RU2368797C2

RU2368797C2 - Hydropower plant

Info

Publication number: RU2368797C2
Application number: RU2007129583/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Евгеньевич Варламов (RU); Сергей Евгеньевич Варламов; Юлия Маратовна Дурнева (RU); Юлия Маратовна Дурнева; Николай Борисович Болотин (RU); Николай Борисович Болотин
Original assignee: Сергей Евгеньевич Варламов; Юлия Маратовна Дурнева; Николай Борисович Болотин
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2009-09-27
Also published as: RU2007129583A

Abstract

FIELD: power engineering. ^ SUBSTANCE: invention is related to designs of plants for transformation of air flow water course energy into electric energy. Hydropower plant comprises generator 1 and hydrodynamic drive 2, arranged in the form of two coaxially installed screws 5 and 6, which are arranged, in their turn, with the possibility of rotation in opposite directions and connected with generator 1 via facility of two shafts rotary motion transformation into rotary motion of single shaft. Transformation facility is arranged in the form of differential planetary multiplier. Generator 1 and transformation facility are installed in body 17, having joint 18, located in vertical plane, passing through center of masses, fixed on stand 19 and providing for possibility of rotation in horizontal and vertical planes, and cavity of generator 1 is sealed and filled with lubricating liquid and communicated to pressure compensator 21, which consists of cylinder 22 and spring-loaded piston 23. ^ EFFECT: invention is aimed at increase of plant efficient factor with reduction of its dimensions and simultaneous increase of power. ^ 7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям установок для преобразования энергии набегающего потока воды в электрическую энергию.The invention relates to the construction of installations for converting the energy of the incoming flow of water into electrical energy.

Известна гидроэнергетическая установка, содержащая два винта, вращающиеся в разные стороны, соединенные валами соответственно с ротором и статором генератора (см. RU 93029865 А, 27.08.1995).Known hydropower installation containing two screws rotating in opposite directions, connected by shafts respectively to the rotor and stator of the generator (see RU 93029865 A, 08.27.1995).

В данной установке статор генератора вращается, что является большим недостатком, т.к. статор необходимо разместить в неподвижном корпусе, предназначенном для крепления к опоре и вывода электрических проводов.In this installation, the generator stator rotates, which is a big disadvantage, because the stator must be placed in a fixed housing designed for mounting to a support and the output of electrical wires.

Известна гидроэнергетическая установка, содержащая генератор и гидродинамический привод, выполненный в виде двух соосно расположенных винтов, выполненных, в свою очередь, с возможностью вращения в противоположные стороны и соединенных с генератором через средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала (см. SE 9600118 А, 17.07.1997, F03B 3/04).A hydroelectric installation is known, comprising a generator and a hydrodynamic drive, made in the form of two coaxially arranged screws, made, in turn, rotatable in opposite directions and connected to the generator through means for converting the rotational motion of two shafts into the rotational motion of one shaft (see SE 9600118 A, 07.17.1997, F03B 3/04).

Недостатками установки являются ограниченная мощность, небольшой КПД преобразования энергии, большие габариты винтов и значительный уровень шума, создаваемого винтами при вращении.The disadvantages of the installation are limited power, low energy conversion efficiency, large dimensions of the screws and a significant level of noise created by the screws during rotation.

Задачей изобретения является увеличение КПД установки при уменьшении ее габаритов и одновременном увеличении мощности.The objective of the invention is to increase the efficiency of the installation while reducing its dimensions and at the same time increasing the power.

Задача достигается в гидроэнергетической установке, содержащей генератор и гидродинамический привод, выполненный в виде двух соосно расположенных винтов, выполненных, в свою очередь, с возможностью вращения в противоположные стороны и соединенных с генератором через средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала, согласно изобретению средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала выполнено в виде дифференциального планетарного мультипликатора, генератор и средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала размещены в корпусе, имеющем шарнир, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, закрепленный на стойке и обеспечивающий возможность поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а полость генератора загерметизирована и заполнена смазочной жидкостью и сообщается с компенсатором давления, состоящим из цилиндра и подпружиненного поршня. Шарнир выполнен с ограничителем вертикального поворота, предохраняющим воздушные винты от повреждения о стойку. К корпусу генератора со стороны, противоположной винтам, прикреплены стабилизаторы горизонтального и вертикального положения. На стабилизаторе закреплен балансировочный груз. Винты выполнены с изменяемым шагом. Установка оборудована тормозом внутреннего и внешнего валов. Концентрично винтам установлен обтекатель.The task is achieved in a hydropower installation containing a generator and a hydrodynamic drive, made in the form of two coaxially arranged screws, made, in turn, rotatable in opposite directions and connected to the generator through means for converting the rotational motion of two shafts into rotational motion of one shaft, according to The invention means for converting the rotational motion of two shafts into the rotational motion of one shaft is made in the form of a differential planetary multi the lighter, the generator and the means of converting the rotational motion of the two shafts into the rotational motion of one shaft are placed in a housing having a hinge located in a vertical plane passing through the center of mass, mounted on a rack and allowing rotation in horizontal and vertical planes, and the generator cavity is sealed and filled with lubricant and communicates with a pressure compensator consisting of a cylinder and a spring-loaded piston. The hinge is made with a vertical rotation limiter that protects the propellers from damage to the rack. On the opposite side of the screws, stabilizers of horizontal and vertical position are attached to the generator housing. A balancing weight is fixed on the stabilizer. Screws are made with variable pitch. The unit is equipped with a brake of internal and external shafts. Concentric screws mounted fairing.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2, где:The invention is illustrated in figures 1 and 2, where:

на фиг.1 - приведена гидроэнергетическая установка,figure 1 - shows the hydropower installation,

на фиг.2 - приведена кинематическая схема гидроэнергетической установки.figure 2 - shows the kinematic diagram of a hydropower installation.

Установка (фиг.1) содержит генератор 1 и присоединенный к нему гидродинамический привод 2, состоящий из установленных соответственно на внутреннем и внешнем валах 3 и 4 переднего и заднего винтов 5 и 6 и подключенных к средству преобразования вращательного движения 7 двух валов во вращательное движение одного вала, а именно вала 8 генератора 1. Винты 5 и 6 при работе вращаются в разные стороны.The installation (Fig. 1) contains a generator 1 and a hydrodynamic drive 2 connected to it, consisting of front and rear screws 5 and 6 mounted respectively on the internal and external shafts 3 and 4 and connected to the means of converting the rotational movement 7 of the two shafts into the rotational movement of one shaft, namely the shaft 8 of the generator 1. The screws 5 and 6 during operation rotate in different directions.

Наиболее предпочтительное исполнение этого средства преобразования вращательного движения двух валов 3 и 4 во вращательное движение одного вала 8 (фиг.1) в виде эпициклического зубчатого механизма 9, например, дифференциального планетарного мультипликатора, который, в свою очередь, содержит (фиг.1) центральное колесо 10, солнечное колесо 11, сателлиты 12, установленные на водиле 13. Центральное колесо 10 установлено на валу 8 генератора 1, на котором закреплены постоянные магниты 14. Обмотка возбуждения 15 и опоры 16 установлены внутри корпуса 17.The most preferred embodiment of this means of converting the rotational motion of two shafts 3 and 4 into the rotational motion of one shaft 8 (Fig. 1) in the form of an epicyclic gear mechanism 9, for example, a differential planetary gear, which, in turn, contains (Fig. 1) a central the wheel 10, the sun wheel 11, the satellites 12 mounted on the carrier 13. The central wheel 10 is mounted on the shaft 8 of the generator 1, on which the permanent magnets are fixed 14. The field winding 15 and supports 16 are installed inside the housing 17.

Применение такой схемы позволит уменьшить диаметральные габариты винтов 5 и 6, увеличить их КПД, уменьшить диаметр установки почти в 1,5 раза и уменьшить уровень шума, создаваемого винтами 5 и 6.The use of such a scheme will reduce the diametrical dimensions of screws 5 and 6, increase their efficiency, reduce the installation diameter by almost 1.5 times and reduce the noise level created by screws 5 and 6.

К корпусу 17 каждого генератора 1 (фиг.2) в районе центра тяжести ЦТ прикреплен шарнир 18, другой конец которого закреплен на стойке 19. Шарнир 18 допускает вращение генератора 1 в горизонтальной плоскости и поворот на угол α - в вертикальной плоскости. Шарнир 18 имеет ограничитель вертикального поворота 20. Применение ограничителя вертикального поворота 20 предотвращает повреждение винтов 5 и 6 о стойку 19.A hinge 18 is attached to the housing 17 of each generator 1 (Fig. 2) in the vicinity of the center of gravity of the central point 18, the other end of which is fixed to the stand 19. The hinge 18 allows the rotation of the generator 1 in the horizontal plane and rotation through the angle α in the vertical plane. The hinge 18 has a vertical rotation limiter 20. The use of a vertical rotation limiter 20 prevents damage to the screws 5 and 6 on the rack 19.

Полость генератора «А» заполнена смазочной жидкостью и сообщается каналом «Б» с компенсатором давления 21, состоящим из цилиндра 22 и подпружиненного поршня 23. Компенсатор давления 21 предназначен для компенсации давления воды на большой глубине и компенсации расхода смазывающей жидкости через уплотнения. Компенсатор давления 21 поддерживает в полости «А» давление выше, чем давление окружающей среды. Отверстие «В» сообщает внутреннюю полость «Г» компенсатора давления 21 с окружающей средой.The cavity of the generator "A" is filled with lubricating fluid and communicates with the channel "B" with a pressure compensator 21, consisting of a cylinder 22 and a spring-loaded piston 23. The pressure compensator 21 is designed to compensate for the water pressure at great depths and to compensate for the flow of lubricating fluid through the seals. The pressure compensator 21 maintains a pressure in the cavity "A" higher than the ambient pressure. The hole "B" communicates the internal cavity "G" of the pressure compensator 21 with the environment.

К корпусу 17 прикреплены стабилизаторы горизонтального и вертикального положения, соответственно 24 и 25. Стабилизаторы горизонтального и вертикального положения 24 и 25 позволяют генератору 1 ориентироваться строго против направления потока воды, что повышает его КПД. На стабилизаторе 24 или 25 закреплен балансировочный груз 26 для совмещения центра тяжести ЦТ с вертикальной плоскостью, проходящей через шарнир 18. Установка оборудована тормозом 27 для торможения внутреннего и внешнего валов 3 и 4. Винты 5 и 6 (фиг.2) содержат каждый не менее 2-х лопастей 28 и выполнены с изменяемым шагом. Концентрично винтам 5 и 6 может быть установлен обтекатель 29.Horizontal and vertical stabilizers 24 and 25 are attached to the housing 17. Horizontal and vertical stabilizers 24 and 25 allow the generator 1 to orient itself strictly against the direction of the water flow, which increases its efficiency. A balancing weight 26 is fixed on the stabilizer 24 or 25 to align the center of gravity of the central heating unit with a vertical plane passing through the hinge 18. The installation is equipped with a brake 27 for braking the internal and external shafts 3 and 4. Screws 5 and 6 (figure 2) each contain at least 2 blades 28 and are made with variable pitch. Concentricly to screws 5 and 6, a cowl 29 can be installed.

Установка закреплена на кронштейне 30, который, в свою очередь, может быть закреплен на опоре 31, смонтированной, например, на дне океана.The installation is mounted on a bracket 30, which, in turn, can be mounted on a support 31 mounted, for example, on the ocean floor.

При эксплуатации установки ее устанавливают в районе постоянного течения воды. Поток воды приводит в действие гидродинамический привод 2 (фиг.1), т.е. винты 5 и 6 через средство преобразования вращательного движения 7 двух валов во вращательное движение одного вала (вала 8 генератора 1), приводит в действие генератор 1.During operation of the installation, it is installed in the area of constant flow of water. The flow of water drives the hydrodynamic actuator 2 (Fig. 1), i.e. screws 5 and 6 through the means of converting the rotational movement 7 of the two shafts into the rotational motion of one shaft (shaft 8 of the generator 1), drives the generator 1.

Вырабатываемая электрическая энергия поступает по электрическим проводам к потребителям энергии (на фиг.1 и 2 не показано).The generated electrical energy is supplied via electric wires to energy consumers (not shown in Figs. 1 and 2).

При изменении направления течения воды стабилизаторы 24 и 25 автоматически корректируют установку оси генератора 1 в нужном направлении, что дополнительно увеличивает КПД установки и ее мощность. Обтекатель 29 предотвращает радиальный переток воды под действием центробежных сил и увеличивает КПД установки.When changing the direction of the flow of water, the stabilizers 24 and 25 automatically correct the installation of the axis of the generator 1 in the desired direction, which further increases the efficiency of the installation and its power. Fairing 29 prevents radial flow of water under the action of centrifugal forces and increases the efficiency of the installation.

Тормоз 27 используют для останова вращения валов при профилактических работах.The brake 27 is used to stop the rotation of the shafts during maintenance work.

Применение изобретения позволит:The application of the invention will allow:

1. Обеспечить высокий КПД установки за счет применения двух винтов, регулирования шага винтов и применения обтекателя.1. Ensure high installation efficiency through the use of two screws, adjusting the pitch of the screws and the use of a fairing.

2. Получить большую мощность за счет применения винтов максимально возможного диаметра для того, чтобы через него проходил максимальный расход воды, применения максимальной угловой скорости вращения винтов из условия прочности, применения мультипликатора для того, чтобы гидроэнергетическая установка, имея минимальные габариты, имела максимальную мощность.2. Get more power through the use of screws of the maximum possible diameter so that the maximum water flow passes through it, the use of the maximum angular rotational speed of the screws from the strength conditions, the use of the multiplier so that the hydropower installation, having the smallest dimensions, has the maximum power.

3. Обеспечить снижение уровня шума, создаваемого винтами за счет применения обтекателя.3. Ensure that the noise level generated by the screws is reduced through the use of a fairing.

Claims

1. Гидроэнергетическая установка, содержащая генератор и гидродинамический привод, выполненный в виде двух соосно расположенных винтов, выполненных, в свою очередь, с возможностью вращения в противоположные стороны и соединенных с генератором через средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала, отличающаяся тем, что средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала выполнено в виде дифференциального планетарного мультипликатора, генератор и средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала размещены в корпусе, имеющем шарнир, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, закрепленный на стойке и обеспечивающий возможность поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а полость генератора загерметизирована и заполнена смазочной жидкостью и сообщается с компенсатором давления, состоящим из цилиндра и подпружиненного поршня.1. Hydroelectric installation containing a generator and a hydrodynamic drive, made in the form of two coaxially arranged screws, made, in turn, rotatable in opposite directions and connected to the generator through means for converting the rotational motion of two shafts into rotational motion of one shaft, characterized in that the means of converting the rotational motion of two shafts into the rotational motion of one shaft is made in the form of a differential planetary multiplier, and means for converting the rotational motion of two shafts into the rotational motion of one shaft are housed in a housing having a hinge located in a vertical plane passing through the center of mass, mounted on a rack and allowing rotation in horizontal and vertical planes, and the generator cavity is sealed and filled with lubricating fluid and communicates with a pressure compensator consisting of a cylinder and a spring-loaded piston.

2. Гидроэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что шарнир выполнен с ограничителем вертикального поворота, предохраняющим воздушные винты от повреждения о стойку.2. Hydroelectric installation according to claim 1, characterized in that the hinge is made with a vertical rotation limiter that protects the propellers from damage to the rack.

3. Гидроэнергетическая установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что к корпусу генератора со стороны, противоположной винтам, прикреплены стабилизаторы горизонтального и вертикального положения.3. Hydropower installation according to claim 1 or 2, characterized in that the horizontal and vertical stabilizers are attached to the generator housing from the side opposite to the screws.

4. Гидроэнергетическая установка по п.3, отличающаяся тем, что на стабилизаторе закреплен балансировочный груз.4. Hydropower installation according to claim 3, characterized in that a balancing load is fixed on the stabilizer.

5. Гидроэнергетическая установка по п.3, отличающаяся тем, что винты выполнены с изменяемым шагом.5. Hydropower installation according to claim 3, characterized in that the screws are made with variable pitch.

6. Гидроэнергетическая установка по п.3, отличающаяся тем, что она оборудована тормозом внутреннего и внешнего валов.6. Hydropower installation according to claim 3, characterized in that it is equipped with a brake of the internal and external shafts.

7. Гидроэнергетическая установка по п.3, отличающаяся тем, что концентрично винтам установлен обтекатель. 7. Hydropower installation according to claim 3, characterized in that the cowl is mounted concentrically to the screws.