Бесплотинная речная электростанция

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Асанов Геннадий Васильевич Сычик Василий Андреевич(72) Авторы Асанов Геннадий Васильевич Сычик Василий Андреевич(73) Патентообладатели Асанов Геннадий Васильевич Сычик Василий Андреевич(57) Бесплотинная речная электростанция, содержащая основание, на котором установлены электрогенератор, вертикальное турбинное колесо, связанное валом с электрогенератором, отличающаяся тем, что основание выполнено подвижным, наклонено к горизонтали берега под углом 20-40 и связано с размещенным в водоеме поплавком, а на ободе турбинного колеса, соединенного со ступицей колеса спицами, жестко установлены лопасти в количестве от 20 до 60, внешняя и внутренняя их поверхности очерчены эллиптическим профилем, причем длина лопастей составляет (1,2-1,5), где- глубина погружения лопастей в воду. 58192009.12.30 Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована при строительстве речных гидроэлектростанций. Известна речная электростанция 1, которая состоит из плотины, обводного канала с водозаборником, в которой размещены гидротурбины, установленные на домкратах электрогенераторы, кинематически связанные с турбинами. Недостатками такой электростанции являются невысокий КПД и сложная конструкция, обусловленная размещением электрогенераторов на домкратах с многоступенчатой системой передачи вращения от вала турбины к электрогенератору. Прототипом предлагаемого изобретения является электростанция, описанная в 2. Она содержит электрогенераторы, установленные на основании, турбинное колесо, жестко связанное с валом и закрытое защитным кожухом. Недостатками устройства-прототипа являются 1. Невысокая величина генерируемой электрической мощности, поскольку турбинное колесо установлено на основаниях-опорах без возможности смещения в вертикальной плоскости. 2. Невысокий КПД, обусловленный неэффективным использованием гидродинамических свойств текущего речного потока. Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности работы бесплотинной речной электростанции, ее КПД и электрической мощности. Поставленная задача достигается тем, что в бесплотинной речной электростанции, содержащей основание, на котором установлены электрогенератор, вертикальное турбинное колесо, связанное валом с электрогенератором, основание выполнено подвижным, наклонено к горизонтали берега под углом 20 - 40 и связано с размещенным в водоеме поплавком, а на ободе турбинного колеса, соединенного со ступицей колеса спицами,жестко установлены лопасти в количестве от 20 до 60, внешняя и внутренняя их поверхности очерчены эллиптическим профилем, при этом длина лопастей составляет (1,2-1,5),где- глубина погружения лопастей в воду. Сущность полезной модели поясняет чертеж, где на фиг. 1 изображена конструкция бесплотинной речной электростанции, а на фиг. 2 - конструкция турбинного колеса. Конструктивно бесплотинная речная электростанция (БРЭ) состоит из подвижного основания 1 с опорами, на роликовых опорных подшипниках которых размещен вал 2 с жестко установленным на нем турбинным колесом 3. Вал посредством цепной передачи 4 соединен с электрогенератором 5. Для направления потока речной воды на турбинное колесо 3 установлены отбойники воды 6, один из которых размещен на анкерной опоре 7. Подвижное основание 1 соединено тросом 9 с поплавком 10. Подвижное основание 1 выполнено в виде тележки из стальных швеллеров, соединенных сваркой, размещено на колесах 11 и установлено на путепроводе 8, изготовленном из стальных швеллеров. Длина подвижного основания 1 составляет 10-30 м, а путепровода 20-40 м. На опорах подвижного основания 1 установлен на опорных подшипниках вал 2,который представляет стальную толстостенную трубку диаметром 200-300 мм и длиной 48 м. Путепровод 8 устанавливается на высоком берегу реки, предварительно бетонируется после земляного среза берега перпендикулярно течению реки под углом 20-40 или формируется насыпным. Он размещается в местах сужения реки, когда скорость течения воды не менее 1 м/с, а поток воды не менее 1 м 3/с. Поток воды, поступающий на турбинное колесо 3, регулируется отбойниками 6 поплавкового типа, подвижно размещенными на основаниях, например на анкерной опоре 7. При изменении уровня воды в реке отбойники 6 остаются погруженными в воду на неизменную глубину 0,5-1,5 м и на турбинное колесо 3 поступает неизменный поток воды, обеспечивая устойчивое вращение турбинного колеса 3. Отбойники 6 представляют сваренные стальные листы толщиной 2 мм с полостями посредине, их ширина составляет 0,7-2,5 м, а длина 8-10 м. Угол их сужения для повышения 2 58192009.12.30 скорости течения речной воды, то есть повышения напора воды на турбинное колесо 3,составляет 15-50. Подвижное основание 1 соединено посредством ролика тросом 9 диаметром 10-30 мм с поплавком 10. Поплавок 10 представляет стальной пустотелый замкнутый цилиндр длиной 5-10 м и диаметром 2-5 м, толщиной стенки 10-30 мм с закрываемым сверху отверстием для регулирования веса поплавка 10 путем частичного заполнения его водой. Поплавок 10 удерживает турбинное колесо 3 на заданной глубине 0,5-1,5 м при любых изменениях уровня реки. Турбинное колесо 3, структура которого отражена на фиг. 2, состоит из ступицы 11,соединенной посредством спиц 12 с ободом 13, на котором неподвижно и последовательно с заданным шагом закреплены лопасти 14. Ступица 11 изготовлена из легкого твердого сплава, например дюралюминия, спицы 12 в форме трубок овального типа из легкоплавкого сплава, например дюралюминия, соединены неподвижно с помощью сварки с металлическим ободом 13. Он выполнен из стали толщиной 10-30 мм и его диаметр зависит от требуемого крутящего момента на рабочем валу 2 РГЭ, то есть заданной генерируемой электрической мощности, и составляет 2-8 м. На ободе 13 турбинного колеса 3 неразъемно методом сварки размещены металлические лопасти 14, например, из дюралюминия,внешняя и внутренняя поверхности которых очерчены эллиптическим профилем, причем внешняя их поверхность является выпуклой, а внутренняя - вогнутой. Такой профиль поверхности лопастей 14 обеспечивает минимальное сопротивление потоку воды и максимальное действующее на лопасть 14 усилие. Длина лопастей 14 определяется глубинойих погружения в воду, то есть требуемым крутящим моментом на валу 2, и составляет(1,2-1,5), то есть их длина находится в пределах от 0,6 м до 2 м. Ширина лопастей 14 также определяется требуемой генерируемой электрической мощностью и составляет 0,53 м. Электрогенератор 5 выбирается в зависимости от реализуемого турбинным колесом 3 на валу 2 номинального крутящего момента и обладает мощностью от 1 до 100 мегаватт. Вращающийся вал 2 передает за счет разности диаметров зубчатых трехрядных шкивов посредством трехрядной наборной цепной передачи 4 вращение на вал якоря электрогенератора 5. Вал 2 и электрогенератор 5 защищены кожухом. Бесплотинная речная электростанция работает следующим разом. Прибрежный речной водяной поток, захватываемый отбойниками воды 6, движется с учетом уравнения неразрывности струи,/,(1) где ,- скорость потока воды на входе и выходе отбойника воды,- сечение потока воды на входе и выходе отбойника воды, ускоренно на выходе отбойника воды и воздействует на лопасти 14 турбинного колеса 3, которое начинает вращаться с угловой скоростью , пропорциональной скорости соударяемого на лопатки 14 водяного потока и площади погруженного в воду участка лопастей 14. Создаваемая на электрогенераторе 5 электрическая мощность определяется из зависимости, ,- плотность воды и скорость водяного потока Н(н) - напор воды,2(м 3/с) - расход воды,, где- сечение водяного потока на выходе отбойников воды. Вал 2 БРЭ приводит во вращение с помощью трехрядной наборной цепи 4 ротор электрогенератора 5 с требуемой скоростью. Происходит непрерывная выработка электриче 3 58192009.12.30 ской энергии электрогенератором 5, которая по электрической цепи передается в нагрузку. Разработан лабораторный макет бесплотинной речной электростанции по представленной на фиг. 1 и фиг. 2 конструкции, который, как показали результаты лабораторных испытаний, эффективно использует гидравлическую энергию малых рек. Созданная бесплотинная речная электростанция, для которой расход воды на выходе отбойников воды составил 10 м 3/с, скорость потока воды 5 м/с, диаметр обода гидравлического колеса 3 м, внутренняя рабочая поверхность лопасти 1 м 2, число лопастей 24,позволяет генерировать электроэнергию мощностью 25 мегаватт, при этом ее генерируемая мощность и КПД более чем в 1,5 раза превышают мощность и КПД речных электростанций-аналогов. Промышленное освоение предлагаемой бесплотинной речной электростанции возможно на предприятиях гидротехнического строительства и энергетики. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4