РУСЛОВАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2007 года по МПК F03B13/00 

Русловая гидроэлектростанция предназначена для применения в энергетике в качестве средства малой энергетики для выработки электроэнергии бесплотинным методом.

Известна русловая гидроэлектростанция (ГЭС) по патенту RU №2171910 («Изобретатель и рационализатор» №1, 2005 г). Русловая ГЭС предназначена для выработки электроэнергии на реках, поверхность которых покрывается льдом. Конструктивно ГЭС включает в себя корпус, в котором размещены гидроколеса с лопастями, соединенные с редуктором и электрогенератором. Для увеличения скорости потока воды при входе в установку и для снижения скорости потока воды при выходе из установки, гидроколеса размещены между двумя стенками, образующими конфузорный и диффузорный каналы.

Недостаток приведенной конструкции заключается в том, что для уменьшения сопротивления той части лопастей, которые движутся на встречу потоку воды, они по линии диаметра гидроколеса заглублены в одну из стенок. А это снижает эффективность гидроэлектростанции.

Известна также бесплотинная русловая ГЭС по патенту RU 2166664 («Изобретатель и рационализатор» №5, 2005 г.). Конструктивно ГЭС состоит из плавучей платформы, на которой размещены зубчатые колеса, входящие в зацепление со звеньями цепи (гибкого элемента). К гибким элементам шарнирно закреплены прямоугольные лопасти, которые расположены под углом 20-50 градусов к направлению потока воды и образуют относительно направления потока воды надводную и подводную ветви. Лопасти закреплены на гибком элементе таким образом, что межлопастные промежутки одной ветви перекрываются лопастями другой ветви. Платформа снабжена направляющими, по которым лопасти скользят своими ребрами, обеспечивая постоянный угол наклона относительно направления потока. Зубчатые колеса соединены с энергоагрегатом (мультиплексором для увеличения оборотов и электрогенератором). Для предотвращения разворачивания ГЭС по отношению к вектору потока, плавучий корпус привязан к берегам реки тросами.

Недостатки приведенной конструкции заключаются в том, что

- равнодействующая направления движения лопасти не соответствует равнодействующей гидродинамической силы, воздействующей на лопасть.

- увеличиваются потери движущей силы на трение лопастей о направляющие.

- при огибании одного из валов, лопасти движутся навстречу потоку воды.

- наблюдается перепад уровня между секциями лопастей, что снижает энергию потока.

- Прямолинейная форма лопасти снижает ее прочность и коэффициент гидродинамического сопротивления; снижается коэффициент использования гидродинамической силы, воздействующей на лопасть.

- лопасти находятся в состоянии неустойчивого равновесия и под воздействием потока, прокрутившись вокруг оси, могут прижаться к направляющим двумя противоположными сторонами.

- вследствие того, что за лопастями образуется зона с турбулентным потоком, для увеличения тяговой силы лопасти приходится разносить далеко друг от друга.

Целью данного изобретения. является повышение тяговой силы русловой ГЭС. Достигается поставленная цель тем, что подводная ветвь гидроэлектростанции выполнена V-образной, образуя погружную и подъемную подветви. Угол между подветвями равен 46-90 градусов, а сами лопасти выполнены дугообразными, причем линия, соединяющая концы дуги лопасти, перпендикулярна гибкому элементу. Каждая лопасть шарнирно соединена тягами с осью предыдущей лопасти.

Устройство русловой ГЭС разъяснено чертежами. На фиг.1 приведен общий вид, на фиг.2 приведена конструкция лопастей и способ их крепления.

Русловая ГЭС включает в себя раму 1, на которой установлены зубчатые колеса 2. Зубчатые колеса огибает гибкий элемент 3. В качестве гибкого элемента может быть применена цепь, трос, и т.д. На гибком элементе шарнирно установлены дугообразные лопасти 4. Рама снабжена поплавками 5, на которой смонтирована энергоустановка (электрогенератор с мультиплексором) 6, приводимая во вращение шкивами (зубчатыми колесами) 7 с ременной (или цепной) передачей 8. Шкивы установлены на валах энергоустановки и зубчатого колеса.

Лопасти снабжены кронштейнами 9, через которые проходит ось 10, свободно вращаясь вокруг нее. Ось на концах снабжена прижимами 11 и 12, между которыми зажат гибкий элемент (в качестве гибкого элемента в данной конструкции выбран трос). Чтобы лопасти не двигались вдоль оси, служат стопорные кольца 13. Концы дуг лопастей снабжены ушками 14 с осями 15, на которые шарнирно устанавливаются тяги 16. Тяги предназначены для придания лопастям жесткости. Они не дают им проворачиваться вокруг оси под воздействием давления потока воды и при огибании зубчатых колес, и способствуют постоянству угла 90 градусов поверхности лопасти по отношению к гибкому элементу. Другие концы тяг шарнирно закреплены на осях 10. Чтобы тяги не передвигались вдоль оси и не заклинивали, они с двух сторон снабжены ограничительными кольцами 17. Подводная ветвь русловой ГЭС включает в себя две подветви: погружную 18 и подъемную 19. 20 - надводная ветвь. А - линия, проходящая через концы дуги, образующей рабочую поверхность В лопасти. Р - направление потока жидкости. Погружная и подъемная подветви огибают угловое зубчатое колесо 21.

Русловая ГЭС устанавливается в потоке движущейся жидкости так, чтобы поверхности лопастей 4 были направлены в сторону потока воды Р, и фиксируется в этом положении тросами, привязанными на берегах реки (на чертеже не приведены). За счет поплавков 5 рама русловой ГЭС постоянно держится на поверхности водной глади, при этом надводная ветвь 20 в воду не погружается и не оказывает сопротивления встречному потоку воды. Движущийся поток воды оказывает на рабочую поверхности В лопастей погружной ветви 18 гидродинамическое давление, и равнодействующая сила, направленная вниз по отношению к водной глади, движет лопасти вместе с гибким элементом 3 (тросом) против часовой стрелки. Таким же образом поток воды действует и на подъемную ветвь 19, только равнодействующая сила будет направлена вверх. Гибкие элементы, входя в зацепление с зубчатыми колесами 2 и 21, вращают шкивы 7 и приводят в действие механизм энергоустановки 6, вырабатывая электроэнергию.

Русловая гидроэлектростанция предназначена для выработки электроэнергии бесплотинным методом. Отличительная особенность конструкции ГЭС заключается в том, что подводная ветвь гидроэлектростанции выполнена V-образной с угловым зубчатым колесом, образуя погружную и подъемную ветви, угол между которыми равен 46-90 градусов. Лопасти выполнены дугообразными, причем линия, соединяющая концы дуги лопасти, перпендикулярна гибкому элементу (тросу, на которой они установлены). Для придания лопастям жесткости каждая лопасть шарнирно соединена тягами с осью предыдущей лопасти. Конструкция гидроэлектростанции позволяет добиться увеличения тяговой силы лопастей. 2 ил.

Русловая гидроэлектростанция, включающая поплавковую платформу с энергоустановкой, соединенной с зубчатыми колесами и огибающими их гибкими элементами, составляющими надводную и подводную ветви, на которых на осях шарнирно установлены лопасти, отличающаяся тем, что подводная ветвь гидроэлектростанции выполнена V-образной и огибает угловое зубчатое колесо, образуя погружную и подъемную подветви, угол между которыми равен 46-90°, лопасти выполнены дугообразными, причем линия, соединяющая концы дуги лопасти, перпендикулярна гибкому элементу, а каждая лопасть шарнирно соединена тягами с осью предыдущей лопасти.