CZ2012470A3 - Důlní přečerpávací elektrárna se samostatným turbínovým soustrojím a samostatným čerpacím systémem - Google Patents

Abstract

Vynález se týká důlní přečerpávací elektrárny se samostatným turbínovým soustrojím a samostatným čerpacím systémem, která je tvořena turbínovým soustrojím (2) umístěným v důlní chodbě (3) navazující na důlní jámu (4) ústící v budově (5) jámy či ústící na jiném místě, které je napojeno na přívodní potrubí (6) vedoucí z horní retenční nádrže (7) a dále na odpadní potrubí (11), které ústí do spodní důlní retenční nádrže (10). Přívodní potrubí (6) je na výstupu z horní retenční nádrže (7) osazeno automatickým uzavíracím ventilem (14) a je vedeno po celé délce důlní jámy (4) až do úrovně navazující důlní chodby (3). Přívodní potrubí (6) pokračuje do důlní chodby (3) a je osazeno filtrační jednotkou (23). Následně je pevně propojeno s redukčním mezikusem (22) navazujícím na hydraulicky ovládaný kulový ventil (21) propojený s hydraulicky ovládanou dýzou (19) napojenou na turbínový stroj (16). Turbínový stroj (16) je ve své spodní části prostřednictvím odtokového hrdla napojen na odpadní potrubí (11) ústící do spodní důlní retenční nádrže (10), přírodního charakteru či uměle vytvořené, umístěné ve spodní části důlní jámy (4). Ve spodní důlní retenční nádrži (10) je umístěno výtlačné ponorné čerpadlo (9) napojené na výtlačné potrubí (8), které je vedeno po celé délce důlní jámy (4) do horní retenční nádrže (7), a které je před vstupem do horní retenční nádrže (7) osazeno automatickým uzavíracím ventilem (15).

Description

DŮLNÍ PŘEČERPÁVACÍ ELEKTRÁRNA SE SAMOSTATNÝM TURBÍNOVÝM

SOUSTROJÍM A SAMOSTATNÝM ČERPACÍM SYSTÉMEM

Oblast techniky

Vynález se týká technického řešení zařízení umožňujícího využití důlních děl pro akumulaci a výrobu elektrické energie.

Dosavadní stav techniky

V současné době jsou systémy přečerpávacích vodních elektráren známé, včetně myšlenky využívání možností již existujících výškových rozdílů v krajině včetně využití hydro-energetického potenciálu důlních děl daného jak existujícím výškovým rozdílem, tak přítomností důlních vod. Důlní prostředí však má svá specifika, kterým je třeba systém technicky přizpůsobit a maximalizovat jeho efektivitu ve stávajících podmínkách. Ke specifikům důlního prostředí se řadí zejména stísněné prostory, netypické prostorové parametry a agresivní prostředí.

Využití výrazných výhod umístění systému v důlním díle je tedy podmíněno odstraněním nedostatků stávajícího technického řešení v současnosti využívaných systémů přečerpávacích elektráren, kdy tyto nedostatky vyplývají z umístění ve specifickém prostředí.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje důlní přečerpávací elektrárna se samostatným turbínovým soustrojím a samostatným čerpacím systémem, jejíž podstata je v tom, že:

je tvořena turbínovým soustrojím umístěným v důlní chodbě navazující na důlní jámu ústící v budově jámy, které je napojeno na přívodní potrubí vedoucí z horní retenční nádrže a dále na odpadní potrubí, které ústí do spodní důlní retenční nádrže.

Přívodní potrubí je na výstupu z horní retenční nádrže osazeno automatickým uzavíracím ventilem, je vedeno po celé délce důlní jámy až do úrovně navazující důlní chodby, přičemž na konci vertikální části přívodního potrubí umístěného v důlní jámě je prostřednictvím šroubované příruby napojen čistící a filtrační systém hrubých sedimentů, kdy nad úrovní čistícího a filtračního systému hrubých sedimentů přívodní potrubí dále pokračuje do důlní chodby, přičemž je osazeno filtrační jednotkou ve své spodní části vybavenou čistícím otvorem, je pevně propojeno s redukčním mezikusem navazujícím na hydraulicky ovládaný kulový ventil pevně napojený na tvarový mezikus propojený s hydraulicky ovládanou dýzou napojenou na turbínový stroj.

Turbínový stroj je ve své spodní části prostřednictvím odtokového hrdla napojen na odpadní potrubí ústící do spodní důlní retenční nádrže, přírodního charakteru či uměle vytvořené, umístěné ve spodní části důlní jámy. Ve spodní důlní retenční nádrži je umístěno výtlačné ponorné čerpadlo napojené na výtlačné potrubí, které je vedeno po celé délce důlní jámy do horní retenční nádrže, a které je před vstupem do horní retenční nádrže osazeno automatickým uzavíracím ventilem. Přívodní potrubí, výtlačné potrubí i odpadní potrubí jsou opatřena zátěžovým kotvením se speciálními kotvícími výztužemi uchyceným do stěny a nosné konstrukce důlní jámy, a dále pak do počvy důlní chodby a k důlním výztuhám.

Vrchní část skříně turbínového stroje je odnímatelná a disponuje speciálním systémem otvírání.

V důlní chodbě je dále umístěn hydraulický agregát napojený prostřednictvím hydraulické hadice na hydraulicky ovládanou dýzu, hydraulicky ovládaný kulový ventil a na turbínový stroj.

Turbínový stroj je pomocí hřídelové spojky, například automaticky ovládané, propojen s výstupní hřídelí generátoru elektrické energie, jež je prostřednictvím vodiče napojen na transformační jednotku umístěnou v zadní části důlní chodby, která je prostřednictvím vedení propojena s rozvodnou stanicí, která navazuje na distribuční síť elektrické energie.

Řídicí systém umístěný v důlní chodbě je prostřednictvím vodiče, například optokabelu, propojen s centrálním řídicím stanovištěm, umístěným například v budově jámy dále s automatickým uzavíracím ventilem s horní retenční nádrží, výtlačným ponorným čerpadlem a dalšími subsystémy a komponenty turbínového soustrojí.

Dále je výhodné, jestliže je hydraulicky ovládaná dýza demontovatelná a osazena speciálním filtrem nečistot

Dále je výhodné, jestliže jsou generátor elektrické energie a skříň turbínového stroje na svém povrchu opatřeny speciální ochrannou vrstvou a dalšími ochrannými prvky a jestliže jsou součástí skříně turbínového stroje speciální průzory z tvrzeného skla.

Výhodou navrhovaného řešení je, že ve specifických důlních podmínkách, kdy je turbínový stroj umístěn v horizontálním důlním díle, je samostatně v důlní jámě, jejíž dno je současně spodní retenční nádrží, umístěn čerpací systém se speciálním ponorným čerpadlem a samostatným, v důlní jámě ukotveným výtlačným potrubím.

Lt

Přehled obrázků na výkresech

Na přiložených listech jsou znázorněny obrázky a legenda.

Na obrázku k anotaci je znázorněn celkový systém důlní přečerpávací elektrárny se samostatným turbínovým soustrojím a samostatným čerpacím systémem v axonometrickém promítání.

OBR. 1 - celkový systém důlní přečerpávací elektrárny se samostatným turbínovým soustrojím a samostatným čerpacím systémem v axonometrickém promítání.

OBR. 2 - detail spodního turbínového soustrojí včetně části přívodního a odpadního potrubí v axonometrickém promítání

OBR. 3 - detailní pohled na spodní turbínové soustrojí v axonometrickém promítání

OBR. 4- detail spodního turbínového soustrojí včetně části přívodního a odpadního potrubí v axonometrickém promítání v barevném provedení

OBR. 5 - detail spodního turbínového soustrojí včetně části přívodního a odpadního potrubí - boční a půdorysný pohled £ β * * e ⁴' ' '

Příklad provedení vynálezu

Systém důlní přečerpávací elektrárny IJe tvořen turbínovým soustrojím 2 umístěným v důlní chodbě 3_navazující na důlní jámu 4 ústící v budově jámy 5, které je napojeno na přívodní potrubí 6 vedoucí z horní retenční nádrže 7 a dále na odpadní potrubí 11, které ústí do spodní důlní retenční nádrže 10.

Přívodní potrubí 6 je na výstupu z horní retenční nádrže 7 osazeno automatickým uzavíracím ventilem 14, je vedeno po celé délce důlní jámy 4 až do úrovně navazující důlní chodby_3, přičemž na konci vertikální části přívodního potrubí 6 umístěného v důlní jámě 4 je prostřednictvím šroubované příruby napojen čistící a filtrační systém 24 hrubých sedimentů, kdy nad úrovní čistícího a filtračního systému 24 hrubých sedimentů přívodní potrubí 6_dále pokračuje do důlní chodby_3, přičemž je osazeno filtrační jednotkou 23 ve své spodní části vybavenou čistícím otvorem, je pevně propojeno s redukčním mezikusem 22 navazujícím na hydraulicky ovládaný kulový ventil 21 pevně napojený na tvarový mezikus 20 propojený s hydraulicky ovládanou dýzou 19 napojenou na turbínový stroj 16.

Turbínový stroj 16 je ve své spodní části prostřednictvím odtokového hrdla napojen na odpadní potrubí 11 ústící do spodní důlní retenční nádrže 10, přírodního charakteru či uměle vytvořené, umístěné ve spodní části důlní jámy 4. Ve spodní důlní retenční nádrži 10 je umístěno výtlačné ponorné čerpadlo 9 napojené na výtlačné potrubí 8, které je vedeno po celé délce důlní jámy 4 do horní retenční nádrže L a které je před vstupem do horní retenční nádrže posazeno automatickým uzavíracím ventilem 15.

Přívodní potrubí 6, výtlačné potrubí 8 i odpadní potrubí 11 jsou opatřena zátěžovým kotvením 31 se speciálními kotvícími výztužemi uchyceným do stěny a nosné konstrukce důlní jámy 4, a dále pak do počvy důlní chodby a k důlním výztuhám.

- 6 ~ · · * * » · « » κ « » · · ·· ' *

Vrchní část 28 skříně 29 turbínového stroje 16 je odnímatelná a disponuje speciálním systémem otvírání.

V důlní chodbě 3 je dále umístěn hydraulický agregát 25 napojený prostřednictvím hydraulické hadice na hydraulicky ovládanou dýzu 19, hydraulicky ovládaný kulový ventil 21 a na turbínový stroj 16.

Turbínový stroj 16 je pomocí hřídelové spojky 17, například automaticky ovládané, propojen s výstupní hřídelí 30 generátoru 18 elektrické energie, jež je prostřednictvím vodiče 33 napojen na transformační jednotku 26 umístěnou v zadní části důlní chodby 3, která je prostřednictvím vedení propojena s rozvodnou stanicí 13, která navazuje na distribuční síť elektrické energie.

Řídicí systém 27 umístěný v důlní chodbě 3 je prostřednictvím vodiče 33, například optokabelu, propojen s centrálním řídicím stanovištěm 12, umístěným například v budově 5 jámy dále s automatickým uzavíracím ventilem 14,15, s horní retenční nádrží 7, výtlačným ponorným čerpadlem 9_a dalšími subsystémy a komponenty turbínového soustrojí 2.

Funkce

Systém důlní přečerpávací elektrárny 1 aplikovaný do důlního díla, kdy je turbínové soustrojí 2 umístěno v důlní chodbě 3, umožňuje získat optimální množství potenciální energie proudícího kapalného média jímaného v horní retenční nádrži 7, dále procházejícího přívodním potrubím 6, kde prostupuje čistícím a filtračním systémem 24 hrubých sedimentů, ve kterém se zbaví hrubých usazenin a kalů typických pro specifické důlní prostředí, a dále prochází filtrační jednotkou 23 sloužící k separaci drobných částic, jež by mohly poškodit aktivní části turbínového soustrojí. Jak u filtrační jednotky 23, tak u čistícího a filtračního systému 24 hrubých sedimentů musí být prováděna plánovaná údržba dle stanovených intervalů. Během provozu lze vstupní a výstupní část filtrační jednotky 23 uzavřít a provést jednoduché vyčištění z její spodní části, jež je vybavena čistícím otvorem.

Kapalné médium díky vhodnému převýšení získá ve spodní části přívodního potrubí 6 potřebnou hydrodynamickou energii, kdy prochází přes redukční mezikus 22, hydraulicky ovládaný kulový ventil 21, tvarový mezikus 20 až na ústí do hydraulicky ovládané dýzy 19, kde je tato hydrodynamická energie přeměněna na kinetickou energii paprsků kapalného média, které tuto energii předává oběžnému kolu turbínového stroje 16 turbínového soustrojí 2, propojeného pomocí hřídelové spojky 17 s výstupní hřídelí 30 generátoru 18 elektrické energie a na výstupní hřídeli 30 generátoru 18 elektrické energie tak vznikne potřebný moment. Mechanická energie je transformována na elektrickou, ta je následně odváděna do transformační jednotky 26 a dále do rozvodné stanice 13, která slouží jako uzlový bod navazující na distribuční síť elektrické energie a přivádí tuto energii v určité napěťové hladině.

Kapalné médium pak dále padá volně do odpadního potrubí H, kterým je vedeno do spodní důlní retenční nádrže 10 umístěné ve spodní části důlní jámy 4 a odtud je výtlačným ponorným čerpadlem 9 kapalina tlačena do výtlačného potrubí 8 ústícího v horní retenční nádrži 7.

-1Přívodní potrubí 6 je na výstupu z horní retenční nádrže_7 osazeno automatickým uzavíracím ventilem 14 a výtlačné potrubí_8 automatickým uzavíracím ventilem 15, které po svém uzavření umožňují vypuštění potrubního systému v případě potřeby údržby či z jiných důvodů. Přívodní potrubí 6, výtlačné potrubí 8 i odpadní potrubí 11 jsou opatřena zátěžovým kotvením 31 se speciálními kotvícími výztužemi uchycenými do stěny a nosné konstrukce důlní jámy_4, a dále pak do počvy důlní chodby a k důlním výztuhám, které je nezbytné z důvodu působní sil, zejména v odbočce vertikálního potrubí, rázů a dalších nepříznivých faktorů souvisejících s důlním prostředím.

Vrchní část 28 skříně 29 turbínového stroje 16 turbínového soustrojí 2 je odnímatelná a disponuje speciálním systémem otvírání, což umožňuje snadný přístup pro údržbu a také montáž a demontáž oběžného kola. Dále je skříň 29 opatřena speciálními průzory například z tvrzeného skla, které slouží převážně k vizuální kontrole. Z důvodu kontaktu s agresivní salinitní vodou je výhodné, když jsou skříň 29 turbínového stroje 16 a generátor 18 elektrické energie na svém povrchu opatřeny speciální ochrannou vrstvou 32 a dalšími ochrannými prvky.

Hydraulický agregát 25 umístěný v důlní chodbě 3 v bezprostřední blízkosti turbínového soustrojí 2 slouží k zajištění potřebného tlaku hydraulického média pro hydraulicky ovládanou dýzu 19, hydraulicky ovládaný kulový ventil 21 a příslušenství turbínového stroje 16.

V důlní chodbě 3 je dále umístěn řídicí systém 27, který je prostřednictvím vodiče 33, například optokabelu propojen s centrálním řídicím stanovištěm 12, dále s automatickým uzavíracím ventilem 14,15, s horní retenční nádrží 7, výtlačným ponorným čerpadlem 9 a dalšími subsystémy a komponenty turbínového soustrojí 2. Řídicí systém 27 přímo komunikuje s centrálním řídicím stanovištěm 12 umístěným například v budově 5 jámy, v němž jsou znázorněny funkční údaje probíhajících procesů jednotlivých subsystémů a komponent důlní přečerpávací elektrárny.

Průmyslová využitelnost

Systém je možno využít v oblastech s potřebou akumulace a dodávek elektrické energie, zejména při potřebě vyrovnání výkyvů v dodávce elektrické energie, a to jak při umístění v dole, tak v jiných typech specifického prostředí, které vykazuje obdobné charakteristiky.

Claims (33)

1. Patentové nároky

   1. Důlní přečerpávací elektrárna se samostatným turbínovým soustrojím a samostatným čerpacím systémem, vyznačující se tím, že:

   je tvořena turbínovým soustrojím (2) umístěným v důlní chodbě (3) navazující na důlní jámu (4) ústící v budově (5) jámy či ústící na jiném místě, které je napojeno na přívodní potrubí (6) vedoucí z horní retenční nádrže (7) a dále na odpadní potrubí (11), které ústí do spodní důlní retenční nádrže (10), přičemž přívodní potrubí (6) je na výstupu z horní retenční nádrže (7) osazeno automatickým uzavíracím ventilem (14), je vedeno po celé délce důlní jámy (4) až do úrovně navazující důlní chodby (3), přičemž na konci vertikální části přívodního potrubí (6) umístěného v důlní jámě (4) nebo na jiném ktomu vhodném místě je prostřednictvím šroubované příruby nebo jiným vhodným způsobem napojen čistící a filtrační systém (24) hrubých sedimentů, kdy nad úrovní čistícího a filtračního systému (24) hrubých sedimentů či v jiné vhodné úrovni přívodní potrubí (6) dále pokračuje do důlní chodby (3), přičemž je osazeno filtrační jednotkou (23) ve své spodní části či v jiném místě vybavenou čistícím otvorem či opatřenou jiným vhodným čistícím mechanismem, následně je pevně propojeno s redukčním mezikusem (22) či jiným vhodným komponentem navazujícím na hydraulicky ovládaný kulový ventil (21) pevně napojený na tvarový mezikus (20) propojený s hydraulicky ovládanou dýzou (19) napojenou na turbínový stroj (16) přičemž je turbínový stroj (16) ve své spodní části prostřednictvím odtokového hrdla napojen na odpadní potrubí (11) ústící do spodní důlní retenční nádrže (10), přírodního charakteru či uměle vytvořené, umístěné ve spodní části důlní jámy (4), kdy ve spodní důlní retenční nádrži (10) je umístěno výtlačné ponorné čerpadlo (9) napojené na výtlačné potrubí (8), které je vedeno po celé délce důlní jámy (4) do horní retenční nádrže (7), a které je před vstupem do horní retenční nádrže (7) osazeno automatickým uzavíracím ventilem (15), přičemž přívodní potrubí (6), výtlačné potrubí (8) i odpadní potrubí (11) jsou opatřena zátěžovým kotvením (31) se speciálními

   - Ί1kotvícími výztužemi uchyceným do stěny a nosné konstrukce důlní jámy (4), a dále pak do počvy důlní chodby a k důlním výztuhám, přičemž vrchní část (28) skříně (29) turbínového stroje (16) je odnímatelná či řešena jiným způsobem a disponuje speciálním systémem otvírání či je jinak technicky řešena, přičemž v důlní chodbě (3) je dále umístěn hydraulický agregát (25) napojený prostřednictvím hydraulické hadice na hydraulicky ovládanou dýzu (19) hydraulicky ovládaný kulový ventil (21) a na turbínový stroj (16) přičemž turbínový stroj (16) je pomocí hřídelové spojky (17) či jiných vhodných komponent například automaticky nebo jinak ovládaných, propojen s výstupní hřídelí (30) generátoru (18) elektrické energie, jež je prostřednictvím vodiče (33) napojen na transformační jednotku (26) umístěnou v zadní nebo jiné vhodné části důlní chodby (3), která je prostřednictvím vedení či jiným způsobem propojena s rozvodnou stanicí (13), která navazuje na distribuční nebo jinou síť elektrické energie, přičemž řídicí systém (27) umístěný v důlní chodbě (3) je prostřednictvím vodiče (33), například optokabelu nebo jiného vhodného vodiče propojen s centrálním řídicím stanovištěm (12), umístěným například v budově (5) jámy nebo na jiném vhodném místě, dále s automatickým uzavíracím ventilem (14,15) s horní retenční nádrží (7), výtlačným ponorným čerpadlem (9) a dalšími subsystémy a komponenty turbínového soustrojí (2).

   2. Důlní přečerpávací elektrárna se samostatným turbínovým soustrojím a samostatným čerpacím systémem podle nároku 1.

   vyznačující se tím, že:

   hydraulicky ovládaná dýza (19) je demontovatelná a je osazena speciálním filtrem nečistot.

   3. Důlní přečerpávací elektrárna se samostatným turbínovým soustrojím a samostatným čerpacím systémem podle nároku 1.

   vyznačující se tím, že:

   generátor (18) elektrické energie a skříň (29) turbínového stroje (16) jsou na svém povrchu opatřeny speciální ochrannou vrstvou (32) a dalšími ochrannými prvky, a jestliže jsou součástí skříně (29) turbínového stroje (16) speciální průzory z tvrzeného skla.

   SEZNAM POZIC:

   1) Důlní přečerpávací elektrárna
2. 2) Turbínové soustrojí
3. 3) Důlní chodba
4. 4) Důlní jáma
5. 5) Budova jámy
6. 6) Přívodní potrubí
7. 7) Horní retenční nádrž
8. 8) Výtlačné potrubí
9. 9) Výtlačné ponorné čerpadlo
10. 10) Spodní důlní retenční nádrž
11. 11) Odpadní potrubí
12. 12) Centrální řídicí stanoviště
13. 13) Rozvodná stanice
14. 14) Automatický uzavírací ventil (přívodního potrubí)
15. 15) Automatický uzavírací ventil (výtlačného potrubí)
16. 16) Turbínový stroj
17. 17) Hřídelová spojka
18. 18) Generátor elektrické energie
19. 19) Hydraulicky ovládaná dýza
20. 20) Tvarový mezikus
21. 21) Hydraulicky ovládaný kulový ventil
22. 22) Redukční mezikus
23. 23) Filtrační jednotka
24. 24) Čistící a filtrační systém hrubých sedimentů
25. 25) Hydraulický agregát
26. 26) T ransformační jednotka
27. 27) Řídicí systém
28. 28) Vrchní část skříně
29. 29) Skříň
30. 30) Výstupní hřídel generátoru
31. 31) Zátěžové kotvení
32. 32) Ochranná vrstva
33. 33) Vodič