Речная электростанция

(71) Заявитель Сь 1 чик Василий Андреевич (ВУ)(72) Авторы Сь 1 чик Василий Андреевич Русан Викентий Иванович Сь 1 чик Андрей Васильевич (ВУ)(73) Патентообладатель Сь 1 чик Василий Андреевич (ВУ)Речная электростанция, содержащая корпус, обводной канал - водовод с водо 3 аборником, гидроагрегат, включающий гидротурбину с подшипниками-опорами, кинематически связанную с электрогенератором, сливную магистраль, отличающаяся тем, что корпус электростанции цилиндрической формы смонтирован вертикально, снабжен гидравлическим аккумулятором в виде пустотелого конуса, сопряженного большим основанием с пустотелой замкнутой полусферой, при этом водовод содержит не менее двух магистралей цилиндрической формы, сопряженных с соплами эллипсообразной формы и сужающимися по пологой экспоненте, а сопла размещены концентрично по корпусу и расположены тангенциально по вертикали большей эллиптической осью.Полезная Модель относится К области электроэнергетики И может быть использована при строительстве речных гидроэлектрических станций.Известна речная электростанция 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 вь 1 ходными 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 электростанция, 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 электростанция, описанная в З. Она состоит из плотины, обводного канала - водовода с водозаборником, в котором размещены турбины, установленных на домкратах электрогенераторов, кинематически связанных с турбинами. Обводной канал покрыт бетонными плитами.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 сложная система передачи вращения от гидротурбины к электрогенератору.Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности работы речной электростанции, ее КПД, то есть возможность размещения на малых реках, и упрощение конструкции электростанции.Поставленная задача достигается тем, что в речной электростанции, содержащей корпус, обводной канал - водовод с водозаборником, гидроагрегат, включающий гидротурбину с подшипниками-опорами, кинематически связанную с электрогенератором, сливную магистраль, отличающейся тем, что корпус электростанции цилиндрической формы смонтирован вертикально, снабжен гидравлическим аккумулятором в виде пустотелого конуса,сопряженного большим основанием с пустотелой замкнутой сферой, при этом водовод содержит не менее двух магистралей цилиндрической формы, сопряженных с соплами эллипсообразной формы и сужающимися по пологой экспоненте, а сопла размещены концентрично по корпусу и расположены тангенциально по вертикали большей эллиптической осью.Сущность полезной модели поясняет чертеж, где на фиг. 1 изображен главный вид речной электростанции, а на фиг. 2 - сечение ее корпуса и водовода.Речная электростанция (РЭС) содержит корпус 1 цилиндрической формы с размещенной внутри его гидротурбиной 2. Корпус 1 с гидравлическим аккумулятором 3 неподвижно установлен в земляном или бетонном основании. Гидротурбина 2 посредством вала 4 кинематически связана с электрогенератором 5. Речная электростанция также содержит водозаборник в форме корытообразной прямоугольной призмы, который снабжен шлюзовь 1 м отсеком 7 (шлюзом) и обводным каналом - водоводом 8, содержащим не менее двух магистралей 9 цилиндрической формы, сопряженных с соплами 10 эллипсообразной формы.Корпус 1 РЭС выполнен цилиндрической формы из высокопрочного, устойчивого к химическим средствам материала, например из чугуна, железобетона, керметных материалов. Диаметр корпуса 1 выбирается с учетом требуемых гидроэнергетических параметров водяного потока, размеров гидротурбины 2, величины номинальной мощностиРЭС И может составлять величину 21 О метров. Водозаборник 6 РЭС представляет корь 1 тообразную прямоугольную призму, выполнен из устойчивого К химическим средам материала, например из железобетона, синтетических полимеров. Его габариты зависят от размеров реки, на которой он устанавливается. В его Центральной стене, на Которую воздействует речной поток, установлен шлюз 7 стандартной конструкции. Шлюз 7 обеспечивает сброс лишней воды весной во время половодий и в момент сильных дождей. В нижней части Центральной стены размещен водовод 8, нижняя стенка которого размещена на уровне дна водозаборника 6. Водовод 8 в сечении по ширине выполнен замкнутым эллипсообразнь 1 м с неизменным сечением и горизонтальным расположением большой оси эллипса, изготовлен из железобетона или синтетики и снабжен со стороны Центральной стены водозаборника 6 фильтром - защитной сеткой (на фигурах не показано). Толщина дна, боковых стен и Центральной стены водозаборника 6 зависят от его размеров и составляют от 0,5 до 1 метра. Водовод 8 неизменной эллиптической формы и сечения расчленяется на магистрали 9 цилиндрической формы, число которых не менее двух. Площадь сечения и длина вывода 8 зависят от глубины речного потока, его ширины, мощности РЭС. Большая ось эллиптического сечения у Центральной стены составляет 1 О 3 О метров,а малая ось - 26 метров. Длина эллиптической части водовода 8 составляет О,2 О,51,где 1 - общая длина водовода с магистралью 9 и соплом 10.Длина расчлененных магистралей 9 зависит от места расположения корпуса 1 РЭС и составляет О,2 О,41. Магистрали 9 сопрягаются с соплами 10, выполненными эллипсообразной формы и сужающимися по пологой экспоненте.В корпусе РЭС в зоне размещения лопаток гидротурбины 2 по образующей размещены тангенциально сопла 10 магистралей 9, которые сдвинуты друг относительно друга в плоскости образующей на одинаковые расстояния или угла ос 18 О, 12 О, 9 О, 45 и установлены большой осью эллиптического сечения вертикально. Экспоненциальное сечение сопл 10 и вертикальная установка их большой осью в корпусе 1 РЭС обеспечивает максимальное повышение гидродинамических свойств водяного потока и скорости его течения.Сопла 10 эллиптического сечения сужаются по пологой экспоненте, являются продолжением зоны гидродинамического ускорения речной воды, их длина составляет 515 метров, а их большая эллиптическая ось равна О,53 метра. Экспоненциальное сужение сопла 10 может быть заменено коническим сужением.Корпус 1 РЭС нижним основанием сопряжен с гидравлическим аккумулятором 3,верхняя часть корпуса которого выполнена в виде усеченного пустотелого конуса и сопряжена большим основанием со второй своей частью в форме полусферического пустотелого тела вращения. Такая конструкция гидравлического аккумулятора 3 воспринимает вращение создаваемого соплами 10 потока и образует маховик, что обеспечивает оптимальное вращение водяного потока на требуемых оборотах, его резкое ускорение вверх без затухания вращательного движения водяного потока в корпусе 1 РЭС. Гидравлический аккумулятор 3 также выполнен из прочного, устойчивого к агрессивным средам материала. Соотношение конической и сферической частей гидравлического аккумулятора 3 составляет 3111. Корпус 1 РЭС смонтирован с гидротурбиной 2 на земляном или бетонном основании вертикально.Водовод 8 со стороны водозаборника 6 сопряжен внутренней стороной с Центральной стеной водозаборника 6 овальной кривой для получения оптимального коэффициента истечения р. на уровне р. 0,9. Аналогично наружные кромки сопл 10 выполнены полукруглыми.Гидротурбина 2 стандартного типа с вертикальным расположением лопастей размещена вертикально в верхней части корпуса 1 РЭС на подшипниках-опорах требуемых габаритов и мощности. На шейке вала 4 гидротурбины 2 может быть размещен гидравлический метатель (на фигурах не показан), который выполнен в виде сегнерового колеса,что дополнительно повышает крутящий момент на валу 4 гидротурбины 2, то есть еемощность. Выше гидротурбины 2 на корпусе РЭС размещены выпускные сопла 11, выше уровня речной воды, через которые осуществляется слив прошедшего через гидротурбину 2 водяного потока в сливной канал.Электрогенератор 5 смонтирован на верхнем сечении корпуса 1 и выбран стандартной формы на заданную мощность. Для обеспечения нормальной скорости вращения ротора электрогенератора 5 он может содержать редуктор, связанный с валом 4 гидротурбины 2.Речная электростанция работает следующим образом.При размещении РЭС на малой реке с достаточно высокими берегами в водозаборнике 6 накапливается уровень речной воды и создается по уровню водовода 8 водяной напор. Объем воды, протекающей через сечение 5 водовода 8 находится из выражения У 5111, а объемный расход воды через водоводВ выражении (1) У - скорость течения воды из водозаборника 6 в водовод г - время истечения жидкости. Вытекающая из водовода сечением 5 вода равномерно распределяется по сопряженным с водоводом 6 магистралям 9 и затем поступает в сопла 10.С учетом уравнения неразрывности струигде УМ, Ус - скорость потока воды на выходе магистрали 9 и на выходе сопла 10 5 М, 5 С сечение магистрали 9 и сопла 10 на его выходе, скорость истечения водяного потока в корпусе 1 РЭС достигает десятков метров в секунду. Вследствие тангенциального размещения сопел 10 происходит преобразование поступательного движения водяного потока в цилиндрическом корпусе 1. Получив от гидравлического аккумулятора 3 вращательнопоступательные движения, вращающийся водяной поток в цилиндрическом корпусе 1 воздействует на 10 лопатки гидротурбины 2, заставляя ее вращаться с заданной скоростью. Вал 4 гидротурбины 2 приводит во вращение ротор электрогенератора 5 с требуемой скоростью, которая при необходимости корректируется редуктором. Происходит непрерь 1 вная выработка электрической энергии электрогенератором 5. Избытки накопленной в водозаборнике 6 речной воды по сверхдопустимому уровню непрерывно отводятся шлюзом 7 в продолжение русла реки.В результате того что корпус РЭС цилиндрической формы смонтирован вертикально,снабжен гидравлическим аккумулятором в виде пустотелого конуса, сопряженного большим основанием с пустотелой замкнутой полусферой, при этом водовод содержит не более двух магистралей цилиндрической формы, сопряженных с соплами эллипсообразной формы и сужающимися по пологой экспоненте, а сопла размещены концентрично по корпусу и расположены тангенциально по вертикали большей эллиптической осью, решается поставленная техническая задача в сравнении с прототипами и аналогами упрощается конструкция речной электростанции, повышается ее КПД, оптимально используется энергия малых рек.Разработан лабораторный макет речной электростанции по представленной на фиг. 1 и фиг. 2 конструкции, который, как показали результаты лабораторных испытаний, эффективно использует гидравлическую энергию малых рек.Созданная речная электростанция, ширина водозаборника которой составляет 20 метров, высота 3 метра, диаметр магистралей И 2 метра и большая ось эллиптического сечения сопел составила 1,5 метра, позволяет генерировать энергию 3 ОО 8 ОО кВт, при этом ее КПД больше чем в 1,5 раза превышает КПД речных электростанций-аналогов.Промышленное освоение предлагаемой речной электростанции возможно на предприятиях гидротехнического строительства и энергетики.