EA014747B1

EA014747B1 - Реверсивный гидроэлектрический аппарат

Info

Publication number: EA014747B1
Application number: EA200970473A
Authority: EA
Inventors: Жозеф Паоли
Original assignee: Жозеф Паоли
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2011-02-28
Also published as: CA2667028C; EA200970473A1; WO2008056083A3; CN101535652B; JP5166429B2; US8193652B2; JP2010509537A; US20100140935A1; FR2908481A1; FR2908481B1; BRPI0716709A2; WO2008056083A2; CA2667028A1; EP2100042A2; EP2100042B1; CN101535652A

Abstract

Изобретение относится к реверсивному гидроэлектрическому аппарату, который может быть установлен на наружном трубопроводе, включающему в себя гидравлическую группу (2), содержащую гидравлическую машину (6), образованную центробежным насосом, обратимым в турбину, и гидравлическим контуром (8), имеющим отводы типа байпас и управляемые клапаны, позволяющие циркуляцию воды в указанной гидравлической машине в одном или другом направлениях вне зависимости от того, в каком направлении циркулирует вода в указанном наружном трубопроводе; электрическую машину (4), соединенную с указанной гидравлической машиной и образованную асинхронным двигателем, обратимым в асинхронный генератор; и электронную систему, содержащую автомат установки и/или регулировки указанных клапанов, и электронный вариатор установки и/или регулировки скорости вращения указанной электрической машины для того, чтобы давление и/или расход на выходе из гидравлической машины в зависимости от направления циркуляции было стабилизировано или отлажено, по меньшей мере, на заданную величину.

Description

Настоящее изобретение относится к области гидроэлектрических установок.

Давно известны, с одной стороны, гидроэлектрические установки, которые образуют группу для производства электрической энергии под действием падающей воды, и, с другой стороны, гидроэлектрические установки, которые образуют группу для перекачивания воды под действием электрических двигателей.

Кроме того, в документах ϋδ-Ά-2962599 и ϋδ-Λ-3614268 описаны гидроэлектрические установки смешанного типа.

Документ ϋδ-Ά-2962599 описывает гидравлическую установку, позволяющую пропускать воду в верхний резервуар по направлению к нижнему резервуару и наоборот. Эта установка включает в себя основной трубопровод, имеющий две части, одна из которых связана с верхним резервуаром, а другая часть связана с нижним резервуаром. Между этими двумя частями предусмотрены при помощи двух отводных дефлекторов две трубы, смонтированные параллельно друг другу и связанные друг с другом вторичной трубой. На вторичной трубе установлен гидравлический элемент, связанный при вращении с электрическим элементом.

В первом положении, когда дефлекторы закрыты, вода может проходить из верхнего резервуара в нижний резервуар, проходя при этом через гидравлический элемент в одном направлении, причем этот гидравлический элемент образует турбину, приводящую в действие электрический элемент, который образует, в свою очередь, электрическую составляющую. Первое положение дефлекторов используется в случае, когда для электрической сети необходима электрическая энергия, например в период наибольшего спроса у пользователей.

Во втором положении дефлекторы закрыты, вода может проходить из нижнего резервуара в верхний резервуар, проходя при этом через гидравлический элемент в том же направлении, что и до этого, причем этот гидравлический элемент представляет собой, таким образом, насос, приводимый в действие электрическим элементом, который, в свою очередь, представляет собой электродвигатель. Второе положение дефлекторов используется, когда электрическая сеть может быть поставщиком электроэнергии, например в период ослабленного спроса у пользователей.

Когда дефлекторы находятся в открытом положении, вода проходит напрямую из верхнего резервуара в нижний резервуар через параллельные трубы, не проходя через гидравлический элемент. Такое открытое положение дефлекторов может использоваться по разным причинам.

ϋδ-Λ-3614268 раскрывает гидравлическую установку, которая содержит гидравлический элемент, связанный с электрическим элементом и установленный на единственном трубопроводе, связывающим напрямую верхний резервуар и нижний резервуар. В направлении циркуляции воды из верхнего резервуара в нижний резервуар гидравлический элемент представляет собой турбину, приводящую в действие синхронный электрический элемент, образующий синхронную составляющую. При другом направлении циркуляции воды из нижнего резервуара в верхний резервуар гидравлический элемент представляет собой насос, приводимый в действие электрическим органом, который образует синхронный двигатель. Электрическая цепь позволяет поддерживать скорость вращения общего вала гидравлического и электрического элементов постоянной для турбины - воздействуя на клапан и для насоса - воздействуя на частоту инвертора.

Объектом настоящего изобретения является гидроэлектрический аппарат, выполненный с возможностью установки на трубопроводе, например в гидравлической сети необработанной или питьевой воды, в которой вода может поступать для циркуляции в данный трубопровод в противоположенных направлениях в зависимости, в частности, от требований, предъявляемых к данной гидравлической сети.

Другим объектом настоящего изобретения является гидроэлектрический аппарат, выполненный с возможностью адаптации, а именно изменять, поддерживать, сокращать или, наоборот, увеличивать давление и/или расход в трубопроводе при циркуляции воды в противоположных направлениях в гидравлической сети для оптимизации ее функционирования.

Еще одним аспектом настоящего изобретения является гидроэлектрический аппарат, выполненный с возможностью потреблять электроэнергию или производить ее в зависимости, в частности, от требований, предъявляемых к данной гидравлической сети.

Реверсивный гидроэлектрический аппарат согласно настоящему изобретению, который может быть установлен на наружном трубопроводе, включает в себя гидравлическую группу, содержащую гидравлическую машину, образованную центробежным насосом, обратимым в турбину, и гидравлическим контуром, имеющим отводную и/или соединительную трубу и управляемые клапаны, позволяющие циркуляцию воды в указанной гидравлической машине в противоположных направлениях вне зависимости от того, в каком направлении циркулирует вода в указанном наружном трубопроводе; электрическую машину, соединенную с указанной гидравлической машиной и образованную асинхронным двигателем, обратимым в асинхронный генератор; электронную систему, содержащую автомат регулировки и/или регулировки указанных клапанов и электронный вариатор установки и/или регулировки скорости вращения указанной электрической машины для того, чтобы давление и/или расход на выходе из гидравлической машины в зависимости от направления циркуляции был стабилизирован или отлажен, по меньшей мере, на заданную величину.

- 1 014747

Согласно настоящему изобретению указанный гидравлический контур может быть симметричен относительно гидравлической машины.

Согласно настоящему изобретению корпус указанной гидравлической машины может содержать симметричные трубы.

Согласно настоящему изобретению электронная система может содержать четырехквадрантный электронный вариатор, смонтированный между электрической сетью и указанной электрической машиной и обеспечивающий при работе в режиме асинхронного двигателя регулировку скорости вращения указанной электрической машины, а при работе в режиме асинхронного генератора - электроадаптацию к электрической сети.

Согласно настоящему изобретению электронный вариатор может содержать две параллельные линии, содержащие соответственно выпрямитель и преобразователь, смонтированные валетом на этих линиях, и коммутатор, приспособленный для соединения электрической машины и электрической сети посредством либо одной, либо другой линии.

Согласно настоящему изобретению электронная система может содержать датчики давления и/или расхода, расположенные по обе стороны гидравлической машины и связанные с указанным автоматом.

Согласно настоящему изобретению электронная система может содержать датчики направления и/или скорости вращения и/или вращающего момента гидравлической машины, связанной с указанным автоматом.

Согласно настоящему изобретению электронная система может содержать датчики напряжения, и/или тока, и/или частоты и/или температурные датчики электрической машины.

Согласно настоящему изобретению гидравлический контур может содержать две параллельные отводные трубы, вставленные между двумя частями указанного наружного трубопровода, и по меньшей мере одну соединительную трубу, концы которой соединены с указанными отводными трубами, причем указанная гидравлическая машина может быть установлена на эту соединительную трубу, так же как и четыре управляемых клапана, установленных соответственно на ответвлениях указанных отводных труб, образованных по обеим сторонам концов указанной соединительной трубы.

Согласно настоящему изобретению можно предусмотреть множество соединительных труб, установленных параллельно, на которые соответственно устанавливаются гидравлические машины, связанные с электрическими машинами.

Согласно настоящему изобретению можно предусмотреть множество гидравлических машин, установленных последовательно на соединительной трубе, причем эти гидравлические машины соединены с множеством электрических машин или с одной электрической машиной трансмиссией.

Настоящее изобретение в различных формах его воплощения будет более понятно при изучении электрогидравлического аппарата и способов его функционирования, описанных в рамках неограничительного примера, проиллюстрированного на приложенных чертежах, на которых:

на фиг. 1 показан внешний вид в перспективе аппарата согласно настоящему изобретению;

на фиг. 2 показана схема группы гидравлических аппаратов согласно настоящему изобретению; на фиг. 3-8 показаны различные варианты циркуляции воды в указанных гидравлических группах; на фиг. 9 показана сводная таблица режимов работы клапанов указанной гидравлической группы; на фиг. 10 показана схема электрической и электронной системы аппарата.

На фиг. 1 и 2 представлен гидроэлектрический аппарат 1, который содержит гидравлическую группу 2, установленную на трубопроводе 3 гидравлической сети, наружном по отношению к аппарату; электрическую машину 4 и электрическую и электронную систему 5.

Гидравлическая группа 2 содержит гидравлическую машину 6, связанную с электрической машиной 4 валом 7, и гидравлический контур 8.

Этот гидравлический контур включает в себя между двумя противоположными концами 9 и 10 труб две отводные трубы 11 и 12, смонтированные параллельно, и соединительную трубу 13, концы которой связаны с указанными отводными трубами и на которой устанавливается гидравлическая машина 6.

Противоположные концы труб 9 и 10 связаны на двух противоположных частях 14 и 15 наружным трубопроводом 3 при помощи фланцев 16 и 17.

Гидравлическая группа 2 содержит также четыре управляемых клапана У1, У2, У3 и У4, установленных соответственно на ответвлениях отводных каналов 11 и 12, образованных по бокам конца соединительной трубы 13.

Согласно расположению, изображенному на чертежах, части 14 и 15 наружного трубопровода 3 расположены по одной линии; противоположные концы 9 и 10 труб, участки 11а и 12а отводных труб, примыкающие к противоположным концам труб 9 и 10 и снабженные клапанами У1 и У2, и соединительная труба 13 выстроены в одну линию с частями 14 и 15 наружного трубопровода 3, тогда как на других участках 11Ь и 12Ь отводных труб 11 и 12 предусмотрены управляемые клапаны У3 и У4, проходящие и-образно.

Концевые участки гидравлической группы 2 дополнительно снабжены датчиками давления 18 и 19, установленные на противоположных концах 9 и 10 труб, которые подают сигнал, соответствующий давлению Р18 и Р19.

- 2 014747

Преимущественно гидравлическая машина 6 может быть образована центробежным насосом, обратимым в турбину, а электрическая машина 4 может быть образована асинхронным двигателем, обратимым в асинхронный генератор.

Далее, со ссылкой на фиг. 3-8 будут описаны различные виды аппарата 1 в зависимости от различных положений управляемых клапанов VI, У2, У3 и У4.

На всех чертежах будет считаться, что часть 14 наружного трубопровода, соединенная с концом 9 трубы, расположена слева, а часть 15 наружного трубопровода, соединенная с концом 10 трубы, расположена справа.

Также примем, что, когда вода циркулирует слева направо в соединительной трубе 13 в направлении, указанном как 81, гидравлическая машина работает как насос, приводимый в действие электрической машиной 4, функционирующей как электрический двигатель, в то время как при циркуляции воды справа налево в соединительной трубе 13 в другом направлении, обозначенном как 82, гидравлическая машина работает как турбина, приводимая в действие электрической машиной 4, функционирующей как электрический генератор.

Также примем, что при циркуляции воды в наружном трубопроводе 3 слева направо, т. е. вода циркулирует в направлении, обозначенном как 8С1, она проходит от части 14 этого трубопровода к части 15, и что при циркуляции воды в наружном трубопроводе 3 справа налево, т. е. вода циркулирует в направлении, обозначенном как 8С2, она проходит от части 15 этого трубопровода к части 14.

Положение 1.

Как показано на фиг. 3 и 4, когда клапаны У1 и У3 открыты, а клапаны У2 и У4 закрыты, вода, которая может циркулировать в одном или другом направлении в наружном трубопроводе 3, циркулирует в гидравлическом контуре 8 в одном или другом направлении, проходя через отводной канал 11, а отводная труба 12 остается закрытой. Таким образом, вода не может проходить через соединительную трубу 13 и, таким образом, не проходит через гидравлическую машину 6.

Такой вариант циркуляции соответствует варианту функционирования в режиме байпас, при котором гидравлическая машина 6 и, как следствие, электрическая машина 4 не вращаются. Давления Р18 и Р19, фиксируемые датчиками, являются приблизительно одинаковыми.

Этот случай показан по линии Ь1 в направлении 8С1 и по линии Ь4 в направлении 8С2 в таблице на фиг. 9.

Вариант эквивалентной работы также достигается, когда клапаны У1 и У3 закрыты, а клапаны У2 и У4 открыты, и, как следствие, вода проходит по каналу 12.

Положение II.

Как показано на фиг. 5 и 6, когда клапаны У1 и У2 открыты, а клапаны У3 и У4 закрыты, вода, которая может циркулировать в одном или другом направлении в наружном трубопроводе 3, циркулирует в гидравлическом контуре 8 в одном или другом направлении, проходя через участки 11а отводной трубы 11, в участке 12а отводной трубы 12 и в соединительной трубе 13, проходя через гидравлическую машину 6, при этом на участках 11Ь и 12Ь отводных труб 11 и 12 вода не циркулирует.

В случае, проиллюстрированном на фиг. 5, вода циркулирует в наружном трубопроводе 3 в направлении 8С1 и в гидравлической машине 6 в направлении 81. Как следствие, гидравлическая машина 6 функционирует как насос, приводимый в действие электрической машиной 6, функционирующей как электродвигатель. Этот случай проиллюстрирован на линии Ь2 таблицы на фиг. 9.

В случае, проиллюстрированном на фиг. 6, вода циркулирует в наружном трубопроводе 3 в направлении 8С2 и в гидравлической машине 6 в направлении 82. Как следствие, гидравлическая машина 6 функционирует как турбина, приводящая в действие электрическую машину 6, функционирующую как электрогенератор. Этот случай проиллюстрирован на линии Ь6 таблицы на фиг. 9.

В этих описанных выше двух случаях давление Р19, фиксируемое датчиком 19, превышает давление Р18, фиксируемое датчиком 18.

Положение III.

Как показано на фиг. 7 и 8, когда клапаны У1 и У2 закрыты, а клапаны У3 и У4 открыты, вода, которая может циркулировать в одном или другом направлении в наружном трубопроводе 3, циркулирует в гидравлическом контуре 8 в одном или другом направлении, проходя через участки 11Ь отводной трубы 11, на участке 12Ь отводной трубы 12 и в соединительной трубе 13, проходя через гидравлическую машину 6, при этом на участках 11а и 12а отводных труб 11 и 12 вода не циркулирует.

В случае, проиллюстрированном на фиг. 7, вода циркулирует в наружном трубопроводе 3 в направлении 8С2 и в гидравлической машине 6 в направлении 82. Как следствие, гидравлическая машина 6 функционирует как насос, приводимый в действие электрической машиной 4, функционирующей как электродвигатель. Этот случай проиллюстрирован на линии Ь5 таблицы на фиг. 9.

В случае, проиллюстрированном на фиг. 8, вода циркулирует в наружном трубопроводе 3 в направлении 8С1 и в гидравлической машине 6 в направлении 81. Как следствие, гидравлическая машина 6 функционирует как турбина, приводящая в действие электрическую машину 4, функционирующую как электрогенератор. Этот случай проиллюстрирован на линии Ь3 таблицы на фиг. 9.

- 3 014747

В этих описанных выше двух случаях давление Р18, фиксируемое датчиком 18, превышает давление Р19, фиксируемое датчиком 19.

В случаях, описанных на фиг. 6 и 8, в которых гидравлическая машина 6 функционирует как турбина, преимуществом является тот факт, что клапаны У3 и У2 не будут полностью закрытыми, а их открытие регулируется так, чтобы некоторое количество воды могло бы пройти по байпасу.

Различные режимы работы, описанные выше и связанные с различными положениями клапанов У1, У2, У3 и У4, могут применяться в зависимости от требований, предъявляемых к гидравлическим сетям, содержащим наружный трубопровод 3, связанным с выбранным направлением циркуляции воды в данном трубопроводе и желаемыми условиями давления на одном из участков 14 и 15 или на обоих этих участках трубопровода, либо давления Р18 или давления Р19, либо обоих давлений.

Из вышеизложенного следует, что аппарат 1 выполнен с возможностью гармоничного сопряжения пары расход-давление в любых случаях в трубопроводе водой, какое бы ни было направление циркуляции воды в этом трубопроводе, в целом скорее с целью производства энергии, чем сокращения потребления электроэнергии.

Аппарат 1 преимущественно может представлять собой адаптер расход-давление в трубопроводе гидравлической сети и гидроэлектрический преобразователь, такой как когда слишком большой расход и давление в наружном трубопроводе 3, аппарат 1 сокращает их, преобразуя движущую гидравлическую силу в электрическую энергию, причем гидравлическая машина 6 работает как турбина, приводящая в действие электрическую машину 4;

или, наоборот, электрическая энергия, поступающая снаружи, преобразуется аппаратом 1 в гидравлическую энергию путем увеличения расхода и давления, причем гидравлическая машина 6 работает как насос, приводимый в действие электрической машиной 4, работающей как электродвигатель.

В случае, когда аппарат 1 используется исключительно для ослабления давления и ограничения расхода, производство электрической энергии становится очень важным. Идея предложить этот аппарат заключается в первую очередь в осуществлении полной регулировки расхода и давления в трубопроводе, а затем восстановлении энергии, затраченной в этом случае.

Аппарат 1 позволяет также увеличить расход и давление. В этом случае достигается регулирование во всех направлениях давления и расхода, которые могут меняться в зависимости от обстоятельств, в зависимости от предварительно изученных условий, характеристик внешней сети воды.

Аппарат 1 может быть предпочтительно установлен на любом трубопроводе 3, в частности на трубопроводах с диаметром, доходящим до 700 мм и даже выше.

С точки зрения конструкции аппарат 1 может иметь форму однородного параллелепипедного узла, содержащего электрические и электронные гидромеханические детали, налаженные надлежащим образом и защищенные, монтируемые на индивидуальных опорах, удерживаемых на механически сваренных шасси.

Более конкретно, предпочтительно, чтобы гидравлическая группа 2 находилась внизу, тогда как электрическая машина 4 и электрическая и электронная части были расположены сверху. Такая расстановка представляет собой необходимое положение. В случае аварии на одной или другой части столкновения воды и электричества не произойдет. Как показано на фиг. 1, основа шасси-носитель может быть жестко зафиксирована на конструкции, относящейся к гражданскому строительству, где она используется.

Выбор гидравлической машины 6 в виде центробежного насоса, обратимого в турбину, обоснован следующими обстоятельствами.

При турбинном режиме работы для ограничения давления и расхода такой насос имеет при соединении с электрической машиной 6 приемлемые характеристики механической мощности, восполняемые на валу. При воздействии гидростатического давления при нагнетании в этом типе насоса этот насос становится турбиной с необходимой гидравлической эффективностью, достигающей 80%.

Расхождение на уровне корпуса и колеса является довольно небольшим, обеспечивая, таким образом, эффективность в обоих направлениях.

Гидравлическая группа 2 может быть оптимизирована путем придания ей моноблочной конфигурации, при которой большинство деталей изготовлены отливкой или механически сварены.

В примере применения выбор сделан, в частности, согласно желаемым вариациям давления и расхода относительно центробежного насоса в плоскости стыка по вертикальной оси, с колесом и с двумя дефлекторами на улитке. Такой адаптированный центробежный насос позволяет очень тонкие вариации давления или дебита благодаря, с одной стороны, возможности вращения с различной скоростью. Эта скорость идет в сторону уменьшения относительно максимальной скорости электрической машины, приводящей в действие насос приблизительно на треть и приводимой в действие турбиной, с целью получить оптимальную отдачу приблизительно на две трети.

Гидравлический контур 8 предпочтительно имеет следующие характеристики.

Он представляет собой узел гидромеханических деталей, расположенных таким образом, чтобы они постоянно были оперативными независимо от значения давления или расхода, которые необходимо достичь, и от направления циркуляции воды. Его форма отвечает, с одной стороны, всем возможным внешним комбинациям и, с другой стороны, всем возможным внутренним комбинациям в направлении пода

- 4 014747 чи воды, подаваемой к насосу или турбине, при всасывании и при нагнетании.

Предпочтительно трубы гидравлического контура 8 образуют корпус с корпусом гидравлической машины для ограничения, с одной стороны, количества деталей и получения компактной гидравлической группы и, с другой стороны, для образования жидкостного контура с наилучшей производительностью.

Как показано на фиг. 1-8, согласно предпочтительному варианту воплощения гидравлический контур 8 реализовывается симметрично относительно центра вращающейся части гидравлической машины 6.

Выстраивание труб в одну линию представляет собой идентичные участки 11а и 12а отводных труб 11 и 12 и противоположные концы 9 и 10 труб по обеим сторонам пространства, в котором вращается колесо гидравлической машины.

Участки 11Ь и 12Ь отводных труб 11 и 12 являются идентичными и симметричными относительно центра вращающейся части гидравлической машины. Они имеют идентичные участки 11с и 12с, перпендикулярные частям 11а и 12а, идентичные участки 116 и 126, параллельные указанным выстроенным в одну линию трубам, а наклонные участки 11е и 12е образуют тупые идентичные углы с участками 116 и 126 и острые идентичные углы с участками 12а и 11а.

Выбор электрической машины 4 в пользу асинхронного двигателя, обратимого в асинхронный монофазный или трехфазный генератор, приводит к следующему.

Такая машина содержит статор (фиксируемая часть, каркас), включающий в себя катушки, запитываемый альтернативным электрическим источником, и ротор (вращающаяся часть), включающий в себя либо узел незапитываемых катушек, либо чаще токопровод короткого замыкания, называемый беличья клетка.

Как только катушки статора оказываются под воздействием переменного тока, они создают вращающееся магнитное поле. Статор питает ротор индукцией. Ротор является очагом индуктированного тока, который заставляет его вращаться со скоростью, почти равной скорости магнитного поля. Эта машина становится генератором, когда ротор вращается быстрее, чем статорное магнитное поле. При режиме двигателя ротор с легкостью будет вращаться менее быстро, чем скорость синхронизма. Преимущество такой машины заключается в том, что нет необходимости в наличии электрически запитываемого ротора. Это упрощает ее концепцию. Также отсутствуют коллекторы, и, как следствие, нет необходимости в техническом обслуживании на этом уровне. Именно количество пар полюсов статора определяют эту скорость (п) вращения в минуту.

Со ссылкой на фиг. 10, далее будет описана электрическая и электронная система 5.

Объектом этой электрической и электронной системы является управление электрическим обменом между альтернативной внешней электрической сетью 20 и электрической машиной 4 и выборочное управление управляемыми клапанами VI, У2, У3 и У4 с тем, чтобы обеспечить принятие направления циркуляции и адаптацию давления и расхода в наружном трубопроводе 3 к гидравлическим потребностям гидравлической сети.

Электрическая и электронная система 5 содержит электронный вариатор 21 и программируемый автомат 22.

Электронный вариатор 21 содержит две параллельные линии 23 и 24, которые связывают электрическую машину 4 и внешнюю электрическую сеть 20 посредством электронной цепи коммутатора 30 и которые соответственно включают в себя выпрямители 25 и 26 и преобразователи 27 и 28, установленные валетом, так чтобы образовать структуру, называемую четырехквадрантной. Автомат 22 также связан с входом управления коммутатором 30 линией 29 для того, чтобы соединить электрическую машину 4 и внешнюю электрическую сеть 20 либо линией 23, либо линией 24.

На программируемый автомат 22 поступают внешние сигналы, которые включают в себя сигнал 8С1, характерный для одного из желаемых направлений циркуляции в наружном трубопроводе 3, либо для направления 8С1, либо для направления 8С2, и сигналы значений Р18 и Р19г, которые характерны для желаемых давлений на датчиках давления 18 и 19.

Программируемый автомат 22 принимает сигнал давления Р18 и Р19, исходящий от датчиков 18 и 19, а также сигнал 8ν, исходящий от датчика скорости вращения вала 7, соединяющего электрическую машину 4 и гидравлическую машину 6, и сигнал 81, исходящий от датчика, фиксирующего момент на этом валу.

Программируемый автомат 22 запрограммирован для подачи сигнала управления управляемыми клапанами ν1, ν2, ν3 и ν4 и электрической и электронной цепи коммутатора 30 для выбора описанного выше режима работы, при котором устанавливается желаемое направление циркуляции, а значения давлений Р18 и Р19 стремятся к желаемым значениям Р18г и Р19г, одному или второму, или обоим в зависимости от конкретного случая.

При работе гидравлической машины 6 в качестве насоса согласно фиг. 5, в направлении 81 в соединительной трубе 13 и в направлении 8С1 в наружном трубопроводе 3, автомат 22 запрограммирован так, чтобы заставить электрическую машину 4 работать в качестве электрического двигателя посредством электрического вариатора 21 для того, чтобы давление на выходе Р19, измеренное датчиком давления 19, было бы равно заданному значению Р19г и поддерживалось на этом уровне.

- 5 014747

При работе гидравлической машины 6 в качестве насоса согласно фиг. 7, в направлении §1 в соединительной трубе 13 и в направлении §С2 в наружном трубопроводе 3, автомат 22 запрограммирован так, чтобы заставить электрическую машину 4 работать в качестве электрического двигателя посредством электрического вариатора 21 для того, чтобы давление на выходе Р18, измеренное датчиком давления 19, было бы равно заданному значению Р18г и поддерживалось на этом уровне.

При работе гидравлической машины 6 в качестве насоса согласно фиг. 6, в направлении §2 в соединительной трубе 13 и в направлении §С2 в наружном трубопроводе 3, автомат 22 запрограммирован так, чтобы заставить электрическую машину 4 работать в качестве электрического генератора посредством электрического вариатора 21 для того, чтобы давление на выходе Р18, измеренное датчиком давления 18, было бы равно заданному значению Р18г и поддерживалось на этом уровне, контролируя при этом открытие клапана У3 и учитывая давление Р19, измеренное на входе.

При работе гидравлической машины 6 в качестве насоса согласно фиг. 8, в направлении §2 в соединительной трубе 13 и в направлении §С1 в наружном трубопроводе 3, автомат 22 запрограммирован так, чтобы заставить электрическую машину 4 работать в качестве электрического генератора посредством электрического вариатора 21 для того, чтобы давление на выходе Р19, измеренное датчиком давления 19, было бы равно заданному значению Р18г и поддерживалось на этом уровне, контролируя при этом открытие клапана У2 и учитывая давление Р18, измеренное на входе.

В общем, когда речь идет о переходе из одного режима работы в новый режим работы, предпочтительно, чтобы автомат 22 был запрограммирован для размещения или регулировки клапанов при их включении байпас в первый переходный промежуток времени согласно фиг. 3 и 4, а после некоторой стабилизирующей задержки для включения или регулировки, предпочтительно постепенно, клапанов в соответствии с новым режимом работы.

Структура электронной системы связана со следующими замечаниями.

Регулировка давления и расхода, изменения скорости происходят в направлении вращения гидравлической машины. Энергия передается через вал, соединенный с электрической машиной. Для того чтобы контролировать и регулировать потребляемую или производимую энергию гидроэлектрической группой, предпочтительно используют две физические величины состояния вала 7, а именно момент и скорость вращения. Направление вращения, в зависимости от которого работа происходит в режиме насоса или турбины, интенсивность скорости вращения и момент определяют четыре признака функционирования, называемые квадрант. Два соответствуют двум основным режимам работы, в качестве насоса (двигатель) или в качестве турбины (генератора). Два других соответствуют двум переходным фазам ускорения или замедления гидроэлектрической группы при режиме работы в качестве насоса или турбины.

В зависимости от того, работает ли аппарат 1 как насос или как турбина, происходит трансформация электрической движущей силы, поступающей от внешней электрической сети 20, в механическую энергию или трансформация гидравлической движущей силы на внешнюю электрическую сеть 20, воссоздающую электрическую энергию.

При работе в качестве насоса аппарат 1 потребляет электроэнергию из внешней электрической сети 20.

Благодаря электронному вариатору 21 не существует резких скачков при работе во время торможения или при внезапных остановках.

Программируемый автомат 22 направляет команды на электронный вариатор 21, который воздействует на скорость вращения электрического двигателя 4, а именно насоса 6, для получения необходимого расхода и нужного давления в наружном трубопроводе 3. Электронный вариатор позволяет не только изменить скорость двигателя, но также осуществить плавное торможение или остановку. При перепаде напряжения при постепенном ускорении или замедлении он значительно сокращает ток перегрузки при запуске или гидравлическом ударе и потребление энергии.

Изменяемость скорости в асинхронном двигателе достигается путем питания обмотки статора с переменными напряжением и током с изменяемой частотой. При помощи альтернативного источника с постоянной частотой, например 50 Гц, электрической сети 20 создают новый источник энергии с частотой, изменяемой от нескольких герц до 60 Гц. Принцип действия заключается в выпрямлении переменного напряжения электрической сети 20 с получением в результате постоянного напряжения, в запитке преобразователя, который обеспечивает двигатель напряжением с изменяемой частотой, придавая этим ему переменную скорость. Электронный вариатор 21 для асинхронных двигателей, называемый преобразователь частоты, преобразует напряжение электрической сети 20 (например, от 380 до 600 В или более между фазами) в систему напряжений с изменяемыми частотой и амплитудой, таким образом, частота определяет скорость двигателя, напряжение, воздействующее на момент.

В другом случае, когда нужно осуществить торможение воды в наружном трубопроводе 3 для сокращения расхода и давления, гидравлическая движущая сила трансформируется в электрическую энергию и направляется на электрическую сеть 20. Асинхронная электрическая машина 4 становится асинхронным переменным генератором. Аппарат 1, таким образом, работает в турбинном режиме.

В техническом плане, при турбинном режиме работы электронный вариатор 21 способен производить постоянные ток и напряжение, направляемые в альтернативную электрическую сеть 20.

- 6 014747

Природа асинхронной машины типа беличья клетка, которая не содержит намотанный ротор, должна брать полезное напряжение из электрической сети 20 для намагничивания.

При изменяемой скорости вращения генератора напряжение на выводах, связанных с электрической сетью 20, преимущественно обработано, если нет, то его изменяемая частота несовместима для выработки электроэнергии. Именно поэтому выпрямители и преобразователи линий 23 и 24 расположены валетом. Процесс является обратимым. Импульсное переменное напряжение от электрической сети 20, поступаемое от электрической машины, работающей в режиме генератора, выпрямляется выпрямителем 26, а затем оно передается на преобразователь 28, который взамен осуществляет альтернативное производство электроэнергии, например, с частотой 50 Гц для электрической сети 20.

На схеме, изображенной на фиг. 10, видно, что линия 23 предназначена для работы в режиме двигателя, а линия 24 предназначена для работы в режиме генератора с оптимизированной внутренней логической схемой переключения, начиная со значений основных команд, поступающих на программируемый автомат и линию 29.

Предварительно установив гидравлические кривые давления в зависимости от расхода в двух частях 14 и 15 наружного трубопровода 3 по обеим сторонам аппарата 1 и введя эти кривые в автомат 22, измерение давления датчиками давления 18 и 19 является достаточным для того, чтобы аппарат 1 начал функционировать в зависимости от введенной программы.

Клапаны могут дополнительно иметь индикаторы, подтверждающие их положение. Автомат 22 может быть выполнен с возможностью осуществлять управляемые ускорение и замедление. Электронный вариатор 21 позволяет сохранять оптимальную производительность на всех этапах, являющуюся результатом квадрантного монтажа, в результате которого группа имеет высокую производительность и реверсивность.

Согласно одному из вариантов воплощения можно предусмотреть множество соединительных труб 13, установленных параллельно, на которых соответственно будут установлены гидравлические машины, связанные с множеством электрических машин. Согласно другому варианту воплощения можно предусмотреть в соединительной трубе 13 множество гидравлических машин, установленных последовательно и связанных с множеством электрических машин или с одной электрической машиной трансмиссией.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Реверсивный гидроэлектрический аппарат, который может быть установлен на наружном трубопроводе, характеризующийся тем, что он включает в себя гидравлическую группу (2), содержащую гидравлическую машину (6), образованную центробежным насосом, обратимым в турбину, и гидравлическим контуром (8), имеющим отводные и/или соединительные трубы (11, 12, 13) и управляемые клапаны (VI, У2, У3, У4), позволяющие циркуляцию воды в указанной гидравлической машине в одном или другом направлении вне зависимости от того, в каком направлении циркулирует вода в указанном наружном трубопроводе;

электрическую машину (4), соединенную с указанной гидравлической машиной (6) и образованную асинхронным двигателем, обратимым в асинхронный генератор; и электронную систему (5), содержащую автомат (22) установки и/или регулировки указанных клапанов и электронный вариатор (21) установки и/или регулировки скорости вращения указанной электрической машины для того, чтобы давление и/или расход на выходе из гидравлической машины в зависимости от направления циркуляции были стабилизированы или отлажены, по меньшей мере, на заданную величину.
2. Аппарат по п.1, в котором указанный гидравлический контур (8) является симметричным относительно гидравлической машины.
3. Аппарат по одному из предыдущих пунктов, в котором корпус указанной гидравлической машины (6) содержит симметричные трубы.
4. Аппарат по одному из предыдущих пунктов, в котором электронная система (5) содержит четырехквадрантный электронный вариатор (21), установленный между электрической сетью (20) и указанной электрической машиной (4) и обеспечивающий при работе в режиме асинхронного двигателя установку и/или регулировку скорости вращения указанной электрической машины, а при работе в режиме асинхронного генератора - электрическую адаптацию к электрической сети (20).
5. Аппарат по п.4, в котором электронный вариатор (21) содержит две параллельные линии (23, 24), содержащие соответственно выпрямитель (25, 26) и преобразователь (27, 28), установленные валетом, и коммутатор (30), выполненный с возможностью соединять электрическую машину (4) и электрическую сеть (20) либо посредством одной из указанных линий, либо другой.
6. Аппарат по одному из предыдущих пунктов, в котором электронная система содержит датчики давления и/или расхода, расположенные по обе стороны от гидравлической машины и связанные с указанным автоматом.
7. Аппарат по одному из предыдущих пунктов, в котором электронная система содержит датчики направления, и/или скорости вращения, и/или вращающего момента гидравлической машины, связанной

- 7 014747 с указанным автоматом.
8. Аппарат по одному из предыдущих пунктов, в котором электронная система содержит датчики напряжения, и/или тока, и/или частоты и/или температурные датчики электрической машины.
9. Аппарат по одному из предыдущих пунктов, в котором гидравлический контур содержит две параллельные отводные трубы (11, 12), вставленные между двумя частями указанного наружного трубопровода (3), и по меньшей мере одну соединительную трубу, концы которой соединены с указанными отводными трубами, при этом указанная гидравлическая машина установлена на этой соединительной трубе, при этом четыре управляемых клапана (VI, У2, У3, У4) установлены соответственно на частях указанных отводных труб, образованных по обеим сторонам концов указанной соединительной трубы (13).
10. Аппарат по п.9, содержащий множество параллельно установленных соединительных труб, на которых соответственно устанавливаются гидравлические машины, связанные с множеством электрических машин, или, на соединительной трубе 13, множество соединенных последовательно гидравлических машин, связанных с множеством электрических машин или трансмиссией с одной электрической машиной.