BG66182B1

BG66182B1 - Хидросилово потопяемо устройство и турбина за него

Info

Publication number: BG66182B1
Application number: BG109898A
Authority: BG
Inventors: Тодор Тодоров
Original assignee: Тодор Тодоров
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2011-11-30
Also published as: BG109898A

Abstract

Изобретението се отнася до хидроенергетиката и по-специално до хидросилово потопяемо устройство, работещо чрез пълно потопяване в течащи речни или крайбрежни вълнови зони на водни басейни. Устройството съдържа водохващащо устройство (2) с конфузори (6) и свързан към него турбинен отсек (3). Турбинният отсек (3) съдържа проточни силови скоростни тръби (10), в които са монтирани на обща ос (11) последователно една след друга водни турбини (12), всяка съдържаща поне едно турбинно колело (17), свързано към общ изходящ вал (13) чрез силова механична предавка. Всеки изходящ вал (13) е разположен паралелно и извън скоростната тръба (10).

Description

(54) ХИДРОСИЛОВО ПОТОПЯЕМО УСТРОЙСТВО И ТУРБИНА ЗА НЕГО

Област на приложение

Настоящото изобретение се отнася до хидроенергетиката и по-специално до хидросилово потопяемо устройство, работещо чрез пълно потопяване в течащи речни или крайбрежни вълнови зони на водни басейни. Хидросиловото устройство може да намери приложение в хидроенергетиката за производство на електрическа енергия, в промишленото и битовото водоснабдяване, както и в хидромелиоративното стопанство.

Предшестващо състояние на техниката

Известно е от RU 2070631 хидросилово устройство с вграден генератор за производство на електроенергия, което съдържа плавателно средство с шлюз във форма на дифузор и турбина с вертикален вал. Тук няма отделно обособено хидросилово устройство и цялото съоръжение може да се използва само за добив на електроенергия. Изходящата мощност е ниска и ефективността на използване на кинетичната енергия на водния поток също е ниска, тъй като се използва изкуствено създаден неголям вертикален пад на водата.

Известно е от DE 10026674 хидросилово потопяемо устройство, съдържащо поне един потопяем понтон, поне една турбина и водохващащо устройство. Това устройство не е самостоятелно и е предвидено да работи съвместно с шлюз или бент.

Известно е от SU 1715950 руслово хидросилово потопяемо устройство, съдържащо два разположени под ъгъл и шарнирно свързани помежду си плаващи понтона по течението на река, които чрез закотвящи средства са закрепени за дъното на реката, така че горната част на понтоните да е над нивото на водата, а двата понтона да създават бент. Във всеки понтон има водохващащо устройство със спирална камера под наклон за създаване на нисък воден пад, в които са разположени по една турбина с електрогенератор. Хидросиловото устройство тук е хидроелектростанция и не е отделно обособено за трансформиране на енергията на во дата във въртеливо движение, което да може да се предава по отделна верига. Разкритото устройство може да се използва само за добив на електроенергия. Устройството работи с ниска степен на ускорение на водния поток и с големи водни дебити, което намалява изходящата му мощност и обуславя ниска ефективност на използване на кинетичната енергия на водния поток.

Известно е от US 4,755,690 друго хидросилово потопяемо устройство, съдържащо поне една турбина и водохващащо устройство, включващо паралелепипедно тяло с входящ отвор за разполагане срещу потока и конфузори в задния си край преди всяка турбина. Водохващащото устройство включва и общо шарнирно клапанно устройство преди конфузорите, регулиращо входящия поток на флуида. Това хидросилово устройство има недостатъка, че е статично, монтира се в преграда в стената на язовир и работи само с воден пад. Не може да се премества и ориентира спрямо воден поток и цялото съоръжение може да се използва само за добив на електроенергия.

Техническа същност на изобретението

Целта на настоящото изобретение е да се създаде самостойно хидросилово потопяемо устройство, което да бъде с голяма изходяща мощност и да бъде високоефективно, както и да може едновременно да служи за предаване на въртящ момент и за производство на електроенергия.

Тази и други цели на изобретението се постигат с хидросилово потопяемо устройство, съдържащо поне един понтон, снабден със закотвящи средства, водохващащо устройство, разположено върху понтона и поне една турбина, свързана към водохващащото устройство. Водохващащото устройство е паралелепипедно тяло с входящ отвор и конфузори в задния си край, което е поставено надлъжно с широката си страна върху понтона. Входящият отвор е с възможност за разполагане срещу течението на водата и е защитен със свързан шарнирно към паралелепипедното тяло входен капак. Този входен капак има значение при транспорт и преместване на съоръжението, тъй като в затворено положение служи като обтекатор. Горната стена на паралелепипедното тяло е изпълнена като верти

66182 Bl кално подвижен покривен капак. Тази възможност за вертикално преместване на покривния капак позволява при силно спадане нивото на водата в басейна да могат да се ограничават работещите конфузори, така че да бъде осигурен изцяло потопен работещ сектор. Закотвящите средства могат да бъдат странично разположени на паралелепипедното тяло и да бъдат телескопични устройства за закотвяне към дъното на воден басейн. Чрез тях се осигурява стабилно закотвяне към дъното на водния басейн, без възможност за сътресения и случайни отмествания на съоръжението. Турбините образуват турбинен отсек включващ поне една проточна силова скоростна тръба, свързана към конфузор на паралелепипедното тяло на водохващащото устройство и общ изходящ вал за всяка от силовите скоростни тръби. Всеки изходящ вал е разположен паралелно и извън съответната скоростна тръба. Всеки изходящ вал е с регулируеми обороти и служи за свързване директно към хидроподемник или към вала на електрогенератор. Във всяка скоростна тръба са монтирани на обща ос последователно една след друга самостоятелни водни турбини, всяка съдържаща поне едно турбинно колело с лопатки, свързано към общия изходящ вал чрез силова механична предавка. Тази конструкция осигурява усилване на въртящия момент на изходящия вал. Силовата механична предавка на турбинния отсек е оформена като редуктор, който включва задвижващо зъбно колело, свързано към вала на турбината и разположено по периферията на турбинното колело и задвижвано зъбно колело, свързано към общия изходящ вал.

В един друг вариант на изобретението турбинният отсек е понтонна плаваща шлепова платформа, а тръбите, свързващи конфузорите на паралелепипедното тяло на водохващащото устройство и проточните силови скоростни тръби, са гъвкави. Това осигурява възможност за дистанциране и отместване едно спрямо друго на водохващащото устройство и турбинния отсек, съобразно терена на дъното на водния басейн, което прави устройството гъвкаво.

В един вариант на изпълнение устройството е снабдено и със система за регулиране оборотите на изходящия вал. Регулирането на оборотите може да е двустепенно. Предвидено е първата степен да регулира скоростта на вхо дящия в турбината флуид, а втората степен да регулира промяната на ъгъла на лопатките на турбинното колело на турбината. Предпочита се първата степен на системата за двустепенно регулиране да включва скоростомер на течащ флуид и надуваема диафрагма за регулиране скоростта на флуида в силовата скоростна тръба пред турбина, като диафрагмата и скоростомера са свързани електрически. Предпочита се също втората степен на системата за двустепенно регулиране да включва изпълнителен двигател, бутална хидравлична регулираща система, задвижвана от изпълнителния двигател и задаваща система за управление на хидравличната регулираща система, свързана с изходящия вал. Чрез тази регулираща система се осигурява възможност първоначално да бъде регулирана скоростта на водния поток пред направляващия апарат на турбината. Точната регулация на оборотите на турбинните колела се постига чрез промяна на ъгъла на лопатките на турбинното колело, в зависимост от оборотите на изходящия вал. Тази схема прави хидросиловото устройство саморегулируемо.

Изобретението се отнася и до водохващащо устройство, включващо понтон, тяло с поне един входящ отвор за разполагане срещу течението на водата и конфузори в задния си край, като тялото е паралелепипедно. Устройството съдържа и входен капак, шарнирно свързан към тялото, вертикално подвижен покривен капак, служещ като горна стена на тялото, както и закотвящи средства, изпълнени като телескопични устройства, разположени отстрани на паралелепипедното тяло.

Изобретението се отнася и до турбина, имаща вал и турбинно колело, която освен това съдържа силова механична предавка, оформена като редуктор, който включва задвижващо зъбно колело, свързано към вала на турбината и разположено по периферията на турбинното колело, и задвижвано зъбно колело, свързано към изходящ вал, разположен паралелно и извън корпуса на турбината. В един вариант на изобретението турбината включва система за двустепенно регулиране оборотите на изходящия вал, като първата степен регулира скоростта на входящия в турбината флуид, а втората степен регулира промяната на ъгъла на лопатките на турбинното колело на турбината. В един предпочитан вариант на турбината първата степен на системата за двус

66182 Bl тепенно регулиране включва скоростомер на течащ флуид и надуваема диафрагма за регулиране скоростта на флуида в силовата скоростна тръба пред турбината, както и Уинстонов мост и управляващи диоди, свързващи електрически диафрагмата със скоростомера. В друг предпочитан вариант втората степен на системата за двустепенно регулиране включва изпълнителен двигател, бутална хидравлична регулираща система, задвижвана от изпълнителния двигател, и задаваща система за управление на хидравличната регулираща система, свързана с изходящия вал.

Пояснение на приложените фигури

На приложените фигури са показани примери, доказващи действието на изобретението, където:

фигура 1 показва схематичен вид на хидросиловото потопяемо устройство;

фигура 2 - водохващащото устройство от хидросиловото потопяемо устройство;

фигура 3 - външен изглед на потопяем шлепов турбинен отсек от хидросиловото потопяемо устройство;

фигура 4 - частичен разрез на турбина; фигури 5а и 56 - турбина с двустепенна регулираща система;

фигура 6 - схематично електрическо управление на системата за регулиране;

фигура 7 - вариант за изграждане на автономна ПАВЕЦ с близко разположен хидровъзел за течащи речни води, където хидросиловото устройство задвижва хидроелеватор и/или помпен хидролифт чрез механичен силов привод.

Примери за изпълнение на изобретението

Настоящото изобретение е демонстрирано в приложените фигури и онагледено с примерите по-долу, които служат само за илюстрация.

На фиг. 1 е показано схематично хидросиловото потопяемо устройство съгласно изобретението, съдържащо понтони 1, водохващащо устройство 2, разположено върху понтоните 1 и турбинен отсек 3, свързан към водохващащото устройство 2.

На фиг. 2 е показано водохващащото устройство 2, разположено върху понтоните 1. Водохващащото устройство 2 представлява па ралелепипедно тяло 4, поставено надлъжно с широката си страна върху понтоните 1. Тялото 4 има входящ отвор 5 за водата и конфузори 6 в задния си край. Входящият отвор 5 е защитен с шарнирно свързан към тялото входен капак 7. Капакът 7 в затворено положение служи като обтекател при преместване на хидросиловото устройство по воден път. Горната стена на паралелепипедното тяло 4 е изпълнено като подвижен покривен капак 8, който чрез вертикалното си преместване осигурява пълно потопяване и регулиране броя на работещите конфузори 6. Конфузорите 6 са например коноидни от типа Вентури. По този начин се формира хидросилов скоростен мултипликатрр: Отстрани на тялото 4 са закрепени закотвящи средства 9, които представляват телескопични устройства, свързани шарнирно към паралелепипедното тяло 4. Тези закотвящи средства 9 са надеждни и осигуряват неподвижност при работа на хидросиловото устройство, тъй като не се влияят от посоката на течението на водата. Конфузорите 6 са от познатите в нивото на техниката.

На фиг. 3 е показан турбинният отсек на хидросиловото устройство от изобретението. Турбинният отсек може да бъде твърдо свързан към водохващащото устройство, а може и да е от плаващ потопяем шлепов тип, където връзката с водохващащото устройство е с гъвкави тръби. В случая е показан турбинен отсек, който е изграден от няколко проточни силови скоростни тръби 10, свързани към конфузорите 6 на паралелепипедното тяло на водохващащото устройство. В скоростните тръби 10 са монтирани на обща ос 11 последователно една след друга водни турбини 12. Водните турбини са от вида показан на фиг. 4-6. Има общ изходящ вал 13 за всяка от силовите скоростни тръби 10, който вал е разположен паралелно и извън скоростната тръба. На турбинния отсек могат да бъдат монтирани и електрогенератори 14 (фиг. 7) за собствено захранване или при стабилност на оборотите на вала 13 да бъдат включвани в паралел към външната енергосистема, като по този начин се изгражда вариант на хидрокинетична електроцентрала. Собственото захранване е за предпочитане при непостоянство в оборотите на турбините, когато е подходящо електрогенераторите да служат за задвижване на бутални помпи 15 с големи стойности на налягането и

66182 Bl дебита, които могат да бъдат пластинкови или радиални. Помпите 15 могат да бъдат например за налягане 7-10 МРа и дебит Q = 3300 1/min, което позволява изпомпване на водата по напорен тръбопровод на автономната ПАВЕЦ до височина над 100 m с дебит 551/s. Помпите 15 могат да бъдат комбинирани и с други помпи. За задвижване на напорни водни помпи, отстоящи на голямо разстояние от водния източник е подходящо използването на силови, например безконтактен тип селсин генератор - селсин датчик - селсин приемник или използване на системата селсин генератор - двигател. Изходящият вал 13 може да служи и за директно задвижване на хидроподемник 16 (фиг. 7).

На фиг. 4 е показана в разрез хидротурбина 12. Всяка хидротурбина 12 съдържа поне едно турбинно колело 17 с лопатки. Хидротурбината 12, чрез силова механична предавка, се свързва към изходящия вал 13. Силовата предавка включва задвижващо зъбно колело 18, оформено върху периферията на турбинното колело 17, и задвижвано зъбно колело 19, разположено на изходящия вал 13. В случая е показана едностепенна силова предавка.

Както се вижда от фиг. 5а и 56, турбинният отсек може да има и двустепенна система за регулиране оборите на изходящия вал 13. Първата степен регулира скоростта на входящия в турбината флуид, а втората степен регулира промяната на ъгъла на лопатките на турбинното колело. Първата степен на системата за двустепенно регулиране включва скоростомер 20 на течащ флуид, който отчита динамичното налягане, разликата между общото и статичното налягане, на входа на турбинния ротор. Скоростомерът 20 може да бъде например от типа живачно манометричен скоростомер. Първата степен на регулиране включва и регулираща дюза, в случая надуваема диафрагма 21, за регулиране скоростта на флуида в силовата скоростна тръба пред турбината, по-добре показана на фиг. 6. Скоростомерът 20 и диафрагмата 21 в случая са свързани електрически чрез Уинстонов мост 22 и управляващи диоди 23. Втората степен на регулиращата система включва изпълнителен двигател 24, бутална хидравлична регулираща система 25, задвижвана от изпълнителния двигател 24 и задаваща система за управление 26 на хидравличната регулираща система, свързана с из ходящия вал 13.

На фиг. 7 е показан пример за реализиране на хидровъзел, в който е вградено хидросилово потопяемо устройство, съставено от водохващащото устройство 2 и турбинния отсек 3. Тук е показано хидросилово устройство, което е предназначено за работа в течащи речни води и задвижващо хидроподемник 16 за създаване на пад към автономни помпено-акумулационни водноелектрически централи (ПАВЕЦ) 27. Хидроподемникът 16 може да бъде помпен хидролифт или хидроелеватор. В случая на фиг. 7 хидросиловото устройство е разположено в близост до ПАВЕЦ 27 и хидроподемникът 16 се задвижва чрез директен механически силов привод. Така се осигурява възможност за използване на хидросиловото устройство за директно механично задвижване на хидроподемник, който да премества вертикално водни маси, за да захранва погорен изкуствен водоем.

В други случаи ПАВЕЦ може да е отдалечена от хидросиловото устройство и тогава хидроподемникът 16 се задвижва чрез електродвигател, непоказано на чертежите. Така хидросиловото устройство според изобретението може да бъде вградено в схемата за генериране на електрическа енергия. Вариант на изобретението е електрогенераторът да задвижва електродвигател на хидроподемник.

Хидросиловото устройство може да бъде вградено и като хидровъзел към морска автономна ПАВЕЦ, непоказано на чертежите. Тогава хидровъзелът ще работи чрез енергията на приливите и отливите на големи водни басейни, като морета и океани. Препоръчва се хидросиловото устройство да е свързано към поне една двойка хидроподемници, като единият хидроподемник от двойката работи с енергията на прилива, а другият - с енергията на отлива. В тази схема могат да бъдат включени един или повече ветродвигатели, оформящи допълнителен ветрови акумулационен парк. Така ще се осигури допълнителна ефективност от използването и на друг екологичен източник на енергия.

Има и други възможни използвания на хидросиловото потопяемо устройство от изобретението, непоказани на фигурите. Например като част от система за захранване с питейна вода от кладенец тип Раней или за свързване към подземна автономна ПАВЕЦ. От горното се вижда,

66182 Bl че възможностите за прилагане на хидросиловото устройство са много големи, като с него могат ефективно да се изграждат и работят самостойни енергийни комплекси от различен тип.

Описаните примерни изпълнения и варианти служат само за илюстрация и не ограничават изобретателската идея, чиито обхват се определя само от обхвата на приложените патентни претенции.

Claims

Патентни претенции

1. Хидросилово потопяемо устройство, съдържащо поне една турбина и водохващащо устройство, включващо паралелепипедно тяло, имащо входящ отвор за разполагане срещу потока и конфузори в задния си край, характеризиращо се с това, че освен това съдържа понтон (1) , имащ закотвящи средства (9), паралелепипедното тяло (4) на водохващащото устройство (2) е поставено надлъжно с широката си страна върху понтона (1), като входящият отвор (5) е защитен с шарнирно свързан към тялото (4) входен капак (7), горната стена на паралелепипедното тяло (4) е изпълнена като вертикално подвижен покривен капак (8), закотвящите средства (9) са телескопични устройства, разположени отстрани на паралелепипедното тяло (4), а турбините (12) са повече от една и са разположени в турбинен отсек (3), включващ поне една проточна силова скоростна тръба (10), свързана към конфузора (6) на паралелепипедното тяло (4), устройството включва и общ изходящ вал (13) за всяка от силовите скоростни тръби (10), който вал (13) може да е с регулируеми обороти, като валът (13) е разположен паралелно и извън скоростната тръба (10), а във всяка скоростна тръба (10) са монтирани на обща ос (11) последователно една след друга водните турбини (12), всяка съдържаща поне едно турбинно лопатково колело (17), свързано към общия изходящ вал (13) чрез силова механична предавка, оформена като редуктор, който включва задвижващо зъбно колело (18), свързано към вала на турбината (11) и разположено по периферията на турбинното колело (17), както и задвижвано зъбно колело (19), свързано към изходящ вал (13), разположен паралелно и извън корпуса на турбината (12).
2. Хидросилово потопяемо устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че турбинният отсек (3) е понтонна плаваща шле пова платформа, а конфузорите (6) на паралелепипедното тяло (4) на водохващащото устройство (2) и проточните силови скоростни тръби (10) са свързани чрез гъвкави тръби.
3. Хидросилово потопяемо устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че има система за двустепенно регулиране оборотите на изходящия вал (13), като първата степен регулира скоростта на входящия в турбината флуид, а втората степен регулира промяната на ъгъла на лопатките на турбинното колело (17) на турбината (12).
4. Хидросилово потопяемо устройство съгласно претенция 3, характеризиращо се с това, че първата степен на системата за двустепенно регулиране включва скоростомер (20) на течащ флуид и надуваема диафрагма (21) за регулиране скоростта на флуида в силовата скоростна тръба (10) преди турбината (12), като връзката между скоростомера (20) и диафрагмата (21) е електрическа.
5. Хидросилово потопяемо устройство съгласно претенция 3 или 4, характеризиращо се с това, че втората степен на системата за двустепенно регулиране включва изпълнителен двигател (24), бутална хидравлична регулираща система (25), задвижвана от изпълнителния двигател (24), задаваща система (тахогенератрр) (26) за управление на хидравличната регулираща система (25), свързана с изходящия вал (13).
6. Водохващащо устройство, включващо понтон, тяло с поне един входящ отвор за разполагане срещу течението на водата и конфузори в задния си край, характеризиращо се с това, че тялото (4) е паралелепипедно и устройството съдържа входен капак (7), шарнирно свързан към тялото (4); вертикално подвижен покривен капак (8), служещ като горна стена на тялото (4); и закотвящи средства (9), изпълнени като телескопични устройства, разположени отстрани на паралелепипедното тяло (4).
7. Турбина, включваща вал и турбинно колело, характеризираща се с това, че съдържа силова механична предавка, оформена като редуктор, който включва задвижващо зъбно колело (18), свързано към вала на турбината (12) и разположено по периферията на турбинното колело (17), както и задвижвано зъбно колело (19), свързано към изходящ вал (13), разположен паралелно и извън корпуса на турбината (12).

66182 Bl
8. Турбина съгласно претенция 7, характеризираща се с това, че изходящият вал (13) е с регулируеми обороти.
9. Турбина съгласно претенция 8, характеризираща се с това, че регулирането на обо- 5 ротите на изходящия вал (13) е на две степени, като първата степен регулира скоростта на входящия в турбината флуид, а втората степен регулира промяната на ъгъла на лопатките на турбинното колело (17).
10. Турбина съгласно претенция 8 или 9, характеризираща се с това, че изходящият вал (13) е свързан към система за регулиране на оборотите на вала, включваща скоростомер (20) на течащ флуид и надуваема диафрагма (21) за ре гулиране скоростта на флуида, разположена в силовата скоростна тръба (10) преди турбината (12) , като връзката между скоростомера (20) и диафрагмата (21) е електрическа.
11. Турбина съгласно претенция 8 или 9, характеризираща се с това, че изходящият вал (13) е свързан към система за регулиране на оборотите на вала, включваща изпълнителен двигател (24), бутална хидравлична регулираща система (25), задвижвана от изпълнителния двигател (27) и задаваща система (26) за управление на хидравличната регулираща система (25), свързан с изходящия вал (13).