CS262394B1

CS262394B1 - Floating hydro power plant

Info

Publication number: CS262394B1
Application number: CS871964A
Authority: CS
Inventors: Karel Prof Ing Drsc Brada; Karel Ing Zeithammer; Jindrich Ing Brettl; Milan Ing Bryscejn; Jiri Ing Stybnar
Original assignee: Karel Prof Ing Drsc Brada; Karel Ing Zeithammer; Jindrich Ing Brettl; Milan Ing Bryscejn; Jiri Ing Stybnar
Priority date: 1987-03-24
Filing date: 1987-03-24
Publication date: 1989-03-14
Also published as: CS196487A1

Abstract

Plovoucí hydroenergetické soustrojí sestává z plavidla a z energetického soustrojí, respektive hydrodynamického vrtulového čerpadla s pohonem, umístěného mezi savku a tlakové potrubí, které připojuje hydrodynamické vrtulové čerpadlo na spád a které je opatřeno elastickým členem. Rotor hydrodynamického vrtulového čerpadla je nejméně do 1/3 umístěn pod čarou ponoru plavidla. Rotor hydrodynamického vrtulové ho čerpadla a pohon jsou umístěny vzhledem ke dnu plavidla horizontálně, vertikálně nebo šikmo. Reverzní chod soustrojí hydrodynamického vrtulového čerpadla a pohonu lze využít k výrobě elektrické energie. Plovoucí hydroenergetické soustrojí je využitelné u závlahových a odvodňovacích kanálů, plavebních kanálů a komor a u jezů vodních toků.A floating hydropower plant consists of a vessel and a power plant, or rather a hydrodynamic propeller pump with a drive, located between the suction and the pressure pipe, which connects the hydrodynamic propeller pump to the gradient and which is equipped with an elastic member. The rotor of the hydrodynamic propeller pump is located at least 1/3 below the waterline of the vessel. The rotor of the hydrodynamic propeller pump and the drive are located horizontally, vertically or obliquely relative to the bottom of the vessel. The reverse operation of the hydrodynamic propeller pump and drive can be used to generate electricity. The floating hydropower plant can be used in irrigation and drainage canals, navigation channels and chambers and in weirs of watercourses.

Description

Vynález se týká plovoucího hydroenergetického soustrojí.The invention relates to a floating hydroenergy set.

Z plovoucích hydroenergetických soustrojí je známo zejména řešení dle československého autorského osvědčení číslo 250 417, tvořené na plavidle turbinou a generátorem, vyráběným jako jednotlivé stroje. Toto řešení s turbinou a generátorem je možné využít jen |ako plovoucí vodní elektrárnu. Řešení dle autorského osvědčení číslo 250 417 je známo zejména v provedení s Bánkiho turbinou, která není schopna využit plně spád vody a ztrácí tak spád minimálně 0,5 m. Tato nevýhoda je obzvláště významná v našich podmínkách, kde jsou nejčastější spády do 3 m. Pro vyšší spády zde dochází také k velkým hydraulickým ztrátám v dlouhém potrubním přívodu. Pomaloběžnost uvedeného soustrojí také způsobuje problémy velkého převodového poměru mezi turbinou a generátorem, čehož důsledkem je konstrukčně náročný mechanický převod a snížení celkové účinnosti. Navíc toto soustrojí pro rozběh vyžaduje evakuační zařízeni násosky pro počáteční zaplnění přívodního potrubí. Již několik desítek let je známo a vyrábí se plovoucí hydroenergetické soustrojí ve funkci plovoucí čerpací i stanice.The floating hydro-power sets are known in particular the solution according to the Czechoslovak author's certificate number 250 417, consisting of a vessel with a turbine and generator, produced as individual machines. This turbine-generator solution can only be used as a floating hydroelectric power plant. The solution according to the author's certificate No. 250 417 is known especially in the version with Bánki turbine, which is not able to fully utilize the water gradient and thus loses a gradient of at least 0.5 m. This disadvantage is especially significant in our conditions where the most frequent gradients are up to 3 m. For higher gradients there are also large hydraulic losses in the long pipeline. The slowness of the set also causes problems of the large gear ratio between the turbine and the generator, resulting in a structurally demanding mechanical transmission and a reduction in overall efficiency. In addition, the start-up set requires an evacuation device of the siphon for initial filling of the supply line. For several decades it has been known and produced a floating hydroenergy set as a floating pumping and station.

Autoři provedli modelový experimentální výzkum, který prokázal možnost použití jediného zařízení ve funkci plovoucí čerpací stanice a ve funkci plovoucí vodní elektrárny. Tento výzkum byl obtížný, neboť je značná odlišnost běhu respektive parametrů energetického soustrojí v obou funkcích pro malé spády 1 až 10 m.The authors conducted a model experimental research, which demonstrated the possibility of using a single device as a floating pumping station and as a floating hydropower plant. This research was difficult because there is a considerable difference in the running or parameters of the power set in both functions for small gradients of 1 to 10 m.

Uvedená problematika je vyřešena plovoucím hydroenergetickým soustrojím, sestávajícím z plavidla a z energetického soustrojí, umístěného mezi savku a tlakové potrubí, které připojuje energetické soustrojí na spád a které je opatřeno elastickým členem, podle vynálezu.This problem is solved by a floating hydropower set consisting of a vessel and an energy set placed between a suction tube and a pressure line which connects the energy set to a gradient and which is provided with an elastic member according to the invention.

Jeho podstata spočívá v tom, že mezi savku a tlakové potrubí je umístěno hydrodynamické vrtulové čerpadlospohonem, jehož rotor je nejméně do 1/3 umístěn pod čarou ponoru plavidla. Rotor hydrodynamického vrtulového čerpadla a pohon můžou být umístěny vzhledem ke dnu plavidla horizontálně, vertikálně nebo šikmo.It is based on the fact that a hydrodynamic propeller pump is placed between the suction pipe and the pressure line, the rotor of which is located at least 1/3 below the waterline of the vessel. The rotor of the hydrodynamic propeller pump and the propeller can be positioned horizontally, vertically or diagonally to the bottom of the vessel.

Hlavní výhodou plovoucího hydroenergetického soustrojí podle vynálezu je zejména to, že může vykonávat obě funkce, tedy funkci plovoucí vodní elektrárny i funkci plovoucí čerpací stanice. Při funkci plovoucí vodní elektrárny, tím že je zařízení opatřeno savkou se využije celý spád vody. Zavodnění přívodního potrubí pro turbinový běh lze provést přímo reverzací. Zároveň použité vrtulové čerpadlo je nejrychloběžnější typ čerpadla a umožňuje tím menší převodový poměr pro spojení s generátorem. Pro soustrojí je možné použít běžně vyráběných prvků čerpadla a elektromotoru, čímž jsou i nízké pořizovací náklady.The main advantage of the floating hydro power plant according to the invention is, in particular, that it can perform both the function of a floating hydroelectric power plant and the function of a floating pumping station. In the function of a floating hydroelectric power plant, by providing the device with a suction cup, the entire water gradient is utilized. Watering of the feed line for turbine run can be done directly by reversing. At the same time, the propeller pump used is the fastest type of pump and thus allows a smaller gear ratio for connection to the generator. It is possible to use commonly manufactured pump and electric motor elements for the set, which also low costs.

Napojení soustrojí podle vynálezu na zdroj vodní energie může být jak stacionárním, tak mobilním potrubním systémem a elastickou vazbou na plavidlo, ve kterém je umístěno energetické soustrojí. V případě použití násosky je umožněno její zdvihání nad hladinu a zavzdušněni systému v případě výpadku elektrického proudu a nebezpečí proběhu soustrojí. Plastická vazba plavidla s hydroenergetickým soustrojím podle vynálezu umožňuje změnu polohy plavidla ve vertikálním směru při kolísání hladiny vody spodní nádrže.The connection of the power pack according to the invention to the hydropower source may be both a stationary and a mobile piping system and an elastic connection to the vessel in which the power pack is located. In case of using the siphon it is possible to raise it above the surface and to aerate the system in case of power failure and danger of running the set. The plastic bonding of the vessel with the hydroenergy set according to the invention allows the position of the vessel to be changed in the vertical direction as the water level of the lower tank fluctuates.

Koncepce plovoucího hydroenergetického soustrojí podle vynálezu s využitím pro funkci plovoucí čerpací stanice a mobilní plovoucí vodní elektrárny umožňuje rychlou montáž a demontáž tohoto soustrojí a jeho přemístění pro pohotové využití v obou funkcích, tedy na čerpání vody i na výrobu elektrické energie.The concept of the floating hydropower set according to the invention, utilizing for the function of a floating pumping station and a mobile floating hydropower plant, enables a quick assembly, disassembly and relocation of this set for ready use in both functions, ie for pumping water and for generating electricity.

Vynález a jeho účinky jsou blíže vysvětleny v popise příkladů jeho provedení podle přiložených výkresů, kde na obr. 1 je v náryse schematicky znázorněno plovoucí hydroenergetické soustrojí podle vynálezu a horizontálně uloženým rotorem hydrodynamického vrtulového čerpadla. Obr. 2 znázorňuje v náryse schematiky plovoucí hydroenergetické soustrojí podle vynálezu s vertikálně uloženým rotorem, hydrodynamického vrtulového čerpadla. Obr. 3 znázorňuje v náryse schematicky plovoucí hydroenergetické soustrojí podle vynálezu se šikmo uloženým rotorem hydrodynamického vrtulového čerpadla.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention and its effects are explained in greater detail in the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a schematic front view of a floating hydroenergy set according to the invention and a horizontally mounted rotor of a hydrodynamic propeller pump. Giant. 2 shows a schematic front view of a floating hydroenergy set according to the invention with a vertically mounted rotor of a hydrodynamic propeller pump. Giant. 3 shows a schematic front view of a floating hydroenergy set according to the invention with an inclined rotor of a hydrodynamic propeller pump.

Na plavidle 2 j® mezi savku 7_ a tlakové potrubí 2 umístěno hydrodynamické vrtulové čerpadlo 2» jehož rotor 12 je nejméně do 1/3 umístěn pod čarou 13 ponoru plavidla 2· Tlakové potrubí £ je opatřeno směrem k hydrodynamickému vrtulovému čerpadlu 2 elastickým členem Na toto tlakové potrubí 4 je v opačném směru připojena násoska £, kterou je takto hydrodynamické vrtulové čerpadlo 2 připojeno na spád 14. Hydrodynamické vrtulové čerpadlo 2 j^e připojeno na pohon 2, zejména elektromotor. Hydrodynamické vrtulové čerpadlo 2 s pohonem 2 může být umístěno vzhledem ke dnu plavidla 2 podle Obr. 1 horizontálně, podle obr. 2 vertikálně nebo podle obr. 3 šikmo. Vertikální uložení má oproti horizontálnímu jednodušší tok kapaliny, měnší hydraulické ztráty a tím větší účinnost celého soustrojí.A hydrodynamic propeller pump 2 is placed on the vessel 2 between the suction tube 7 and the pressure line 2, the rotor 12 of which is at least 1/3 below the waterline 13 of the vessel 2. The pressure line 6 is provided with an elastic member towards the hydrodynamic propeller pump. pressure pipe 4 is connected in reverse £ siphon which is thus a hydrodynamic propeller pump 2 is connected to the 14th drop hydrodynamic propeller pump 2 ^e j 2 connected to a drive, particularly an electric motor. The hydrodynamic propeller pump 2 with propulsion 2 can be positioned with respect to the bottom of the vessel 2 according to FIG. 1 horizontally, according to FIG. 2 vertically or according to FIG. The vertical bearing has a simpler fluid flow, less hydraulic losses and thus greater efficiency of the whole set compared to the horizontal.

Rotor 12 hydrodynamického vrtulového čerpadla 2 í^e nejméně do 1/3 umístěn pod čarou 22 ponoru plavidla 2 protože hydrodynamické vrtulové čerpadlo 2 není schopno čerpání, respektive rozběhu bez zavodnění a proto vyžaduje úpravu či zavodnění. Proto se naskýtaly dvě možnosti jeho umístění a to bud umístění pod čáru ponoru plavidla, což snižuje plavební schopnost nebo vybavení zvláštní evakuační zařízení, tvořené například vývěvou nebo pomocným čerpadlem a uzávěrem. Uspořádání soustrojí podle vynálezu bylo složitě experimentálně modelově ověřeno a v praxi vyzkoušeno. Při tomto zkoušení bylo zjištěno, že je možný jeho provoz při umístění jeho rotoru 12 nejméně do 1/3 pod čáru 13 ponoru, přičemž při tomto umístění není zvětšován ponor plavidla ani není třeba přídavné rozběhové zařízení.Rotor 12 of the hydrodynamic propeller pump 2 d ^e of at least 3.1 to 22 positioned below the draft line of the vessel 2 as a hydrodynamic propeller pump 2 is not capable of pumping without flooding or acceleration and therefore requires adjustment or flooding. Therefore, there are two possibilities for its placement, either below the waterline of the vessel, which reduces the navigability or the equipment of a special evacuation device, such as a vacuum pump or booster pump and cap. The arrangement of the set according to the invention has been complicated experimentally model tested and tested in practice. During this testing, it was found that it was possible to operate the rotor 12 at least 1/3 below the draft line 13, with no increase in vessel draft or additional start-up equipment.

Hydrodynamické vrtulové čerpadlo 2 j^{e v} obou případech funkce částečně ponořeno ve vodě, to umožňuje zavodnění tlakového potrubí £, v případě použití násosky <>. Elastický člen 5 dovoluje vertikální pohyb plavidla 2· Pohon 2» respektive elektromotor, v reverzním běhu funguje jako gene.rátor elektrické energie. Při napojení na elektrickou sít je možno použít asynchronní stroj. Savka T_ je umístěna ve dně plavidla 2 ^a slouží ke vstupu kapaliny v čerpadlovém běhu respektive funkci plovoucí čerpací stanice v čerpadlovém směru 2 a výstupu kapaliny v běhu turbinovém, respektive funkci plovoucí vodní elektrárny v turbinovém směru 2 a je konstruována tak, aby transformace mechanické energie na hydraulickou a naopak byla co nejdokonalejši. Smysl otáčení hřídele energetického soustrojí v čerpadlovém běhu v čerpadlovém smyslu 10 otáčení se v turbinovém běhu mění na turbinový smysl 11 otáčení, tedy opačný.Hydrodynamic propeller pump 2 j ^EV function both partly immersed in water, it allows priming pressure pipe £, if the use of siphon <>. The elastic member 5 allows the vertical movement of the vessel 2, the propulsion 2, respectively the electric motor, and in reverse operation it acts as a generator of electric energy. When connected to the mains, an asynchronous machine can be used. The suction tube T is located in the bottom of the vessel 2 ^and serves for the inlet of the liquid in the pump running respectively the function of the floating pumping station in the pump direction 2 and the outlet of the liquid in the turbine running respectively the floating water power station in the turbine direction 2 respectively. hydraulic and vice versa was as perfect as possible. The direction of rotation of the power pack shaft in the pump run in the pump sense of rotation 10 in the turbine run is changed to the turbine sense of rotation 11, that is, the opposite.

Plovoucí hydroenergetické soustrojí podle vynálezu může být provozované jako plovoucí ' čerpací stanice a v obráceném toku vodní a elektrické energie jako mobilní vodní energetická centrála. Jeho užití je velmi široké, protože jeho hlavní prvky, čerpadlo a elektromotor, které pracují v reverzním chodu jako turbina a elektrogenerá^or jsou běžně dostupné a typová řada čerpadel pokrývá širokou škálu parametrů průtoků a měrných energií, tedy spádů¹. Aplikace tohoto plovoucího hydroenergetického soustrojí je také u závlahových a odvodňovacích kanálů, plavebních kanálů a komor, u jezů vodních toků, u vodních nádrží dosud bez energetického využití.The floating hydropower set according to the invention can be operated as a floating pumping station and in the reverse flow of hydropower and electric power as a mobile hydropower station. Its use is very wide, because its main elements, the pump and the electric motor, which operate in reverse operation like turbine and electric power are commonly available, and the pump range covers a wide range of flow and specific energy parameters, ie gradients ¹ . The application of this floating hydroenergy set is also without energy utilization in irrigation and drainage canals, canals and chambers, in weirs of watercourses, in water reservoirs.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

A floating hydroelectric power plant, consisting of a vessel and a power generator, located between a suction tube and a pressure line which connects the power generator to a gradient and which is provided with an elastic member, characterized in that between the suction tube (7) and the pressure line (4) a hydrodynamic propeller pump (1) with a propulsion (2) is placed, the rotor (12) of which is located at least 1/3 below the waterline (13) of the vessel (3).

Floating hydroelectric power set according to claim 1, characterized in that the rotor (12) of the hydrodynamic propeller pump (1) and the drive (2) are arranged horizontally with respect to the bottom of the vessel (3).

Floating hydro-electric generator set according to claim 1, characterized in that the rotor (12) of the hydrodynamic propeller pump (1) and the drive (2) 'are positioned vertically with respect to the bottom of the vessel (3).

Floating hydro-electric power set according to claim 1, characterized in that the rotor (12) of the hydrodynamic propeller pump (1) and the drive (2) are arranged at an angle to the bottom of the vessel (3).