БЕСПЛОТИННАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ БЕЛАШОВА Российский патент 2010 года по МПК F03B13/00 

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для преобразования кинетической энергии малых и средних потоков воды в реках, каналах, городских сточных водах или трубопроводах проводящих жидкости в электрическую энергию. Бесплотинная гидроэлектростанция малой и средней мощности включает четное или нечетное количество пороговых, плавающих и погружных модулей, установленных через равномерные или неравномерные промежутки в русле реки, и может быть использована для преобразования водного потока в электрическую энергию, в промышленности, сельском хозяйстве или для индивидуального применения в труднодоступных районах, а также в военных целях.

Известна подводная гидроэлектростанция, содержащая установленный в потоке воды и разделенный на отсеки корпус с входным конфузором, на выходе из которого внутри корпуса последовательно расположены гидропривод, выполненный в виде лопастной турбины с горизонтальным валом на подшипниках, и электрогенератор, который размещен в герметичном отсеке (патент Российской Федерации №2139972, кл. Е02В 9/00 - аналог).

Известна донная гидроэлектростанция, содержащая один или несколько электрогенераторов, вращаемых соответственно одним или несколькими гибкими валами с якорем на конце и лопастными гидровинтами, смонтированными на каждом гибком валу (патент Российской Федерации №2153041, кл. Е02В 9/00 - аналог).

Известна бесплотинная гидроэлектростанция с промежуточным резервуаром, включающая напорный водовод с водозабором в реке и затвором, имеющий уклон менее уклона дна реки и соединяющий водозабор с промежуточным резервуаром, из которого берет начало напорный водовод ковшовой активной турбины, по ободу рабочего колеса которой закреплены ковши специальной формы и которая через механизм редуцирования связана с валом генератора (патент Российской Федерации №2162914, кл. Е02В 9/00 - прототип).

Цель изобретения - повысить надежность, технологичность и к.п.д. пороговых, погружных и плавающих модулей бесплотинных гидроэлектростанций, работающих с малыми и средними объемами расхода и давления водного потока. Вывести математические формулы по определению периода времени, необходимого для перемещения одного исследуемого слоя водного потока жидкости или жидкой смеси. Вывести математические формулы для определения силы, работы и энергии по перемещению водного потока или жидкой смеси, проходящей по переменному сечению трубопровода или устья реки. Вывести математические формулы для определения работы, определяющей перемещение водного потока, проходящего по переменному сечению русла реки, исходя из кинематической вязкости водного потока.

На фиг.1 изображена функциональная схема расположения модулей бесплотинной гидроэлектростанции в русле реки.

На фиг.2 изображен разрез А-А порогового модуля бесплотинной гидроэлектростанции.

На фиг.3 изображен разрез Б-Б погружного и плавающего модуля бесплотинной гидроэлектростанции.

На фиг.4 изображен разрез В-В погружного модуля бесплотинной гидроэлектростанции.

На фиг.5 изображен разрез Г-Г цилиндрической турбины с редуктором Белашова и низкооборотным генератором Белашова.

Поставленная цель достигается тем, что бесплотинная гидроэлектростанция малой и средней мощности, содержащая пороговые, погружные и плавающие модули, снабженные бетонной подставкой, связанной с боковым защитным основанием, взаимодействующим с неподвижным валом, цилиндрической турбиной, механизмом передачи вращения, низкооборотным генератором, ковшовыми и лопастными захватывающими устройствами, установленными в русле реки, дополнительно содержит регулировочный винт опорного узла бетонной подставки порогового модуля системы регулирования высоты цилиндрической турбины, снабженной, как минимум, двумя цилиндрическими стойками для перемещения опорных стержней, взаимодействующих с вставкой основания, имеющего канал для вхождения регулировочного винта, который через кронштейны закреплен к подвижной направляющей, включающей выступающую кромку ограничителя, цилиндрическая турбина погружного модуля дополнительно снабжена сальниковыми уплотнителями элементов качения или скольжения, взаимодействующих с неподвижным валом и направляющей бетонной подставкой, цилиндрической турбиной с, по меньшей мере, одним эксцентриком, самовыдвигающимися лопастными захватывающими устройствами, содержащими технологические разрезы, причем множество раздельных эксцентриков объединены между собой, а каждый направляющий выступ расположен между элементами жесткости цилиндрической турбины, самовыдвигающиеся лопастные захватывающие устройства содержат зацепляющие устройства, которые взаимодействуют с направляющими выступами эксцентрика, а для уменьшения трения эксцентрика и механизма для передачи вращения цилиндрическая турбина погружного модуля заполнена водой, при этом самовыдвигающиеся ковшовые и лопастные захватывающие устройства плавающего модуля имеют технологические разрезы, а внутри этих устройств установлены выдвижные телескопические вставки, имеющие поперечные углубления и насечки, для увеличения длины лопастных захватывающих устройств, одно основание неподвижного вала механизма передачи вращения содержит разветвление, которое через неподвижные валы связано с основанием герметичного корпуса низкооборотного генератора, а второе основание герметичного корпуса через неподвижные валы связано с разветвлением неподвижного вала, при этом первое основание герметичного корпуса через элементы качения или скольжения взаимодействует с втулкой статора низкооборотного генератора, а вал низкооборотного генератора через элементы качения или скольжения взаимодействует со вторым основанием герметичного корпуса, по периметру внутренней части первого основания цилиндрической турбины расположено зубчатое колесо, которое взаимодействует с набором зубчатых колес, расположенных на неподвижных валах для взаимодействия с зубчатым колесом вала низкооборотного генератора, а по периметру внутренней части второго основания цилиндрической турбины расположено зубчатое колесо, которое взаимодействует с набором зубчатых колес, расположенных на неподвижных валах для взаимодействия с зубчатым колесом втулки статора низкооборотного генератора, причем вал и втулка статора низкооборотного генератора вращаются в разных направлениях, а цилиндрическая турбина при помощи ковшовых или лопастных захватывающих устройств вращается в одном направлении и преобразует движение водного потока реки в механическую энергию, а механическая энергия цилиндрической турбины при помощи механизма для передачи вращения и низкооборотного генератора преобразуется в электрическую энергию.

Бесплотинная гидроэлектростанция малой и средней мощности, фиг.1, состоит из четного или нечетного количества пороговых модулей 1, плавающих модулей 2 и погружных модулей 3, установленных через равномерные или неравномерные промежутки 4, в русле реки 5. Пороговые модули установлены на бетонных подставках 6 вблизи боковых защитных оснований 7. Выступающая кромка ограничителя 8 порогового модуля предназначена для регулирования высоты водного потока 9. Элементы жесткости 10 взаимодействуют с плавающими модулями 2, боковыми защитными основаниями 7 и закреплены к берегу реки 11. Плавающие модули содержат ковшовые или лопастные захватывающие устройства 12, имеющие технологические разрезы 13. Погружные модули размещены на направляющих бетонных подставках 14 и установлены на дне реки 15. Самовыдвигающиеся лопастные захватывающие устройства 16 погружного модуля содержат технологические разрезы 17. Технологические разрезы плавающих и погружных модулей предназначены для ускорения движения водного потока в ковшовых и самовыдвигающихся лопастных захватывающих устройствах. Бетонные подставки 6, фиг.2, порогового модуля 1 содержат, как минимум, две цилиндрические стойки 18, внутри которых перемещаются опорные стержни 19, закрепленные к подвижной направляющей 20, имеющей защитный экран 21 и конструктивные пустоты 22. Цилиндрическая турбина 23 установлена на неподвижном валу 24, который через кронштейны 25 закреплен к подвижной направляющей 20. Внешняя часть цилиндрической турбины снабжена ковшовыми или лопастными захватывающими устройствами 26, которые расположены внутри экранов 27. Внутренняя часть цилиндрической турбины снабжена механизмом для передачи вращения 28 и низкооборотным генератором Белашова 29. Система регулирования высоты 30 подвижной направляющей 20 выполнена в виде регулировочного винта 31, имеющего квадрат 32 и опорный узел 33, который взаимодействует с вставкой 34. Регулировочный винт 31 связан с основанием 35 бетонной подставки 6. Основание 35 имеет канал 36 для его вхождения регулировочного винта 31. Цилиндрическая турбина при помощи ковшовых или лопастных захватывающих устройств преобразует движение водного потока реки в механическую энергию, а механическая энергия цилиндрической турбины при помощи механизма для передачи вращения и низкооборотного генератора преобразуется в электрическую энергию. В водном потоке 9, фиг.3, размещены плавающие модули 2 с цилиндрическими турбинами 37, которые взаимодействуют с валом 38, связанным с элементами жесткости 10. Внешняя часть цилиндрической турбины снабжена ковшовыми или лопастными захватывающими устройствами 39. Внутренняя часть цилиндрической турбины снабжена редуктором Белашова 40 и низкооборотным генератором Белашова 41. На дне реки 15 размещены погружные модули 3, имеющие цилиндрические турбины 42. Цилиндрическая турбина погружного модуля взаимодействует с неподвижным валом 43, который через кронштейны 44 связан с направляющими бетонными подставками 14. Внешняя часть цилиндрической турбины снабжена самовыдвигающимися лопастными захватывающими устройствами 16. Внутренняя часть цилиндрической турбины снабжена, по меньшей мере, одним эксцентриком 45, механизмом для передачи вращения 46 и низкооборотным генератором Белашова 47. Множество раздельных эксцентриков, фиг.4, могут быть объединены в один, где каждый направляющий выступ эксцентрика 45 расположен между элементами жесткости 48 цилиндрической турбины 42. Самовыдвигающиеся лопастные захватывающие устройства 16 содержат зацепляющие устройства 49, которые взаимодействуют с направляющими выступами эксцентрика 45. Внутри самовыдвигающихся лопастных захватывающих устройств 16 могут содержаться выдвижные телескопические вставки 50, имеющие поперечные углубления и насечки, для увеличения длины лопастных захватывающих устройств. Внутренняя часть цилиндрической турбины 51, в которой размещен эксцентрик 45, механизм для передачи вращения 46 и низкооборотный генератор Белашова 47, может быть полностью заполнена водой, так как низкооборотный диэлектрический генератор Белашова способен работать под водой в незащищенном состоянии, а для уменьшения трения эксцентрика 45 и механизма для передачи вращения 46 вода является смазочным материалом. При использовании других типов низкооборотных генераторов внутри цилиндрической турбины 42 размещена герметичная изолированная камера 52, имеющая сальниковый уплотнитель 53. Для улучшения технических характеристик цилиндрическая турбина 42, расположенная на сальниковых уплотнителях 53, снабжена элементами качения или скольжения 54. Внутри цилиндрической турбины 23, фиг.5, размещен редуктор Белашова 28 и герметичный корпус с низкооборотным генератором Белашова 29. Редуктор Белашова состоит из неподвижного вала 24 и неподвижного вала 55, которые через элементы качения или скольжения 56 и уплотнительные соединения 57 взаимодействует с цилиндрической турбиной 23. Внутри цилиндрической турбины неподвижный вал 24 имеет разветвление 58, а неподвижный нал 55 имеет разветвление 59. Одно основание герметичного корпуса 60, через неподвижный вал 61 и неподвижный вал 62, жестко связано с разветвлением 59. Второе основание герметичного корпуса 63, через неподвижный вал 64 и неподвижный вал 65, жестко связано с разветвлением 58. Основание герметичного корпуса 60, через элементы качения или скольжения 66, взаимодействует с втулкой статора 67 низкооборотного генератора Белашова 29. Вал 68 низкооборотного генератора Белашова 29, через элементы качения или скольжения 69, взаимодействует с основанием герметичного корпуса 63. По периметру внутренней части цилиндрической турбины 23 расположено зубчатое колесо 70, взаимодействующее с зубчатым колесом 71, которое расположено на неподвижном валу 64. Зубчатое колесо 71 взаимодействует с зубчатым колесом 72. Зубчатое колесо 72 объединено с зубчатым колесом 73 и расположено на неподвижном валу 65. Зубчатое колесо 73 взаимодействует с зубчатым колесом 74, которое расположено на неподвижном валу 64. Зубчатое колесо 74 объединено с зубчатым колесом 75 и расположено на неподвижном валу 64. Зубчатое колесо 75 взаимодействует с зубчатым колесом 76, которое расположено на неподвижном валу 65. Зубчатое колесо 76 взаимодействует с зубчатым колесом 77 вала 68 низкооборотного генератора Белашова 29. По периметру внутренней части цилиндрической турбины 23 расположено зубчатое колесо 78, взаимодействующее с зубчатым колесом 79, которое расположено на неподвижном валу 62. Зубчатое колесо 79 взаимодействует с зубчатым колесом 80. Зубчатое колесо 80 объединено с зубчатым колесом 81 и расположено на неподвижном валу 61. Зубчатое колесо 81 взаимодействует с зубчатым колесом 82, которое расположено на неподвижном валу 62. Зубчатое колесо 82 взаимодействует с зубчатым колесом 83 втулки статора 67 низкооборотного генератора Белашова 29.

При большой мощности водного потока реки его невозможно использовать в полную силу, так как при увеличении сопротивления или нагрузки на водный поток (в виде генератора) пропорционально увеличивается объем воды перед бесплотинной гидроэлектростанцией и повышение уровня воды в реке. После увеличения объема воды перед бесплотинной гидроэлектростанцией и естественному поднятию уровня водного потока реки, по закономерному явлению природы, данный водный поток будет обходить это препятствие, что повлечет за собой уменьшение получаемой мощности от водного потока. Поэтому, для того чтобы использовать энергию воды водного потока реки в полном объеме, необходимо ставить плотины или устанавливать пороговые модули.

Например, при установке пороговых модулей бесплотинной гидроэлектростанции, на малых водных потоках движения реки, выполненная работа, в зависимости от конструкции и потерь на лопастях турбины водного колеса, будет составлять 60-85%.

Необходимо особо подчеркнуть, что при проектировании бесплотинных гидроэлектростанций необходимо учитывать, что водный поток в русле реки будет перемещаться с разным ускорением. Например, верхний слой водного потока будет течь быстрее чем средний слой, а средний слой водного потока будет течь быстрее чем нижний слой водного потока.

Зная силу, которая производит перемещение водного потока реки, мы можем по (1) закону Белашова определить период времени, необходимый для перемещения одного слоя водного потока реки:

где

F - сила для перемещения всего водного потока, Н;

ΔF - потеря силы по перемещению каждого слоя водного потока, Н;

t - период времени, необходимый для перемещения одного исследуемого слоя водного потока, с;

m и слоя - масса исследуемого слоя водного потока, кг;

m в слоя - масса слоя, находящегося над исследуемым слоем водного потока, кг;

h изм слоя - высота исследуемого слоя, м;

h в слоя - высота слоя, находящегося над исследуемым слоем водного потока, м.

(1) Закон по определению периода времени, необходимого для перемещения одного исследуемого слоя водного потока жидкости, выведен А.Н.Белашовым, который можно сформулировать так:

Период времени, необходимый для перемещения одного исследуемого слоя водного потока, равен корню квадратному от суммы массы исследуемого слоя водного потока и массы слоя, находящегося над исследуемым слоем водного потока, на произведение суммы высоты исследуемого слоя и высоты слоя, находящегося над исследуемым слоем водного потока, и обратно пропорциональна разнице сил всего водного потока и потери силы по перемещению каждого слоя.

При перемещении жидкости в водном потоке реки каждый слой водного потока испытывает потери в силе, работе или энергии и тем более, если данная жидкость проходит по переменному сечению горизонтальной трубы или устью реки, где не учитываются общие потери в переменном сечении устья реки или горизонтальной трубы, включающие:

- потери температуры внутри каждого слоя водного потока,

- потери времени на перемещение каждого слоя водного потока,

- потери силы водного потока на перемещение водного потока,

- потери работы водного потока на перемещение водного потока,

- потери энергии водного потока на перемещение водного потока,

- потери в сужающем устройстве при перемещении водного потока,

- потери на трение водного потока о стенки трубы или устье реки,

- потери от химического состава и механических свойств жидкости,

- потери от физических свойств и кинематической вязкости жидкости.

Силу для перемещения водного потока или жидкой смеси, проходящей по переменному сечению, можно вычислить по (2) закону Белашова:

где

F - сила для перемещения водного потока или жидкой смеси, Н;

Рв- плотность воды (в зависимости от температуры), кг/м³;

g - ускорение свободного падения тел в пространстве, м/с²;

π - 3,141592653 (отношение длины окружности к его диаметру);

S - площадь сечения водного потока или трубопровода, внутри которого перемещается вода или жидкая смесь, м²;

L - длина измеряемого водного потока или жидкой смеси, м²;

ΔН - потери давления в трубопроводе или другом объеме, внутри которого перемещается водный поток или жидкая смесь, Н.

При этом необходимо особо подчеркнуть, что закон очень чувствителен к ускорению свободного падения тел в пространстве, то есть к высоте, на которой происходит перемещение водного потока.

(2) Закон Белашова, определяющий момент силы для перемещения водного потока или жидкой смеси, проходящей по переменному сечению, можно выразить так:

Момент силы для перемещения водного потока или жидкой смеси, проходящей по переменному сечению, равен произведению плотности водной среды, ускорению свободного падения тел в пространстве, площади сечения водного потока и длины измеряемого водного потока на разницу потерь силы водного потока или жидкой смеси.

Работу по перемещению водного потока или жидкой смеси, проходящей по переменному сечению, можно вычислить по (3) закону Белашова:

где

А - работа по перемещению водного потока или жидкой смеси, Н·м;

Рв- плотность воды (в зависимости от температуры), кг/м³;

g - ускорение свободного падения тел в пространстве, м/с²;

π - 3,141592653 (отношение длины окружности к его диаметру);

S - площадь сечения водного потока или трубопровода, внутри которого перемещается вода или жидкая смесь, м²;

L - длина измеряемого водного потока или жидкой смеси, м;

L 1 - расстояние пройденного пути измеряемого водного потока или жидкой смеси, м;

ΔН - потери давления в трубопроводе или другом объеме, внутри которого перемещается водный поток или жидкая смесь, Н.

(3) Закон Белашова, определяющий работу по перемещению водного потока или жидкой смеси, проходящей по переменному сечению, можно выразить так:

Работа по перемещению водного потока или жидкой смеси, проходящей по переменному сечению, равна произведению плотности водной среды, ускорению свободного падения тел в пространстве, площади сечения водного потока и длины измеряемого водного потока на разницу потерь силы водного потока или жидкой смеси и на произведение расстояния пройденного пути измеряемого водного потока или жидкой смеси.

Энергию по перемещению водного потока или жидкой смеси, проходящей по переменному сечению, можно вычислить по (4) закону Белашова:

где

Е - энергия по перемещению водного потока или жидкой смеси, Вт;

Р в - плотность воды (в зависимости от температуры), кг/м³;

g - ускорение свободного падения тел в пространстве, м/с²;

π - 3,141592653 (отношение длины окружности к его диаметру);

S - площадь сечения водного потока или трубопровода, внутри которого перемещается вода или жидкая смесь, м²;

t - период времени перемещения водного потока или жидкой смеси, с;

L - длина измеряемого водного потока или жидкой смеси, м;

L 1 - расстояние пройденного пути измеряемого водного потока или жидкой смеси, м;

ΔН - потери давления в трубопроводе или другом объеме, внутри которого перемещается водный поток или жидкая смесь, Н.

(4) Закон Белашова, определяющий энергию по перемещению водного потока или жидкой смеси, проходящей по переменному сечению, можно выразить так:

Энергия по перемещению водного потока или жидкой смеси, проходящей по переменному сечению, прямо пропорциональна произведению плотности водной среды, ускорению свободного падения тел в пространстве, площади сечения водного потока и длины измеряемого водного потока на разницу потерь силы водного потока или жидкой смеси и на произведение длины пройденного пути измеряемого водного потока или жидкой смеси и обратно пропорциональна периоду времени перемещения водного потока или жидкой смеси.

Законы Белашова соответствуют размерным единицам физических величин и по ним можно вычислить не только перемещение водного потока или жидкой смеси, но и перемещение воздушного потока или газовой смеси, где в законах необходимо заменить:

Рв - плотность воды или жидкой смеси на

Ро - плотность воздушного потока или газовой смеси.

Если русло реки заключено в трубопровод, то работу по перемещению водного потока или жидкой смеси, проходящей по переменному сечению трубопровода, можно вычислить по (1) формуле Белашова:

где

А - работа по перемещению водного потока или жидкой смеси, Н·м;

Бв - кинематическая вязкость водного потока за единицу времени

при 20°С=462,12749394489518792954522541906 м²/с;

Р в - плотность воды (в зависимости от температуры), кг/м³;

D - диаметр трубопровода, где проходит водный поток или водная смесь, м;

V - скорость водного потока или водной смеси, м/с.

Работу по перемещению водного потока или жидкой смеси, проходящей по переменному сечению русла реки, можно вычислить по (2) формуле Белашова:

где

А - работа по перемещению водного потока или жидкой смеси, проходящей по переменному сечению водного потока реки, Н·м;

Б в - кинематическая вязкость водного потока за единицу времени при 20°С=462,12749394489518792954522541906 м²/с;

π - 3,141592653 (отношение длины окружности к его диаметру);

Р в - плотность воды (в зависимости от температуры), кг/м³;

S - площадь переменного сечения водного потока реки, м²;

V - скорость водного потока реки, м/с.

Кинематическая вязкость водного потока за единицу времени Бв=462,12749394489518792954522541906 м²/с взята из патента Российской Федерации №2277678 "Гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель Белашова".

Прежде, чем установить элементы бесплотинной гидроэлектростанции, в русле реки 5 необходимо выбрать рельеф местности, где есть крутые берега 11, которые могут создать максимальный перепад давления в водном потоке 9 и по возможности увеличить объем воды перед элементами бесплотинной гидроэлектростанцией для ее надежной работы, но так, чтобы не произошло гидрологических и экологических нарушений используемой реки и прилегающей к ней местности.

По берегам реки на бетонных подставках 6 необходимо установить пороговые модули 1 и укрепить боковые защитные основания 7. При помощи квадрата 32 системы регулирования высоты 30 установить подвижную направляющую 20 таким образом, чтобы кромка ограничителя 8 находилась немного выше уровня водного потока 9. Кромка ограничителя 8 предостерегает русло реки и прилегающую к ней местность от гидрологических и экологических нарушений и задает максимальную мощность бесплотинной гидроэлектростанции. После установки высоты кромки ограничителя 8 пороговые модули 1 готовы к использованию. Далее на дне реки 15 устанавливают погружные модули 3, имеющие цилиндрические турбины 42. Высота погружных модулей не должна превышать одной трети высоты водного потока реки. После установки погружные модули 3 в тот же момент готовы к использованию. Далее в водном потоке 9 на неподвижных жесткостях 10 устанавливают плавающие модули 2, которые присоединяют к боковым защитным основаниям 7 и закрепляют к берегу реки 11. После установки плавающие модули 2 в тот же момент готовы к использованию.

Работает бесплотинная гидроэлектростанция следующим образом.

Как уже говорилось ранее, при большой мощности водного потока реки ее невозможно использовать в полную силу, так как при увеличении сопротивления или нагрузки на водный поток (в виде генератора) пропорционально увеличивается объем воды перед бесплотинной гидроэлектростанцией и повышение уровня воды в реке. Например, при отборе кинетической энергии водного потока из устья реки на 10%, с учетом потерь на лопастях турбины водного колеса, объем воды перед бесплотинной гидроэлектростанций будет увеличиваться пропорционально, что приведет к естественному повышению уровня воды в реке. После увеличения объема воды перед бесплотинной гидроэлектростанцией и естественного поднятия уровня водного потока в реке, по закономерному явлению природы или согласно третьему закону Ньютона, данный водный поток будет обходить это препятствие, что повлечет за собой уменьшение ожидаемой мощности еще на 20-30%. Поэтому, для того чтобы использовать кинетическую энергию водного потока реки в полном объеме, необходимо ставить плотины или устанавливать пороговые модули.

Работает пороговый модуль 1, имеющий цилиндрическую турбину 23 с ковшовыми или лопастными захватывающими устройствами 26, которые расположены внутри экранов 27, следующим образом.

При перемещении водного потока 9 через кромку ограничителя 8 начинает вращаться цилиндрическая турбина 23 от ковшовых или лопастных захватывающих устройств 26. Цилиндрическая турбина 23 при помощи ковшовых или лопастных захватывающих устройств 26 преобразует движение водного потока реки в механическую энергию, а механическая энергия цилиндрической турбины при помощи механизма для передачи вращения 28 и низкооборотного генератора Белашова 29 превращается в электрическую энергию постоянного или переменного тока.

Работает плавающий модуль 2, имеющий ковшовые или лопастные захватывающие устройства 39, редуктор Белашова 40 и низкооборотный генератор Белашова 41, следующим образом.

При перемещении водного потока 9 начинает вращаться цилиндрическая турбина 37 от ковшовых или лопастных захватывающих устройств 39. Цилиндрическая турбина 37 при помощи ковшовых или лопастных захватывающих устройств 39 преобразует движение водного потока реки в механическую энергию, а механическая энергия цилиндрической турбины при помощи редуктора Белашова 40 и низкооборотного генератора Белашова 41 превращается в электрическую энергию постоянного или переменного тока.

Работает погружной модуль 3, имеющий цилиндрическую турбину 42 с самовыдвигающимися лопастными захватывающими устройствами 16, следующим образом.

При давлении водного потока 5 на самовыдвигающееся лопастное захватывающее устройство 16 начинает перемещаться цилиндрическая турбина 42, которая взаимодействуют с неподвижным валом 43, одним или множеством раздельных эксцентриков 45. Каждый раздельный направляющий выступ эксцентрика 45 расположен в элементах жесткости 48 цилиндрической турбины 42 и содержит зацепляющее устройства 49, которое взаимодействует с направляющим выступом эксцентрика 45. Внутри самовыдвигающихся лопастных захватывающих устройств 16 могут содержаться выдвижные телескопические вставки 50, имеющие поперечные углубления и насечки для увеличения длины лопастных захватывающих устройств. Внутренняя часть цилиндрической турбины 51, в которой размещен эксцентрик 45, механизм для передачи вращения 46 и низкооборотный генератор Белашова 47, может быть полностью заполнена водой, так как низкооборотный диэлектрический генератор Белашова 47 способен работать под водой в незащищенном состоянии. При использовании других типов низкооборотных генераторов внутри цилиндрической турбины 42 размещена герметичная изолированная камера 52, имеющая сальниковый уплотнитель 53. Цилиндрическая турбина 42 при помощи самовыдвигающихся лопастных захватывающих устройств 16 преобразуют движение водного потока реки в механическую энергию, а механическая энергия цилиндрической турбины 42 при помощи механизма для передачи вращения 46 и низкооборотного генератора Белашова 47 превращается в электрическую энергию постоянного или переменного тока.

При работе погружных модулей 3 и плавающих модулей 2 вращающаяся цилиндрическая турбина 37 и вращающаяся цилиндрическая турбина 42 бесплотинной гидроэлектростанции используют эффект Магнуса, который был впервые описан немецким физиком Генрихом Магнусом в 1853 году. Данный эффект применим для плавающих и погружных модулей, где лопасти плавающего и погружного модулей с одной стороны объекта направление вихря водного потока совпадает с направлением обтекающего потока реки и, соответственно, скорость движения среды с этой стороны цилиндрических турбин будет увеличиваться. Эффект Магнуса - физическое явление, возникающее при обтекании вращающегося тела потоком жидкости или газа. Образуется сила, воздействующая на тело и направленная перпендикулярно направлению потока. Это является результатом совместного воздействия различных физических явлений, таких как эффект Бернулли и образование пограничного слоя в среде вокруг обтекаемого объекта. Вращающийся объект создает в среде вокруг себя вихревое движение. С одной стороны объекта направление вихря совпадает с направлением обтекающего потока и, соответственно, скорость движения среды с этой стороны увеличивается. С другой стороны объекта направление вихря противоположно направлению движения потока и скорость движения среды уменьшается. Таким образом, возникает разность давлений, порождающая поперечную силу от той стороны вращающегося тела, на которой направление вращения и направление потока противоположны к той стороне, на которой эти направления совпадают.

Работает редуктор Белашова 28, который размещен внутри цилиндрической турбины 23, фиг.5, следующим образом.

Цилиндрическая турбина 23 с ковшовыми или лопастными захватывающими устройствами 26 через элементы качения или скольжения 56 и уплотнительные соединения 57 взаимодействует с неподвижным валом 24 и неподвижными валом 55. Неподвижный вал 24 имеет разветвление 58, на котором установлены неподвижный вал 64 и неподвижный вал 65, которые жестко связаны с первым основанием герметичного корпуса 63, где расположен низкооборотный генератор Белашова 29. На неподвижном валу 64 установлено зубчатое колесо 71, зубчатое колесо 74 и зубчатое колесо 75. На неподвижном валу 65 установлено зубчатое колесо 72, зубчатое колесо 73 и зубчатое колесо 76. По периметру внутренней части цилиндрической турбины 23 расположено зубчатое колесо 70, которое взаимодействует с зубчатым колесом 71, зубчатым колесом 72, зубчатым колесом 73, зубчатым колесом 74, зубчатым колесом 75, зубчатым колесом 76 и зубчатым колесом 77, которое приводит во вращение вал 68 низкооборотного генератора Белашова 29. Если цилиндрическую турбину 23 вращать по часовой стрелке, то зубчатое колесо 70 и зубчатое колесо 71 также будут вращаться по часовой стрелке, а зубчатые колеса 72 и 73 будут вращаться против часовой стрелки, тогда зубчатые колеса 74 и 75 будут вращаться по часовой стрелке, а зубчатое колесо 76 будет вращаться против часовой стрелки, тогда зубчатое колесо 77 вала 68 низкооборотного генератора Белашова 29 будет вращаться по часовой стрелке. Неподвижный вал 55 имеет разветвление 59, на котором установлены неподвижный вал 61 и неподвижный вал 62, которые жестко связаны со вторым основанием герметичного корпуса 60, где расположен низкооборотный генератор Белашова 29. На неподвижном валу 61 установлено зубчатое колесо 80 и зубчатое колесо 81. На неподвижном валу 62 установлено зубчатое колесо 79 и зубчатое колесо 82. По периметру внутренней части цилиндрической турбины 23 расположено зубчатое колесо 78, которое взаимодействует с зубчатым колесом 79, зубчатым колесом 80, зубчатым колесом 81, зубчатым колесом 82 и зубчатым колесом 83, которое приводит во вращение втулку статора 67 низкооборотного генератора Белашова 29. Если цилиндрическую турбину 23 вращать по часовой стрелке, то зубчатое колесо 78 также будет вращаться по часовой стрелке, а зубчатые колеса 80 и 81 будут вращаться против часовой стрелки, то зубчатое колесо 82 будет вращаться по часовой стрелке, тогда зубчатое колесо 83 втулки статора 67 низкооборотного генератора Белашова 29 будет вращаться против часовой стрелки. Из этого следует, что при одновременном вращении вала ротора 68 по часовой стрелке и втулки статора 67 против часовой стрелки количество оборотов низкооборотного генератора Белашова 29 увеличится в несколько раз.

Электрические машины и низкооборотные генераторы Белашова имеют большой к.п.д., так как все многовитковые обмотки четного или нечетного количества дисковых или цилиндрических роторов работают одновременно по всему диаметру от сигнала постоянного или переменного тока. Магнитные системы возбуждения модульных универсальных электрических машин Белашова могут быть расположены на статоре или роторе. Электрические машины хорошо регулируется по напряжению и по току. Согласно первому закону Белашова в области формирования и измерения электрических сигналов постоянного тока, который гласит, что максимальная форма сигнала постоянного тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна максимальной геометрической форме сигнала постоянного тока, у которого амплитуда сигнала не меняет свои характеристики во времени, всегда выше, чем у электрических машин, обмотки которых работают по сигналу переменного тока или третьего закона Белашова. Согласно третьему закону Белашова в области формирования и измерения электрических сигналов переменного тока эффективное значение разнообразных форм сигнала переменного тока в замкнутой цепи прямо пропорционально геометрической форме сигнала переменного тока и обратно пропорционально времени его прохождения. Смотрите законы и математические формулы Белашова в патенте Российской Федерации №2175807, которые вносят коренные изменения в уровень познания электротехнических явлений, в области формирования и измерения электрических сигналов постоянного или переменного тока.

Изобретение позволяет создать в энергетике, промышленности и народном хозяйстве новые типы бесплотинных гидроэлектростанций, которые имеют большой к.п.д. и не приводят к гидрологическим и экологическим нарушениям используемой реки и прилегающей к ней местности, а также пересмотреть некоторые законы гидродинамики, которые не соответствуют размерным единицам физических величин.

Источники информации

1. Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерность". "Наука" Главная редакция физико-математической литературы, М.: 1988 г.

2. Глинка Н.Л. "Общая химия". М.: Химия, 1988 г.

3. Кабардин О.Ф. "Физика, справочные материалы". М.: Просвещение, 1988 г.

4. Патент Российской Федерации "Универсальная электрическая машина Белашова ", №2175807, кл. Н02К 23/54, 27/02. Законы и математические формулы Белашова, которые вносят коренные изменения в уровень познания электротехнических явлений, в области формирования и измерения электрических сигналов постоянного или переменного тока.

5. Патент Российской Федерации "Универсальная электрическая машина Белашова", Hs 2118651, кл. Н02К 23/54, 27/10.

6. Китаев В.Е и Шляпинтох Л.С."Электротехника с основами промышленной электроники". М.: Высшая школа, 1973 г.

Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для преобразования кинетической энергии малых и средних потоков воды в реках, каналах, городских сточных водах или трубопроводах проводящих жидкости в электрическую энергию. Бесплотинная гидроэлектростанция малой и средней мощности, содержащая пороговые, погружные и плавающие модули, неподвижный вал, цилиндрическую турбину, механизм передачи вращения, низкооборотный генератор, ковшовые и лопастные захватывающие устройства, установленные в русле реки. Бетонная подставка порогового модуля содержит систему регулирования высоты цилиндрической турбины. Цилиндрическая турбина погружного модуля снабжена, по меньшей мере, одним эксцентриком и самовыдвигающимися лопастными захватывающими устройствами. Самовыдвигающиеся лопастные захватывающие устройства содержат зацепляющие устройства, которые взаимодействуют с направляющими выступами эксцентрика, и выдвижные телескопические вставки для увеличения длины лопастных захватывающих устройств. Вал и втулка статора низкооборотного генератора вращаются в разных направлениях. Изобретение позволяет повысить надежность, технологичность и к.п.д. электростанции. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Бесплотинная гидроэлектростанция малой и средней мощности, содержащая пороговые, погружные и плавающие модули, снабженные бетонной подставкой, связанной с боковым защитным основанием, взаимодействующим с неподвижным валом, цилиндрической турбиной, механизмом передачи вращения, низкооборотным генератором, ковшовыми и лопастными захватывающими устройствами, установленными в русле реки, отличающаяся тем, что бетонная подставка порогового модуля дополнительно содержит регулировочный винт опорного узла системы регулирования высоты цилиндрической турбины, снабженной, как минимум, двумя цилиндрическими стойками для перемещения опорных стержней, взаимодействующих с вставкой основания, имеющего канал для вхождения регулировочного винта, который через кронштейны закреплен к подвижной направляющей, включающей выступающую кромку ограничителя, цилиндрическая турбина погружного модуля дополнительно снабжена сальниковыми уплотнителями элементов качения или скольжения, взаимодействующих с неподвижным валом и направляющей бетонной подставкой, цилиндрической турбиной с, по меньшей мере, одним эксцентриком, самовыдвигающимися лопастными захватывающими устройствами, содержащими технологические разрезы, причем множество разделенных эксцентриков объединены между собой, а каждый направляющий выступ расположен между элементами жесткости цилиндрической турбины, самовыдвигающиеся лопастные захватывающие устройства содержат зацепляющие устройства, которые взаимодействуют с направляющими выступами эксцентрика, а для уменьшения трения эксцентрика и механизма для передачи вращения цилиндрическая турбина погружного модуля заполнена водой, при этом самовыдвигающиеся ковшовые и лопастные захватывающие устройства плавающего модуля имеют технологические разрезы, а внутри этих устройств установлены выдвижные телескопические вставки, имеющие поперечные углубления и насечки, для увеличения длины лопастных захватывающих устройств, одно основание неподвижного вала механизма передачи вращения содержит разветвление, которое через неподвижные валы связано с основанием герметичного корпуса низкооборотного генератора, а второе основание герметичного корпуса через неподвижные валы связано с разветвлением неподвижного вала, при этом первое основание герметичного корпуса через элементы качения или скольжения взаимодействует с втулкой статора низкооборотного генератора, а вал низкооборотного генератора через элементы качения или скольжения взаимодействует со вторым основанием герметичного корпуса, по периметру внутренней части первого основания цилиндрической турбины расположено зубчатое колесо, которое взаимодействует с набором зубчатых колес, расположенных на неподвижных валах для взаимодействия с зубчатым колесом вала низкооборотного генератора, а по периметру внутренней части второго основания цилиндрической турбины расположено зубчатое колесо, которое взаимодействует с набором зубчатых колес, расположенных на неподвижных валах для взаимодействия с зубчатым колесом втулки статора низкооборотного генератора, причем вал и втулка статора низкооборотного генератора вращаются в разных направлениях, а цилиндрическая турбина при помощи ковшовых или лопастных захватывающих устройств вращается в одном направлении и преобразует движение водного потока реки в механическую энергию, а механическая энергия цилиндрической турбины при помощи механизма для передачи вращения и низкооборотного генератора преобразуется в электрическую энергию.

2. Бесплотинная гидроэлектростанция малой и средней мощности по п.1, отличающаяся тем, что ковшовые или лопастные захватывающие устройства пороговых модулей расположены в пространстве между экранами.

3. Бесплотинная гидроэлектростанция малой и средней мощности по п.1, отличающаяся тем, что подвижная направляющая порогового модуля имеет защитный экран и конструктивные пустоты.

4. Бесплотинная гидроэлектростанция малой и средней мощности по п.1, отличающаяся тем, что неподвижные элементы жесткости плавающего модуля взаимодействуют с боковыми защитными основаниями и закреплены к берегу реки.

5. Бесплотинная гидроэлектростанция малой и средней мощности по п.1, отличающаяся тем, что внутри цилиндрической турбины размещена герметичная изолированная камера, имеющая сальниковый уплотнитель.