Речная электростанция

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Кузнецов Владимир Васильевич Сычик Василий Андреевич(72) Авторы Кузнецов Владимир Васильевич Сычик Василий Андреевич(73) Патентообладатели Кузнецов Владимир Васильевич Сычик Василий Андреевич(57) 1. Речная электростанция, содержащая обводной канал с водозаборником, водоводами и выходным каналом, турбинный отсек с гидротурбиной, электрогенератор, отличающаяся тем, что для преобразования поступательного течения водяного потока во вращательное обводной канал построен в хордоидальном направлении изгиба русла реки, а водоводы выполнены в виде системы коаксиальных наружного, на входе которого размещен водозаборник, и внутреннего, содержащего турбинный отсек с гидротурбиной, водоводов, связанных между собой посредством косонаправленных лопаток-завихрителей водяного потока, при этом на внутренней стенке внутреннего водовода смонтированы спиралевидные косонаправленные лопатки-завихрители водяного потока. 2. Электростанция по п. 1, отличающаяся тем, что лопатки-завихрители водяного потока имеют экспоненциальную форму и наклонены к оси системы коаксиальных водоводов под углом 30-70. 5442 1 Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано при строительстве речных гидроэлектростанций. Известна речная электростанция 1, которая содержит плотину с постоянно открытым створом, турбинное колесо, установленное в створе, с муфтами и генератором, установленными на верхней торцевой стенке плотины. В теле плотины имеются окна, на основаниях платины устанавливаются турбинные колеса с муфтами и генераторами. Недостатками такой электростанции являются сложность конструкции и невысокий коэффициент полезного действия. В 2 описана речная колесная электростанция, включающая генераторы, установленные на основании, турбинное колесо, жестко связанное с валом и закрытое защитным кожухом. Этот тип электростанций также обладает невысокой надежностью в работе и низким КПД. Прототипом предлагаемого изобретения является речная электростанция, описанная в 3. Она состоит из плотины, обводного канала, в котором размещены турбины, установленных на домкратах электрогенераторов, соединительных муфт. Обводной канал покрыт бетонными плитами. Недостатками устройства-прототипа является 1. Сложность конструкции, обусловленная размещением электрогенераторов на домкратах со сложной системой передачи вращения от вала турбины к генератору. 2. Невысоким КПД, обусловленным неэффективным использованием гидродинамических свойств текущей в обводном канале жидкости и сложной системой передачи вращения от гидротурбины к генератору. Задача предполагаемого изобретения заключается в повышении эффективности работы электростанции, ее КПД, оптимальном использовании гидродинамических свойств жидкости и упрощении конструкции электростанции. Решение задачи достигается тем, что речная электростанция, содержащая обводной канал с водозаборником, водоводом и выходным каналом, турбинный отсек с гидротурбиной, для преобразования поступательного движения водяного потока во вращательное обводной канал построен в хордоидальном направлении изгиба русла реки, а водоводы выполнены в виде системы коаксиальных наружного, на входе которого размещен водозаборник, и внутреннего,содержащего турбинный отсек с гидротурбиной, выводов, связанных между собой посредством косонаправленных лопаток-завихрителей водяного потока, при этом на внутренней стенке внутреннего водовода смонтированы спиралевидные косонаправленные лопаткизавихрители водяного потока. Лопатки-завихрители водяного потока имеют экспоненциальную форму и наклонены к оси системы коаксиальных выводов под углом 30-70. Сущность изобретения поясняет чертеж, где на фиг. 1 изображен главный вид речной электростанции, на фиг. 2 - разрез электростанции в зоне турбинного отсека и на фиг. 3 сечение электростанции. Речная электростанция (РЭС) содержит обводной канал, включающий наружный водовод 1 и внутренний водовод 2. На входе наружного водовода 1 размещен водозаборник 3 с фильтром. Внутренний водовод 2 является двухкамерным в передней камере размещены завихрители водяного потока 4 в форме спиралевидных лопаток, а вторая камера внутреннего водовода 2 представляет турбинный отсек. Наружный водовод 1 связан с внутренним водоводом 2 обводного канала посредством завихрителей водяного потока 5 в форме косонаправленных лопаток. В наружном водоводе 1 последовательно размещены камера всасывания 6, камера завихрителей водяного потока 7 и выходная камера 8. Наружный водовод 1 и внутренний водовод 2 выполнены в форме цилиндров. В турбинном отсеке внутреннего водовода 2 РЭС размещена лопастная гидротурбина 9 на ведущем валу 10. Форма лопастей турбины 9 представлена на фиг. 3, а число рядов лопастей в турбине 9 определяется расчетной мощностью РЭС и может составлять от 2 до 30. Лопасти гидротурбины 9 повернуты на угол 1045 к ее оси и имеют со стороны воздействия водяного потока сферическое углубление в форме повернутой вниз экспоненты. 2 5442 1 Такая форма лопастей в 1,2-1,5 раз увеличение крутящего момента на ведущем валу 10 лопастной гидротурбины 9, то есть выходную мощность РЭС. Через редуктор 11 ведущий вал 10 гидротурбины 9 связан с ведомым валом 12, на котором установлен маховик 13, посредством опорных стоек 14. Ведомый вал 12 через редуктор 15 связан с турбоэлектрогенератором 16. Разрез силовой части РЭС, где представлены гидротурбина 9, ведущий вал 10, ведомый вал 12, редуктор 11, маховик 13 и электрогенератор 16 изображен на фиг. 2. Секционные направляющие водозаборника 3 обеспечивают повышение пропускной способности обводного канала, а фильтр очищает поступающий в турбинный отсек водяной поток от любых засорений. Обводной канал строится на изгибе русла реки, спрямляя ее русло, в результате повышается напор и скорость водяного потока как в наружном водоводе 1, так и во внутреннем водоводе 2. Русло реки имеет углубление с наклоном направления течения в сторону обводного канала, конструкция которого выпрямляет и соединяет изгиб русла, причем его выход соединен с продолжением русла реки. Наружный водовод 1 и внутренний водовод 2 выполнены из водостойкого материала, например бетона, имеют цилиндрическую или овальную форму. Диаметр наружного водовода 1 выше диаметра внутреннего водовода 2, соотношение диаметров водоводов определяется установлением оптимальной пропускной способности обводного канала и составляет 1,32,0. Диаметр внутреннего водовода определяется требуемой мощностью РЭС и составляет величину 530 м. Для улучшения гидродинамических свойств водяного потока во внутреннем водоводе 1 и обеспечения нормальной работы гидротурбины 9 в передней камере водовода 1 размещены завихрители водяного потока 4, выполненные в виде спиралевидных лопаток. Угол их наклона к оси внутреннего водовода составляет 3070, а их длина полностью очерчивает диаметр внутреннего водовода 2. Оптимальная форма спиралевидных лопаток экспоненциальная, с наклоном экспоненты к оси внутреннего водовода 1. Число спиралевидных лопаток-завихрителей водяного потока 4 в передней камере внутреннего водовода 2 зависит от его диаметра и скорости входного водяного потока и составляет от 3 до 12. Завихрители водяного потока 4 преобразуют поступательное движение водяного потока на входе передней камеры внутреннего водовода 1 во вращательное движение водяного потока на ее выходе. Наружный водовод 1 связан жестко с внутренним водоводом 2 в зоне камеры завихрителей водяного потока 7 посредством косонаправленных лопаток. Завихрители водяного потока в наружном водоводе 1 - косонаправленные лопатки также выполнены в форме экспоненты, наклонены к оси внешнего водовода 1 на угол 3070. Их длина полностью очерчивает диаметр внешнего водовода 1. Количество косонаправленных лопаток - завихрителей водяного потока 5 также составляет 3-12 штук. Завихрители водяного потока 5 преобразуют поступательное движение водяного потока в камере всасывания 6 во вращательное движение в выходной камере 8. Наружный водовод 1 с набором завихрителей водяного потока 5, которые обеспечивают вращательное движение водяного потока,значительно длиннее в размере внутреннего водовода 2. В выходной камере 8 происходит соединение двух инерционных водяных потоков в один. В результате создается разность давлений на входе и выходе турбинного отсека внутреннего водовода 2. Фактор создания разности давлений во внутреннем водоводе 2 обусловлен разностью диаметра внутреннего и наружного водоводов 2 и 1, скоростью движения водяных потоков в выходной камере с наружного водовода 1, преобразованием поступательного движения водяных потоков во вращательное и захватом водяным потоком выходного водовода 1 в его выходной камере 8 с поступательно-вращательным движением водяного потока с выхода турбинного отсека. Он обеспечивает быстрый вынос воды с турбинного отсека внутреннего водовода 1, то есть высокий перепад давлений на входе и выходе турбинного отсека и существенное повышение КПД РЭС. 3 5442 1 При поступлении через защищенный фильтром водозаборник 3 водяного потока в камеру всасывания 6 последний поступает в камеру завихрителей водяного потока 7 наружного водовода 1, а также в камеру завихрителей водяного потока 4 внутреннего водовода. Водяной поток внутреннего водовода 2 преобразуется в камере завихрителей водяного потока 4 во вращательное движение и воздействует на гидротурбину с лопатками специальной конструкции. Гидротурбина 9 приходит во вращение и приводит во вращение посредством системы ведущий вал 10 гидротурбины 9 - ведомый вал 12 - редуктор 15 электрогенератор 16, который и вырабатывает электрическую энергию. Водяной поток с выхода гидротурбины 9 захватывается водяным потоком с вращательно-поступательным движением выходной камеры 8 и интенсивно выносится в русло реки. Изготовлен лабораторный макет электростанции по представленной на фиг. 1 конструкции, который, как показали результаты лабораторных испытаний, эффективно использует энергию малых рек. Созданная в номинальных размерах по указанной на фиг. 1 конструкции речная электростанция, установленная на реках шириной 10100 м и глубиной 23 м, позволяет генерировать электроэнергию мощностью 0,65 мВт и более, при этом ее КПД более чем в 2 раза превышает КПД электростанций-аналогов. Лабораторный макет РЭС прошел испытания и показал высокие механикоэнергетические свойства. Промышленное освоение предлагаемой речной электростанции возможно на предприятиях гидротехнического строительства и электроэнергетики. Источники информации 1.1824479 1, 1993. 2.4104536 , 1978. 3.1798531 1, 1993. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4