Гидроэлектростанция

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Сычик Василий Андреевич Дручик Светлана Сергеевна(72) Авторы Сычик Василий Андреевич Дручик Светлана Сергеевна(73) Патентообладатели Сычик Василий Андреевич Дручик Светлана Сергеевна(57) Гидроэлектростанция, содержащая водовод, гидротурбину с подшипниками - опорами,кинематически связанную с электрогенератором, сливную магистраль, отличающаяся тем, что водовод, заканчивающийся соплом, выполнен -образной формы с изменяющимся по пологой экспоненте эллипсообразным сечением и снабжен вакуумным насосом. Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована при строительстве речных и озерных гидроэлектрических станций. 81662012.04.30 Известна гидроэлектростанция 1, которая содержит несущую раму, погруженную под уровнем воды, установленный на ней ряд гидротурбин, размещенных в отдельных корпусах и соединенных с помощью конических зубчатых передач с выходными валами, с которыми посредством муфт связан электрогенератор. Недостатками гидроэлектростанции являются сложность конструкции, невысокий КПД. В 2 описана гидроэлектростанция, содержащая электрогенераторы, турбинные колеса, жестко связанные с валом и закрытые защитным кожухом. Этот тип гидроэлектростанции обладает также низким КПД и невысокой надежностью в работе. Прототипом предлагаемой полезной модели является гидроэлектростанция, описанная в 3. Она состоит из водовода с водозаборником, в котором размещены турбины, установленные на домкратах генераторы, кинематически связанные с турбинами. Недостатками устройства - прототипа являются 1) сложность конструкции, обусловленная размещением электрогенераторов на домкратах с многоступенчатой системой передачи вращения от вала турбины к электрогенератору 2) невысокий КПД, обусловленный неэффективным использованием гидродинамических свойств текущей в водоводе жидкости и сложной системой передачи вращения от вала турбины к электрогенератору. Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности работы гидроэлектростанции и ее КПД. Поставленная задача достигается тем, что гидроэлектростанция, содержащая водовод,гидротурбину с подшипниками-опорами, кинематически связанную с электрогенератором, и сливную магистраль, отличается тем, что водовод, заканчивающийся соплом, выполнен -образной формы с изменяющимся по пологой экспоненте эллипсообразным сечением и снабжен вакуумным насосом. Сущность полезной модели поясняет чертеж, где на фигуре изображен главный вид гидроэлектростанции. Гидроэлектростанция (ГЭС) конструктивно содержит водовод 1 -образной формы с наклоном вверх, который заканчивается соплом 2, гидротурбину 3, установленную на опорах с подшипниками 4, электрогенератор 5, который своим валом 6 посредством редуктора 7 соединен с гидротурбиной 3. На вершине -образного водовода 1 размещен вакуумный насос 8 с заслонкой 9 для создания вакуума в -образном водоводе 1. Блок управления 10 осуществляет контроль режима работы гидроэлектростанции и управляет работой редуктора 7, вакуумного насоса 8 и электрогенератора 5. Для защиты циркулирующего потока воды по -образному водоводу 1 от различных загрязнений в его нижней части размещен защитный фильтр 11.-образный водовод 1 одновременно выполняет функции корпуса, он своим основанием эллипсообразной формы установлен в водоеме (реке, озере) на глубину (0,70,9) ,где- толщина водяного столба, то есть глубина водоема, на опорах цилиндрической или прямоугольной формы. Он выполнен из прочного, стойкого к агрессивным средам материала, например из стали. Эллипсообразное сечение -образного корпуса 1 от основания сужается по пологой экспоненте для ускорения протекающего в -образном корпусе 1 водяного потока. Размер его сечения в основании зависит от требуемого объема забора воды, то есть номинальной генерируемой электрической мощности, и находится в пределах 1050 м 2. Высота -образного водовода 1 (корпуса) над уровнем воды зависит от требуемого перепада давлений, скорости течения воды из сопла и составляет от 5 до 10 метров, а угол наклона нисходящей части -образного водовода 1 с соплом 2 выбирается так,чтобы гидротурбина 3, на которую воздействует вытекающий из сопла 2 высокоэнергетический водяной поток, размещалась на прибрежном бетонном основании. Сопло 2 является продолжением зоны гидродинамического ускорения воды, его длина составляет 13 метра, а его ширина определяется размерами лопастей гидротурбины 3 и составляет 16 метров. Сопло 2 выполнено из легкого, прочного материала, равномерно по ширине, для обеспечения равномерности гидродинамических свойств водяного потока, воздействую 2 81662012.04.30 щего на лопатки гидротурбины 3 для получения максимального крутящегося момента на валу 6 электрогенератора 5. Края -образного водовода 1 со стороны основания и сопла 2 очерчены овальной кривой для получения оптимального коэффициента истеченияна уровне 0,9. Фильтр 11 выполнен в виде многослойной защитной сетки из металлического или синтетического материала. Вакуумный насос 8 стандартного типа размещен на вершине -образного водовода 1 с производительностью работы, обеспечивающей требуемый вакуум в нем, то есть перепад давления.1-2, где 1 - давление в основании -образного водовода 1, а 2 - низкое давление (вакуум) в его вершине, создаваемое вакуумным насосом 8. Перепад давленияобеспечивает интенсивный высокоэнергетический водяной поток в -образном водоводе 1. Гидротурбина 3 выбрана по мощности на получение номинальной генерируемой электрогенератором 5 электрической мощности. Гидроэлектростанция работает следующим образом. При размещении ГЭС в водоеме достаточной глубины (река, озеро) в -образном водоводе 1 накапливается уровень воды. При включении вакуумного насоса 8 и открытии заслонки 3 с повышением вакуума в -образном водоводе 1 создается перепад давлений, появляется водяной напор и поток воды через водовод 1. Объем воды, протекающий через сечение-образного водовода 1, находится из выражения, (1), а объемный расход воды через водовод 1, (2), где- скорость истечения воды в -образном водоводе 1,- время истечения жидкости. Протекающая по -образному водоводу 1 с уменьшающимся по экспоненте эллиптическим сечением вода ускоряется, поднимается вверх, затем на наклонном вниз участке водовода 1, сужающегося по пологой экспоненте, она накапливает энергию, равную сумме потенциальной и кинетической энергии, и составляет 1/22, (3),где- плотность воды,- ускорение свободного падения,- перепад высот понижающейся части -образного водовода 1 и сопла 2,- скорость водяного потока на выходе сопла 2. С учетом уравнения неразрывности струи вв, (4),где в - скорость потока воды на входе водовода 1 и на выходе сопла 2 в - сечение водовода 1 и сопла 2 на линии водозабора и сопла, скорость истечения водяного потока из сопла 2 достигает десятков метров в секунду. Этот водяной поток, обладая высокой суммарной энергией, воздействует на лопасти гидротурбины 3, приводя ее во вращение. Вал 12 гидротурбины 3 приводит во вращение через редуктор 7 с заданным коэффициентом передачи ротор электрогенератора 5 с требуемой скоростью, которая при необходимости корректируется редуктором 7. Происходит непрерывная выработка электрической энергии электрогенератором 5. Сливаемая вода по сливной магистрали возвращается в водоем. Разработан лабораторный макет гидроэлектростанции по представленной на фигуре конструкции, который, как показали результаты лабораторных испытаний, эффективно использует энергию водяного потока. Созданная гидроэлектростанция, размер сечения -образного водовода 1 которой составляет 20 м 2, его высота над уровнем воды 6 метров, уровень вакуума в зоне действия вакуумного насоса 210-2 Па, эллипсообразное сечение сопла 6 м 2, позволяет генерировать электроэнергию мощностью 0,81,5 МВТ, при этом существенно упрощена конструкция ГЭС, а ее КПД более чем в 1,5 раза превышает КПД гидроэлектростанций - аналогов. Промышленное освоение предлагаемой гидроэлектростанции возможно на предприятиях гидротехнического строительства и энергетики. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3