Гидромодуль Петли

(51) 03 7/00 (2011.01) 03 17/06 (2011.01) 02 1/00 (2011.01) 02 19/16 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ непосредственном погружении гидрогенератора в водный поток русла реки без строительства гидроплотин в том числе на малых реках. Техническим решением является совмещение электрогенератора и гидропривода в единную герметичную конструкцию, где источником тока является электрогенератор фиг. 1 А, фиг. 1 Б отличающийся минимальным тормозным моментом М ротора, а гидроприводом являются гидропарусы установленные на герметичном корпусе индукционного ротора, а сами гидрогенераторы установлены на ромбовидном корпусе пантоннопогружного катамарана. Техническим результатом является малозатратная выработка электроэнергии в водном потоке русла реки, предусмотрен понтонный и свайный варианты эксплуатации, что позволяет устанавливать в русле реки неограниченное количество заявляемых гидрогенераторов.(57) Изобретение относится к гидроэнергетике для выработки электроэнергии гидроприводом при Изобретение относится к гидроэнергетике для выработки электроэнергии гидроприводом при непосредственном погружении гидрогенераторов в водный поток русла реки без строительства гидроплотин, в том числе на малых реках. В настоящее время основой гидроэнергетики являются гидроэлектростанции. Гидроэлектростанция (ГЭС) - электростанция,преобразующая механическую энергию потока воды в электрическую энергию посредством гидравлических турбин, приводящих во вращение электрические генераторы. Мощность крупнейших ГЭС - до нескольких ГВт(например, Красноярской ГЭС - 6 ГВт) (Советский энциклопедический словарь. Издание четвертое,исправленное и дополненное. Москва, Советская энциклопедия, 1990, с. 305). Принципиальное устройство ГЭС показано на фиг. А. Гидроагрегат аппарат,состоящий из гидравлической турбины 1 и электрического генератора (гидрогенератора) 2 - фиг. Б (Советский энциклопедический словарь. Издание четвертое,исправленное и дополненное. Москва, Советская энциклопедия, 1990, с. 30). Гидравлическая турбина (водяная турбина,гидротурбина) лопастной гидравлический двигатель, преобразующий механическую энергию потока воды в энергию вращающегося вала. Используется главным образом в ГЭС для привода электрических генераторов. Диаметр рабочего колеса достигает 10 метров, мощность 600 и более МВт, расчетный напор до 1700 м (Советский энциклопедический словарь. Издание четвертое,исправленное и дополненное. Москва, Советская энциклопедия, 1990, с. 309). Гидрогенератор - синхронный электрогенератор,вращаемый гидравлической турбиной. Ротор генератора укреплен на одном(обычно вертикальном) валу с рабочим колесом турбины. Мощность генератора до 700 и более МВт(Советский энциклопедический словарь. Издание четвертое, исправленное и дополненное. Москва,Советская энциклопедия, 1990, с. 303). Из опытов Фарадея (Кудрявцев П.С. Фарадей. Москва, Просвещение, 1969, с. 34, 40), следует, что главным условием выработки электроэнергии является перпендикулярное пересечение проводником магнитных силовых линий и наоборот. В известных электрогенераторах магнитное поле статора, неподвижное относительно вращающегося ротора, взаимодействуя с магнитным полем стального сердечника ротора,создает электромагнитный тормозной момент М. который направлен в сторону, противоположную вращению ротора, чем больше токякоря (ток нагрузки), тем больший тормозной момент М приходится преодолевать первичному двигателю генератора(Китаев В.Е., Петров В.К., Шляпинток Л.С. Электротехника. - М Профтехиздат, 1961, с. 264). Поскольку стальной сердечник якоря (ротора),вращаясь в магнитном поле, пересекает магнитный поток, то в нем индуктируются токи, называемые вихревым токами. Эти токи вызывают нагрев якоря(ротора), и на их образование зря расходуется определенная часть энергии (Бечева М.К., Златенов И.Д., Новиков П.Н., Шапкин Е.В. Электротехника и электроника. Москва, Высшая школа, 1991, с. 45). Существенными недостатками современной гидроэнергетики является строительство гидроплотин, обязательное наличие изолированных от гидропотока и гидротурбин помещения для гидрогенераторов, низкий КПД гидротурбин,значительный тормозной момент М стального ротора электрогенератора, в результате чего безвозвратно теряется не менее половины энергии гидропривода. Поэтому проблема избавления гидроэнергетики от указанных недостатков является достаточно актуальной. Задачей изобретения является выработка электроэнергии в проточных водах, в том числе малых рек, без строительства гидроплотин. Техническим результатом является малозатратная выработка электроэнергии в водном потоке русла реки. Технический результат достигается тем, что в гидромодуле, содержащем плавучее основание, на котором размещены гидрогенераторы и их приводы,согласно заявленному изобретению плавучее основание выполнено в виде катамарана,состоящего из двух понтонов, соединенных посередине базовой балкой, а по концам распорными балками, на каждом понтоне установлены гидронасосы для закачки и выкачки воды из понтонов, и по два гидрогенератора,каждый из которых включает гидродинамический привод,и электрогенератор,при этом электрогенератор содержит статор,жестко закрепленный на неподвижном валу,и установленный с возможностью вращения вокруг неподвижного вала индукционный ротор, на герметичной корпусе которого установлен гидродинамический привод, выполненный в виде гидропарусов, а статор электрогенератора выполнен в виде секторно-дисковых магнитоблоков,зафиксированных по длине на неподвижном валу, а между их полюсами расположены индукционные блоки в виде диэлектрических кассет-обойм, в ячейки которых вставлены индукционные обмотки,смонтированные на клиновидных сегментах траверс, закрепленных на периферии опорных дисков, установленных на неподвижном валу и в целом представляющих собой индукционный ротор,опорные диски которого опорные диски которого изготовлены из диэлектрика, а траверсы с клиновидными сегментами изготовлены из парамагнетика, в частности, из алюминиевого сплава, при этом индукционные обмотки соединены между собой последовательно или параллельно, или комбинировано, а магнитоблоки скомпонованы из постоянных магнитов или из электромагнитов с внешним возбуждением, или самовозбуждением. Внедрение в гидроэнергетике электрогенераторов, отличающихся минимальным тормозным моментом М, позволяет вырабатывать электроэнергию в проточных водах, в том числе 2 малых рек, без сооружения гидроплотин. Базовой конструкцией установки данных гидрогенераторов является заявляемый гидромодуль (понтонный катамаран), позволяющий их погружную и подводную эксплуатацию. В мобильно-сезонном варианте гидромодуль доставляется на место эксплуатации наземной или водной транспортировкой и устанавливается на якорь в плавуче-погружном или подводном положении. В стационарном варианте эксплуатации гидромодуль притапливается на дно русла реки, закачкой воды в понтоны, а при необходимости подъема вода из понтонов выкачивается комплектными гидронасосами. Кроме выработки электроэнергии заявляемый гидромодуль позволяет перекачку воды на сушу установленными на нем гидронасосами. Изобретение поясняется чертежами с фигурами 1 А, 1 Б, 1 С, 2 А, 2 Б, 3 А, 3 Б, 4, 5, 6, 7 А-Б. На фиг. 1 А, 1 Б показана компоновочная схема гидрогенератора (разрез вдоль базового вала 9, вид сбоку) 1 - секторно-дисковый магнитоблок 2 - индукционные обмотки 3 диэлектрические кассеты-обоймы индукционных обмоток 4 - опорные диски ротора 5 - траверсы ротора 7 - электрощетки 8 - токосъемные кольца 9 - базовый вал 10 - подшипники ротора 11 - клиновидные сегменты траверс ротора 13 - секторные магниты 18 - герметичный корпус ротора 19 - кронштейны крепления гидропарусов 20 - гидрозатвор 21 - диск гидрозатвора 23 - опорно-проходной изолятор 24- гидросальники 32 - электрокабель генератора (выводится на берег). На фиг. 1 С показан гидрогенератор в комплекте с гидропарусами 22 (разрез вдоль базового вала 9,вид сбоку) 9 - базовый вал 10 - подшипники ротора 18 - герметичный корпус ротора 19 - кронштейны крепления гидропарусов 20 - гидрозатвор 22 -гидропарусы 24 - гидросальники 32 - электрокабель генератора (выводится на берег). На фиг. 2 А, 2 Б показан статор гидрогенератора(разрез вдоль базового вала 9, вид сбоку) 1 - секторно-дисковые магнитоблоки 8 - токосъемные кольца 9 - базовый вал 10 - подшипники ротора 12 - стальной секторный диск 13 - секторные магниты 14 - фиксаторы магнитов 15 - междусекторные стойки 21 - диск гидрозатвора 23 - опорно-проходной изолятор 32 - электрокабель генератора (выводится на берег). На фиг. 3 А, 3 Б показан секторно-дисковый магнитоблок (поз.- вид с плоскости секторного диска, поз 2 - разрез вдоль оси секторного диска) 12 - стальной секторный диск 13 - секторные магниты 14 - фиксаторы магнитов 15 - междусекторные стойки. На фиг. 4 показан ротор гидрогенератора 2 - индукционные обмотки ротора 3 - диэлектрическая кассета-обойма 4 - опорные диски ротора 5 - траверсы ротора 11 - клиновидные сегменты траверсы 18 - герметичный корпус генератора 19 - кронштейны крепления гидропарусов 20 - гидрозатвор 22 - гидропарусы. На фиг. 5 показана компоновочная схема индукционных обмоток ротора гидрогенератора 2 - индукционные обмотки ротора 3 - диэлектрическая кассета-обойма 11 - клиновидные сегменты траверсы 17 - перегородки ячеек диэлектрической кассеты-обоймы 18 - герметичный корпус ротора 19 - кронштейны крепления гидропарусов. На фиг. 6 показана диэлектрическая кассетаобойма 2 - индукционные обмотки 3 - диэлектрическая кассета-обойма 5 - траверсы ротора 11 - клиновидные сегменты траверсы 16 - секторные стенки ячеек 17 - перегородки ячеек. На фиг. 7 А, Б показан понтонно-погружной катамаран-гидромодуль 9 - базовый вал гидрогенератора 18 - герметичный корпус гидрогенератора 22 - гидропарус ротора гидрогенератора 25 - ромбовидный корпус понтонно-погружного катамарана 26 - опорно-базовый брус 27 - распорный брус 28 - судовая переборка 29 - крепление опорно-базового бруса 30 - электро-гидроклапан закачки-выкачки(содержит гидрошланг и электрокабель управления,выходящий на берег) 31 - гидронасос 32 - ремонтный люк 33 - болты крепления гидролюка 34 - электро- аэроклапан подачи-выхода воздуха герметичными,корпус гидрогенератора,гидропарусы наиболее технологично изготавливать из армированного пластика, а секторные магниты электрогенератора - из ферросплава Неодимферрум-Бор . Вариант эксплуатации Гидромодуль доставляется на место установки водной буксировкой или другими транспортными средствами с учетом габаритов, зависящих от заданной мощности генераторов (генератор - от 5 киловатт до 50 Мегаватт и более). а) Установка якоря (сваи) б) Закрепляется трос якоря на крюке корпуса катамарана. в) Спущенный на воду катамаран под собственным весом погружается до уровня гидронасосов, при этом водный поток вращает гидропарусы,и генераторы вырабатывают электрический ток. г) При необходимости дальнейшего погружения,управляя клапанами 30 и 34, производится погружение гидромодуля на заданную глубину. Для проведения ремонтно-профилактических работ производится всплытие гидромодуля управлением клапанов 34 и 30. Принцип работы При вращении ротора гидропарусами (22) индукционные обмотки(2) пересекают перпендикулярно магнитные силовые линии между полюсами магнитоблоков (1). В результате в индукционных обмотках (2) возбуждается ЭДС, поступающая на электрощетки(токопроводящие подшипники). Множество независимых индукционных обмоток ротора позволяет включать их между собой параллельно, последовательно или комбинировано. Достигаемым техническим результатом является малозатратная выработка электроэнергии гидроприводом при непосредственном погружении гидрогенератора в водный поток русла реки. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Гидромодуль, содержащий плавучее основание,на котором размещены гидрогенераторы и их приводы, отличающийся тем, что плавучее основание выполнено в виде катамарана,состоящего из двух понтонов, соединенных посередине базовой балкой, а по концам распорными балками, на каждом понтоне установлены гидронасосы для закачки и выкачки воды из понтонов, и по два гидрогенератора,каждый из которых включает гидродинамический привод,и электрогенератор,при этом электрогенератор содержит статор,жестко закрепленный на неподвижном валу,и установленный с возможностью вращения вокруг неподвижного вала индукционный ротор, на герметичном корпусе которого установлен гидродинамический привод, выполненный в виде гидропарусов, а статор электрогенератора выполнен в виде секторно-дисковых магнитоблоков,зафиксированных по длине на неподвижном валу, а между их полюсами расположены индукционные блоки в виде диэлектрических кассет-обойм, в ячейки которых вставлены индукционные обмотки,смонтированные на клиновидных сегментах траверс, закрепленных на периферии опорных дисков, установленных на неподвижном валу и в целом представляющих собой индукционный ротор,опорные диски которого изготовлены из диэлектрика, а траверсы с клиновидными сегментами изготовлены из парамагнетика, в частности, из алюминиевого сплава, при этом индукционные обмотки соединены между собой последовательно или параллельно,или комбинировано, а магнитоблоки скомпонованы из постоянных магнитов или из электромагнитов с внешним возбуждением или самовозбуждением.