EA 027358B1 20170731 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2017\PDF/027358 Полный текст описания [**] EA201400431 20140328 Регистрационный номер и дата заявки KZ2013/0788.1 20130614 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок EAB1 Код вида документа [PDF] eab21707 Номер бюллетеня [**] ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ Название документа [8] F03B 9/00, [8] F03B 17/06 Индексы МПК [KZ] Баубеков Куат Талгатович, [KZ] Баубеков Арсланбек Куатович, [KZ] Омаров Курмангазы Куралович Сведения об авторах [KZ] АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "КАЗАХСКИЙ АГРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ САКЕНА СЕЙФУЛЛИНА Сведения о патентообладателях [KZ] АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "КАЗАХСКИЙ АГРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ САКЕНА СЕЙФУЛЛИНА Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000027358b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Гидроэнергетическая установка, состоящая из комплекса гидротехнических сооружений, рабочих органов турбины и электрогенератора, отличающаяся тем, что гидротехническое сооружение выполнено в виде закрепленного на дне и берегу реки конвейерного устройства, а рабочие органы турбины изготовлены в виде машины непрерывного действия, представляющей собой замкнутое полотно с тяговым органом, огибающим ведущий и направляющий барабаны, и прикрепленными к нему рабочими лопатками в виде ковша, при этом машина непрерывного действия выполнена не менее чем с тремя барабанами и с возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что для работы в вертикальной плоскости машина непрерывного действия выполнена не менее чем с одним барабаном, приподнятым над уровнем нижнего бьефа воды, и вытянутыми по ширине барабана ковшами и стабилизирующими щитами.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что для работы в горизонтальной плоскости машина непрерывного действия выполнена не менее чем с двумя барабанами и прикрепленными к ним рабочими лопатками в виде ковша, профилированные внутренние поверхности которых входят в сопряжение с профилированными внутренними поверхностями направляющих лопаток.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что барабан выполнен в виде полого цилиндра и содержит снаружи рабочие лопатки в виде ковша, а внутри совмещенный с ним электрогенератор.

5. Способ преобразования гидравлической энергии в электрическую, включающий использование гидроэнергетической установки, охарактеризованной в п.1, отличающийся тем, что на участках вертикального водопада используется установка с одним барабаном, на участках с большими скоростями течения воды используется установка с двумя барабанами и с направляющими аппаратами, а на участках с малыми скоростями течения воды используется установка с тремя барабанами и с сооружением искусственного перепада путем альтернативного применения барьера, обводного канала, суживающегося участка.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

1. Гидроэнергетическая установка, состоящая из комплекса гидротехнических сооружений, рабочих органов турбины и электрогенератора, отличающаяся тем, что гидротехническое сооружение выполнено в виде закрепленного на дне и берегу реки конвейерного устройства, а рабочие органы турбины изготовлены в виде машины непрерывного действия, представляющей собой замкнутое полотно с тяговым органом, огибающим ведущий и направляющий барабаны, и прикрепленными к нему рабочими лопатками в виде ковша, при этом машина непрерывного действия выполнена не менее чем с тремя барабанами и с возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что для работы в вертикальной плоскости машина непрерывного действия выполнена не менее чем с одним барабаном, приподнятым над уровнем нижнего бьефа воды, и вытянутыми по ширине барабана ковшами и стабилизирующими щитами.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что для работы в горизонтальной плоскости машина непрерывного действия выполнена не менее чем с двумя барабанами и прикрепленными к ним рабочими лопатками в виде ковша, профилированные внутренние поверхности которых входят в сопряжение с профилированными внутренними поверхностями направляющих лопаток.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что барабан выполнен в виде полого цилиндра и содержит снаружи рабочие лопатки в виде ковша, а внутри совмещенный с ним электрогенератор.

5. Способ преобразования гидравлической энергии в электрическую, включающий использование гидроэнергетической установки, охарактеризованной в п.1, отличающийся тем, что на участках вертикального водопада используется установка с одним барабаном, на участках с большими скоростями течения воды используется установка с двумя барабанами и с направляющими аппаратами, а на участках с малыми скоростями течения воды используется установка с тремя барабанами и с сооружением искусственного перепада путем альтернативного применения барьера, обводного канала, суживающегося участка.


(19)
Евразийское
патентное
ведомство
027358 (13) B1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации
и выдачи патента: 2017.07.31
(51) Int. Cl. F03B 9/00 (2006.01) F03B17/06 (2006.01)
(21) Номер заявки:
(22) Дата подачи:
201400431 2014.03.28
(54) ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ
(31) 2013/0788.1 (56) CN-U-201874722
(32) 2013.06.14 SU-A1-23697
(33) KZ RU-C1-2245454
(43) 2014.12.30
(9б) KZ2014/021 (KZ) 2014.03.28
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "КАЗАХСКИЙ АГРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ С. СЕЙФУЛЛИНА" (KZ)
(72) Изобретатель:
Баубеков Куат Талгатович, Баубеков
Арсланбек Куатович, Омаров Курмангазы ¦
Куралович (KZ) IW
(57) Изобретение относится к малой гидроэнергетике, технической задачей его является создание гидроэнергетической установки и способа его работы. Технический результат достигается тем, что гидротехническое сооружение выполнено в виде конвейерного устройства, а рабочие органы турбины изготовлены в виде машины непрерывного действия, представляющей собой замкнутое полотно с тяговым органом, огибающим ведущий и направляющий барабаны, и прикрепленными к нему рабочими лопатками в виде ковша, при этом машина непрерывного действия выполнена не менее чем с тремя барабанами и с возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При этом для работы в вертикальной плоскости машина непрерывного действия выполнена не менее чем с одним барабаном, приподнятым над уровнем нижнего бьефа воды, и вытянутыми по ширине барабана ковшами и стабилизирующими щитами, а для работы в горизонтальной плоскости машина выполнена не менее чем с двумя барабанами и прикрепленными к нему рабочими лопатками в виде ковша, профилированные внутренние поверхности которых входят в сопряжение с профилированными внутренними поверхностями направляющих лопаток.
Изобретение относится к малой гидроэнергетике и может быть использовано в качестве гидроэнергетической установки и способа его работы для полного преобразования гидравлической энергии течения горных и равнинных рек в электрическую энергию.
Известна с древнейших времен гидроэнергетическая установка для преобразования гидравлической энергии в механическую с помощью простейшего гидравлического двигателя в виде водяного колеса, приводимого в действие энергией потока воды (см. Большую советскую энциклопедию, 3-е издание. М.: изд. "Советская энциклопедия". 1971, т. 5, с. 201), которое позднее применялось для привода водяных мельниц, рабочих машин и механизмов мелких производств.
Недостатками в указанной гидроэнергетической установке для преобразования гидравлической энергии в механическую с помощью водяного колеса являются малые мощность, частота вращения и коэффициент полезного действия, а также громоздкость (например, известное устройство, работающее по такому принципу - конструкции Б. Кажинского - развивает мощность N=6 кВт при скорости воды 1,5 м/с и при следующих размерах: колеса - 6 м; рабочих лопаток (24 шт.) - 4,5x1,0 м. Число оборотов 10-12 об/мин).
Известна также гидроэнергетическая установка для преобразования гидравлической энергии в электрическую, значительно устраняющая недостатки вышеописанной гидроэнергетической установки, состоящая из последовательной цепи гидротехнических сооружений и оборудования, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора преобразующего энергию движущейся под напором в гидротурбине воды в механическую энергию вращения, которая в свою очередь в электрогенераторе преобразуется в электрическую энергию (см. Большую советскую энциклопедию, 3-е издание. М.: изд. "Советская энциклопедия". 1971, т. 6, с. 510-512). Напор воды создается концентрацией падения реки на используемом участке плотиной или деривацией. В горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью деривации - до 1500 м.
При этом мощность турбины для гидроэнергетической установки выражается формулой
NT = 9,81- Q • Н • rjT • rj г , кВт (1)
где Q - расход воды через турбину, м3/с;
Н - подведенный к турбине напор, определяемый разностью уровней верхнего и нижнего бассейна, с учетом гидравлических потерь, м; г|т - КПД турбины; г|г - КПД генератора.
Недостатками в указанной гидроэнергетической установке являются необходимость аккумулирования потоков воды на большой высоте над гидротурбиной путем создания капиталлоемкой плотины и затопление огромных полезных и плодородных площадей.
Наиболее близким прототипом является гидроэнергетическая установка, состоящая из комплекса гидротехнических сооружений, рабочих органов турбины и электрогенератора, значительно устраняющая недостатки вышеописанной установки (см. предварительный патент РК № 19646, 16.06.2008, бюл. № 6). При этом гидротехническая установка выполнена в виде плота, а роль гидротурбины исполняет суммирующее устройство, выполненное из ряда параллельных рабочих лопаток на гусеничном ходу в виде турбогусеницы со шпорами. Однако указанная гидроэнергетическая установка слабо обеспечивает необходимую концентрацию потока воды и создание напора преобразующего энергию движущейся воды в механическую энергию вращения, которая в свою очередь в электрогенераторе преобразуется в электрическую энергию. Недостатком в указанной гидроэнергетической установке является слабый напор, который создается слабой концентрацией падения реки на используемом горизонтальном участке и при параллельном расположений ряда рабочих лопаток работает только первый ряд и при обычно малых скоростях воды создает малую мощность и громоздкость гидротурбины.
Технической задачей изобретения является создание гидроэнергетической установки и способа его работы для эффективного преобразования гидравлической энергии течения различных рек, отличающихся по длине перепадами уровня и скоростью течения воды, в электрическую энергию.
Технический результат достигается тем, что в известной гидроэнергетической установке, состоящей из комплекса гидротехнических сооружений, рабочих органов турбины и электрогенератора, согласно изобретению, гидротехническое сооружение выполнено в виде закрепленного на дне и берегу реки конвейерного устройства, а рабочие органы турбины изготовлены в виде машины непрерывного действия, представляющей собой замкнутое полотно с тяговым органом, огибающим ведущий и направляющий барабаны, и прикрепленными к нему рабочими лопатками в виде ковша, при этом машина непрерывного действия выполнена не менее чем с тремя барабанами и с возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При этом для работы в вертикальной плоскости машина непрерывного действия выполнена не менее чем с одним барабаном, приподнятым над уровнем нижнего бьефа воды, и вытянутыми по ширине барабана ковшами и стабилизирующими щитами, а для работы в горизонтальной плоскости машина непрерывного действия выполнена не менее чем с двумя барабанами, и прикрепленными к нему рабочими лопатками в виде ковша, профилированные внутренние поверхности которых входят в сопряжение с профилированными внутренними поверхностями направляющих
лопаток. Причем барабан выполнен в виде полого цилиндра и содержит снаружи рабочие лопатки в виде ковша, а внутри совмещенный с ним электрогенератор.
Кроме того, в охарактеризованной гидроэнергетической установке и в предлагаемом способе его работы на участках вертикального водопада используется установка с одним барабаном, на участках с большими скоростями течения воды используется установка с двумя барабанами и с направляющими аппаратами, а на участках с малыми скоростями течения воды используется установка с тремя барабанами и с сооружением искусственного перепада путем альтернативного применения барьера, обводного канала, суживающегося участка.
На фиг. 1 изображена простейшая принципиальная схема гидроэнергетической установки;
на фиг. 2 - то же, продольный разрез;
на фиг. 3 - то же, вид сверху;
на которых 1 - ведущий барабан; 2 - электрогенератор; 3 - редуктор; 4 - муфта; 5 - замкнутое сплошное полотно; 6 - направляющий барабан; 7 - рабочие лопатки в виде ковша; 8 - опоры для крепления устройства; 9 - направляющие лопатки; 10 - рассекатель потока воды; 11 - барьер на обводном канале;
на фиг. 4 - схема барабана с вытянутыми по ширине барабана ковшами и стабилизирующими щитами;
на которой 12 - барабан; 13 - рабочие лопатки в виде ковша; 14 - стабилизирующие щиты.
Применение предлагаемой гидроэнергетической установки и способа его работы может быть реализовано следующим образом.
Гидротехническое сооружение выполнено в виде закрепленного с помощью опоры 8 для крепления устройства на дне и берегу конвейерного устройства, механизм действия которого позволяет в вертикальной и горизонтальной плоскостях при расчетном минимальном перепаде уровня воды последовательно преобразовывать потенциальную и кинетическую энергию течения воды во вращательное движение ротора электрогенератора 2. Кроме того, с помощью направляющих лопаток 9 осуществляют организацию направленного движения воды с получением центробежного ускорения на рабочих лопатках 7. При этом турбина выполнена в виде машины непрерывного действия не менее чем с тремя барабанами и с возможностью вращения в вертикальной и горизонтальной плоскостях и представляет собой замкнутое полотно 5 с тяговым органом, огибающим ведущий 1 и направляющий 6 барабаны, и прикрепленными к нему рабочими лопатками 7 в виде ковша. Кроме того, в горизонтальной плоскости для усиления тягового усилия профилированные внутренние поверхности рабочих лопаток 7 входят в сопряжение с профилированными внутренними поверхностями направляющих лопаток 9, при этом для работы в горизонтальной плоскости машина непрерывного действия выполнена не менее чем с двумя барабанами. Гидротехническое сооружение способно эффективно преобразовывать энергию как естественного, так и искусственного водопада (см. фиг. 4), за счет того эффекта, что перед ним установлены рассекатель потока воды 10, а профилированные внутренние поверхности рабочих лопаток 7 входят в сопряжение с профилированными внутренними поверхностями направляющих лопаток 9. При этом для работы в вертикальной плоскости машина непрерывного действия выполнена по ширине реки, не менее чем с одним барабаном 12, приподнятым над уровнем нижнего бьефа воды, и вытянутыми по ширине барабана ковшами 13 и стабилизирующими щитами 14, а для работы в горизонтальной плоскости машина непрерывного действия выполнена не менее чем с двумя барабанами, и прикрепленными к нему рабочими лопатками 7 в виде ковша 13, профилированные внутренние поверхности которых входят в сопряжение с профилированными внутренними поверхностями направляющих лопаток 9. При этом барабан выполнен в виде полого цилиндра 6 и содержит снаружи рабочие лопатки в виде ковша 13, а внутри совмещенный с ним электрогенератор 2. Установка одного барабана 12 в воздухе позволяет полнее использовать кинетическую энергию падающей воды, что ускоряет вращение роторов, а также предотвращает замедление скорости рабочих лопаток в воде слабонаклонных рек.
Кроме того, в охарактеризованной гидроэнергетической установке предлагается такой способ его работы, при котором на участках вертикального водопада используется установка с одним барабаном 12, на участках с большими скоростями течения воды используется установка с двумя барабанами 1 и 6 и с направляющими аппаратами 9, а на участках с малыми скоростями течения воды используется установка с тремя барабанами 1 и 6 и с сооружением искусственного перепада путем альтернативного применения барьера, обводного канала, суживающегося участка.
Пример конкретного выполнения.
Монтаж гидроэнергетической установки и способ его работы реализуется следующим образом.
Гидротехническое сооружение, выполненное в виде закрепленного на берегу конвейерного устройства, устанавливается, например, на обводном от основного русла реки канале. При этом на обводном канале или суживающемся участке с помощью заслонки 11 создается подпор при любом минимальном перепаде уровня воды, например, начиная от 0,2 до 1,0 м, а механизм действия конвейерного устройства позволяет в вертикальной плоскости за счет падения воды на рабочие лопатки в виде ковша 13 последовательно преобразовывать потенциальную энергию тяжести воды в тяговое усилие (фиг. 1-3). А при большой скорости воды в горизонтальной плоскости можно последовательно преобразовывать кинети
ческую энергию течения воды во вращательное движение ротора электрогенератора 2. При этом за счет рассекателя 10 и направляющих лопаток 9 вода строго под оптимальным (определяемым в зависимости от скорости течения воды) углом атаки направляется на рабочие лопатки 7. При этом профилированные внутренние поверхности последних входят в сопряжение с профилированными внутренними поверхностями направляющих лопаток, что приведет к созданию мощного тягового усилия в рабочих органах турбины, выполненной в виде машины непрерывного действия, представляющей собой замкнутое полотно 5 с тяговым органом, огибающим ведущий 1 и направляющий 6 барабаны, и прикрепленными к нему рабочими лопатками 7 в виде ковша 13. Таким образом, предлагаемые гидроэнергетическая установка и способ ее работы эффективно направляют и преобразовывают энергию потока воды во вращательное движение вала ведущего барабана конвейерного устройства и передачи полученного движения вала через редуктор 3 и муфту 4 на ротор электрогенератора 2, который конструктивно может быть расположен внутри полого барабана 1. В таблице приведена зависимость размеров рабочих лопаток гидроэнергетической установки, выполненной в виде закрепленного на берегу конвейерного устройства, от перепада уровня воды и ее скорости течения. Расчеты (выполненные по формулам, приведенным в прототипе - предварительный патент РК № 19646, 16.06.2008, бюл. № 6) показывают, что с увеличением скорости потока уменьшаются размеры рабочих лопаток и эффективность гидроэнергетической установки и наоборот (см. таблицу).
Это подтверждает целесообразность создания расчетного многократного перепада уровня воды по руслу реки и оптимального подбора количества барабанов конвейерного устройства, которое обходится намного дешевле и проще сооружения капиталоемких плотин для крупных и малых ГЭС. В предлагаемом способе работы гидроэнергетической установки обосновано эффективное и минимальное количество барабанов конвейерного устройства, что упрощает конструкцию и повышает надежность работы гидроэнергетической установки.
Крупномасштабное применение предлагаемой гидроэнергетической установки и способа его работы для полного преобразования гидравлической энергии течения рек в электрическую, количество и неиспользуемый запас которого составляет довольно значительную величину в Казахстане и в мире, позволит увеличить долю "зеленой энергетики" и снизить антропогенное воздействие теплоэнергетических установок на окружающую среду, а также снизить темпы глобального потепления климата.
Зависимость размеров рабочих лопаток гидроэнергетической установки, выполненной в виде закрепленного на берегу конвейерного устройства от перепада уровня воды и его скорости течения и сравнение его с показателями гидроэнергетической установки инженера Б. Кажинского (водяное колесо)
Показатели
Водяное колесо
Показатели предлагаемой гидроэнергетической установки, при различных перепадах воды и скоростях его течения
Перепад уровня воды, Н, м
0,115
0,115
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
Скорость течения воды, v, м/с
1,5
1,5
2,0
2,43
2,8
3,13
3,43
3,71
Площадь смоченного (активного) сечения, F, м
13,5
13,5
6,3
3,47
2,26
1,62
1,23
0,97
Диаметр колеса или барабана, м
6000
533
360
267
213
187
153
133
Количество активных лопаток в воде, шт
Мощность гидроэнергетической установки, кВт
6,0
6,0
Коэффициент полезного действия,
0,244
0,244
Площадь одной активной лопаты,
4,5
0,84
0,79
0,433
0,283
0,203
0,153
0,121
Размеры единичной лопатки, 1хЬ,мм
4,5x1,0
1,65х 0,50
1,46
0,54
1,08х 0,40
0,88х 0,32
0,73х 0,28
0,66х 0,23
0,60х 0,20
Расстояние между осями ведущего и натяжного барабанов,м
4,4
3,0
2,3
1,9
1,6
1,4
1,2
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Гидроэнергетическая установка, состоящая из комплекса гидротехнических сооружений, рабочих органов турбины и электрогенератора, отличающаяся тем, что гидротехническое сооружение выполнено в виде закрепленного на дне и берегу реки конвейерного устройства, а рабочие органы турбины изготовлены в виде машины непрерывного действия, представляющей собой замкнутое полотно с тяговым органом, огибающим ведущий и направляющий барабаны, и прикрепленными к нему рабочими лопатками в виде ковша, при этом машина непрерывного действия выполнена не менее чем с тремя барабанами и с возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что для работы в вертикальной плоскости машина непрерывного действия выполнена не менее чем с одним барабаном, приподнятым над уровнем нижнего бьефа воды, и вытянутыми по ширине барабана ковшами и стабилизирующими щитами.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что для работы в горизонтальной плоскости машина непрерывного действия выполнена не менее чем с двумя барабанами и прикрепленными к ним рабочими лопатками в виде ковша, профилированные внутренние поверхности которых входят в сопряжение с профилированными внутренними поверхностями направляющих лопаток.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что барабан выполнен в виде полого цилиндра и содержит снаружи рабочие лопатки в виде ковша, а внутри совмещенный с ним электрогенератор.
5. Способ преобразования гидравлической энергии в электрическую, включающий использование гидроэнергетической установки, охарактеризованной в п.1, отличающийся тем, что на участках вертикального водопада используется установка с одним барабаном, на участках с большими скоростями течения воды используется установка с двумя барабанами и с направляющими аппаратами, а на участках с малыми скоростями течения воды используется установка с тремя барабанами и с сооружением искусственного перепада путем альтернативного применения барьера, обводного канала, суживающегося участка.
1.
1.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
027358
027358
- 1 -
- 1 -
027358
027358
- 1 -
- 1 -
027358
027358
- 1 -
- 1 -
027358
027358
- 4 -
- 3 -
027358
027358
- 4 -
027358
027358
- 4 -