RU2211944C2

RU2211944C2 - Minihydroelectric station

Info

Publication number: RU2211944C2
Application number: RU2001121659/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Миргородский (UA); Владимир Николаевич Миргородский; Владимир Николаевич Шовкун (UA); Владимир Николаевич Шовкун; В.Н. Алфеев (RU); В.Н. Алфеев
Original assignee: Международная академия технологических наук
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2003-09-10

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: power engineering; proposed minihydroelectric station is designed for transforming potential energy of water for generation of electric energy. Proposed station contains at least one siphon pipeline installed on dam and provided with suction and discharge branches. Power generating plant with drive mechanism is installed in inner space of siphons pipeline. Starting system of siphon pipeline includes regulating valve installed at outlet. Drive mechanism of power plant is placed in siphon pipeline between anticavitation device made in form of converging funnel-shaped inlet bell and regulating valve. Starting system is essentially pumping unit connected with siphon pipeline in its upper part by suction branch pipe. Anticavitation device includes additionally solid or lattice apron arranged on suction branch of siphon pipeline and installed for displacement and fixing in preset position. EFFECT: simple design, reliability in operation. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности, к конструкциям малогабаритных гидроэлектростанций, применение которых может быть целесообразно на небольших предприятиях или фермерских хозяйствах. The invention relates to hydropower, in particular, to the construction of small-sized hydroelectric power plants, the use of which may be advisable in small enterprises or farms.

Известна осевая фронтальная турбина, содержащая колесо с втулкой и лопастями, размещенное в трубопроводе, при этом корпус электрогенератора расположен снаружи трубопровода [1]. Known axial frontal turbine containing a wheel with a sleeve and blades, located in the pipeline, while the body of the generator is located outside the pipeline [1].

Положительным свойством известного технического решения является установка электрогенератора вне проточного тракта, однако оно не решает задачу эффективного построения системы в целом. A positive feature of the known technical solution is the installation of an electric generator outside the flow path, however, it does not solve the problem of effectively building the system as a whole.

Известно техническое решение, которое представляет собой гидропневматическую электростанцию, включающую плотину, преобразователь энергии водяного потока, причем преобразователь энергии содержит, по крайней мере, один сифонный трубопровод с преобразователем энергии [2]. Верхняя часть каждого сифонного трубопровода соединена воздуховодом с коллектором воздушного потока, воздушным турбогенератором, в котором расположена воздушная турбина, причем вал последней жестко связан с валом электрогенератора. A technical solution is known, which is a hydropneumatic power plant, including a dam, a water flow energy converter, the energy converter comprising at least one siphon pipeline with an energy converter [2]. The upper part of each siphon pipeline is connected by an air duct to an air flow collector, an air turbogenerator, in which an air turbine is located, the shaft of the latter being rigidly connected to the shaft of the electric generator.

Недостатком известного технического решения является также низкая эффективность системы в связи с тем, что при выработке электрической энергии предусматривается ее двойное преобразование: энергии движения воды - в энергию воздушного потока, а энергии воздушного потока - в электрическую энергию, в связи с этим удельная производительность системы является достаточно низкой. A disadvantage of the known technical solution is also the low efficiency of the system due to the fact that when generating electric energy, its double conversion is envisaged: the energy of water movement - into the energy of the air stream, and the energy of the air stream - into electric energy, in this regard, the specific system performance quite low.

Известна минигидроэлектростанция, содержащая установленный на плотине, по крайней мере, один сифонный трубопровод с всасывающей и сбрасывающей ветвями, во внутренней полости сифонного трубопровода расположена, по крайней мере, одна энергетическая установка с приводным механизмом, и систему запуска сифонного трубопровода, включающую на выходе регулируемую задвижку, приводной механизм энергетической установки расположен в сифонном трубопроводе между противокавитационным устройством и регулируемой задвижкой [3 - прототип]. Known mini-hydroelectric power station containing at least one siphon pipeline with suction and discharge branches installed on the dam, at least one power plant with a drive mechanism and a siphon pipeline start system including an adjustable gate valve at the outlet are located in the internal cavity of the siphon pipeline , the drive mechanism of the power plant is located in a siphon pipeline between the anti-cavitation device and the adjustable gate valve [3 - prototype].

На входе и выходе всасывающей и сбрасывающей ветви расположены также решетки. Решетки предназначены для предотвращения попадания в трубопровод посторонних объектов. Вместе с тем несмотря на наличие раструба на входе всасывающей ветви, который выполняет функцию противокавитационного устройства, решетки являются источниками кавитации, т.е. источниками образования пузырьков воздуха, скапливающихся в верхней части сифона с образованием воздушной подушки, которую необходимо периодически удалять, чтобы сохранять работоспособность устройства. Grids are also located at the inlet and outlet of the suction and discharge branches. Lattices are designed to prevent foreign objects from entering the pipeline. However, despite the presence of a bell at the inlet of the suction branch, which acts as an anti-cavitation device, the gratings are sources of cavitation, i.e. sources of air bubbles that accumulate in the upper part of the siphon with the formation of an air cushion, which must be periodically removed to maintain the operability of the device.

3aдачей настоящего изобретения является повышение удельной эффективности малогабаритных гидроэлектростанций с обеспечением простоты конструкции и надежности эксплуатации. The objective of the present invention is to increase the specific efficiency of small-sized hydroelectric power plants with simplicity of design and reliable operation.

Указанный технический результат достигается тем, что минигидроэлектростанция содержит установленный на плотине, по крайней мере, один сифонный трубопровод с всасывающей и сбрасывающей ветвями, во внутренней полости сифонного трубопровода расположена, по крайней мере, одна энергетическая установка с приводным механизмом, и систему запуска сифонного трубопровода, включающую на выходе регулируемую задвижку, приводной механизм энергетической установки расположен в сифонном трубопроводе между противокавитационным устройством и регулируемой задвижкой, причем система запуска выполнена в виде насосной установки, всасывающим патрубком связанной с сифонным трубопроводом в верхней его части, а противокавитационное устройство дополнительно включает сплошной или решетчатый фартук, расположенный на всасывающей ветви сифонного трубопровода с возможностью перемещения и фиксации его в заданном положении. The specified technical result is achieved by the fact that the mini-hydroelectric power station comprises at least one siphon pipeline with suction and discharge branches installed on the dam, at least one power plant with a drive mechanism and a siphon pipeline start system are located in the internal cavity of the siphon pipeline, including an adjustable gate valve at the outlet, the drive mechanism of the power plant is located in a siphon pipeline between the anti-cavitation device and the a triggered valve, the starting system being made in the form of a pump installation, with an intake pipe connected to the siphon pipeline in its upper part, and the anti-cavitation device further includes a continuous or trellised apron located on the suction branch of the siphon pipeline with the possibility of moving and fixing it in a predetermined position.

Противокавитационное устройство может быть также выполнено в виде плота, расположенного на поверхности воды над всасывающим патрубком сифонного трубопровода и жестко связанного с дном или с плотиной с помощью якорной системы или соответствующих металлических стяжек. The anti-cavitation device can also be made in the form of a raft located on the surface of the water above the suction pipe of the siphon pipeline and rigidly connected to the bottom or to the dam using an anchor system or corresponding metal ties.

Расстояние между опорами сифонного водопровода, устанавливаемыми на плотине, и расстояние от горизонтальной поверхности плотины до верхней части сифонного трубопровода выбираются из условия прохождения соответствующих транспортных средств. The distance between the siphon water pipe supports installed on the dam and the distance from the horizontal surface of the dam to the upper part of the siphon pipeline are selected from the conditions of passage of the respective vehicles.

На фиг. 1 изображен общий вид минигидроэлектростанции с противокавитационным устройством, выполненным в виде фартука на всасывающей ветви сифонного трубопровода. На фиг.2 - вариант выполнения минигидроэлектростанции с противокавитационным устройством, выполненным в виде плота, расположенного на поверхности воды над входным раструбом всасывающей ветви сифонного трубопровода. In FIG. 1 shows a general view of a mini-hydroelectric power station with an anti-cavitation device made in the form of an apron on the suction branch of a siphon pipeline. Figure 2 is an embodiment of a mini-hydroelectric power station with an anti-cavitation device made in the form of a raft located on the surface of the water above the inlet socket of the suction branch of the siphon pipeline.

Минигидроэлектростанция содержит установленный на плотине 1 с помощью опор 2, по крайней мере, один сифонный трубопровод 3 с всасывающей 4 и сбрасывающей 5 ветвями. Во внутренней полости сифонного трубопровода 3 установлен приводной механизм 6 энергетической установки 7. Система запуска сифонного трубопровода 3 включает насосную установку 8, всасывающим патрубком 9 связанную с сифонным трубопроводом 3 в верхней его части. Сифонный трубопровод 3 снабжен на входе всасывающей ветви 4 противокавитационным устройством. The mini-hydroelectric power station contains at least one siphon pipe 3 with a suction 4 and a discharge 5 branches installed on the dam 1 using the supports 2. In the internal cavity of the siphon pipeline 3, a drive mechanism 6 of the power plant 7 is installed. The system for starting the siphon pipeline 3 includes a pumping unit 8, with a suction pipe 9 connected to the siphon pipeline 3 in its upper part. The siphon pipe 3 is provided with an anti-cavitation device at the inlet of the suction branch 4.

Противокавитационное устройство выполнено в виде входного раструба 10 в форме сужающейся воронки, жестко связанной с всасывающей ветвью 4 сифонного трубопровода 3. The anti-cavitation device is made in the form of an inlet 10 in the form of a tapering funnel rigidly connected to the suction branch 4 of the siphon pipeline 3.

Противокавитационное устройство может дополнительно включать сплошной или решетчатый фартук 11, расположенный на всасывающей ветви 4 сифонного трубопровода 3 с возможностью перемещения и фиксации его в заданном положении (фиг.1). The anti-cavitation device may further include a solid or trellised apron 11 located on the suction branch 4 of the siphon pipe 3 with the possibility of moving and fixing it in a predetermined position (Fig. 1).

В одном из вариантов противокавитационное устройство может быть выполнено в виде плота 13, расположенного на поверхности воды над входным раструбом 10 сифонного трубопровода 3 и жестко связанного с дном или с плотиной 1 с помощью якорной системы или соответствующих металлических стяжек. In one embodiment, the anti-cavitation device can be made in the form of a raft 13, located on the surface of the water above the inlet 10 of the siphon pipe 3 and rigidly connected to the bottom or to the dam 1 using an anchor system or corresponding metal ties.

Расстояние между опорами 2 сифонного трубопровода 3, устанавливаемыми на плотине 1, и расстояние от горизонтальной поверхности плотины 1 до верхней части сифонного трубопровода 3 выбираются из условия прохождения соответствующих транспортных средств. The distance between the supports 2 of the siphon pipeline 3 installed on the dam 1, and the distance from the horizontal surface of the dam 1 to the upper part of the siphon pipeline 3 are selected from the conditions of passage of the respective vehicles.

Минигидроэлектростанция работает следующим образом. Minihydroelectric power station operates as follows.

При запуске в работу минигидроэлектростанции включают в работу вакуумную насосную установку 8 при закрытой задвижке 12, чтобы уменьшить энергозатраты на заполнение полости сбрасывающей ветви 5 сифонного трубопровода 3. После заполнения водой всей полости сифонного трубопровода 3 насосная установка 8 отключается с обеспечением соответствующей герметизации. Открывается задвижка 12 на требуемый расход воды, которая при прохождении по сифонному трубопроводу 3 приводит в действие приводной механизм 6 энергетической установки 7 (электрогенератора). When the mini-hydroelectric power plants are put into operation, the vacuum pump unit 8 is put into operation with the valve 12 closed, in order to reduce energy consumption for filling the cavity of the discharge branch 5 of the siphon pipeline 3. After filling the entire cavity of the siphon pipeline 3 with water, the pump installation 8 is turned off to ensure proper sealing. The valve 12 opens at the required water flow rate, which, when passing through the siphon pipe 3, drives the drive mechanism 6 of the power plant 7 (electric generator).

Входной раструб 10 препятствует образованию воздушных пузырей при вхождении водяного потока в сифонный трубопровод, а фартук 11 и/или плот 13 препятствуют образованию воздушно-водяной воронки на поверхности воды и захвату воздуха перемещающимся по сифонному трубопроводу 3 водяным потоком. Оптимальный режим работы противокавитационных устройств при возможном изменении расхода воды с помощью регулируемой задвижки 12 достигается изменением положения фартука 11, а также соответствующими размерами плота 13. The inlet 10 prevents the formation of air bubbles when the water stream enters the siphon pipe, and the apron 11 and / or raft 13 prevent the formation of an air-water funnel on the surface of the water and air entrainment by the water flow moving through the siphon pipe 3. The optimal mode of operation of anti-cavitation devices with a possible change in water flow using an adjustable valve 12 is achieved by changing the position of the apron 11, as well as the corresponding dimensions of the raft 13.

Источники информации
1. Патент РФ 2002101, кл. F 03 В 13/00, 1993.Sources of information
1. RF patent 2002101, cl. F 03 B 13/00, 1993.

2. Патент РФ 2167334, кл. F 03 В 13/00, 2000. 2. RF patent 2167334, cl. F 03 B 13/00, 2000.

3. Заявка Франции 2497296 А1, кл. F 03 В 13/12, 1980. 3. Application of France 2497296 A1, cl. F 03 B 13/12, 1980.

Claims

1. A mini-hydroelectric power station comprising at least one siphon pipeline with suction and discharge branches installed in the dam, in the inner cavity of which there is a power plant with a drive mechanism, a siphon pipeline start-up system including an adjustable valve at the outlet, and the drive mechanism of the power plant is located in the siphon pipeline between the anti-cavitation device, made in the form of an inlet in the form of a tapering funnel, and an adjustable valve characterized in that the start-up system is made in the form of a pump installation with an intake pipe connected to the siphon pipe in its upper part, and the anti-cavitation device further includes a continuous or trellised apron located on the suction branch of the siphon pipe with the possibility of moving and fixing it in a predetermined position .

2. The minihydroelectric power station according to claim 1, characterized in that the distance between the supports of the siphon pipeline installed on the dam and the distance from the horizontal surface of the dam to the upper part of the siphon pipeline are selected from the conditions of passage of the respective vehicles.