Гидроэлектрическая станция

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Сычик Василий Андреевич Руденков Александр Евгеньевич(72) Авторы Сычик Василий Андреевич Руденков Александр Евгеньевич(73) Патентообладатели Сычик Василий Андреевич Руденков Александр Евгеньевич(57) Гидроэлектрическая станция, содержащая корпус, водовод, вал с подшипникамиопорами, кинематически связанный с электрогенератором, гидротурбины, блок управления, отличающаяся тем, что она снабжена винтовым шнеком, на вертикально установленном валу в его верхнем и нижнем основании размещены две гидротурбины, при этом винтовой шнек эллипсообразного сечения выполнен спиралеобразной формы с наклоном спиралей под углом 3060 и сужается по пологой экспоненте. 86902012.10.30 Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована для выработки электроэнергии при наличии дамбовых сооружений, где существует перепад уровня воды, образующий водопад. Известна гидроэлектрическая станция 1, содержащая электрогенератор, установленные на основании турбины колеса, жестко связанные с валом и закрытые защитным кожухом. Прототипом предлагаемой полезной модели является гидроэлектрическая станция 2,содержащая водовод с водозаборником, движитель, редуктор, электрогенератор, блок питания и блок управления. В зоне водовода размещены турбины, установленные на домкратах электрогенераторы, кинематически связанные с турбинами. Недостатками установки-прототипа являются 1. Сложность конструкции, обусловленная размещением электрогенераторов на домкратах с многоступенчатой передачей вращения от вала турбины к электрогенератору. 2. Невысокий КПД, обусловленный неэффективным использованием текущей в водоводе жидкости и сложной системой передачи вращения от вала гидротурбины к электрогенератору, а также невысокая эффективность работы электростанции. Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности работы гидроэлектрической станции и ее КПД. Поставленная задача достигается тем, что гидроэлектрическая станция, содержащая корпус, водовод, вал с подшипниками-опорами, кинематически связанный с электрогенератором, гидротурбины, блок управления, снабжена винтовым шнеком, на вертикально установленном валу в его верхнем и нижнем основаниях размещены две гидротурбины,при этом винтовой шнек эллипсообразного сечения выполнен спиралеобразной формы с наклоном спиралей под углом 30 60 и сужается по пологой экспоненте. Сущность полезной модели поясняют фигуры, где на фиг. 1 изображен главный вид гидроэлектрической станции, на фиг. 2 - многокаскадный вариант гидроэлектрической станции, на фиг. 3 - сечение многокаскадного варианта электростанции. Гидроэлектрическая станция (ГЭС) конструктивно содержит корпус 1 цилиндрической формы, в котором неподвижно установлен винтовой шнек 2 спиралеобразной формы, овитый вокруг вертикально установленного вала 3 цилиндрической формы, в верхнем основании которого размещена гидротурбина 5. Вал 3 установлен на подшипниках-опорах в корпусе ГЭС, размещен в коническом зубчатом редукторе 6 и кинематически посредством редуктора 7 соединен с электрическим генератором 8. Конический редуктор 6 может быть исключен из конструкции ГЭС путем непосредственного механического соединения вала 3 с редуктором 7, что упростит конструкцию ГЭС и повысит ее суммарный КПД. Режим работы функциональных узлов ГЭС контролируется и управляется блоком управления 9. Вода в ГЭС поступает из бассейна или реки 10, на которых имеется естественный или искусственный водопад, через водовод 11. Для повышения генерируемой ГЭС мощности электроэнергии предусмотрено использование нескольких гидродвижителей (фиг. 2), которые связаны механическими редукторами 12 между собой. Корпус 1 ГЭС изготовлен из химически теплостойкого материала, например бетона, в форме цилиндра, диаметр которого зависит от требуемой генерируемой мощности ГЭС и составляет 520 м, а высота - от 5 до 30 м. Вал 3 выполнен трубчатой формы для повышения его жесткости и снижения веса из стали. В верхнем основании вала 3 размещена гидротурбина 4 стандартной конструкции и максимально возможных размеров. Винтовой шнек 2 сечения выполнен спиралеобразной формы из легкого, химически стойкого материала, например алюминиевого сплава или из синтетического материала, обвивает спиралями вал 3. Для получения максимальной скорости водяного потока на выходе винтового шнека 2 он выполнен спиралеобразной формы, причем, как показали результаты эксперимента, наклон спиралей винтового шнека 2 составляет 3060, а его эллипсообразное сечение сужается по пологой экспоненте. Для повышения крутящего момента М на валу 3 2 86902012.10.30 ГЭС в его нижнем основании установлена гидротурбина 5 стандартной конструкции меньших по сравнению с гидротурбиной 4 размеров. Длина вала 3 зависит от высоты перепада воды в водоеме 10 и составляет от 5 до 30 м. Гидравлическая электростанция устанавливается возле водоемов 10, где имеется естественный перепад уровня воды не менее двух метров. Вода из водоема 10 поступает по сужающемуся водоводу 11, защищенному со стороны воды сетчатыми фильтрами. Вытекающая из гидротурбины 5 вода по размещенному в основании корпуса 1 каналу опять стекает в водоем. Режим работы гидротурбин, редуктора 7 и электрогенератора 8 задает блок управления 9. Гидравлическая станция работает следующим образом. Поступающая по сужающемуся водоводу 11 вода ускоряется, накапливает энергию(1)1/2 2 ,где р - плотность воды- ускорение свободного падения- перепад высот воды- скорость водяного потока на выходе сужающегося водовода 11,воздействует на лопатки гидротурбины 4, приводя ее во вращение, которая начинает вращать вал 3 ГЭС. С лопаток гидротурбины 4 вода стекает в винтовой шнек 2, по спиральной эллиптического сечения сужающейся трубе которого вода стекает вниз. С учетом постоянного ускорения водяного потока в винтовом шнеке 2 и уравнения неразрывности струи ввнн,(2) где в,н - скорость потока воды на входе и выходе винтового шнека в, н - эллиптическое сечение винтового шнека на его входе и выходе,скорость истечения водяного потока на выходе винтового шнека 2 достигает десятков метров в секунду. Этот водяной поток, обладая огромной суммарной энергией, воздействует на лопатки гидротурбины 5, приводя ее во вращение. В результате суммарный механический момент на валу 3 ГЭС достигает высокого значения (десятки тонн м 2). Мощность на валу 3 ГЭС,где- скорость вращения вала 3- суммарный момент создаваемый в двух гидротурбинах Вырабатываемая электрогенератором 8 электрическая энергия характеризуется мощностью(3)12,где 1 - суммарный КПД редукторов 6 и 7 2 - КПД электрогенератора 6. Водяной поток из водовода 11 непрерывно поступает на лопатки гидротурбины 4 и гидротурбины 5 ГЭС, обеспечивая вращение вала 3 и непрерывную выработку электроэнергии. Представленное на фиг. 2 каскадное соединениеодиночных ГЭС с помощью механического редуктора 12 повышает суммарную генерируемую электрическую мощность составной гидравлической электростанции враз, где- число каскадов составной ГЭС. Создан лабораторный макет гидравлической электростанции по представленной на фиг. 1 конструкции, который, как показали результаты расчетов и лабораторных испытаний, эффективно использует энергию водяного потока. Созданная ГЭС с внутренним диаметром корпуса 8 м, длиной вала 3-5 м, эллипсообразным сечением винтового шнека у верхнего края в 5 м 2 и эллиптическим сечением винтового шнека у нижнего края н 2 м 2,наклонам спиралей винтового шнека под углом 45 вырабатывает электроэнергию до 50 мегаватт. При этом существенно упрощается конструкция ГЭС, повышается эффектив 3 86902012.10.30 ность ее работы, а КПД ГЭС более чем в 1,5 раза превышает КПД гидроэлектростанцийаналогов. Промышленное освоение предлагаемой гидравлической электростанции возможно на предприятиях гидротехнического строительства и энергетики. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4