Совмещенная прямоточная гидроэлектростанция

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОВМЕЩЁННАЯ ПРЯМОТОЧНАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к гидроэлектростанциям, погруженным в воду и обеспечивающим получение электроэнергии путем использования энергии водного потока.

Изобретение относится к электромеханическим преобразователям энергии, в частности к совмещённым микрогидроэлектростанциям.

Известна микрогидроэлектростанция, содержащая направляющий аппарат, выполненный из соосно расположенных внешнего и внутреннего корпусов и лопаток изогнутой формы, развернутых по направлению вращения рабочего колеса, одними концами закрепленных на внутреннем корпусе, а другими - соединенных с внешним корпусом с помощью резьбовых соединений с возможностью поворота от -20° до +20° от расчетного положения угла установки лопаток направляющего аппарата, рабочее колесо с лопастями криволинейной формы, закрепленными на корпусе посредством резьбового соединения с возможностью поворота от -20° до +20° от расчетного положения угла установки лопастей рабочего колеса, размещенное в камере, соединенной одним торцом с водоотводящей частью, а другим - с внешним корпусом направляющего аппарата, присоединенного к водоподводящей части изогнутой формы, а корпус рабочего колеса соединен с внутренним корпусом направляющего аппарата, размещенного на горизонтальном валу, установленном посредством подшипниковых узлов на опорах, закрепленных в раме, с возможностью соединения с электрогенератором (Патент РФ № 2371602, МПК F03B 3/00, F03B 13/00, опубл. 27.10.2009).

Недостатком описанной микрогидроэлектростанции является низкая экономичность вследствие раздельности генератора и турбины, низкий КПД из-за ограниченности габаритов, а также отсутствие возможности использования в условиях больших рек, где генератор и турбина стоит в одном ряде.

Известна подводная гидроэлектростанция (см. описание изобретения к патенту РФ. № 2139972, МПК Е 02 В 9/00, публикация 20.10.99 г.), полностью погруженная в речной поток, имеющая корпус в форме круглой в поперечном сечении трубы, внутри которой размещена турбина, плоскость вращения лопастей которой перпендикулярна оси потока. Вал турбины напрямую соединен с валом электрогенератора, расположенного там же в герметичном отсеке-контейнере. На входном конфузоре установлена оградительная сетка. Турбинный отсек корпуса имеет продольные выходные окна и отражатель внутреннего потока воды, выполненный в виде усечённого конуса и герметично соединенный с цилиндрической обечайкой, внутри которой установлен горизонтальный вал турбины на подшипниках. Пройдя турбину, поток через боковые щели попадает во внешний поток.

Существенными недостатками этой ГЭС являются: из генератора наружу выходит вращающийся вал, соединённый с турбиной, находящейся в турбулентном водном потоке и, следовательно, передающей этому валу вибрацию от водяных вихрей. Слабо организованный поток внутри трубы не позволит снять максимальным образом энергетику потока, тем более что диаметр турбины в этом случае будет небольшим в силу небольшой глубины естественного речного потока, а также небольших размеров электрогенератора. Так как чем больше электрогенератор, тем больших размеров нужен герметичный контейнер и тем труднее обеспечить герметизацию вообще.

Существенными недостатками этой ГЭС являются узкая область применения и низкие технико-экономические показатели. Это обусловлено тем, что из генератора наружу выходит вращающийся вал, соединённый с турбиной, находящейся в турбулентном водном потоке и, следовательно, передающей этому валу вибрацию от водяных вихрей. Слабо организованный поток внутри трубы не позволяет снимать максимальным образом энергетику потока, тем более что диаметр турбины в этом случае будет небольшим в силу небольшой глубины естественного речного потока, а также небольших размеров электрогенератора. При этом, чем больше электрогенератор, тем больших размеров нужен герметичный контейнер и тем труднее обеспечить герметизацию установки в целом.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения с использованием двигателя в равнинных местностях, где трудно создавать напор, и повышение технико - экономических показателей, а именно, увеличение выходных энергетических показателей (кпд и cosц), выходной мощности, уменьшения напора и расхода жидкости с сохранением полезной мощности. энергия генератор турбина гидроэлектростанция

Поставленная задача решается тем, что в совмещенном прямоточном гидроэлектростанции, содержащей установленный в потоке воды корпус с входным конфузором, на выходе из которого внутри корпуса расположены гидропривод, выполненный в виде лопастной турбины с валом, и электрогенератор, в отличае от прототипа, электрогенератор выполнен торцевым, корпус снабжен выходным дифузором, вал лопастной турбины неподвижно закреплён с двух концов при помощи спиц на корпусе, лопастная турбина содержит, по крайней мере, два рабочих колеса, посаженных через подшипники на вал лопастной турбины, лопасти рабочих колес по внешнему диаметру жёстко соединены с внутренней частью цилиндра, размещенного внутри корпуса и соединенного с ротором электрогенератора, между цилиндром и диффузором и конфузором установлены уплотнители, причём диаметр вала на участке первого рабочего колеса меньше диаметра на участке установки следующего рабочего колеса на величину внешнего диаметра подшипника, а высота лопастей рабочих колес уменьшается в соответствие с увеличением диаметра вала.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена совмещённая микрогидроэлектростанция (продольный вид); на фиг. 2 - поперечный вид; на фиг. 3 - ротор и на фиг. 4 - статор микрогидроэлектростанции.

Совмещённая микрогидроэлектростанция состоит из торцевого статора 1, массивного ротора 2, конфузора 3, диффузора 4. В пазах статора уложена трёхфазная обмотка 5. Лопасти 6 осевой турбины жёстко закреплены с вращающимся цилиндром 7, который, в свою очередь, жестко связан с ротором 2. Другие концы лопасти посажены на вал 8 на подшипниках 9, причем высота второй лопасти меньше, чем первой на величину внешнего диаметра подшипника 9. Начало вала 8 имеет конусную форму, а диаметр в начале меньше, чем в конце, на расстояние двух внешних размеров подшипников 9. Концы вала жёстко закреплены с помощью спиц 10. Для обеспечения герметичности между диффузором 4 и турбиной 7, а также между конфузором 3 и турбиной 7 установлены уплотнители 11. Все элементы размешены в корпусе 12 и закреплены между собой с помощью болтов 13.

Микрогидроэлектростанция работает следующим образом.

Текущая вода, попадая из водоподводящей части конфузора3 на лопасти 6 рабочего колеса 7, полностью погружает его. Полностью погруженная осевая турбина потребляет энергию давления и кинетическую энергию воды. После прохождения через первую лопасть 6' скорость воды сохраняется за счёт увеличения диаметра вала и скорость вращения второй лопасти 6'' почти одинакова с первой. После чего вода поступает в водоотводящий диффузор 4. При этом происходит преобразование энергии воды в механическую энергию вращения турбины 7, соединенной с массивным ротором 2. При вращении ротора 2 в статоре 1 наводится ЭДС. Таким образом, механическая энергия вращения турбины 7 превращается в электрическую энергию на выходе генератора. Постепенное сужение конфузора 3 создаёт условия увеличение скорости воды, а последовательно расположенные лопасти 6 позволяет потреблять полностью кинетическую энергию воды, что в результате повышает КПД. Расширяющийся диффузор 4 уменьшает скорость постепенно и увеличивает давления воды, тем самым создавая отсасывающий эффект.

Таким образом, использование предлагаемой полезной модели приводит к повышению экономичности при сохранении высокого КПД, удобству эксплуатации и возможности установки в любых условиях.

Размещено на Allbest.ru