RU2167335C2

RU2167335C2 - River-channel power plant

Info

Publication number: RU2167335C2
Application number: RU99114936/06A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Гинкулов
Original assignee: Гинкулов Георгий Владимирович
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2001-05-20

Abstract

FIELD: conversion of river-water flow energy to electricity. SUBSTANCE: power plant has several parallel four-cable flexible shafts uniformly arranged along river course from bank to bank and water-wheels mounted on these shafts. Waterwheels are similar in design to ship propellers; they are made of polymeric materials, spaced apart by means of foam plastic hubs, and covered with high-strength surface later; waterwheels are mounted on tail part of each shaft by means of two clamps. Head parts of flexible shafts are fastened in cases. Each case incorporates bevel gear transmission for coupling flexible shafts with vertical power shaft. Each case is fixed with respective pulley block mounted on power cable lying on river bottom. Power cable ends are secured on riverside pile-bitts in man- made coves. Each flexible shaft is passed at certain distance from case through extended three-face pyramid for lifting it from river bottom whenever necessary and for preventing waterwheel brushing against river bottom. One end of power shaft is locked in position on last case and other end (top one) is coupled with generator shaft through chain transmission. Two adjacent shafts rotate in opposite directions as waterwheels are designed for clockwise and counter-clockwise rotation. EFFECT: provision for power generation without interfering with navigation. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроэнергетики, к строительству гидроэлектростанции донного типа, не требующей строительства плотины. The invention relates to the field of hydropower, to the construction of a bottom-type hydroelectric power station that does not require the construction of a dam.

Известна свободнопоточная гирляндная гидросиловая установка, содержащая несколько параллельно расположенных гирлянд поперечных турбин. Каждая последующая гирлянда затяжеляется дополнительными грузами или весом конструкции турбин настолько, чтобы она погружалась в слой потока с энергией, не утилизированной предыдущей гирляндой (см. авторское свидетельство СССР N 190284 A, МПК 7 F 03 В 17/00, 30.01.1967). Known free-flow garland hydraulic power plant containing several parallel arranged garlands of transverse turbines. Each subsequent garland is laden with additional weights or the weight of the turbine structure so that it is immersed in a stream layer with energy not utilized by the previous garland (see USSR author's certificate N 190284 A, IPC 7 F 03 B 17/00, 01/30/1967).

Данная установка нарушает судоходство по реке. This installation disrupts river navigation.

Известна свободнопоточная гидроэнергетическая установка, содержащая закрепленные на силовом тросе турбины. Динамическая опора установки выполнена в виде поперечного ротора, соединенного с трубчатым поворотным кожухом. На фронтальной опоре установлен кожух и мультипликатор, состоящий из шестерни и двух зубчатых колес. Трос пропущен через кожухи на фронтальной и конечной опорах и образует петлю с двумя параллельными ветвями. Концы троса закреплены на противоположных цапфах зубчатых колес. Турбины закреплены на силовом тросе с возможностью вращения в противоположные стороны на разных его ветвях. Шестерня мультипликатора соединена с генератором (см. патент Российской Федерации N 2049929 C1, МПК 7 F 03 В 17/00, 10.12.1995). Known free-flow hydropower installation containing mounted on the power cable of the turbine. The dynamic support of the installation is made in the form of a transverse rotor connected to a tubular rotary casing. A casing and a multiplier consisting of a gear and two gears are mounted on the front support. The cable is passed through the casings on the front and end supports and forms a loop with two parallel branches. The ends of the cable are fixed on opposite axles of gears. The turbines are mounted on a power cable with the possibility of rotation in opposite directions on its different branches. The gear of the multiplier is connected to the generator (see the patent of the Russian Federation N 2049929 C1, IPC 7 F 03 17/00, 12/10/1995).

Однако и данная установка нарушает судоходство по реке. However, this installation also violates river navigation.

Задачей изобретения является создание русловой гидроэлектростанции, не нарушающей судоходство по реке и ее экологию. The objective of the invention is the creation of a channel hydroelectric station, not violating navigation on the river and its ecology.

Данный технический результат достигается за счет того, что электростанция содержит несколько параллельно и равномерно расположенных от берега до берега в длину участка реки четырехтросовых гибких валов с гидротурбинами, подобными гребным винтам судов, изготовленными из полимеров. Гидротурбины отделены друг от друга длинными втулками из пенопласта с прочным поверхностным слоем и зафиксированы на каждом гибком валу посредством двух зажимов в хвостовой части валов. Головные части гибких валов укреплены в картерах. В каждом картере осуществлена посредством конической зубчатой передачи связь гибких валов с расположенным перпендикулярно силовым валом. Каждый картер скреплен со своим роликовым блоком, смонтированным на силовом тросе, лежащем на дне реки. Концы силового троса заделаны на береговых сваях-битенгах в искусственных заливчиках. При этом на некотором расстоянии от картеров каждый гибкий вал пропущен через продольно-осевое отверстие трехгранной удлиненной пирамиды для подъема гибких валов от дна реки и исключения задевания лопастей гидротурбин за дно. Один конец силового вала зафиксирован на последнем картере, а другой конец соединен по вертикали вверх с валом генератора посредством цепной передачи, причем направление вращения двух любых соседних валов противоположно за счет выполнения гидротурбин левого и правого вращения. Все это позволяет не нарушать судоходство по реке, ее экологию и удешевляет строительство электростанции, так как не требует строительства плотины. This technical result is achieved due to the fact that the power plant contains several parallel four-rope flexible shafts with hydroturbines similar to the ship’s propellers made of polymers parallel and evenly distributed from coast to coast in the length of the river section. Hydroturbines are separated from each other by long foam bushings with a strong surface layer and are fixed on each flexible shaft by means of two clamps in the rear of the shafts. The head parts of the flexible shafts are fixed in the crankcases. In each crankcase, by means of a bevel gear transmission, the connection of the flexible shafts with the power shaft located perpendicularly is realized. Each crankcase is fastened with its own roller block mounted on a power cable lying at the bottom of the river. The ends of the power cable are sealed on coastal bitten piles in artificial bays. At the same time, at a certain distance from the crankcases, each flexible shaft is passed through a longitudinal-axial hole of a trihedral elongated pyramid to lift the flexible shaft from the bottom of the river and to prevent the turbine blades from getting caught in the bottom. One end of the power shaft is fixed on the last crankcase, and the other end is connected vertically upwards with the generator shaft by means of a chain drive, and the direction of rotation of any two adjacent shafts is opposite due to the performance of the left and right hydraulic turbines. All this allows not to disturb navigation on the river, its ecology and reduces the cost of building a power plant, as it does not require the construction of a dam.

Изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 изображен картер с системой конических зубчатых колес (вид со стороны гибкого вала), на фиг. 2 - вид на картер сверху, на фиг. 3 - вид на картер сбоку по направлению оси силового вала, а на фиг. 4 схематично представлен вид сверху на донную электростанцию. The invention is illustrated by graphic material, where in FIG. 1 shows a crankcase with a system of bevel gears (view from the side of the flexible shaft), FIG. 2 is a top view of the crankcase, in FIG. 3 is a side view of the crankcase in the direction of the axis of the power shaft, and in FIG. 4 is a schematic top view of a bottom power station.

Гидротурбины 1 электростанции подобны по своей конструкции гребным винтам судов, но изготовленных из легких и прочных полимеров. В центральной части гидротурбин 1 выполнены по 4 отверстия, и четырехтросовой гибкий вал 2 пропускается в эти отверстия через все гидротурбины 1, и фиксируется на незакрепленном конце гибкого вала 2 только последняя гидротурбина 1. Между гидротурбинами 1 на гибкий вал 2 монтируются длинные и толстые втулки 3, изготовленные из пенопласта с прочным поверхностным слоем, которые чуть-чуть удерживают на плаву весь вал 2 (если нет течения), но под действием течения воды все гидротурбины 1 будут вращаться около самого дна реки. Hydroturbines 1 of a power plant are similar in design to the propellers of ships, but made of light and durable polymers. In the central part of the hydraulic turbines 1, 4 holes are made, and a four-cable flexible shaft 2 is passed into these holes through all the hydraulic turbines 1, and only the last hydraulic turbine 1 is fixed on the loose end of the flexible shaft 2. Long and thick bushings 3 are mounted between the hydraulic turbines 1 on the flexible shaft 2 made of polystyrene foam with a strong surface layer that slightly keeps the entire shaft 2 afloat (if there is no current), but under the influence of the water flow, all hydraulic turbines 1 will rotate near the very bottom of the river.

Головные концы 4 всех гибких валов 2 через систему конических зубчатых колес связаны с силовым валом 5, который вращает генератор 6, а хвостовые концы всех гибких валов 2 ни с чем не связаны, и на этих концах устанавливают зажимы 8 (по двум зажимам на каждый вал 2), которые удерживают все гидротурбины 1 на валу 2. Система зубчатых колес монтируется в картере 9 на двух толстых пустотелых шлицевых валах 11 и 12, скрещивающихся валах, перпендикулярных друг другу (см. фиг.1 и 2). На фиг.2 крышка 10 картера не изображена. Все детали в картере 9 и сам картер надо изготавливать из капрона или иного полимера. Вал 11, за который крепится гибкий вал 2, расположен ближе к днищу картера 9, а вал 12, через внутреннюю полость которого протягивается силовой вал 5, расположен чуть выше. На наружной поверхности вала 11 и вала 12 выполнены шлицы с овальными кромками по всей длине этих валов. Аналогичные шлицы выполнены и на внутренних поверхностях всех четырех 13, 14, 15, 16 конических зубчатых колес. На толстых боковых стенках картера 9 выполнено по одному отверстию, которые являются подшипниками скольжения для вала 11 и вала 12, но без смазки. Все четыре зубчатых колеса 13, 14, 15, 16 от продольного их смещения на валах 11 и 12 фиксируются, подгоняются с помощью длинных и коротких втулок 17 и антифрикционных шайб 18 (см. фиг.1 и 2). Сами втулки 17 на этих валах фиксируются заклепками. С наружной стороны картера 9 концы валов 11 и 12 фиксируются шайбами 19 и втулками 20, но эти втулки 20 на этих валах крепятся заклепками 21 (см. фиг.1). Все заклепки и шайбы также изготавливаются из капрона, и поэтому процесс клепки здесь выполняется без молотка, так как образование заклепочной головки производится с помощью медной обжимки-насадки, вставляемой в гнездо электропаяльника. Та втулка 22, которая непосредственно связана с гибким валом 2, должна быть большого диаметра и также со шлицевым отверстием. Эта втулка 22 закрепляется на валу 11 двумя заклепками 23 (см. фиг.2). В этой втулке 22 просверлены четыре продольных отверстия 24, параллельных оси вала 11. За эти отверстия 24 привязываются четыре конца гибкого вала 2, но за каждое отверстие по одному тросу, эти концы тросов стягивают скобообразным зажимом 25. Каждую втулку 26 и 27 надо крепить на валу 11 двумя заклепками, так как осевая нагрузка гибкого вала 2 очень велика. На некотором расстоянии от своих картеров 9 каждый гибкий вал 2 надо пропустить через продольно-осевое отверстие в пирамиде 28. Эта удлиненная трехгранная легкая пирамида 28 будет лежать на дне реки, а та часть гибкого вала 2, которая выходит из отверстия этой пирамиды 28, будет приподнята от дна реки. Размер пирамиды 28 должен быть таким, чтобы лопасти всех гидротурбин 1 не скребли дно реки. The head ends 4 of all flexible shafts 2 are connected through a system of bevel gears to a power shaft 5 that rotates the generator 6, and the tail ends of all flexible shafts 2 are not connected to anything, and clamps 8 are installed at these ends (two clamps on each shaft 2), which hold all the hydraulic turbines 1 on the shaft 2. The gear system is mounted in the crankcase 9 on two thick hollow spline shafts 11 and 12, crossing shafts perpendicular to each other (see figures 1 and 2). 2, the crankcase cover 10 is not shown. All parts in the crankcase 9 and the crankcase itself must be made of kapron or other polymer. The shaft 11, for which the flexible shaft 2 is attached, is located closer to the bottom of the crankcase 9, and the shaft 12, through the internal cavity of which the power shaft 5 is drawn, is located slightly higher. On the outer surface of the shaft 11 and shaft 12, slots are made with oval edges along the entire length of these shafts. Similar slots are made on the inner surfaces of all four 13, 14, 15, 16 bevel gears. On the thick side walls of the crankcase 9, one hole is made, which are sliding bearings for the shaft 11 and the shaft 12, but without lubrication. All four gears 13, 14, 15, 16 from their longitudinal displacement on the shafts 11 and 12 are fixed, adjusted using long and short bushings 17 and antifriction washers 18 (see figures 1 and 2). The hubs 17 themselves on these shafts are fixed with rivets. On the outside of the crankcase 9, the ends of the shafts 11 and 12 are fixed with washers 19 and bushings 20, but these bushings 20 are mounted on these shafts with rivets 21 (see figure 1). All rivets and washers are also made of nylon, and therefore the riveting process is carried out without a hammer, since the rivet head is formed using a copper crimp-nozzle inserted into the socket of the electric soldering iron. That sleeve 22, which is directly connected to the flexible shaft 2, must be large in diameter and also with a spline hole. This sleeve 22 is fixed on the shaft 11 with two rivets 23 (see figure 2). Four longitudinal holes 24 are drilled in this sleeve 22, parallel to the axis of the shaft 11. Four ends of the flexible shaft 2 are attached to these holes 24, but for each hole one cable, these ends of the cables are pulled together by a clamp-shaped clamp 25. Each sleeve 26 and 27 must be fixed to the shaft 11 with two rivets, since the axial load of the flexible shaft 2 is very large. At a certain distance from their crankcases 9, each flexible shaft 2 must be passed through a longitudinal-axial hole in the pyramid 28. This elongated trihedral light pyramid 28 will lie at the bottom of the river, and the part of the flexible shaft 2 that comes out of the hole of this pyramid 28 will be raised from the bottom of the river. The size of the pyramid 28 should be such that the blades of all hydroturbines 1 do not scrape the bottom of the river.

Для увеличения вращающегося момента силового вала 5 необходимо, чтобы любые два соседних гибких вала 2 вращались в противоположные стороны. Для этого надо на заводе изготавливать гидротурбины 1 так, чтобы одна половина числа всех гидротурбин 1 были правого вращения, а другая половина - левого вращения, и одновременно при этом надо в картере 9 на валу 12 переставить местами зубчатые колеса 14 и 16. Силовой вал 5 также состоит из четырех тросов, протянутых через внутренние полости всех картерных валов 12, между закрепками 17 и 29, а это значит, что при вращении вала 12 будет вращаться и силовой вал 5. Силовой вал 5 вращается почти на уровне дна реки, а уровень вала электрогенератора - выше на несколько метров, поэтому около здания ГЭС устанавливается на сваях цепная передача 30, передающая вращение от силового вала 5 к валу генератора. Картер 9 крепится закрепками к кромке 31 роликового блока 32 путем захвата двойного нахлеста этой кромки 31: сверху - крышкой 10 картера 9, а снизу - придонной пластиной 33, приклепанной к днищу картера 9 (см. фиг. 3). Как видно из фиг. 3, крышка 10 имеет изгиб, приближая ее кромку к кромке 31 роликового блока 32. Все роликовые блоки 32 связаны между собою равными и короткими по длине отрезками тросов. Роликовые блоки 32 можно перемещать по силовому тросу 34 с помощью лебедок 35, 36, 37, т.е. можно пришвартовывать к берегу и вывозить от берега (к речному дну) все гидротурбины 1, а с помощью лебедки 38 - вытягивать их по одному на берег. Лебедки 35 и 36 - пришвартовывают, а лебедка 37 вывозит их. В искусственных заливчиках 40 и 41 надо устанавливать на сваях прижимные ролики 42, которые приближают, прижимают тросы лебедок 35, 36, 37 к уровню дна этих заливчиков, а значит и к уровню дна реки. Концы 34 силового троса заделывают на береговых сваях-битенгах 39, забитых в дно искусственных заливчиков 40 и 41. To increase the torque of the power shaft 5, it is necessary that any two adjacent flexible shaft 2 rotate in opposite directions. To do this, it is necessary to produce hydroturbines 1 at the plant so that one half of all hydroturbines 1 are clockwise and the other half are clockwise, and at the same time, gear wheels 14 and 16 must be rearranged in crankcase 9 on shaft 12. Power shaft 5 also consists of four cables stretched through the internal cavities of all crankcase shafts 12, between the brackets 17 and 29, which means that when the shaft 12 rotates, the power shaft 5 will also rotate. The power shaft 5 rotates almost at the level of the river bottom, and the shaft level electric generator - higher on carried a few meters, so a chain gear 30 is installed on the piles near the hydroelectric building, transmitting rotation from the power shaft 5 to the generator shaft. The crankcase 9 is fastened with brackets to the edge 31 of the roller block 32 by grabbing a double overlap of this edge 31: from the top - the cover 10 of the crankcase 9, and from the bottom - the bottom plate 33 riveted to the bottom of the crankcase 9 (see Fig. 3). As can be seen from FIG. 3, the cover 10 has a bend, bringing its edge closer to the edge 31 of the roller block 32. All roller blocks 32 are interconnected by equal and short cable lengths. Roller blocks 32 can be moved along the power cable 34 using winches 35, 36, 37, i.e. it is possible to moor to the shore and transport from the shore (to the river bottom) all hydraulic turbines 1, and with the help of winch 38, pull them one to the shore. Winches 35 and 36 are moored, and winch 37 takes them out. In artificial bays 40 and 41 it is necessary to install pinch rollers 42 on piles, which bring the winch cables 35, 36, 37 to the bottom, press them to the bottom level of these bays, and therefore to the level of the river bottom. The ends of the power cable 34 are closed up on coastal bitten piles 39, driven into the bottom of artificial bays 40 and 41.

Если берег реки около электростанции низкий, то надо сооружать ледорезы, ледоломы, земляную насыпь и прилегающую к ней береговую стенку - для отвода льда от берега. If the river bank near the power plant is low, then ice cutters, icebreakers, an earthen embankment and an adjacent shore wall must be constructed to divert the ice from the shore.

Зимой надо подогревать воду бойлерами, но только в тех местах, где тросы соприкасаются с поверхностью воды. In winter, it is necessary to heat the water with boilers, but only in those places where the cables touch the surface of the water.

Claims

A power plant containing four parallel cable shafts with hydraulic turbines similar to ship propellers made of polymers separated from each other by long foam sleeves (with a strong surface layer) and fixed on each flexible shaft through two clamps in the rear of the shafts, and the head parts of the flexible shafts are fixed in the crankcases, in each crankcase is carried out by means of a bevel gear connection flexible shafts with a power shaft perpendicular to each shaft, each crank is fastened with its own roller block mounted on a power cable lying at the bottom of the river, the ends of the power cable are sealed on coastal bitten piles in artificial fillings, with each flexible shaft missing at a certain distance from the crankcases through the longitudinal-axial hole of a triangular elongated pyramid for lifting flexible shafts from the bottom of the river to exclude the impact of hydraulic turbine blades behind the bottom, one end of the power shaft is fixed on the last crankcase, and the other its end is connected vertically upwards with the generator shaft by means of a chain transmission, the direction of rotation of any two adjacent shafts being opposite due to the execution of left and right hydraulic turbines.