МИНИ-ГЭС Российский патент 2014 года по МПК F03B7/00 F03B17/06 

Настоящее изобретение относится к преобразователям энергии потока, расположенным вдоль него и отбирающим гидравлическую энергию на расстоянии, определенном длиной преобразователя.

Известны устройства аналогичного назначения, устанавливаемые вдоль потока для преобразования гидравлической энергии быстротоков каналов, рек и ручьев [1, 2, 3, 4] (аналоги), соответственно: [1] Блинов Б.С. Гирляндная ГЭС. М., 1963, с.16, рис.8,б; [2] Новиков Ю.М. Возможности бесплотинных ГЭС. Научно-технический сборник «Энергия и экология», с.81, Новосибирск, 1988, изд. Института теплофизики СО РАН; [3] Патент на полезную модель №61808 «Роторная гидротурбина. Варианты» А.И. Попов; [4] Патент на полезную модель №61809 «Торционная гидротурбина» А.И. Попов.

В такого рода конструкциях поток входит вовнутрь полуцилиндров или их частей и выходит по образующей в щели по касательной к окружности, создавая реактивный момент вращения.

Недостатком данных устройств является низкий коэффициент полезного действия и небольшая вырабатываемая удельная мощность ввиду неполного использования энергии скоростного напора водного потока.

Это обусловлено тем, что основная часть потока проходит не вовнутрь полуцилиндров, а обтекает гидротурбинки, не создавая вращательного движения.

Известны также шнековые преобразователи энергии потока воды [5]: Описание шнековой ГЭС «Future Energy Yorkshire)) [электронный ресурс]. Режим доступа: www.fev.org.uk.

В подобной шнековой ГЭС (аналог) шнек расположен в трубе наклонно и может вращаться только при значительном перепаде высот. Такая конструкция больше подходит для плотинных или деривационных вариантов ГЭС.

В этих конструкциях поток, взаимодействуя со шнековой поверхностью на всем ее протяжении, обеспечивает большее давление потока и большую удельную вырабатываемую мощность.

Однако недостатком данных устройств является также невысокий КПД, поскольку не используется реактивная составляющая энергии и не полностью используется вращающийся момент от давления.

Наиболее близким устройством к заявленному (прототипом) является патент на полезную модель №94642 «Бесплотинная шнековая гидроэлектростанция» авторов Попова А.И., Щеклеина С.Е. [6]. В данной конструкции использованы два или более шнеков, расположенных под углом друг к другу поперек потока воды с использованием угловых редукторов и лопастей разных диаметров.

Недостатком конструкции прототипа является невозможность отбора гидравлической энергии от протяженного участка потока и сложность конструкции из-за необходимости размещать шнеки под углом к потоку для более эффективного отъема гидравлической энергии.

Задачей настоящего изобретения является повышение КПД и удельной вырабатываемой мощности за счет увеличения эффекта получения большего давления от движущего потока и одновременного использования реактивной составляющей потока.

Поставленная задача достигается тем, что в мини-ГЭС, содержащей шнек, состоящий из цилиндра с лопастями на его поверхности, причем цилиндр соединен с генератором и расположен вдоль водного потока, согласно изобретению лопасти выполнены в виде нескольких труб, равномерно расположенных по поверхности цилиндра по геликоидной линии, к цилиндру подсоединены конфузор с максимальным диаметром конуса, равным диаметру цилиндра, и диффузор, минимальный диаметр которого равен сумме диаметра цилиндра и двух диаметров труб на их входе, а выходные концы труб оснащены наконечниками, установленными по касательной к цилиндрической поверхности. Кроме того, профиль наконечников выполнен по профилю отсасывающих труб гидротурбин.

Технические преимущества заявленного объекта по сравнению с прототипом заключаются в том, что лопасти шнеков выполнены в виде закрытых сверху поверхностей: труб круглого, квадратного или иного профиля, расположенных на цилиндрической поверхности по геликоиде.

Другое отличие заключается в том, что на входе устройства устанавливается конфузор и диффузор для концентрации потока в трубах. Еще одно отличие заключается в том, что на выходе трубы оснащены наконечниками, имеющими профиль отсасывающих труб и расположенными по касательной к окружности цилиндрической поверхности.

Это позволяет, используя данную конструкцию, получить большую удельную мощность от водного потока и повысить ее коэффициент полезного действия.

На чертеже изображена конструкция предлагаемого изобретения, вид ее в профиль. Для упрощения прорисовано движение потока в сечениях одной трубы и выход его через наконечники трубы.

Мини-ГЭС содержит цилиндрическую поверхность цилиндра 1, на которой по геликоиде размещены, например, круглые трубы 2, выходные концы 3 которых расположены по касательной к цилиндру и оснащены наконечниками 4, а входные концы симметрично расположены по окружности цилиндра. К цилиндру присоединены конфузор 5 и диффузор 6, причем конфузор соединен с электрическим генератором 7, например, тросом 8, другой конец 9 которого может соединяться с подобной конструкцией для увеличения суммарной мощности Мини-ГЭС.

Мини-ГЭС работает следующим образом. Входной гидравлический поток «V», отражаясь одновременно от наружной поверхности конфузора 5, максимальный диаметр конуса которого равен диаметру цилиндрической поверхности, и от внутренней поверхности диффузора 6, минимальный диаметр которого равен сумме диаметра цилиндрической поверхности и двух диаметров труб, полностью одновременно заполняет все трубы 2. Поток движется внутри труб по геликоиде, создавая давление в трубах.

Поскольку поверхность замкнутая, то все давление потока полностью передается геликоиде по спирали на развитую внутреннюю поверхность труб, заставляя вращаться всю конструкцию. Через трос 8 вращение передается на низкооборотный генератор 7 или на мультипликатор, если используется высокооборотный генератор.

Расположение труб по кривой линии - геликоиде (однооборотной спирали) позволяет максимально использовать кинетическую энергию потока.

Весь поток, прошедший через трубы 2, выбрасывается с их концов 3 через наконечники 4, расположенные по касательной к окружности, создавая при этом реактивную составляющую крутящего момента данной конструкции.

Профили наконечников, кроме того, выполнены с расширением по профилю отсасывающих труб, используемых на выходе гидротурбин.

Предложенное техническое решение позволяет получить от потока большую мощность за счет одновременного использования его кинетической энергии, преобразованной в давление, и за счет реактивной составляющей потока.

Устройство рекомендуется для использования на протяженных участках каналов, рек или ручьев, имеющих скорости течения более 1,5 метров в секунду.

Необходимая мощность от потока может быть получена последовательным подсоединением подобных конструкций к выходным концам 9 троса. Вместо троса может использоваться цепь или другая гибкая шарнирная связь между этими конструкциями.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Блинов Б.С. Гирляндная ГЭС. М., 1963, с.16, рис.8,б (аналог).

2. Новиков Ю.М. Возможности бесплотинных ГЭС. Научно-технический сборник «Энергия и экология», с.81. Ответственный редактор Накоряков В.Е., Новосибирск, 1988, изд. Института теплофизики СО РАН (аналог).

3. Патент на полезную модель №61808 «Роторная гидротурбина. Варианты». Автор Попов А.И. (аналог).

4. Патент на полезную модель №61809 «Торционная гидротурбина». Автор Попов А.И. (аналог).

5. Описание шнековой ГЭС «Future Energy Yorkshire» [электронный ресурс]. Режим доступа: www.fev.org.uk(UK) (аналог).

6. Патент на полезную модель №94642 «Бесплотинная шнековая гидроэлектростанция». Авторы Попов А.И., Щеклеин С.Е. (прототип).

Изобретение относится к преобразователям энергии потока, расположенным вдоль него и отбирающим гидравлическую энергию на расстоянии, определенном длиной преобразователя. Мини-ГЭС содержит шнек, состоящий из цилиндра с лопастями на его поверхности. Цилиндр соединен с генератором и расположен вдоль водного потока. Лопасти выполнены в виде нескольких труб, равномерно расположенных по поверхности цилиндра по геликоидной линии. К цилиндру подсоединены конфузор с максимальным диаметром конуса, равным диаметру цилиндра, и диффузор, минимальный диаметр которого равен сумме диаметра цилиндра и двух диаметров труб на их входе. Выходные концы труб оснащены наконечниками, установленными по касательной к цилиндрической поверхности. Изобретение направлено на повышение КПД и удельной вырабатываемой мощности за счет увеличения эффекта получения большего давления от движущего потока и одновременного использования реактивной составляющей потока. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Мини-ГЭС, содержащая шнек, состоящий из цилиндра с лопастями на его поверхности, причем цилиндр соединен с генератором и расположен вдоль водного потока, отличающаяся тем, что лопасти выполнены в виде нескольких труб, равномерно расположенных по поверхности цилиндра по геликоидной линии, к цилиндру подсоединены конфузор с максимальным диаметром конуса, равным диаметру цилиндра, и диффузор, минимальный диаметр которого равен сумме диаметра цилиндра и двух диаметров труб на их входе, а выходные концы труб оснащены наконечниками, установленными по касательной к цилиндрической поверхности.

2. Мини-ГЭС по п.1, отличающаяся тем, что профиль наконечников выполнен по профилю отсасывающих труб гидротурбин.