти закрепляется к звеньям цели.
Установка держится на плаву за счет грузов, прикрепленных к тросу, перекинутму через
блок на опорах, установленных у берега. Вторая группа гидродвигателей характеризуется
установкой их в водоводах, это коловратные движители, в которых воплощена идея шестеренчатых насосов: ротационные с соосным водоводом [а.с. СССР 850895, 1978] и дезаксильные (со смешанным водоводом).
Анализируя группу гидродвигателей, работающих на свободном потоке рек, можно
сделать однозначный вывод: во всех конструкциях отсутствуют механизмы аварийной
или вынужденной остановки, нет механизма регулировки скорости (оборотов), не предусмотрено устройство фиксации положения. Не оговорены методы и условия профилактики и ремонта установок. Не предусмотрена очистка потока от разного рода плавающих у
поверхности воды веществ. Немаловажное значение имеет и хозяйственный фактор: установка агрегата у поверхности воды может значительно сузить движение водного транспорта, а во многих случаях полностью закрыть грузо-пассажирские перевозки. Что
касается гидродвигателей, для которых обязателен водовод, то они еще менее эффективны, нежели установки, использующие свободный поток реки (низкий КПД). Они требуют
более быстрого течения, потому их можно устанавливать только на горных реках, требуют более тщательной очистки воды. Как производить ремонт, профилактический осмотр,
никаких указаний нет. Многие из известных в литературе гидроустановок, чтобы сделать
их работоспособными, требуют скрупулёзной конструкторской доработки, а некоторые
без дополнительных изобретений вообще не работоспособны.
2
BY 21427 C1 2017.10.30
Бесплотинная ГЭС [патент Украины 3769, 1993] (прототип). На раме установлены два
вала, на которых насажены по две звездочки, обхватываемые бесконечными цепями, на
которых шарнирно, в шахматном порядке установлены рабочие лопасти. В процессе вращения у передней звездочки лопасти под действием собственного веса опускаются в поток и в рабочем режиме движутся к задней звездочке, здесь они поднимаются, ложатся на
цепь и движутся в пассивном режиме к передней звездочке. В качестве прототипа этот агрегат имеет те же недостатки, что и его аналоги: не оговорены условия его геометрического положения, стабилизации глубины погружения, отсутствует механизм регулировки
скорости вращения, аварийной или вынужденной остановки, рядная установка рабочих
лопастей с большим промежутком между ними значительно понижает коэффициент использования потока, кроме того, рядная установка лопастей характеризуется их взаимным
влиянием. Более половины рабочих лопастей не задействованы в активную работу, так
как движутся от задней к передней звездочке в надводном пространстве. Нет никаких указаний, как расположить и совместить в работе группу агрегатов, их обслуживание, профилактику, ремонт.
Задачей настоящего изобретения является сконструировать агрегат, исключающий все
негативные признаки, присущие прототипу, увеличить его КПД, повысить надежность и
долговечность его работы, создать условия безопасного обслуживания, улучшить экономический и экологический фактор. Поставленная задача решается с помощью специально
сконструированных деталей и узлов, взаимодействие которых позволяет достичь максимально положительного результата его работы.
Базой для установки узлов агрегата является горизонтальная рама, на которой установлены вертикально два вала с плотно посаженными на них по две звездочками, обхватываемые бесконечными цепями с установленными на них рабочими лопастями жестко
посаженными на осях. Бесконечная цепь агрегата сконструирована бесшарнирной, т.е. не
имеющей свободновращающихся соединений звеньев; изготовляется замкнутой соответственно длине агрегата. Она состоит из двух типов звеньев: контактного звена, 48, с зубом
зацепления "з" и полой втулкой для установки осей лопастей и соединяющих звеньев, 49,
изготовленных из листовой, упругой (хромистой) стали с запасом прочности на разрыв,
или стального каната - и наглухо закрепляется к проушинам контактных звеньев. Температурные компенсаторы "к" выполняются на соединительных звеньях: если агрегат работает в потоке с большим перепадом температуры воды (день-ночь; лето-осень-зима), шаг
цепи - расстояние между зубьями контактных звеньев - должен быть равным расстоянию
между канавками по наружной окружности звездочек величиной не менее ширины лопасти. Хотя цепи и рама имеют примерно одинаковый коэффициент линейного расширения,
но в процессе работы в первоначальный период происходит естественная приработка контактирующих поверхностей, что может проявляться ослаблением (растяжка) цепи, потому
механизм подтяжки обязательный, необходим натяжной механизм и в процессе сборки
агрегата. Деформация (выработка) втулки и оси лопасти в местах ее поворота в нижней и
верхней цепи на их удлинение (растяжение) не влияет. В работе агрегата в процессе обращения лопасти вокруг звездочек зуб контактного звена входит в канавку, а соединительное звено облегает по наружной поверхности звездочек, до подхода следующего зуба;
по выходе из окружности звено распрямляется и движется в прямолинейном режиме.
Важно то, что изгиб (облегание) и распрямление звена происходят в одну сторону, и при
диаметре звездочек более 2 м максимальный изгиб (удельное отклонение от прямолинейности, составляет не более 0,08, потому остаточной деформации не проявляется. Предлагаемая бесплотинная ГЭС позволяет устанавливать в водоводе большое число агрегатов,
потому для слаженной работы необходима их синхронизация.
Система регулировки оборотов агрегата, а также его вынужденной или плановой остановки состоит из внешних и средних направляющих лопаток и запорной заслонки, перекрывающей прямой поток на переднюю звездочку. Изменяя угол направляющих
3
BY 21427 C1 2017.10.30
лопаток по отношению к рабочим лопастям, меняют и скорость вращения агрегата. При
необходимости полной остановки внешние и средние направляющие лопатки устанавливают параллельно рабочим и перекрывают поток на переднюю звездочку запорной заслонкой. Любая установка направляющих лопаток у одного агрегата или его полная
остановка не влияет на скорость вращения или на работу последующих агрегатов, установленных в водоводе. Взаимодействием плиты, глухой лопатки, а на первом агрегате переднего щитка направляют поток в просвет контура вращения рабочих лопастей,
препятствуя их обтеканию снизу и справа, стена водовода препятствует обтеканию слева,
а нечетное число лопастей (обязательное) перекрывает сквозной поток, ибо на его пути
всегда надвигается лопасть из заднего ряда. Система поворота лопастей состоит из внешней и внутренней беговых дорожек и контактирующих беговых роликов, установленных
на кривошипе, прочно посаженном на ось лопасти. Беговые дорожки, как внешняя, так и
внутренняя, имеют различную по контуру кривизну, при обращении вокруг звездочек каждая лопасть поворачивается на 90° и таким образом становится активно работающей как
в переднем, так и в заднем ряду. Беговые ролики прочно удерживают лопасти под установленным углом к потоку, препятствуя их сносу в сторону. Система, препятствующая
провисанию верхней и нижней цепи и лопасти в сборе, состоит из кронштейна, на валике
которого смонтированы два опорных ролика, контактирующие с опорной дорожкой,
кронштейн свободно надевается на ось, и благодаря несоосности точки опоры роликов со
втулкой кронштейна, последние самоустанавливаются по направлению движения, препятствуя провисанию цепи и лопасти на прямолинейном участке движения, при обращении
вокруг звездочек лопасти и цепи опираются на реборды звездочек. Фиксация основного
положения агрегата осуществляется с помощью вертикальных стоек укрепленных с торцевых сторон рамы, в нижней части которых закреплена гайка. К боковым стенкам водовода
крепится направляющая, в которой устанавливаются подъемные винты, предназначенные
для подъема и опускания агрегата, а также для работы в приподнятом положении при высоких паводках.
Для предотвращения сноса нижней цепи в сторону движения потока служит упорный
ролик, свободно надетый на нижнюю часть оси и контактирующий с боковой стенкой
слева по ходу и упорной дорожкой с передней (фронтальной) стороны.
Для надежной, длительной работы агрегата верхняя цепь со звездочками, опорные и
беговые ролики и контактирующие с ними беговые и опорные дорожки вынесены в надводное пространство, более благоприятные условия работы способствуют снижению взаимного трения и увеличению срока службы механизма. Нижняя цепь, звездочки и
упорные ролики движутся в нижней полости агрегата, скорость потока здесь меньше, и
движущиеся здесь механизмы испытывают меньшее сопротивление.
У каждого агрегата с передней стороны оборудуется мостик, служащий техперсоналу
для осмотра и ремонта агрегата. При установке агрегатов в водоводе мостики для обслуживания определяются с обеих сторон агрегата.
На фиг. 1 изображен общий вид агрегата.
На фиг. 2 изображен контур рамы с вертикальными стойками и направляющими, глухая лопатка и запорная заслонка.
На фиг. 3 изображена установка переднего щитка и мостика для обслуживающего
персонала.
На фиг. 4 - схема поворота рабочих лопастей.
На фиг. 5 показан кривошип с беговыми роликами.
На фиг. 6 - кронштейн с опорными роликами.
На фиг. 7 изображен водовод с установкой агрегатов.
На фиг 8 а, б, в показано контактное звено с зубом зацепления в сборе с соединяющим
звеном.
4
BY 21427 C1 2017.10.30
Гидроагрегат состоит из плиты 1, служащей базой для монтажа рамы 2. В нижней части рамы закреплен поддон 3, в верхней - потолок 4, поддон и потолок по периметру имеют
размер рамы, а по контуру движения механизма в прямом направлении и в движении по
окружности имеют проем; с обеих торцевых сторон - разрез для монтажа собранных узлов. И поддон, и потолок состоят из трех отдельных частей и потому крепятся с поддоном
и плитой в отдельности: левая часть поддона соединена с плитой сквозной (по длине рамы) стенкой 5, служащей упорной дорожкой. Правая часть соединяется с плитой укороченной упорной дорожкой 6 и сквозной стенкой 7; средняя часть соединяется с плитой в
разных местах ориентируясь на прочность. Средняя часть потолка соединяется с поддоном стальными полосами 8, ставя их ребром к потоку. Левая и правая стороны потолка
крепятся к раме.
На передний вал 9 и задний 10 наглухо посажены звездочки 11, 12, 13, 14; на ось 15
насаживается лопасть 16, свободно надевается упорный ролик 17, обе цепи верхняя 18 и
нижняя 19 имеют по шагу зубьев звездочек звенья с полой втулкой 20, нижняя часть оси
заводится во втулку цепи и фиксируется стопорным кольцом, на верхнюю часть оси надевается кронштейн 21 с опорными роликами 22, контактирующими с опорной дорожкой
23; кривошип 24 с беговыми роликами 25 насаживается на верхнюю часть оси и фиксируется. Беговые ролики контактируют с внутренней 26 и наружной 27 беговыми дорожками,
с внутренней стороны которых имеется окно 28 для ввода роликов во внутрь дорожек
(при сборке). Средний направляющий аппарат состоит из (нечет.) лопаток 29, соединенных между собой для одновременного их поворота. Внешний направляющий аппарат состоит из (чет.) лопаток 30, глухой лопатки 31, постоянно установленной в одном
положении у задней звездочки, и запорной заслонки 32, закрывающей прямой поток на
лопасти у передней звездочки при необходимости остановки агрегата. Мостик 33 скрепляется с рамой сеткой 34 для удобства обслуживания агрегата. Передний щиток 35 устанавливается в водоводе только у первого агрегата и служит для направления потока на
внешние направляющие лопатки. Вертикальные стойки 36 служат для фиксации основного рабочего положения агрегата, в нижней части которых закреплена гайка 37, стойки
скользят по направляющим 38, закрепленным в боковых стенках водовода. 39. Подъемные
винты 40 опираются на верхнюю часть направляющей, предназначены для подъема и
опускания агрегата. Место для установки электрогенератора зависит от его мощности.
При сравнительно небольшом весе его можно устанавливать непосредственно на вал, оба
подшипника вала, верхний 41 с подпятником и нижний 42, рассчитывают на максимальную нагрузку. Нижний подшипник, работающий в водной среде, должен быть изготовлен
из спецсплава. На фиг. 7 показан правый берег реки, в излучине которой устраивается водовод. В начале устья водозабора устанавливается решетка 43 для задержания крупных
плывущих предметов, затем ставится шибер 44, поднимающийся горизонтально поплавокрегулятор 45 работает с механизмом, управляющим шибером, автоматически поддерживая необходимый уровень воды в водоводе. Выбор места для строительства ГЭС является
основной задачей проекта. Чем больше по периметру водного зеркала излучина и чем
ближе расстояние между началом излучины и распрямлением русла реки, тем больший
перепад высот дна реки и тем большей будет скорость потока в водоводе, соединяющем
эти места берега реки, что и является главным условием для сооружения бесплотинной
ГЭС предлагаемой конструкции агрегатов. Перед установкой агрегатов должно быть
заранее определено место монтажной площадки 46. Правильность установки агрегатов
зависит от правильно вмонтированных направляющих, они должны иметь строго вертикальное положение, с четко определенным расстоянием между ними, чтобы определялся
минимальный зазор между соседними агрегатами 47. Запускать работу ГЭС можно после
установки первого агрегата, поток воды в водоводе не будет большой помехой для установки или поднятия последующих агрегатов. Но обязательно при подъеме или установке
агрегата он должен быть остановлен, т.е. внешние и средние лопатки должны быть уста5
BY 21427 C1 2017.10.30
новлены параллельно плоскости лопастей, а запорная заслонка повернута перпендикулярно потоку и зафиксирована.
Работа агрегата предусмотрена движением только в одну сторону, перпендикулярно
направлению потока, потому рабочие лопасти должны быть установлены под определенным углом (40-60 %), угловая величина регулируется установкой кривошипа, на шлицевом соединении с осью лопасти. В прямом и обратном движении цепи на прямолинейных
участках стабильность положения лопастей удерживается беговыми роликами, движущимися по беговым дорожкам, а при обращении лопасти по окружности вокруг звездочек
лопасти поворачиваются принудительно в зависимости от конфигурации беговых дорожек. В отличие от прямолинейного участка у передней звездочки внутренняя беговая дорожка ближе прижимается к валу, наружная отдаляется (фиг. 4). При повороте на 1/5 оборота передней звездочки, что соответствует примерно 72° по дуге α-δ, лопасть повернется
только на 30° от первоначального положения (точка α). В точке δ внутренняя беговая дорожка максимально сближена к оси вращения вала, наружная максимально удалена. При
дальнейшем обращении от δ до γ (дуга 72°) лопасть еще повернется на 41°, при дальнейшем обращении, до выхода цепи на прямолинейное движение - дуга γ-η, 36° оборота, лопасть повернется еще на 19°; в результате за 180° оборота звездочки лопасть повернется
только на 90°; тем самым включается в активную работу потока на прямолинейном участке движения к задней звездочке. Но и при обращении по дуге α-η (180°) лопасть все время
активно работает, что наглядно изображено на схеме. В конце прямолинейного движения
и начального обращения вокруг задней звездочки начинается вращение к лопасти. Она
вращается в ту же сторону, что и вокруг передней звездочки, но беговые дорожки имеют
другую конфигурацию. Как видно из схемы, за 90° оборота - дуга β-ε - лопасть поворачивается на 45°, становится ребром вдоль потока, при дальнейшем обращении цепи - дуга
ε-γ (90°), лопасть повернется еще на 45°; и здесь за полоборота звездочки (180°) лопасть
поворачивается только на 90°; разница только в том, что, вращаясь, беговые ролики меняют свое положение. Ролики, двигавшиеся по внешней беговой дорожке, переходят на
внутреннюю (на схеме обозначены двойным кружком). Кроме этого, на небольшом участке пути вблизи горизонтальной оси (точка ε) лопасть создает сопротивление движению
агрегата, но она становится ребром к потоку или близкой к этому положению, а глухая
лопатка у внешнего направляющего аппарата немного отклоняет поток, уменьшая тем самым сопротивление лопасти обращению. Нагрузка на беговые ролики при движении и
при поворотах невелика, так как ось лопасти проходит через ее геометрический центр и
нагрузка на обе стороны равновелика.
Механический аспект также положительный: за два оборота цепи ее звенья делают два
оборота вокруг своего соединения, ось лопасти только один оборот, тем более что система
оборота работает в надводном пространстве.
Технико-экономический аспект подсчитать нелегко, да и цифры его будут весьма далеки от действительных. Экологический аспект подсчитать не трудно, да и результат будет более реальным. За сравнительный объект возьмем Кременчугскую ГЭС. При ее
номинальной мощности около 164000 kW она имеет водохранилище, т.е. затоплено водой
~ 3300 км2 плодородных земель. Если принять площадь водовода 20×1500 м = 0,03 км2,
при скорости потока ≈ 1,5 м/с, мощность потока составит около 230000 kW.
При использовании самых высокоэффективных гидродвигателей (КПД 80 %) теоретически можно достичь полезной мощности около 184000 kW. Допустим, при ширине агрегата 5 м, на всем водоводе их можно установить около 300 шт. Если принять мощность
одного агрегата около 30 kW, то десять таких ГЭС составит примерно 90 000 kW
(30·300·10 = 90 000 kW), что составляет более половины мощности Кременчугской ГЭС, а
площадь отведения под водовод составит в 3300:0,03 = 110000 раз меньше.
6
BY 21427 C1 2017.10.30
Фиг. 2
Фиг. 3 (по А-А)
7
BY 21427 C1 2017.10.30
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 7
8
BY 21427 C1 2017.10.30
Фиг. 8-а
Фиг. 8-б
по dob
Фиг. 8-в
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
9
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
6
Размер файла
460 Кб
Теги
патент, by21427
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа