Патент на изобретение №2216644

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2216644 (13) C2
(51) МПК 7
F03B7/00, F03B13/00
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 18.03.2011 – прекратил действие

(21), (22) Заявка: 2001135276/06, 27.12.2001

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

27.12.2001

(45) Опубликовано: 20.11.2003

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
US 1280178 A1, 30.12.1986. RU 2044155 C1, 20.09.1995. SU 1606731 A1, 15.11.1990. US 4039847 A, 02.08.1977. SU 5233 A, 30.04.1928. US 4872805 A, 10.10.1989. RU 2160848 C1, 21.04.1999. US 2222790 A, 26.11.1940. US 1542252 A, 16.06.1925.

Адрес для переписки:

115201, Москва, Каширское ш., 22, корп.3, АО ВНИИЭ, пат.-правовой отд., комн.702, пат.пов. М.Б.Щедрину

(71) Заявитель(и):

Российское открытое акционерное общество энергетики и электрификации (РАО “ЕЭС России”),
Открытое акционерное общество “Научно-исследовательский институт энергетических сооружений”

(72) Автор(ы):

Бритвин С.О.,
Усачев И.Н.,
Галустов К.З.,
Историк Б.Л.,
Шполянский Ю.Б.,
Семенов И.В.,
Кондрашов Ю.В.,
Ткаченко А.П.

(73) Патентообладатель(и):

Российское открытое акционерное общество энергетики и электрификации (РАО “ЕЭС России”),
Открытое акционерное общество “Научно-исследовательский институт энергетических сооружений”

(54) ГИДРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА

(57) Реферат:

Изобретение предназначено для использования в качестве приливных электростанций и низконапорных речных гидроэлектростанций. Устройство содержит, по меньшей мере, две турбины, горизонтально-соосно установленные в водоводе, и один генератор. Турбины выполнены ортогональными поперечно-струйными, их валы ориентированы поперек водовода установки, который разделен, по меньшей мере, одним бычком на турбинные водоводы, и соединены блоком кинематической связи, который размещен в герметичной полости, образованной в теле бычка. В качестве блока кинематической связи использован генератор, выполненный со сквозным валом, соединяющим валы турбин. Блок кинематической связи может быть выполнен в виде дополнительно введенного мультипликатора со сквозным тихоходным валом, соединяющим валы турбин. Блок кинематической связи также может включать генератор, выполненный со сквозным валом, и два дополнительно введенных мультипликатора, при этом быстроходные валы мультипликаторов соединены валом генератора, а тихоходные – с валом соответствующей турбины. Установка может быть выполнена в виде обладающего собственной плавучестью блок-модуля гидроэнергетического сооружения. Технический результат – повышение эффективности использования энергии водного потока. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области гидроэнергетического строительства и может быть использовано при сооружении приливных электростанций (ПЭС) и низконапорных речных гидроэлектростанций (ГЭС).

Известны гидротурбинные установки, содержащие установленную в водоводе ортогональную турбину, вал которой расположен перпендикулярно продольной оси водовода и кинематически связан с валом генератора [1], [2].

Недостаток установок [1] и [2] – практическая невозможность объединения нескольких турбин в общий гидроагрегат для работы на один генератор, что связано, в частности, с вертикальным расположением вала турбины.

Известна выбранная в качестве прототипа гидротурбинная установка, содержащая, две турбины, горизонтально-соосно установленные в водоводе, и один генератор [3].

В устройстве-прототипе соосные валы турбин ориентированы вдоль водовода и связаны мультипликатором, размещенным в герметичной капсуле в центре водовода, с вертикальным валом генератора, установленного вне водовода.

Недостаток прототипа – низкая эффективность использования энергии водного потока, проходящего через сечение водовода. Это обусловлено тем, что в устройстве-прототипе турбины (пропеллерного типа) работают поочередно в зависимости от направления потока, и тем, что капсула с мультипликатором, размещенная в центре рабочего сечения водовода, частично перекрывает вращающий турбины рабочий поток, который в устройстве-прототипе направлен вдоль валов турбин.

Задача изобретения – повышение эффективности использования водного потока, проходящего через рабочее сечение водовода.

Предметом изобретения является гидротурбинная установка, содержащая, по меньшей мере, две турбины, горизонтально-соосно установленные в водоводе, и один генератор, отличающаяся согласно изобретению тем, что турбины выполнены ортогональными поперечно-струйными, их валы ориентированы поперек водовода установки, который разделен, по меньшей мере, одним бычком на турбинные водоводы, и соединены блоком кинематической связи, который размещен в герметичной полости, образованной в теле бычка.

Это позволяет повысить эффективность использования водного потока, проходящего через рабочее сечение водовода, и соответственно повысить энергоотдачу установки.

Изобретение имеет следующие вариантные развития для частных случаев его реализации:
– в качестве блока кинематической связи может быть использован генератор, выполненный со сквозным валом, соединяющим валы турбин;
– блок кинематической связи может быть выполнен в виде дополнительно введенного мультипликатора со сквозным тихоходным валом, соединяющим валы турбин;
– блок кинематической связи может включать генератор, выполненный со сквозным валом, и два дополнительно введенных мультипликатора, при этом быстроходные валы мультипликаторов соединены валом генератора, а тихоходные – с валом соответствующей турбины.

Это позволяет оптимизировать состав и компоновку электромеханического оборудования установки.

Кроме того, изобретение имеет развитие, предусматривающее выполнение установки в виде обладающего собственной плавучестью блок-модуля гидроэнергетического сооружения.

Это дает возможность использовать для возведения речной ГЭС или ПЭС наплавной способ, позволяющий изготавливать и отлаживать крупногабаритный блок-модуль гидросооружения на заводе-изготовителе, а затем доставлять его на плаву к месту строительства гидросооружения.

Дальнейшее развитие изобретения состоит в том, что блок-модуль содержит плотину или фрагмент плотины гидроэнергетического сооружения в виде полого верхнего строения над водоводом установки.

Это упрощает строительство гидростанции.

Верхнее строение может быть выполнено короче водовода установки в направлении движения блок-модуля.

Это повышает ледостойкость гидросооружения.

Чертеж иллюстрирует пример осуществления изобретения (с учетом его развития) в двухтурбинной установке с размещением в полости бычка генератора и двух мультипликаторов. На фиг.1 показан разрез А-А установки в плоскости, перпендикулярной оси турбин, на фиг.2 – ее разрез Б-Б в плане на уровне осей турбин.

Установка (см. фиг. 1 и 2) содержит водовод 1 установки, разделенный бычком 2 на два турбинных водовода 3 и 4. В водоводах 3 и 4 размещены ортогональные поперечно-струйные турбины 5 и 6. Валы 7 и 8 турбин 5 и 6 установлены горизонтально и соосно поперек водовода 1 (и водоводов 3 и 4). Разделительный бычок 2 выполнен полым и расширенным в средней части. Валы 7 и 8 турбин соединены блоком 9 кинематической связи, который размещен в герметичной полости 10 бычка 2, оборудованной в виде машинного зала. В частном случае осуществления изобретения, представленном на чертеже, блок 9 содержит генератор 11 и два мультипликатора 12. Быстроходные валы 13 двух мультипликаторов 12 соединены сквозным валом 14 генератора 11. Тихоходный вал 15 каждого мультипликатора 12 соединен с валом 7 или 8 соответствующей турбины.

В качестве мультипликаторов 12 могут быть использованы относительно дешевые одноступенчатые горизонтальные цилиндрические редукторы.

Изобретение предусматривает также возможность отказа от использования мультипликаторов 12 путем прямого соединения валов 7 и 8 сквозным горизонтальным валом генератора 11, который в этом случае должен быть низкооборотным. Хотя диаметр генератора увеличивается при этом в несколько раз, он свободно размещается в полости 10. Возможна также реализация изобретения с размещением в полости бычка 2 только одного мультипликатора, соединяющего валы 7 и 8 своим тихоходным сквозным валом, и выносом генератора 11 (вал которого при этом кинематически связан с быстроходным валом мультиплексора), например, в верхнюю часть установки.

Для управления турбинами 5 и 6 водоводы 3 и 4 могут быть снабжены рабочими затворами 16.

На фиг. 2 показано выполнение установки, когда с каждой стороны бычка 2 установлено по одной ортогональной турбине. Возможна также реализация изобретения в виде установки с несколькими турбинными водоводами и турбинами с каждой стороны бычка 2, соединенными в один гидроагрегат. При этом установка может содержать несколько блоков 9, кинематически соединяющих валы турбин и размещенных в герметичных полостях, образованных в соответствующих бычках.

Установка используется в составе приплотинной гидроэлектростанции (приливной или речной) и работает следующим образом.

После открытия затворов 16 турбины 5 и 6 вращаются под действием напора воды, протекающей по их турбинным водоводам 3 и 4, который обеспечивается разницей уровней воды между верхним и нижним бьефами (см. фиг.1).

На речной ГЭС более высокие уровни воды со стороны водохранилища верхнего бьефа и более низкие за плотиной (в нижнем бьефе). На ПЭС более высокие уровни наблюдаются то с одной, то с другой стороны водовода 1, что связано с естественным чередованием приливов и отливов. Ортогональные турбины 5 и 6 могут работать в двустороннем турбинном режиме, т.е. при периодической смене направления течения воды по турбинному водоводу. При этом направление вращения турбин (а следовательно, и генератора 1) остается неизменным.

Предложенное техническое решение позволяет повысить (по отношению к прототипу) эффективность использования водного потока, проходящего через рабочее сечение водовода. Предложенное решение допускает также дополнительное повышение энергоотдачи путем оптимизации геометрии проточных трактов турбин в соответствии с [2].

Кроме того, к достоинствам предложенного решения относится:
– возможность компактно и с удобствами для эксплуатации разместить гидроагрегат, объединяющий в себе генератор(ы) и несколько турбин;
– возможность уменьшить число гидроагрегатов на многоагрегатных ПЭС или речных ГЭС и тем самым снизить стоимость электромеханического оборудования электростанции;
– возможность использовать в многотурбинных агрегатах ортогональные турбины – более дешевые, чем традиционные осевые (например, пропеллерного типа).

Установка может быть выполнена в виде обладающего собственной плавучестью блок-модуля гидроэнергетического сооружения.

В этом случае отверстия турбинных водоводов 3 и 4 должны быть снабжены средствами для установки и снятия транспортных затворов 17, например ботопортов (плавающих затворов), а также средствами временной герметизации.

Выполнение предложенной установки в виде обладающего собственной плавучестью блок-модуля дает возможность использовать наплавной способ возведения гидроэлектростанции, включающий промышленное изготовление и отладку блок-модулей (с гидроагрегатами и всем электромеханическим оборудованием машинного зала) на заводе-изготовителе и их доставку на плаву к месту эксплуатации.

Плавучий блок-модуль может содержать плотину или фрагмент плотины гидроэлектростанции (ПЭС или ресной ГЭС) в виде полого верхнего строения 18 над водоводом 1.

Для повышения ледостойкости возводимого гидросооружения ширина плотины (верхнего строения) может быть укорочена по отношению к длине водовода 1 и бычка 2 (см. фиг.1).

Источники информации
1. Авт. свид СССР 1606731, МПК F 03 B 1/00, 1990 г.

2. Патент РФ 2044155, МПК F 03 B 1/00, 1995 г.

3. Авт. свид. СССР 1280178, МПК F 03 B 13/10, 1986 г.

Формула изобретения

1. Гидротурбинная установка, содержащая, по меньшей мере, две турбины, горизонтально-соосно установленные в водоводе, и один генератор, отличающаяся тем, что турбины выполнены ортогональными поперечно-струйными, их валы ориентированы поперек водовода установки, который разделен, по меньшей мере, одним бычком на турбинные водоводы, и соединены блоком кинематической связи, который размещен в герметичной полости, образованной в теле бычка.

2. Установка по п. 1 отличающаяся тем, что в качестве блока кинематической связи использован генератор, выполненный со сквозным валом, соединяющим валы турбин.

3. Установка по п. 1 отличающаяся тем, что блок кинематической связи выполнен в виде дополнительно введенного мультипликатора со сквозным тихоходным валом, соединяющим валы турбин.

4. Установка по п. 1 отличающаяся тем, что блок кинематической связи включает генератор, выполненный со сквозным валом, и два дополнительно введенных мультипликатора, при этом быстроходные валы мультипликаторов соединены валом генератора, а тихоходные – с валом соответствующей турбины.

5. Установка по п. 1 отличающаяся тем, что она выполнена в виде обладающего собственной плавучестью блок-модуля гидроэнергетического сооружения.

6. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что блок-модуль содержит плотину или фрагмент плотины гидроэнергетического сооружения в виде полого верхнего строения над водоводом установки.

7. Установка по п. 6, отличающаяся тем, что верхнее строение короче водовода установки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2


MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 28.12.2005

Извещение опубликовано: 20.11.2006 БИ: 32/2006


Categories: BD_2216000-2216999