RU2247859C1 – Ponorná mikroelektrárna s volným průtokem – Google Patents

Číslo publikace RU2247859C1 RU2247859C1 RU2003127811/06A RU2003127811A RU2247859C1 RU 2247859 C1/ 2247859 A RU1 A RU 2247859A RU 1 C2003127811 RU06 C2003127811 RU 06C2003127811 Úřad Ru Rusko Klíčové klíčové slovy Shaft Blades Sekce Hydraulická turbína datum umění 06-2003127811-2003127811 Číslo přihlášky RU2003127811/2247859A Jiné jazyky Angličtina ( en ) Vynálezce M.P. Golovin (RU) M.P. Golovin A.L. Vstovský (RU) A.L. Vstovský L.N. Golovina (RU) L.N. Golovina G.N. Limarenko (RU) G.N. Limarenko V.V. Buchanov (RU) V.V. Bukhanov S.S. Kuzminová (RU) S.S. Kuzmin Původní pověřenec Krasnojarská státní technická univerzita (KSTU) Datum priority (Datum priority je předpoklad a není právním závěrem. Společnost Google neprovedla právní analýzu a neposkytuje žádné prohlášení ohledně správnosti uvedeného data.) 1. 2247859. 1 Datum podání 2247859. 1. 2003 Datum zveřejnění 09-15-2003127811 Státní technická univerzita 06-2003- KSTU) podána Critical Krasnojarsk State Technical University (KSTU) 09-15-2003 Priorita k RU09/15A priorita Kritický patent/RU2005C03/ru 10-2003-09 Schválena přihláška Kritická publikace 15-2003-09 patent/RU15C2003127811/ru

snímky

Krajiny

• Jiný kapalný stroj nebo motor, jako je využití energie vln (OBLAST)
• Hydraulické turbíny (AREA)

Abstraktní

Zařízení je navrženo tak, aby přeměňovalo kinetickou energii volného toku vody na elektrickou energii. Mikro vodní elektrárna obsahuje hydroturbínu s horizontální osou spojenou s ponořeným, utěsněným elektrickým generátorem. Je vybavena nosným rámem sestávajícím ze sekcí, na jejichž koncích jsou instalovány štíty tvořící matoucí na vstupu vodního toku a difuzor na výstupu. Jako elektrický generátor je použit nízkootáčkový generátor, jehož hřídel je přímo spojena s hřídelí hydroturbíny, tvořená samostatnými sekcemi uloženými v ložiskových podpěrách. Každá sekce obsahuje jednu nebo více listových vrtulí, vzájemně odsazených o stejný úhel. Každá z vrtulí se skládá ze dvou opačně orientovaných listů, které jsou profilu NASA upraveného provedením vybrání na spodní rovině, jehož maximální hloubka je 10-14% maximální výšky profilu, a namontované na hřebenech, které jsou upevněny na hřídeli hydraulické turbíny s možností pevného pohybu listů v radiálním a úhlovém směru. Konstrukce mikrovodní elektrárny umožňuje snížení nákladů na její výrobu a instalaci. 4 nemocný.

Popis

Vynález se týká vodní energetiky, konkrétně návrhu volně průtočných mikrovodních elektráren, které přeměňují kinetickou energii volného proudění vody na elektrickou energii.

Známá je vodní elektrárna na toku (patent RU 2148184 C1, třída F 03 B 13/00, zveřejněna 27.04.2000), která přeměňuje mechanickou energii tekoucí vody na elektrickou energii pomocí jednotek s lopatkami pro pohlcování dopadu toku, upevněných na vodorovných rámech prefabrikovaného provedení pozemního vedení v pobřežních podpěrách pohybujících se podél pobřeží. Rám je umístěn nad kanálem (lůžkem) a pohybuje se nahoru a dolů, na něm jsou namontována kola jednotky, ponořená do vody a připojená k elektrickému generátoru. Regulátor průtoku vody je namontován před jednotkou. Na dně koryta (lože) je vytvořena betonová vrstva vytvářející optimální geometrii proudění ve vertikálním řezu. Vertikální pohyby rámu podél vodítek zajišťují optimální ponoření lopatek při změně hladiny vody v korytě (říčním řečišti). Pro zvýšení kapacity vodní elektrárny je v kanálu umístěno několik bloků.

Nevýhodou takové vodní elektrárny je nutnost provádět stavební a instalační práce ve stěnách kanálu a na jeho dně. Protože přítomnost přirozeného kanálu se svislými stěnami a požadovanými charakteristikami rychlosti proudění je nepravděpodobná, bude vyžadováno vytvoření speciálního kanálu a jeho vybavení. Hydraulické inženýrské práce potřebné k vybudování takové vodní elektrárny jsou značné co do objemu a drahé, navíc kovová konstrukce zařízení je složitá a drahá.

Známá je také vodní elektrárna (patent RU 2088724 C1, třída E 02 B 9/00, zveřejněná 27.08.97), včetně plovoucího prvku zajištěného ve vodním toku v řece se schopností vertikálního pohybu při změně hladiny vody a průtokové části připevněné k plovoucímu prvku, mezi vstupním zvonem, na kterém je instalován výstup generátoru a výstupní část potrubí z turbíny plovoucí prvek je umístěn za ním pod vodní hladinou a je proveden s plochou průřezu zvětšující se ve směru pohybu proudění, přičemž průřez koncového úseku výstupního potrubí má tvar více lístků nebo je koncový úsek výstupního potrubí rozvětven na dvě nebo více trubek a samotný plovoucí prvek je umístěn v mezeře.

Nevýhody takové vodní elektrárny jsou složitost a technologicky nenáročná konstrukce, způsobená přítomností katamaránu a zejména složitá konstrukce vodovodního potrubí s plynule se měnícím průřezem a tvarem. Kromě toho taková vodní elektrárna vyžaduje vytvoření hydraulických struktur: kanál a násep s otvorem určité velikosti.

Známá je také autonomní ponorná volně průtočná mikro vodní elektrárna (certifikát užitného vzoru Ruské federace č. 23317, třída F 03 B 13/00, publikovaná v BIPM č. 16, 2002), obsahující elektrický generátor, pevný ponorný modul včetně vodní turbíny s vodorovnou osou otáčení a elektrický generátor umístěný ve vodním soukolí, připojený přes elektřinu je instalován v utěsněném pouzdře spojeném s gondolou násobiče, svisle umístěnou utěsněnou trubkou, jejíž rozměry jsou zvoleny na základě podmínek pro vytvoření vzduchového polštáře v oblasti elektrického generátoru, dostatečného k zabránění pronikání vody do skříně elektrického generátoru. Použití standardního elektrického generátoru u ponořené mikrovodní elektrárny vedlo k utěsnění skříně, ve které je umístěn, a k použití ozubeného převodu – multiplikátoru.

Nevýhodou takové vodní elektrárny je složitost a technicky nenáročné provedení utěsněné skříně a pohonu s mechanickým násobičem, což snižuje spolehlivost instalace a vede k vysoké pracnosti a ceně její výroby.

Cílem vynálezu je snížit náklady na výrobu a instalaci vodní elektrárny zjednodušením její konstrukce a technologie instalace a demontáže mikrovodní elektrárny.

Uvedený problém je vyřešen v tom, že v ponorném volném toku mikro hydroelektrické elektrárny, včetně hydrotónu s horizontální osou rotací, spojené s utěsněným elektrickým generátorem ponořeným ve vodě, je podle vynálezu, který je na koncích, a to je na koncích Na výstupu se jako elektrický generátor používá jako generátor s nízkou rychlostí, jehož šachta je připojena přímo k hřídeli hydrotónu, vyrobená z samostatných řezů namontovaných v ložiskových podpěrách a každá sekce obsahuje jeden nebo více čepelí, které se posouvá v porovnání s nimi, které se na něm posouvá, a to s maximálním způsobem, který je profil, je na něm, který je na něm z toho je 10-14% maximální výšky profilu a namontováno na stojanech, které jsou upevněny na hřídeli hydroturbinu s možností pevného pohybu lopatky v radiálním a úhlovém směru.

Tohoto technického výsledku je dosaženo díky skutečnosti, že rám s jednotkou je ponořený, je v ponořeném stavu například na dně řeky nebo je připevněn k plovoucímu plavidlu. Tento typ umístění nevyžaduje nákladné vodohospodářské práce a umožňuje rychlou instalaci, demontáž nebo přemístění mikrovodní elektrárny na nové místo. Použití nízkootáčkového generátoru navíc umožňuje eliminovat dva drahé prvky z konstrukce – utěsněnou kapsli a mechanický převodový násobič.

Vynález je vysvětlen pomocí grafického materiálu. Obr. 1 ukazuje celkový pohled na mikro vodní elektrárnu; Obr. 2 – řez hydroturbínou; obr. 3 znázorňuje konstrukci listové vrtule se zařízeními pro nastavení rychlosti otáčení kola a úhlu náběhu listu; Obr. 4 znázorňuje řez lopatkou hydraulické turbíny.

Mikrovodní elektrárna obsahuje vodní turbínu s horizontální osou 1 rotace, napojenou na utěsněný elektrický generátor 2 ponořený do vody, který je namontován na nosné konstrukci v podobě rámu 3 se štíty na koncích 4, 5, tvořících matoucí prvek na vstupu vodního proudu, a difuzorem na výstupu. Rám 3 se pro zjednodušení výroby, dopravy a instalace skládá ze dvou pevně upevněných částí sestavených v místě instalace mikroelektrárny, rám 3 je instalován na dně řeky nebo připevněn k plovoucímu plavidlu.

Jako elektrický generátor 2 je použit nízkootáčkový generátor, připojený přímo k ose 1 hydroturbíny, vyrobený ze samostatných sekcí (obr. 2), uložených v ložiskových podpěrách 6, 7 (obr. 1). Každá sekce hydroturbiny obsahuje jednu nebo více listových vrtulí 8 (obr. 2), vzájemně vůči sobě přesazených o stejný úhel (obr. 1 ukazuje příklad sekce sestávající ze tří vrtulí přesazených o úhel 120°) a skládající se ze dvou opačně orientovaných listů 9 se speciálním profilem (obr. 4), upevněných ke sloupkům 10 pomocí radiálního pohybu 3, pomocí držáku a 11 (obr úhlové směry. Na sloupcích 10 jsou náboje 12 se svěrným spojem 13 pro upevnění na hřídel vodní turbíny, která má na koncích drážkované úseky 14, kterými je instalována v drážkových pouzdrech dvou ložiskových podpěr 6, 7, upevněných na rámu 3. Počet vrtulí v sekci a délka sekcí ve vodní turbíně závisí na výkonu hydroturbiny. První sekce hydroturbíny je na jednom konci vložena do dutého drážkovaného hřídele nízkootáčkového elektrického generátoru 2, namontovaného na rámu a má pouze jednu vnější podpěru. Řez lopatky 9 hydroturbíny (obr. 4) je profil NASA upravený implementací prohlubně na spodní rovině, která zmenšuje průřez ocasní části pro zvýšení energie odebírané z vodního toku. Velikost maximální hloubky prohlubně a (obr. 4) je 10-14 % maximální výšky profilu a byla získána modelováním.

Rychlost otáčení hydroturbiny a elektrického generátoru (frekvence střídavého proudu) se nastavuje pohybem konzoly 11 lopatky 9 podél sloupků 10 lopatkového pohonu 8 s následným upevněním pomocí závitového spoje 15. Úhel náběhu lopatky se mění otáčením lopatky 9 vůči sloupku 10 lopatky 8 3 mezi tloušťkou lopatky 16 11 mezi lopatkou a tloušťkou lopatky 4 5 (obr čepel je připojena. Pro zvýšení rychlostního tlaku a účinnosti využití vodního toku je hydraulická turbína namontována mezi bočními štíty 17 a 3, připevněnými ke koncovým konstrukcím XNUMX, namontovaným na rámu XNUMX.

Ponorná volně průtočná mikrovodní elektrárna funguje následovně.

Proud vody v důsledku rozdílu rychlostí na vnitřní a vnější straně lopatky 9 vytváří zvedací sílu, zvětšenou vytvořením prohlubně na spodní rovině lopatky, otáčením pohybů 8 lopatky a hřídele pomaloběžného generátoru 2, která přeměňuje kinetickou energii otáčení hydroturbíny na střídavý elektrický proud.

Navržená mikro vodní elektrárna tak umožňuje snížit náklady na její výrobu, zjednodušuje a zlevňuje její instalaci a provoz a je průmyslově využitelná.

Nároky (1)

Ponorná volně průtočná mikro vodní elektrárna obsahující hydroturbínu s horizontální osou spojenou s utěsněným elektrickým generátorem ponořeným ve vodě, vyznačující se tím, že mikrovodní elektrárna je vybavena nosným rámem sestávajícím z sekcí, na jejichž koncích jsou instalovány štíty, které tvoří matoucí na vstupu vodního toku, a difuzorem, který je na výstupu namontován, nízkootáčkový generátor hřídele je přímo připojen k hydroturně v podpěrách ložisek a každá sekce obsahuje jednu nebo více listových vrtulí vzájemně přesazených o stejný úhel, každá z vrtulí se skládá ze dvou opačně orientovaných listů, z nichž každý je profilem NASA upraveným vytvořením vybrání na spodní rovině, jehož maximální hloubka je 10-14% maximální výšky profilu, a namontovaný na stojanech, které jsou zajištěny v poloměru hřídele hydroturbiny s poloměrem pohybu listu hydroturbiny a úhlové směry.

RU2003127811/06A 2003-09-15 2003-09-15 Ponorná volně průtočná mikro vodní elektrárna RU2247859C1 ( ru )

Prioritní aplikace (1)

Aplikace nárokující si prioritu (1)

Řeka nebo potok vedle venkovského domu nebo letní chaty je nejen krásná a pohodlná, ale může být také zisková. Voda může být zdrojem výroby elektřiny.

K tomu není vůbec nutné stavět přehradu a blokovat řeku, což by kromě enormních mzdových nákladů vyžadovalo získání obrovského množství povolení a souhlasů (a v podstatě je to nad síly běžného člověka). Stačí si koupit, nebo si můžete sami sestavit, průtokovou nebo ponornou mikro vodní elektrárnu (VVE) s maximálním výkonem do 15 kW.

Poslední podmínka se však téměř netýká mikrovodních elektráren, většina prodávaných zařízení má výkon 0,6 až 10 kW. Navíc k výrobě větší energie by byl potřeba velmi silný proud vody a šťastných majitelů domů u vodopádu není nejen u nás, ale ani na celém světě mnoho.

Náklady na mikro vodní elektrárnu začínají od 40 tisíc rublů. Přicházejí v různých typech: kolo, vrtule, lopata, rotor Darrieus a mnoho dalších složitých názvů. Lze je ale rozdělit na dva typy – průtočné a průběžné. Instalace takových vodních elektráren neznamená přehrazení řeky a vytvoření nádrže. Pro provoz průtočných vodních elektráren je nutný odvod vody nebo pokles vody v řece pro zajištění potřebného tlaku vody. Na horských řekách, pokud je terén vhodný, mohou být použity bez drenáže. Nevyžadují však nezbytně řeku, je možná instalace do technických kanalizací.

Průtokové mikro vodní elektrárny nevyžadují výstavbu tlakových staveb, energie vody se využívá při jejím volném proudění. Existují také mikro vodní elektrárny smíšeného typu a mobilní. První fungují jak na kapkách vody, tak na plochých řekách. Druhé mají malý výkon a používají se v nouzových situacích, jako záložní generátor nebo při cestování. Nyní jsou v prodeji také stanice, které lze instalovat do domovního vodovodního řádu. Ve vodovodním řádu je zabudována malá turbína, která se uvádí do pohybu prouděním vody pohybujícím se gravitací. To snižuje průtok vody, ale snižuje náklady na elektřinu.

Minimální tlak vody potřebný pro provoz mikro vodní elektrárny začíná od 1,2 metru.

Minimální tlak vody potřebný pro efektivní provoz mikro vodní elektrárny začíná od 1,2 metru. Pro řeky s nízkými průtoky a malé toky je nutné vytvořit umělý vodní tok, který dodá potřebný výkon. A zde vzniká právní nuance. Z pohledu energetické bezpečnosti a finančních úřadů je oficiálně povolena mikrovýroba s výkonem pod 15 kW, ale z pohledu vodohospodářských orgánů mohou nastat problémy.

V reakci na žádost RG týkající se pravidel pro instalaci mikro vodních elektráren na řekách ministerstvo přírodních zdrojů objasnilo, že je nutná dohoda o využívání vody. Pokud je vodní útvar pod regionální nebo obecní jurisdikcí, pak je dohoda uzavřena mezi vlastníkem stavby a subjektem Ruské federace, ale pokud je vodní útvar federální, pak musí vlastník uzavřít dohodu s Rosvodresursy, uvedla tisková služba ministerstva.

Výhodou mikro vodních elektráren je nepochybná hospodárnost tohoto způsobu výroby. Není náhodou, že v Číně, Norsku, Rakousku a Kanadě mají mikro vodní elektrárny významný podíl na celkovém objemu výroby elektřiny. U nás se mohou osvědčit v Karélii, na Kavkaze, v Murmansku, Archangelsku, Vologdských oblastech, na Sibiři a na Dálném východě. I když s ohledem na bohatství naší země ve vodních zdrojích se i v moskevské oblasti může taková mikro-vodní elektrárna stát vážnou pomocí pro rodinný rozpočet.

Není nutné kupovat mikro vodní elektrárnu, je možné ji sestavit vlastníma rukama, stačí si pamatovat kolo pro vodní mlýn, které bude plnit roli hydraulické turbíny (k tomuto účelu se může hodit i lodní šroub z motorového člunu) a generátor. Řemeslníci dokonce vyrobili mikrovodní elektrárny z dynam pro jízdní kola.

Hlavní nevýhodou mikro vodních elektráren je jejich sezónnost. Ani rychlé řeky, které v zimě nezamrzají, nedokážou ochránit mikrovodní elektrárny před námrazou, což vede ke ztrátě výkonu a někdy i úplné odstávce.