RU177580U1

RU177580U1 - Containerized mini-hydro power unit with orthogonal turbine

Info

Publication number: RU177580U1
Application number: RU2017107148U
Authority: RU
Inventors: Борис Львович Историк; Юлий Борисович Шполянский; Роман Михайлович Городничев; Сергей Прокопьевич Новиков
Original assignee: Публичное акционерное общество "Федеральная гидрогенерирующая компания - РусГидро"
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2018-03-01

Abstract

Полезная модель относится к гидроэнергетике и может быть применена на низконапорных речных гидроэлектростанциях.Технический результат полезной модели - удобство транспортирования, монтажа, эксплуатации и демонтажа.Проточная камера 3 прямоугольного сечения размещена между водоводами 1 и 2. Поперек камеры 3 установлена ортогональная турбина в виде ротора 4, на котором закреплены параллельные ему лопасти 5 крыловидного профиля. Камера 3 имеет внутренние поперечные выступы 6. Их верхние грани 7 примыкают с зазором к поверхности цилиндра, ометаемого лопастями 5 при вращении ротора 4. Камера 3 и водоводы 1, 2 размещены и закреплены внутри стандартного транспортного контейнера 8 на несущем основании 9, которое в свою очередь закреплено на дне контейнера 8. Внутри контейнера 8 закреплена несущая рама 10 с электрогенератором 11, вал которого кинематически связан (например, с помощью ременной передачи 12 или мультипликатора) с ротором 4. Водоводы 1 и 2 подведены к противоположным торцевым стенкам 13 и 14 контейнера 8. В стеках 13 и 14 выполнены прямоугольные отверстия 15 и 16 под водоводы 1 и 2. Торцы водоводов 1 и 2 снабжены фланцами 17 и 18, которые герметично (например, с использованием герметизирующих прокладок) зафиксированы болтами на стенках 13 и 14 по периметрам отверстий 15 и 16. Между камерой 3 и водоводом 2 установлена дополнительная водоводная секция 19, способная функционировать как температурный компенсатор осевых перемещений и, одновременно, облегчающая монтаж/демонтаж камеры 3.The utility model relates to hydropower and can be applied at low-pressure river hydroelectric power stations. The technical result of the utility model is the convenience of transportation, installation, operation and dismantling. A flow chamber 3 of rectangular cross section is placed between conduits 1 and 2. An orthogonal turbine is installed across the chamber 3 in the form of a rotor 4 , on which are parallel to it blades 5 of the pterygoid profile. The chamber 3 has internal transverse protrusions 6. Their upper faces 7 adjoin with a gap to the surface of the cylinder swept by the blades 5 during rotation of the rotor 4. The chamber 3 and the water conduits 1, 2 are placed and fixed inside the standard transport container 8 on a bearing base 9, which in its the queue is fixed at the bottom of the container 8. Inside the container 8, a supporting frame 10 is fixed with an electric generator 11, the shaft of which is kinematically connected (for example, using a belt drive 12 or a multiplier) with the rotor 4. Water conduits 1 and 2 are connected to opposite t the end walls 13 and 14 of the container 8. In the stacks 13 and 14 there are rectangular holes 15 and 16 for the conduits 1 and 2. The ends of the conduits 1 and 2 are provided with flanges 17 and 18, which are hermetically sealed (for example, using sealing gaskets) are fixed with bolts on the walls 13 and 14 around the perimeters of openings 15 and 16. Between the chamber 3 and the water conduit 2, an additional water conduit section 19 is installed, capable of functioning as a temperature compensator of axial movements and, at the same time, facilitating the mounting / dismounting of the chamber 3.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к гидроэнергетике и может быть применена на низконапорных речных гидроэлектростанциях.The utility model relates to hydropower and can be applied at low-pressure river hydropower plants.

Уровень техникиState of the art

Известна низконапорная ортогональная турбина, содержащая ротор с лопастями крыловидного профиля, установленный поперек проточной камеры, имеющей, по меньшей мере, один поперечный выступ, верхней гранью примыкающий с зазором к поверхности цилиндра, ометаемого лопастями [RU 83545]. Известная турбина, имеет высокий КПД и вместе с электрогенератором, кинематически связанным с ее ротором, образует энергоблок, который может быть применен в малой гидроэлектростанции (мини-ГЭС).Known low-pressure orthogonal turbine containing a rotor with wing-shaped blades mounted across a flow chamber having at least one transverse protrusion adjacent to the surface of the cylinder swept by the blades with a top face [RU 83545]. The well-known turbine has high efficiency and, together with an electric generator kinematically connected with its rotor, forms a power unit that can be used in a small hydroelectric power station (mini-hydroelectric power station).

Недостаток прототипа (решаемая проблема) - сложность транспортирования, необходимость сооружения здания ГЭС для размещения энергоблока на месте эксплуатации, трудоемкость монтажа и демонтажа. Этот недостаток, особенно проявляется при перемещениях мини-ГЭС, обусловленных изменением водного режима в месте эксплуатации или мобильностью потребителя.The disadvantage of the prototype (problem to be solved) is the complexity of transportation, the need to build a hydroelectric building to accommodate the power unit at the place of operation, the complexity of installation and dismantling. This disadvantage is especially evident when moving mini-hydroelectric power stations due to changes in the water regime at the place of operation or consumer mobility.

Раскрытие существа полезной моделиUtility model creature disclosure

Технический результат полезной модели - удобство транспортирования, монтажа, эксплуатации и демонтажа.The technical result of the utility model is the ease of transportation, installation, operation and dismantling.

Предметом полезной модели является энергоблок мини-ГЭС, содержащий подводящий и отводящий водоводы, размещенную между ними проточную камеру прямоугольного сечения, ротор ортогональной турбины с параллельными ему лопастями крыловидного профиля, установленный поперек проточной камеры, снабженной двумя поперечными выступами, которые верхними гранями примыкают с зазором к поверхности цилиндра, ометаемого лопастями, и электрогенератор, кинематически связанный с ротором, отличающийся тем, что проточная камера и водоводы закреплены на основании, размещенном на дне транспортного контейнера, электрогенератор установлен на закрепленной в контейнере несущей раме, в противоположных стенках контейнера выполнены прямоугольные отверстия под подводящий и отводящий водоводы, торцы которых зафиксированы на указанных стенках герметичными фланцевыми соединениями, а между проточной камерой и одним из водоводов установлена дополнительная водоводная секция, выполненная с возможностью компенсации осевых перемещений.The object of the utility model is a mini-hydroelectric power unit, containing inlet and outlet conduits, a rectangular flow chamber located between them, an orthogonal turbine rotor with wing-shaped blades parallel to it, mounted across the flow chamber, equipped with two transverse protrusions, which, with their upper faces, adjoin the gap to the gap the surface of the cylinder swept by the blades, and an electric generator kinematically connected with the rotor, characterized in that the flow chamber and conduits are fixed on In the container located at the bottom of the transport container, the electric generator is mounted on a carrier frame fixed in the container, rectangular openings are made in the opposite walls of the container for inlet and outlet conduits, the ends of which are fixed on these walls with sealed flange connections, and an additional one is installed between the flow chamber and one of the conduits water section, made with the possibility of compensation of axial movements.

Осуществление полезной модели с учетом ее развитияImplementation of a utility model, taking into account its development

На фиг. 1 представлена конструкция энергоблока (продольный разрез), на фиг.2 -вид энергоблока в транспортном положении.In FIG. 1 shows the design of the power unit (longitudinal section), figure 2 is a view of the power unit in the transport position.

На фиг.1 показаны:Figure 1 shows:

1 - подводящий водовод;1 - inlet conduit;

2 - отводящий водовод;2 - discharge water conduit;

3 - проточная камера прямоугольного сечения, размещенная между водоводами 1 и 2.3 - flow chamber of rectangular cross-section, located between the conduits 1 and 2.

Поперек камеры 3 установлена ортогональная турбина в виде ротора 4, на котором закреплены параллельные ему лопасти 5 крыловидного профиля.Across the chamber 3, an orthogonal turbine is installed in the form of a rotor 4, on which wing-shaped blades 5 parallel to it are fixed.

Камера 3 имеет внутренние поперечные выступы 6. Их верхние грани 7 примыкают с зазором к поверхности цилиндра, ометаемого лопастями 5 при вращении ротора 4.The chamber 3 has internal transverse protrusions 6. Their upper faces 7 are adjacent with a gap to the surface of the cylinder swept by the blades 5 during rotation of the rotor 4.

Камера 3 и водоводы 1, 2 размещены и закреплены внутри стандартного транспортного контейнера 8 на несущем основании 9, которое в свою очередь закреплено на дне контейнера 8.The chamber 3 and the water conduits 1, 2 are placed and fixed inside the standard transport container 8 on the supporting base 9, which in turn is fixed on the bottom of the container 8.

Внутри контейнера 8 (например, на проточной камере 3, как на фиг. 1, или на основании 9) закреплена несущая рама 10 с электрогенератором 11, вал которого кинематически связан (например, с помощью ременной передачи 12 или мультипликатора) с ротором 4.Inside the container 8 (for example, on the flow chamber 3, as in Fig. 1, or on the base 9), a supporting frame 10 is fixed with an electric generator 11, the shaft of which is kinematically connected (for example, using a belt drive 12 or a multiplier) with the rotor 4.

Водоводы 1 и 2 подведены к противоположным торцевым стенкам 13 и 14 контейнера 8. В стеках 13 и 14 выполнены прямоугольные отверстия 15 и 16 под водоводы 1 и 2. Торцы водоводов 1 и 2 снабжены фланцами 17 и 18, которые герметично (например, с использованием герметизирующих прокладок) зафиксированы болтами на стенках 13 и 14 по периметрам отверстий 15 и 16.Water conduits 1 and 2 are led to opposite end walls 13 and 14 of container 8. In the stacks 13 and 14, rectangular holes 15 and 16 are made for water conduits 1 and 2. The ends of water conduits 1 and 2 are provided with flanges 17 and 18, which are hermetically sealed (for example, using sealing gaskets) are fixed with bolts on the walls 13 and 14 around the perimeters of the holes 15 and 16.

Между камерой 3 и одним из водоводов (например, водоводом 2) установлена дополнительная водоводная секция 19, способная функционировать как температурный компенсатор осевых перемещений и, одновременно, облегчающая монтаж/демонтаж камеры 3.Between the chamber 3 and one of the water conduits (for example, water conduit 2), an additional water conduit section 19 is installed, capable of functioning as a temperature compensator of axial displacements and, at the same time, facilitating mounting / dismounting of the chamber 3.

Внутри контейнера 8 также располагаются необходимые исполнительные механизмы и датчики (например, стояночный тормоз, датчики оборотов электрогенератора 11 и ротора 4, датчики давления, вибрации и т.п.).The necessary actuators and sensors are also located inside the container 8 (for example, a parking brake, speed sensors of the electric generator 11 and rotor 4, pressure sensors, vibrations, etc.).

Установка элементов конструкции внутрь контейнера 8 осуществляется через монтажное окно 20, которое затем закрывается крышкой 21 (фиг. 2).Installation of structural elements inside the container 8 is carried out through the mounting window 20, which is then closed by a lid 21 (Fig. 2).

Отверстия 15 и 16 при транспортировании также могут закрываться крышками снаружи контейнера 8.Holes 15 and 16 during transportation can also be closed with covers outside the container 8.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Контейнерный энергоблок доставляется к месту эксплуатации в транспортном состоянии, показанном на фиг. 2.The container power unit is delivered to the place of operation in the transport state shown in FIG. 2.

На месте эксплуатации закрытые крышками отверстия 15 и 16 открывают и обеспечивают протекание через водоводы 1, 2 и камеру 3 (например, с помощью внешних водоводов) водного потока, обладающего необходимым напором. Силовой кабель 22 от электрогенератора 11 выводится через технологическое отверстие 23 в стенке контейнера 8. Необходимые средства контроля и управления энергоблоком могут размещаться (по меньшей мере, частично) внутри контейнера 8 или в выносном шкафу. В последнем случае они соединяются с исполнительными механизмами и датчиками, установленными внутри контейнера, с помощью контрольного кабеля (не показан на фигурах) который выводится также через отверстие 23.At the place of operation, the openings 15 and 16, closed by covers, open and allow the flow of water with the necessary pressure through the conduits 1, 2 and the chamber 3 (for example, using external conduits). The power cable 22 from the generator 11 is output through the technological hole 23 in the wall of the container 8. The necessary means of monitoring and control of the power unit can be placed (at least partially) inside the container 8 or in a remote cabinet. In the latter case, they are connected to actuators and sensors installed inside the container using a control cable (not shown in the figures) which is also output through the hole 23.

Поток воды, последовательно протекающий через подводящий водовод 1, проточную камеру 3 и отводящий водовод поперек ротора 4 обтекает лопасти 5, имеющие показанный на фиг. 1 крыловидный профиль с тупым и острым носками. Результирующий момент вращения от действующих на лопасти 5 «подъемных сил» поворачивает и разгоняет ротор 4 в направлении тупых носков лопастей (т.е. тупыми носками лопастей вперед). Поперечные выступы 6, выполненные в камере 3, выполняют ту же функцию, что и в прототипе - улучшают использование энергии водного потока, обеспечивая высокий КПД ортогональной турбины.A stream of water flowing sequentially through the inlet conduit 1, the flow chamber 3 and the outlet conduit across the rotor 4 flows around the blades 5, having those shown in FIG. 1 pterygoid profile with blunt and sharp socks. The resulting torque from the "lifting forces" acting on the blades 5 rotates and accelerates the rotor 4 in the direction of the blunt socks of the blades (i.e., the blunt socks of the blades forward). The transverse protrusions 6 made in the chamber 3 perform the same function as in the prototype — they improve the use of the energy of the water flow, providing a high efficiency of the orthogonal turbine.

В рабочем режиме вращения ротора 4 его вращающий момент уравновешен нагрузкой электрогенератора 11.In the operating mode of rotation of the rotor 4, its torque is balanced by the load of the electric generator 11.

Сервисное обслуживание гидроагрегата выполняется внутри контейнера 8. При необходимости замены или ремонта элементов конструкции они извлекаются из контейнера и заново устанавливаются через окно 20. Крышка 21 может быть снабжена люком 24, упрощающим доступ персонала внутрь контейнера 8.Service of the hydraulic unit is carried out inside the container 8. If it is necessary to replace or repair structural elements, they are removed from the container and reinstalled through the window 20. The cover 21 can be equipped with a hatch 24, which simplifies personnel access inside the container 8.

Таким образом, в заявляемой мини-ГЭС контейнер 8 выполняет функции здания ГЭС, внутри которого размещен и обслуживается гидроагрегат (ортогональная турбина с электрогенератором).Thus, in the inventive mini-hydroelectric power station, the container 8 performs the functions of the hydroelectric power station building, inside which a hydraulic unit (orthogonal turbine with an electric generator) is located and serviced.

Высокая степень заводской готовности мини-ГЭС, доставляемой на место эксплуатации в транспортном контейнере, отсутствие необходимости возведения здания ГЭС, обеспечивает минимизацию строительных, монтажно-демонтажных и пуско-наладочных работ, мобильность при передислокации потребителя или изменении водного режима.The high degree of prefabrication of the mini-hydroelectric power station delivered to the place of operation in a transport container, the absence of the need to erect the hydroelectric building, minimizes construction, installation, dismantling and commissioning, mobility when relocating the consumer or changing the water regime.

Claims

The power unit of a mini-hydroelectric power station, containing inlet and outlet conduits, a rectangular flow chamber located between them, an orthogonal turbine rotor with wing-shaped blades parallel to it, mounted across the flow chamber, equipped with two transverse protrusions, which with their upper faces adjoin to the surface of the cylinder swept blades, and an electric generator kinematically connected with the rotor, characterized in that the flow chamber and water conduits are fixed on the base located at the bottom of the conveyor of the container, the electric generator is mounted on a carrier frame fixed in the container, rectangular openings are made in the opposite walls of the container for the inlet and outlet conduits, the ends of which are fixed on these walls with sealed flange connections, and an additional water section is installed between the flow chamber and one of the conduits the ability to compensate axial movements.