Гидроагрегат

(51) 03 13/00 (2006.01) 03 13/08 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ внутри корпуса посредством подшипников с сальниками,расположенных в защитных устройствах, а также электрогенератор с ротором и статором. При этом горизонтально цилиндрический кожух герметично соединен с подводящим и отводящим трубопроводами, вдоль него проходит ось вращения гидротурбины. Внешняя поверхность тела гидротурбины выполнена плавнообтекаемой - на входе она представляет расширяющийся конус, переходящий в цилиндр под рабочее колесо с лопастями, а на выходе - в сужающийся конус, усеченный формы. Само рабочее колесо с лопастями жестко закреплено на внешней поверхности тела гидротурбины. Тело гидротурбины через ось вращения связано с защитными устройствами для сальников с подшипниками, при этом в подающем трубопроводе используется устройство подачи текущей среды,выполненное в виде завихрителя потока среды, а в отводящим трубопроводе - устройство снижения кавитации, представленное в виде плавного обтекателя. Кроме того, на конфузорной внешней стороне корпуса крепятся магниты ротора электрогенератора и в том же сечении, но на внешней стороне кожуха размещены обмотки статора.(72) Кошумбаев Марат Булатович Кошумбаев Алишер Маратович Квасов Петр Андреевич Мырзакулов Бакытжан Куралбаевич Ержан Асем Ануаркызы Ержан Асел Анауркызы Босинов Данияр Жумадилович Толеуханова Арай Бейбитовна Чинпулатов Жаркынбай Жумабайулы(73) Кошумбаев Марат Булатович Кошумбаев Алишер Маратович Акционерное общество КазНИИ энергетики имени академика Ш.Ч.Чокина(57) Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано в устройствах для преобразования кинетической энергии движения воды в электрическую энергию, а именно в магистральных каналах, малых реках, а также в напорных и безнапорных трубопроводах. Гидроагрегат,содержит горизонтально цилиндрический кожух с подводящим и отводящим трубопроводами, внутрь которого входит корпус диффузорно-конфузорно конфигурации,гидротурбина - рабочее колесо с лопастями,смонтированная с возможностью свободного перемещения вдоль оси вращения, закрепленной Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано в устройствах для преобразования кинетической энергии движения воды в электрическую энергию, а именно в магистральных каналах, малых реках, а также в напорных и безнапорных трубопроводах. Известная прямоточная гидротурбина,преобразующая энергию потока текучей среды в электроэнергию (Патент 4940387, МПК 03 13/08, 03 13/00 опубл. 10.07.1990 г.) представлена в виде направляющей трубы, внутри которой расположен генератор, оснащенный валом на котором установлено рабочее колесо с лопатками, подводящий и отводящий водоводы,сальники и подшипники. От генератора отходят провода для передачи полученной электроэнергии к устройству для дальнейшей трансформации электроэнергии. Сам генератор защищен кожухом,элементами которого являются направляющие конусы. Однако, изменения давления потока текучей среды на лопатки рабочего колеса турбины в процессе е эксплуатации, возможно при изменении конфигурации направляющего конуса,что достигается только вместе с заменой генератора. При этом необходимо остановить турбину и демонтировать ее,повышая тем самым эксплуатационные расходы. Кроме того, появляется проблема высокой надежности узлов агрегата для длительной эксплуатации, т.к. в противном случае наличие повышенной влажности негативно влияют не только на безопасную работу подшипников, но и генератора, что отрицательно сказывается на надежности работы всего гидроагрегата. Известен другой гидроагрегат, преобразующий энергию потока текучей среды в электроэнергию(Патент ЕА 014944, МПК 03 13/10, 03 13/00,опубл. 29.04.2011 г.). Известный гидроагрегат,включает направляющую трубу,имеющую расширения на концах для присоединения к стандартным трубопроводам для подачи текучей среды. Внутри направляющей трубы установлен генератор, который включает два вала с установленными на них рабочими колесами. Рабочие колеса имеют лопатки, высота которых соответствует размерам проходного сечения направляющей трубы. К рабочим колесам посредством подвижного соединения присоединены направляющие конусы, которые в свою очередь прочно установлены в направляющей трубе посредством соединителей. Генератор соединен с устройством для хранения электроэнергии,посредством полого неподвижного соединительного разъема Генератор также включает два ротора и два статора, при этом валы каждого рабочего колеса обеспечивают вращение этих роторов. Кроме того ориентация лопаток одного рабочего колеса может быть противоположна ориентации лопаток другого рабочего колеса. Недостатком конструкции известного гидроагрегата является снижение пропускной способности трубопровода за счет уменьшения живого сечения, из-за размещения генератора 2 внутри трубы. Размещение рабочих колес в сжатом сечении вызывает высокое сопротивление лопаток рабочих колес, что способствует возникновению кавитационных явлений и вибрационных нагрузок на лопатки. Кроме того, нахождение обмотки статора генератора в текущей среде может вызвать замыкание проводки. Все эти явления негативно воздействуют на безопасную работу всего гидроагрегата. Также известен гидроагрегат преобразующий энергию потока текучей среды в электроэнергию(Предварительный патент 13064, МПК 03 13/00, опубл. 15.05.2003 г.). Данный гидроагрегат содержит прямоточную гидротурбину,генератор с ротором и статором, подводящий и отводящий водоводы, сальники и подшипники. Турбина представлена в виде цилиндрической трубы, которая может быть установлена на напорном участке потока текучей среды, в частности водовода, и соединена с ним посредством подшипников и сальников. Внутри трубы расположены пластины с возможностью плавного обтекания потоком воды. Каждая из пластин продольной кромкой одного ребра прикреплена к внутренней стороне трубы, а продольной кромкой другого ребра соединена с другими пластинами. Ротор генератора установлен на внешней стороне трубы и расположен в статоре генератора. При больших оборотах гидротурбины возникает течь из сальника на входной части турбины, и вода попадает в подшипник. Наличие воды и повышенной влажности негативно влияют не только на безопасную работу подшипника, но и на состояние генератора, понижая тем самым надежность работы всего гидроагрегата. В вышеприведенном гидроагрегате, процесс устранения негативного влияния повышенной влажности на работу подшипника был достигнут за счет использования дополнительного уплотнителя для сальника подшипника, расположенного на входной части прямоточной гидротурбины. Предлагаемый уплотнитель состоит из лабиринтовых ячеек и накопителя воды. Сами лабиринтовые ячейки образованы стенками,закрепленные на внутренней стенке подводящей трубы и внутренней стенки трубы гидротурбины(Инновационный патент К 28725, МПК 03 13/00, опубл. 15.07.2014 г). Однако, по сколько установка уплотнителей на сальниках подшипников приводит к увеличению сопротивления вращательному движению гидротурбины относительно неподвижного водовода, то с течением времени уплотнители изнашиваются и вода, попадая в подшипники,выходит из сальников в виде струи, что отрицательно сказывается на надежности работы всего гидроагрегата. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является подводный турбоагрегата, управляемый энергией приливов(Патент 7944073. МПК 03 13/10, опубл. 17.05.2011 г.). Он содержит горизонтальный цилиндрический кожух, с входящим в него корпусом диффузорно-конфузорно конфигурации с подводящим и отводящим трубопроводом. Внутри самого корпуса расположена гидротурбина рабочее колесо с лопастями, которая смонтирована с возможностью свободного перемещения вокруг оси вращения вала турбины, закрепленного посредством подшипников с сальниками внутри корпуса. Сами подшипники с сальниками с расположены в защищенных устройствах, жестко закрепленных к цилиндрическому кожуху. Кроме того, турбоагрегат содержит электрогенератор с ротором и статором. Однако следует отметить, что ротор со статором находятся внутри цилиндрического кожуха, куда подается поток воды, что будет отрицательно влиять на обмотку статора. В случае его замыкания доступ к статору осуществляется полной остановкой агрегата, выемки генератора из цилиндрического кожуха и отсоединения статора от ротора. Совместное расположение статора и ротора на одном вале оказывает дополнительную нагрузку на подшипники, хотя статор не вращается. Провода от статора изнутри цилиндрического кожуха выводятся наружу, что также представляет риск замыкания проводки. Все эти явления повышают эксплуатационные расходы и снижают надежность работы всего турбоагрегата. Задачей настоящего изобретения является создание гидроагрегата для преобразования кинетической энергии потока текучей среды в электрическую энергию в магистральных каналах,малых реках, а также в напорных и безнапорных трубопроводах. Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение эксплуатационных расходов и повышение надежности работы гидроагрегата путем устранения течи из сальников подшипников и размещения обмотки статора вне текучей среды. Технический результат достигается тем, что гидроагрегат,содержит горизонтально цилиндрический кожух с подводящим и отводящим трубопроводами, внутрь которого входит корпус диффузорно-конфузорно конфигурации,гидротурбина - рабочее колесо с лопастями,смонтированная с возможностью свободного перемещения вдоль оси вращения, закрепленной внутри корпуса посредством подшипников с сальниками,расположенных в защитных устройствах, а также электрогенератор с ротором и статором. При этом горизонтально цилиндрический кожух герметично соединен с подводящим и отводящим трубопроводами, вдоль него проходит ось вращения гидротурбины. Внешняя поверхность тела гидротурбины выполнена плавнообтекаемой - на входе она представляет расширяющийся конус, переходящий в цилиндр под рабочее колесо с лопастями, а на выходе - в сужающийся конус, усеченный формы. Само рабочее колесо с лопастями жестко закреплено на внешней поверхности тела гидротурбины. Тело гидротурбины через ось вращения связано с защитными устройствами для сальников с подшипниками, при этом в подающем трубопроводе используется устройство подачи текущей среды,выполненное в виде завихрителя потока среды, а в отводящим трубопроводе - устройство снижения кавитации, представленное в виде плавного обтекателя. Кроме того, на конфузорной внешней стороне корпуса крепятся магниты ротора электрогенератора и в том же сечении, но на внешней стороне кожуха размещены обмотки статора. Технический результат - повышение надежности работы гидроагрегата путем устранения течи из сальников подшипников достигается тем, что сальники подшипников, ввиду их небольших размеров, были размещены в дополнительно введенных устройствах, улучшающих работу гидроагрегата. Так в подающем трубопроводе было использовано дополнительно введенное устройство подачи текущей среды, выполненное в виде завихрителя потока среды, а в отводящем трубопроводе - устройство снижения кавитации,представленное в виде плавного обтекателя. При такой надежной защите подшипников с сальниками устраняются всевозможные протечки воды, и следовательно,исчезает необходимость использования уплотнителей сальников. Это позволяет уменьшить трение подшипников, и тем самым, повысить надежность работы гидроагрегата. Другой технический результат - расположение обмоток статора вне текучей среды был достигнут путем вынесения статора за пределы кожуха гидроагрегата. В соответствии с конструкцией заявляемого гидроагрегата магниты ротора и обмотки статора, находятся в одном сечении, но на различных уровнях, относительно оси вращения гидротурбины. Такой разноуровневый подход размещения частей электрогенератора, позволил расположить магниты ротора внутри кожуха, где они могут быть подвергнуты воздействию текучей среды, которая не влияет на их работу. Обмотки статора электрогенератора,в которых непосредственно возбуждается электрический ток,предусмотрительно были вынесены за пределы кожуха гидроагрегата, что бы они не входили в контакт с текучей средой, воизбежание риска их замыкания. На фиг.1 приведена блок схема гидроагрегата и разрезы по А-А и В-В. Гидрогенератор включает подводящий трубопровод 1, завихритель потока среды 2,горизонтально - цилиндрический кожух 3, корпус диффузорно-конфузорно конфигурации 4, тело гидротурбины 5, рабочее колесо 6, лопасти 7,подшипник с сальником 8,9, электрогенератор 10,магниты ротора 11, обмотка статора 12, плавный обтекатель 13, отводящий водовод 14, ось вращения гидротурбины 15. Устройство работает следующим образом. Поток текучей среды, двигаясь по подводящему водоводу 1, поступает в завихритель 2. Там поток,закручиваясь и получая ускорение, выбрасывается в пространство между корпусом диффузорноконфузорно конфигурации 4 и телом гидротурбины 5. Плавно обтекая расширяющийся конус основания 3 тела гидротурбины 5, текучая среда попадает на рабочее колесо 6 и воздействует на его лопасти 7. Поток начинает вращать рабочее колесо 6 вокруг оси 15, закрепленное в подшипниках с сальниками 8 и 9. Вращение рабочего колеса 6 приводит в движение магниты ротора 11 электрогенератора 10,которые возбуждают электрический ток в обмотках статора 12. Далее поток, минуя лопасти 7 рабочего колеса 6, движется вдоль участка сужающего конуса, усеченный формы тела гидротурбины и через плавный обтекатель 13 поступает в отводящий водовод 14. Внедрение предлагаемой конструкции целесообразно для проектируемых, строящихся и существующих станциях. Практически на любой речке имеется возможность установить подводящие водоводы, к которым можно подсоединить предлагаемую конструкцию гидроагрегата. Эффективность данной конструкции проявляется особенно для микро- и малых ГЭС в виду несложной конструкции, отсутствия дорогих и опасных гидросооружении напорного типа,надежной работы и экологически безвредного его использования. Предлагаемое техническое решение позволяет повысить безопасность работы генератора и увеличить мощность ГЭС до расчетного на существующем напоре и расходе потока воды. При этом повышается надежность работы турбины ГЭС,ее эксплуатационные характеристики. Технико-экономическая эффективность предложенного решения заключается в обеспечении надежности агрегата для различных по мощности ГЭС, в улучшении работы подшипников и снижении влажности воздуха для обмотки генератора. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Гидроагрегат, содержащий горизонтально цилиндрический кожух с подводящим и отводящим трубопроводами, внутрь которого входит корпус диффузорно-конфузорно конфигурации,гидротурбина - рабочее колесо с лопастями,смонтированная с возможностью свободного перемещения вдоль оси вращения, закрепленной внутри корпуса посредством подшипников с сальниками,расположенных в защитных устройствах, а также электрогенератор с ротором и статором, отличающийся тем, что горизонтально цилиндрический кожух герметично соединен с подводящим и отводящим трубопроводами, вдоль него проходит ось вращения гидротурбины,внешняя поверхность тела гидротурбины выполнена плавно обтекаемой - на входе оно представляет расширяющийся конус, переходящий в цилиндр под рабочее колесо с лопастями, а на выходе - в сужающийся конус, усеченной формы, при этом рабочее колесо с лопастями жестко закреплено на внешней поверхности тела турбины, которое через ось вращения связано с защитными устройствами для подшипников с сальниками, в подающем трубопроводе используется устройство подачи текущей среды, выполненное в виде завихрителя потока среды, а в отводящим трубопроводе устройство снижения кавитации, представленное в виде плавного обтекателя, кроме того, на конфузорной внешней стороне корпуса крепятся магниты ротора электрогенератора и в том же сечении, на внешней стороне кожуха размещены обмотки статора.