Речная гидроэлектростанция

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Сычик Василий Андреевич(72) Авторы Сычик Василий Андреевич Русан Викентий Иванович Сычик Андрей Васильевич(73) Патентообладатель Сычик Василий Андреевич(57) Речная гидроэлектростанция, содержащая обводной канал-водовод с водозаборником,гидроагрегат, включающий гидротурбину с подшипниками-опорами, кинематически связанную с электрогенератором, сливную магистраль, отличающаяся тем, что водозаборник выполнен в форме корытообразной прямоугольной призмы, снабжен шлюзовым отсеком, водоводом, при этом водовод выполнен замкнутым эллипсообразным в форме пологой экспоненты, снабжен соплом и наклонен вверх на длину (0,20,5)под углом 10-30 с неизменным сечением, затем вниз в пределах 520 , где- общая длина водовода. 34712007.04.30 Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована при строительстве речных гидроэлектрических станций. Известна речная гидроэлектростанция 1, которая содержит несущую раму, погруженную под уровнем воды, установленный на ней ряд реактивных гидротурбин, размещенных в отдельных корпусах и соединенных при помощи конических зубчатых передач с выходными валами, с которыми посредством муфт связан электрогенератор. Корпуса гидротурбин снабжены тканевыми оболочками. Недостатками электростанции являются сложность конструкции, использование в работе тканевых оболочек, невысокий коэффициент полезного действия. В 2 описана речная гидроэлектростанция, содержащая электрогенераторы, установленные на основании, турбинное колесо, жестко связанное с валом и закрытое защитным кожухом. Этот тип электростанций обладает также невысокой надежностью в работе и низким КПД. Прототипом предлагаемой полезной модели является речная гидроэлектростанция,описанная в 3. Она состоит из плотины обводного канала-водовода с водозаборником, в котором размещены турбины, установленные на домкратах электрогенераторов, кинематически связанных с турбинами. Обводной канал покрыт бетонными плитами. 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 обводном канале жидкости и сложной системой передачи вращения от гидротурбины к электрогенератору. Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности работы речной гидроэлектростанции, ее КПД, то есть возможность размещения на малых реках, и упрощение конструкции электростанции. Поставленная задача достигается тем, что в речной гидроэлектростанции, содержащей обводной канал-водовод с водозаборником, гидроагрегат, включающий гидротурбину с подшипниками-опорами, кинематически связанную с электрогенератором,сливную магистраль, водозаборник выполнен в форме корытообразной прямоугольной призмы, снабжен шлюзовым отсеком, водоводом, при этом водовод выполнен замкнутым эллипсообразным в форме пологой экспоненты, снабжен соплом и наклонен вверх на длину (0,20,5)под углом 1030 с неизменным сечением, затем вниз в пределах 520 , где- общая длина водовода. Сущность изобретения поясняет чертеж, где на фиг. 1 изображен главный вид речной электростанции, а на фиг. 2 - сечение ее корпуса и водовода. Речная гидроэлектростанция (РГЭС) содержит водозаборник 1 в форме корытообразной прямоугольной призмы, который снабжен шлюзовым отсеком (шлюзом) 2 и обводным каналом-водоводом 3, который заканчивается соплом 4. Снизу возле сопла 4 размещена гидротурбина 5 с подшипниками-опорами, на которую воздействует вытекающий из сопла 4 ускоренный водяной поток 6. Гидротурбина 5 соединена посредством вала 7 с электрогенератором 8. Водозаборник 1 представляет корытообразную прямоугольную призму, выполнен из железобетона. Его габариты зависят от размеров реки, на которой он устанавливается. В его центральной стене, на которую воздействует речной поток, установлен шлюз 2 стандартной конструкции. Шлюз 2 обеспечивает сброс лишней речной воды весной во время половодий и в момент сильных дождей. В нижней части центральной стены размещен водовод 3, нижняя стенка которого размещена на уровне дна водозаборника 1. Водовод 3 в сечении по ширине выполнен замкнутым эллипсообразным в форме пологой экспоненты из железобетона или антикоррозийного легкого сплава, синтетика и снабжен со стороны 2 34712007.04.30 центральной стены водозаборника 1 фильтром - защитной сеткой 9. Толщина дна, боковых стен и центральной стены водозаборника 1 зависит от его размеров и составляет от 0,5 до 1 м. Площадь сечения и длина водовода 3 зависят от глубины речного потока, его ширины, мощности РГЭС. Большая ось эллиптического сечения у центральной стены составляет 10-30 м, а малая ось - 28 м. Эллиптическое сечение водовода 3 по его длине остается неизменным на его наклоненной вверх части, затем сужается по пологой экспоненте. Как показали результаты эксперимента, для обеспечения беспрепятственного протока воды через водовод 3, подъема воды до заданного уровня и обеспечения оптимального повышения гидродинамических свойств падающего на гидротурбину 5 ускоренного водяного потока 6 ось водовода сначала наклонена вверх на длину (0,20,5)под углом 1030 , при этом его эллиптическое сечение остается неизменным, затем наклонена вниз в пределах 520 и эллиптическое сечение водовода 3 сужается по пологой экспоненте, где- общая длина водовода. Общая длина водовода определяется требуемым уровнем подъема воды, длиной зоны гидродинамического ускорения речной воды и находится в пределах 10100 м. Водовод 3 снабжен фильтром 9 в виде металлических или из синтетических материалов сеток, заканчивается соплом 4 прямолинейной формы со скругленными со стороны ребер основанием и торцом по периметру. Сопло 4 является продолжением зоны гидродинамического ускорения речной воды, его длина составляет 26 м, а его ширина определяется размерами движителя (лопастей) гидротурбины 5 и составляет 515 м. Сопло 4 является равномерным по ширине для обеспечения равномерности гидродинамических свойств водяного потока 6 на лопатки гидротурбины 5, а угол наклона сопла 4 определяется оптимальным углом падения водяного потока 6 на лопатки гидротурбины 5 для получения максимального крутящего момента на валу 7 электрогенератора 8. Водовод 3 со стороны водозаборника 1 сопряжен внутренней стороной с центральной стеной водозаборника 1 овальной кривой для получения оптимального коэффициента истеченияна уровне 0,9. Для упрощения конструкции водовода 3 его нисходящая часть может быть выполнена желобообразной, однако его внутренний профиль должен быть эллипсоидным и желоб должен сужаться в сторону сопла 4 по пологой экспоненте. Длина водовода 3 выбирается так, чтобы гидротурбина 5, на которую воздействует вытекающий из сопла 4 высокоэнергетический водяной поток 6, размещалась на берегу в специальном помещении и отработанный в гидротурбине 5 поток воды стекал по сливной магистрали - специальному каналу (на фигуре не показано) в продолжение русла реки. Гидротурбина 5 установлена на подшипниковых опорах на бетонном основании в специальном помещении (на фигуре не показано) и кинематически через вал 7 с редуктором соединена с трехфазным электрогенератором 8. Речная гидроэлектростанция работает следующим образом. При размещении РГЭС на малой реке с достаточно высокими берегами в водозаборнике 1 накапливается уровень речной воды и создается по уровню водовода 3 водяной напор. Объем воды, протекающий через сечениеводовода 3, находится из выражения,(1) а объемный расход воды через водовод 3.(2) В выражениях (1), (2)- скорость истечения воды из водозаборника 1 в водоводвремя истечения жидкости. Протекающая по наклонному вверх с неизменным эллиптическим сечением водоводу 3 вода поднимается с учетом исходного напора воды в водозаборнике 1 и кинетической энергии потока на суммарную высоту 46 м, а затем на наклонном вниз участке водовода 3, сужающегося по пологой экспоненте, она накапливает энергию, равную сумме потенциальной и кинетической энергии, и составит 3 34712007.04.30 12 ,(3) 2 где- плотность воды- ускорение свободного падения- перепад высот понижающейся части водовода и сопла- скорость водяного потока на выходе сопла 4. С учетом уравнения неразрывности струи ввсс,(4) где в,- скорость потока воды на входе водовода 3 и на выходе сопла 4 в,- сечение водовода 3 на границе с водозаборником 1 и сопла 4, скорость истечения водяного потока 6 из сопла 4 достигает десятков метров в секунду. Этот водяной поток, обладая высокой суммарной энергией, воздействует на гидротурбину 5, приводя ее во вращение. Вал 7 гидротурбины приводит во вращение ротор электрогенератора 8 с требуемой скоростью, которая при необходимости корректируется редуктором электрогенератора 8. Происходит непрерывная выработка электрической энергии электрогенератором 8. Избытки накопленной в водозаборнике 1 воды по сверхдопустимому уровню непрерывно отводятся шлюзом 2 в продолжение русла реки. В результате того, что водозаборник выполнен в форме корытообразной прямоугольной призмы, снабжен шлюзовым отсеком, водоводом, причем водовод выполнен замкнутым эллипсообразным в форме пологой экспоненты, снабжен соплом и наклонен вверх на длину (0,20,5)под углом 1030 с неизменным сечением, затем вниз в пределах 520 , решается поставленная техническая задача в сравнении с прототипом и аналогами упрощается конструкция речной гидроэлектростанции, повышается ее КПД, оптимально используется энергия малых рек. Разработан лабораторный макет речной гидроэлектростанции по представленной на фиг. 1 и 2 конструкции, который, как показали результаты лабораторных испытаний, эффективно использует энергию речного потока. Созданная РГЭС, ширина водозаборника которой составила 30 м, высота 5 м, сечение водовода 20 м 2, позволяет генерировать электроэнергию мощностью 400600 кВт, при этом ее КПД больше чем в 1,8 раза превышает КПД речных гидроэлектростанцийаналогов. Промышленное освоение предлагаемой речной гидроэлектростанции возможно на предприятиях гидротехнического строительства и энергетики. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4