Многосекционная поплавковая речная электростанция

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МНОГОСЕКЦИОННАЯ ПОПЛАВКОВАЯ РЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ(71) Заявитель Сычик Василий Андреевич(72) Авторы Сычик Василий Андреевич Сычик Андрей Васильевич Сычик Людмила Николаевна(73) Патентообладатель Сычик Василий Андреевич(57) Многосекционная поплавковая речная электростанция, содержащая основание, электрогенератор, вертикальные турбинные колеса с лопастями, связанные валом с электрогенератором, отбойники воды, отличающаяся тем, что основание, на котором размещены валы с турбинными колесами, выполнено поплавковым и многосекционным, при этом каждая секция электростанции содержит вал с турбинными колесами, не менее двух на валу,а число секций электростанции составляет не менее трех, число лопастей на турбинных колесах составляет от 20 до 60, внешняя и внутренняя их поверхность очерчена образными профилями, а длина лопастей составляет (1,2 - 2,0), где- глубина погружения лопастей в воду.(56) 1. А.с. СССР 1798531, МПК 503 13/00. 2. Патент США 4104536, МПК 403 13/00. Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована при строительстве речных бесплотинных поплавковых электростанций. Известна речная электростанция 1, состоящая из обводного канала с водозаборником, в которой размещены гидротурбины, установленные на домкратах электрогенераторы, кинематически связанные с турбинами. Недостатками такой речной электростанции являются невысокий КПД и сложная конструкция, обусловленная размещением электрогенераторов на домкратах с многоступенчатой системой передачи вращения от вала турбины к электрогенератору. Прототипом предлагаемой полезной модели является речная электростанция, описанная в 2. Она содержит электрогенераторы, установленные на основании, турбинное колесо, жестко связанное с установленным на подшипниках валом и закрытое защитным кожухом, отбойники воды. Недостатками речной электростанции-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 многосекционной поплавковой речной электростанции, ее КПД и электрической мощности. Поставленная задача достигается тем, что в многосекционной поплавковой речной электростанции, содержащей основание, электрогенераторы, вертикальные турбинные колеса с лопастями, связанные валом с электрогенератором, отбойники воды, основание, на котором размещены валы с турбинными колесами, выполнено поплавковым, многосекционным, при этом каждая секция электростанции содержит вал с турбинными колесами, не менее двух на валу, а число секций электростанции составляет не менее трех, число лопастей на турбинных колесах составляет от 20 до 60, внешняя и внутренняя их поверхность очерчена -образными профилями, а длина лопастей составляет (1,22,0), где- глубина погружения лопастей в воду. Сущность полезной модели поясняет чертеж, где на фиг. 1 изображена конструкция многосекционной поплавковой речной электростанции, на фиг. 2 - конструкция поплавкового основания, а на фиг. 3 - конструкция турбинного колеса. Конструктивно многосекционная поплавковая речная электростанция (МПРЭ) состоит из поплавкового основания, которое включает неподвижные железобетонные опоры 1,подвижные стойки 2, неподвижно соединенные с поплавками 3. На роликовых подшипниках, установленных на подвижных стойках 2, размещены валы 4 с жестко установленными на них турбинными колесами 5. Валы 4 через редукторы 6 соединены с электрогенераторами 7. Для направления потока речной воды на турбинные колеса 5 установлены отбойники воды 8. Турбинное колесо 5, структура которого отображена на фиг. 3, состоит из ступицы 9,соединенной посредством спиц 10 с ободом 11, на котором неподвижно и последовательно с заданным шагом закреплены лопасти 12. Отбойники воды 8 задают ширину и глубину водяного потока, его начальную скорость. Они расширены со стороны входа, изготовлены из железобетонных плит и установлены в грунт дна реки, которое в промежутке между отбойниками воды имеет заданное углубление. Железобетонные опоры 1 установ 2 60612010.02.28 лены в грунт дна реки на расстоянии между собой по ширине с учетом длины валов 4 с размещенными турбинными колесами 5 и по длине - с учетом обеспечения максимальной скорости водяного потока реки, воздействующего на лопасти 12 турбинных колес 5. Наземная высота железобетонных опор 1 зависит от диаметров размещенных на валах 4 турбинных колес 5, минимального уровня воды в реке и составляет от 2 до 10 метров. На железобетонные опоры 1 свободно насаживаются подвижные стойки 2 вместе с поплавками 3, причем подвижные стойки 2, которые выполнены из стали или легких сплавов,жестко соединены с поплавками 3. На попарно расположенных по ширине подвижных стойках 2 на роликоподшипниках размещены валы 4 с турбинными колесами 5. Подвижные цилиндрические стойки 2 имеют проемы, высота которых определяется диаметром турбинных колес 5, глубиной их погружения в воду, минимальным уровнем глубины реки и составляет от 1,0 до 5 метров. Длина, ширина и толщина поплавков 3, которые изготавливаются в форме пустотелых параллелепипедов из легких металлов или из целостных легких синтетиков, выбирается из условия погружения турбинных колес 5 на заданную глубину при любом значении уровня реки, то есть на глубину , которая остается неизменной в любое время года. Число секций МПРЭ определяется числом валов 4 с турбинными колесами 5. Как показали результаты расчета и эксперимента, минимальное число секций равно трем, а минимальное число турбинных колес 5 не менее двух на валу 4. Для трехсекционной МПРЭ,как показано на фиг. 1, с целью максимального использования энергии водяного потока на первом по течению потока валу 4 размещены три турбинных колеса 5, на втором валу 4 два турбинных колеса 5, на третьем валу 4 - три турбинных колеса 5. Расстояние между валами 4 зависит от диаметра турбинных колес, скорости водяного потока, воздействующего на лопатки турбинных колес 5, и составляет от 4 до 30 метров. Ступица 9 каждого турбинного колеса 5 изготовлена из прочного легкого сплава, например дюралюминия, спицы 10 в форме трубок овального типа из легкого сплава, например дюралюминия, соединены неподвижно посредством сварки с металлическим ободом 11, который выполнен из легкого прочного сплава или стали толщиной 10100 мм, и его диаметр зависит от требуемого крутящего момента на валу 4 МПРЭ, то есть заданной генерируемой электрической мощности, и составляет 28 метров. На ободе 11 турбинного колеса 5 неразъемно методом сварки размещены металлические лопасти 12,например из стали, внешняя и внутренняя поверхности которых, как показано на фиг. 3,очерчены -образными профилями с вогнутостью по направлению водяного потока. Такой профиль поверхности лопастей 12 обеспечивает минимальное сопротивление потоку воды и максимальное действующее на лопасти 12 усилие. Длина лопастей 12 определяется глубинойих погружения в воду, то есть требуемым крутящим моментом на валу 4, и составляет (1,22,0), следовательно, их длина находится в пределах от 0,8 до 3 метров. Ширина лопастей 12 также определяется требуемой генерируемой электрической мощностью и составляет 0,53 метра. Электрогенераторы 7 выбираются в зависимости от реализуемого турбинными колесами 5 на валу 4 номинального крутящего момента и обладают мощностью от 1 до 500 мегаВатт. Вращающиеся валы 4 передают через редукторы 6 вращение на валы якоря электрогенераторов 7. Редуктор 6 обеспечивает заданную скорость вращения вала якоря электрогенераторов 7. Трехсекционная структура МПРЭ является ее базовым модулем. Для повышения генерируемой мощности МПРЭ базовые модули размещают последовательно в промежутке реки между отбойниками воды 8. Многосекционная поплавковая речная электростанция работает следующим образом. Прибрежный речной водяной поток, захватываемый отбойниками воды 8, движется с учетом уравнения неразрывности струи ммсс, смм/с,(1) 3 60612010.02.28 где м - скорость речного потока (на входе отбойников воды)- скорость потока воды на входе турбинных колес м,- сечение потока воды на входе и выходе отбойников воды, ускоренно на входе турбинных колес 5 и воздействует на лопасти 12 этих колес, которые начинают вращаться с угловой скоростью , пропорциональной скорости соударяемого на лопатки 12 водяного потока, плотности жидкости и площади погруженного в воду участка лопастей 12. Создаваемая на электрогенераторах 7 каждой секции МПРЭ электрическая мощность определяется из зависимости(2)9,81 тг,где т - КПД турбинного колеса, т 0,850,9 г - КПД электрогенератора, г 0,970,99- напор воды,2/2, ,- плотность воды и скорость водяного потока(м 3/с) - расход воды, где- сечение водяного потока на выходе отбойника- число турбинных колес на рабочем валу 4. Валы 4 МПРЭ приводят во вращение через редукторы 6 роторы электрогенераторов 7 с требуемой угловой скоростью . Происходит непрерывная выработка электрической энергии электрогенераторами 7, причем суммарная вырабатываемая электрическая энергия равна сумме электроэнергий, вырабатываемых каждой секцией электростанции. Разработан лабораторный макет многосекционной поплавковой речной электростанции по представленной на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 конструкции, которая, как показали результаты лабораторных испытаний, эффективно использует гидравлическую энергию малых рек. Созданная многосекционная (трехсекционная) поплавковая речная электростанция,для которой расход воды на выходе отбойников составил 20 м 3/с, скорость потока воды 2 м/с, диаметр обода турбинных колес 3 м, внутренняя рабочая поверхность лопастей 1,4 м 2, число лопастей 24, позволяет генерировать электроэнергию мощностью 515 мегаВатт,при этом ее генерируемая мощность более чем в 2 раза превышает электрическую мощность и в 1,5 раза КПД речных электростанций-аналогов. Промышленное освоение предлагаемой многосекционной бесплотинной речной электростанции возможно на предприятиях гидротехнического строительства и энергетики. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4