LT5211B

LT5211B - Mobile hydroelectric power plant with a vertical turbine

Info

Publication number: LT5211B
Application number: LT2003047A
Authority: LT
Inventors: Jonas Jakaitis
Original assignee: Jonas Jakaitis
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2005-04-25
Also published as: LT2003047A

Abstract

The hydroelectric power plant with a vertical turbine relates to hydraulic devices using kinetic energy of the flowing water and may be used for producing electricity. The hydroelectric power plant consists of at least two plant modules placed in water flow. The plant module comprises two turbines (1) mounted on vertical axes (2), two deflecting elements (3) placed thus that water flow directed between the turbines (1) would turn them in contrary directions. Vertical axes of the turbines (1) are connected to an electric power generator (4) through a reducer system. The reducer system comprises angular reducers (9) connected to a central reducer (11) by transmitting elements (10). The deflecting elements (3), the turbines (1), the reducer system and the generator (4) are mounted on a truss (5) that fit on beacons (6).

Description

Mobili hidroelektrinė su vertikalia turbinaMobile hydroelectric power plant with vertical turbine

Išradimas priklauso hidrauliniams įrenginiams, naudojantiems tekančio vandens kinetinę energiją, ir gali būti naudojamas elektros energijos gamybai.The invention relates to hydraulic devices using kinetic energy of flowing water and can be used to generate electricity.

Yra žinomos hidroelektrinės, naudojančios tekančio vandens kinetinę energiją, turinčios talpinamą vandens sraute vertikaliai įtaisytą hidroturbiną, per reduktorių sistemą sujungtą su elektros generatoriumi. Šioje apžvalgoje neminimi techniniai sprendiniai, kai turbinos įtaisytos kitaip nei vertikaliai.There are known hydroelectric power plants that use kinetic energy of flowing water and have a hydro-turbine installed vertically in the water stream and connected to a power generator through a reduction system. This review does not mention technical solutions where turbines are installed other than vertically.

Pavyzdžiui, žinomas hidraulinis įrenginys, turintis vandens sraute patalpintą rotorių su sparneliais, įtaisytą ant vertikalios sukimosi ašies, sujungtos su elektros generatoriumi. Srauto nukreipiklis patalpintas tangentiškai turbinos sukimosi kryptimi prieš patenkant vandeniui ant turbinos mentelių. Būdamas lovelio formos, nukreipiklis sukuria tam tikrą darbinį atstumą kaip difuzorių. (Rusijos patentas SU 1700276, TKI F03B 13/10, publikuotas 1991 m.).For example, there is a known hydraulic unit having a water-impeller rotor with wings mounted on a vertical axis of rotation connected to an electric generator. The flow deflector is positioned tangentially to the turbine rotation direction before the water enters the turbine blades. In the form of a trough, the deflector creates a certain working distance as a diffuser. (Russian Patent SU 1700276, TKI F03B 13/10, published 1991).

Taip pat žinomas hidroagregatas, naudojantis tekančios srovės energiją, turintis rotorių su hidrodinaminėmis mentėmis, galinčiomis pasisukti atskirai apie savo ašeles, lygiagrečias pagrindinei vertikaliai sukimosi ašiai. Elektros generatorius patalpintas virš vandens ir horizontaliais strypais yra sujungtas su pontonine atrama. (Rusijos patentas SU 1828939, TKI F03B 13/00, publikuotas 1993 m.).Also known is a hydro-electric unit having a rotor with hydrodynamic blades that can rotate separately about their axes parallel to the main vertical axis of rotation. The power generator is placed above the water and connected to the pontoon support by horizontal bars. (Russian Patent SU 1828939, TKI F03B 13/00, published 1993).

Taip pat žinomi panašūs techniniai sprendiniai, turintys talpinamą vandens sraute vertikaliai įtaisytą hidroturbiną, per reduktorių sistemą sujungtą su elektros generatoriumi, pvz.: Rusijos patentas SU 1 642 055, TKI F03B 13/10, publikuotas 1991 m.; Rusijos patentas RU 2 189 492, TKI F03B 13/00, publikuotas 2002 m..Similar technical solutions are also known having a hydro-turbine, vertically mounted in a water stream, connected to an electric generator through a reduction system, for example: Russian patent SU 1 642 055, TKI F03B 13/10, published in 1991; Russian Patent RU 2 189 492, TKI F03B 13/00, published 2002.

Artimiausias iš žinomų yra hidroįrenginys, susidedantis iš vandens srauto kelyje tekėjimo kryptimi patalpintų nukreipiklių ir poros vandens turbinų. Kiekviena turbina įtaisyta ant vertikalios ašies, sujungtos su elektros srovės generatoriumi per reduktorių sistemą. (Rusijos patentas RU 2010992, TKI F03B 13/00, publikuotas 1994 m.).The closest one to the known is a hydropower unit consisting of water flow path guides placed downstream and a pair of water turbines. Each turbine is mounted on a vertical axis connected to a power generator via a gear system. (Russian Patent RU 2010992, TKI F03B 13/00, published 1994).

Visi Šie minėti įrengimai naudoja tekančio vandens kinetinę energiją, kurią vertikalių turbinų pagalba paverčia elektros energija. Tačiau jie turi eilę trūkumų:All of the aforesaid devices use kinetic energy of flowing water, which is converted into electricity by vertical turbines. However, they have a number of disadvantages:

- mažas naudingo veikimo koeficientas;- low efficiency coefficient;

- užima didelius upės plotus, tuo sutrukdydamos normalų upės funkcionavimą ir turi neigiamos įtakos ekologinei upės būklei.- occupy large areas of the river, thereby interfering with the normal functioning of the river and adversely affecting the ecological status of the river.

Išradimo tikslas yra sukurti lengvai sumontuojamą hidroelektrinę, turinčią padidintą naudingo veikimo koeficientą nesutrukdančią normalaus upės tekėjimo, natūralių funkcijų bei laivybos, ypatingai ekologišką.The object of the present invention is to provide an easy-to-install hydroelectric power plant having an increased useful efficiency without interfering with normal river flow, natural functions and navigation, particularly environmentally friendly.

Siūloma mobili hidroelektrinė susideda iš mažiausiai vieno hidroelektrinės modulio. Pastarasis susideda iš tekančio vandens srauto kelyje tekėjimo kryptimi patalpintų dviejų vandens srauto nukreipiklių ir, mažiausiai, vienos poros priešingomis kryptimis besisukančių turbinų, įtaisytų ant vertikalių ašių, sujungtų su elektros srovės generatoriumi per reduktorių sistemą. Turbinų aukštis ir plotis yra apytikriai vienodi. Nukreipikliai išdėstyti modulio periferijoje, padaryti plūduriuojantys ir nukreipiantys vandens srautą tik į turbinų tarpą ant mentelių. Tarp nukreipiklio ir turbinos esantis tarpelis a nustatomas taip, kad hidrodinaminis pasipriešinimas būtų minimalus, o tarp turbinų esantis atstumas b parinktas pagal vandens srauto charakteristikas (energiją). Nukreipikliai, turbinos, reduktorių sistema ir generatorius įtaisyti fermoje, kuri, palaikoma plūdurų, plūduriuoja kartu, ir šarnyrine koja sujungta su atramos tašku. Reduktorių sistema apima ant kiekvienos turbinos sukimosi ašies įtaisytą savaime susicentruojančių guolių sistemą besijungiančią su kampiniu reduktoriumi, perdavimo priemonėmis sujungtu su centriniu reduktoriumi.The proposed mobile hydroelectric power plant consists of at least one hydroelectric module. The latter consists of two downstream water flow guides and at least one pair of reversible rotating turbines mounted on vertical axes connected to an electric current generator via a gear system. The height and width of the turbines are approximately the same. The guides are located at the periphery of the module, made to float and direct the flow of water only to the turbine gap on the blades. The clearance a between the deflector and the turbine is set so that the hydrodynamic resistance is minimal and the distance b between the turbines is selected based on the characteristics of the water flow (energy). The guides, turbines, gear system and generator are mounted on the farm, which, supported by buoys, float together and the articulated foot is connected to the support point. The gear system comprises a system of self-centering bearings mounted on each axis of rotation of the turbine, coupled to an angular gear which is connected to a central gear by means of transmission.

Nukreipiklių esminis požymis yra jų forma. Jie turi iš esmės trikampio skersinį pjūvį, kurio kraštinė, esanti arti - aukščiau minėtu atstumu a - prie turbinos, išlenkta eksponentiškai. Žiūrint iš šono, nukreipikliai eina vertikaliai gilyn iki gylio, didesnio už turbinos panardinimo gylį apie 0,1 turbinos aukščio. Tokia nukreipiklių forma padidina jų hidrodinamines charakteristikas.A key feature of pointers is their shape. They have a substantially triangular transverse section, the edge of which is close to - at the above distance a - to the turbine, curved exponentially. Seen from the side, the guides go vertically deeper to a depth greater than the turbine immersion depth of about 0.1 turbine height. This shape of the guides increases their hydrodynamic characteristics.

Nukreipiklis, esantis arčiausiai upės kranto, nebūtinai, turi pritaikytą prie upės kranto atsikišimą ribojantį vandens tėkmę link turbinos, stabdančią turbinos sukimąsi.The diverter, located closest to the river bank, does not necessarily have a tailored river bank limiting water flow to the turbine that prevents turbine rotation.

Mobili elektrinė, sumontuota iš aprašytų elektrinės modulių, kurioje, mažiausiai, du gretimi moduliai sustatomi greta, o nukreipikliai, žiūrint iš viršaus, palei ilgąsias trikampio kraštines sujungti ir taip pat sujungti vertikaliomis briaunomis visame panardinimo gylyje. Vietoj minėtų sujungimų nukreipikliai gali būti iš karto padaromi vientisi.A mobile power plant, assembled from the described power modules, in which at least two adjacent modules are arranged side by side, and the pointers, viewed from above, are joined along the long sides of the triangle and also connected by vertical edges throughout the immersion depth. Instead of the aforementioned connections, the pointers can be made one-piece immediately.

Visuma šių požymių:A set of these features:

- leidžia padidinti naudingo veikimo koeficientą kadangi hidrodinaminiais nukreipikliais nukreiptas upės srovės srautas, sukantis po vandeniu esančias turbinas, yra sustiprintas darbinėje srityje pagal visą turbinos aukštį;- Enhances the efficiency due to the fact that the flow of the river current directed by hydrodynamic guides that rotates the underwater turbines is amplified in the working area according to the full height of the turbine;

- netrukdo normalaus upės gyvenimo, nes moduliai gali būti įtaisyti taip, kad užimtų tiktai dalį upės pločio, nesutrukdant laivybai, plaukiojantiems žmonėms, žuvų migracijai ir pan..- do not interfere with the normal life of the river as the modules can be installed to occupy only part of the river width without interfering with navigation, navigation, fish migration etc.

Nors tokia hidroelektrinė galėtų dirbti ir upei užšalus, tačiau ji, reikalui esant, gali būti, pavyzdžiui žiemai, numontuota, arba neišmontuota gali būti nuplukdyta į saugią vietą.Although such a hydroelectric power station could work even when the river is frozen, it can, for example, be dismantled, for example, in winter, or it can be transported to a safe place.

Išradimo esmė paaiškinta brėžiniais, kuriuose pavaizduota: Fig. 1 - kinematinė schema, vaizdas iš viršaus, Fig. 2 - kinematinė schema, vaizdas iš šono pagal upės tėkmę, Fig. 3 - reduktorių sistema, Fig. 4 - bendras vaizdas iš šono upės tekėjimo kryptimi, Fig. 5 bendras vaizdas iš šono statmenai upės tekėjimo krypčiai, Fig. 6- bendras vaizdas iš viršaus.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is explained in the drawings, in which: FIG. 1 is a cinematic diagram, top view, FIG. 2 is a cinematic diagram, a side view of the river flow, FIG. 3 - a reduction system, FIG. 4 is a side view of the river in the direction of flow, FIG. 5 is a side view perpendicular to the direction of flow of the river, FIG. 6- general view from above.

Siūloma hidroelektrinė, kaip nurodyta visuose brėžiniuose, susideda iš upės vandens sraute patalpintų, pavyzdžiui, dviejų hidroelektrinės modulių. Bet kurį modulį sudaro panardintos vandenyje dvi maždaug vienodo pločio ir aukščio turbinos 1, įtaisytos ant vertikalių ašių 2, ir du nukreipikliai 3, tokios formos ir taip išdėstyti modulio periferijoje, kad vandens srautas, nukreiptas Jarp turbinų 1, jas suktų priešingomis kryptimis. Tarp nukreipiklio 3 ir turbinos sparnelių paliktas tarpelis a, kuris yra sureguliuotas tokio dydžio, kad hidrodinaminis pasipriešinimas būtų mažiausias. Atstumas tarp turbinų 1 yra b ir jo dydis parinktas atsižvelgiant į upės plotį ir tėkmės greitį. Turbinos vertikalios ašys per reduktorių sistemą sujungtos su elektros srovės generatoriumi 4 (Fig. 2).The proposed hydroelectric power plant, as shown in all drawings, consists of, for example, two hydroelectric modules housed in a river water stream. Any module consists of two submersible turbines 1 mounted on vertical axes 2 and two deflectors 3 so submerged in water that they are rotated in opposite directions by a stream of water directed at the Jarp turbines 1. There is a space a between the deflector 3 and the turbine wings, which is adjusted to the minimum hydrodynamic resistance. The distance between turbines 1 is b and its size is selected based on river width and flow rate. The vertical axes of the turbine are connected to the electric current generator 4 via the gear system (Fig. 2).

Nukreipikliai 3, turbinos 1, reduktorių sistema ir generatorius 4 išdėstyti fermoje 5, (Fig. 4, Fig. 6), kuri įtaisyta ant plūdurų 6. Ferma 5 šarnyrine koja 7 sujungta su atramos tašku 8, pavyzdžiui, esančiu ant tilto.The deflectors 3, the turbine 1, the gear system and the generator 4 are arranged in a farm 5, (Fig. 4, Fig. 6), which is mounted on the buoys 6. The farm 5 is pivotally connected to a support point 8, for example located on a bridge.

Reduktorių sistemą (Fig. 3) sudaro kampiniai reduktoriai 9, sujungti perdavimo grandinėmis 10 su centriniu reduktoriumi 11, stiprinančiu ir perduodančiu judesio momentą elektros generatoriaus 4 sukimosi ašiai. Bet kuris kampinis reduktorius 9 jungiasi su turbinos 1 sukimosi ašimi 2 per savaime susicentruojančių guolių sistemą 12.The gear unit system (Fig. 3) consists of angular gear units 9 connected by transmission circuits 10 to a central gear unit 11 which amplifies and transmits the moment of motion to the axis of rotation of the electric generator 4. Any angular gear 9 engages the axis of rotation 2 of the turbine 1 through a system of self-centering bearings 12.

Nukreipiklio 3, žiūrint iš viršaus (Fig.1), forma yra iš esmės trikampio, kurio kraštinė, esanti atstumu a prie turbinos 1, išlenkta eksponentiškai. O, žiūrint iš šono (Fig.5) matoma, kad nukreipiklis (3) prasideda vandens paviršiuje, eina vertikaliai gilyn ir baigiasi gylyje, didesniame už turbinos 1 panardinimo gylį apie 0,1 turbinos 1 aukščio.The guide 3, viewed from above (Fig. 1), is substantially triangular in shape with its periphery at a distance a from the turbine 1 curved exponentially. And, viewed from the side (Fig. 5), it can be seen that the deflector (3) starts at the surface of the water, runs vertically deeper and ends at a depth greater than the immersion depth of turbine 1 by about 0.1 turbine 1 height.

Esantis arčiausiai upės kranto nukreipiklis gali turėti dalį, pritaikytą prie upės kranto pagal jo konfigūraciją ribojantį vandens srauto patekimą ant turbinos mentelių (brėžinyje neparodyta).The diverter closest to the river bank may have a portion adapted to the river bank by its configuration to limit the flow of water to the turbine blades (not shown).

Tekant upės vandeniui, bet kuriame modulyje nukreipikiiais 3 vandens srautas nukreipiamas į tarpą tarp turbinų I ir jos sukasi priešpriešinėmis kryptimis. Sukamasis judesys nuo bet kurios turbinos 1 sukimosi ašies 2 per savaime susicentruojančią guolių sistemą 12, kampinį reduktorių 9 ir centrinį stiprinantį reduktorių 11 perdavimo elementais 10 perduodamas į elektros srovės generatorių 4, kuriame įprastiniais būdais gaunama elektra.With river water flowing, the flow of water in any module 3 is directed to the space between turbines I and rotates in opposite directions. The rotational movement from the axis of rotation 2 of any turbine 1 is transmitted via a self-centering bearing system 12, an angular gear 9 and a central gain gear 11 by means of transmission elements 10 to an electric current generator 4, which receives electricity in conventional ways.

Pasikeitus upės baseino debitui, pavyzdžiui upės vandens lygiui pakilus, šarnyrinė koja 7 atitinkamai pasikelia. Tuo pat metu reduktorių 9 savaime susicentruojantys guoliai dėl savaiminio centravimosi užima atitinkamą padėtį ir tokiu būdu visą hidroelektrinė atitinkamai pasikelia.When the flow rate of the river basin changes, for example, as the water level of the river rises, the articulated foot 7 rises accordingly. At the same time, the self-centering bearings of the gear units 9, due to their self-centering, occupy a corresponding position and thus the entire hydroelectric plant is raised accordingly.

Konkrečiame išradimo pavyzdyje turbinų ilgis ir plotis buvo apie vieną metrą tarpelis a 10 cm, o gautas elektrinės galingumas buvo apie 1 KW. /In a particular embodiment of the invention, the turbines had a length and width of about one meter and a power plant of about 1 KW. /

Siūloma hidroelektrinė, palyginus su žinomomis, nesunkiai sumontuojama, užtat, esant tam tikroms situacijoms, pavyzdžiui žiemai, ji gali būti nuimta ir pavasarį vėl pastatyta, arba gali būti neišmontuota nuplukdyta į saugią vietą nors ši hidroelektrinė gali sėkmingai dirbti ir po ledu. Jos naudingo veikimo koeficientas yra padidintas dėl ypatingos nukreipiklio 3 formos ir specialiai nureguliuoto tarp nukreipiklio 3 ir turbinos sparnelių tarpelio a. Tokia hidroelektrinė, neužimdama viso upės pločio, o tiktai jos pakraštį arba dalį, gali būti sumontuota ant didesnių ar mažesnių upių, netrukdant laivybai, žuvų migracijai ir visam kitam natūraliam upės funkcionavimui. Be to, nenaudojama jokių kenksmingų medžiagų, nestabdoma upės vandens tėkmė. Dėl šių priežasčių elektrinė ypatingai ekologiška ir gali būti sėkmingai naudojama, pavyzdžiui, kaimo turizmo reikmėms.The proposed hydroelectric plant is easy to install compared to the known ones, but in certain situations, such as winter, it can be removed and rebuilt in spring, or it may not be removed to a safe place, although this hydroelectric plant can work well under ice. Its efficiency coefficient is increased due to the special shape of the deflector 3 and the special adjustment a between the deflector 3 and the turbine wings. Such hydroelectric power station, without covering the entire width of the river, but only at its periphery or part thereof, can be installed on larger or smaller rivers without interfering with navigation, fish migration and all other natural functioning of the river. In addition, no harmful substances are used and the flow of river water is not interrupted. For these reasons, the power plant is extremely environmentally friendly and can be successfully used, for example, for rural tourism.

Claims

Definition of the Invention

1. A hydroelectric module consisting of water flow guides and turbines mounted on vertical axes connected to a running water stream

5, characterized in that at least one module capable of forming a hydroelectric power plant comprises one pair of turbines (1) of approximately the same height and width, two guides (3) mounted on the periphery of the module, which are floating and guiding water. flow only to the blade gap a between the deflector (3) and rotating turbines (1) on the spatula (a) and

The 10 turbine blades are set so that the hydrodynamic resistance is minimal and the distance b between the turbines (1) is selected according to the characteristics of the water flow.

2. Hydroelectric module according to claim 1, characterized in that the deflector (3), turbine (1), gear system and generator (4) are connected to

15 a floating farm (5) connected by a pivot leg (7) to a support point (8).

3. Hydroelectric module according to claims 1 and 2, characterized in that the gear system comprises a self-centering bearing system (12) mounted on each axis of rotation (2) of the turbine (1), which engages with a gear unit (9),

20 transmission means (10) coupled to a central gear unit (11).

4. Hydroelectric module according to claim 1, characterized in that the deflectors (3) have a certain shape, viewed from above, of a triangle whose side a at the distance from the turbine is curved exponentially, the longest side being oriented in parallel.

For the direction of flow and viewed from the side, the deflectors (3) extend vertically down to a depth greater than the immersion depth of the turbine (1) by about 0.1 turbine (1) in height.

5. A hydroelectric module according to claim 1, characterized in that the proximity to the river bank (3) does not necessarily have a part adapted to the river bank,

30 limiting water flow to the turbine blades.

6. A mobile hydroelectric power plant assembled from hydroelectric modules according to claims 1 to 5, characterized in that two or more adjacent modules in the hydroelectric power plant are arranged removably and adjacent deflectors are connected along the long sides of the triangle and so on.

5 may be joined together in vertical planes at the full immersion depth, or alternatively made seamless at once.