РУСЛОВАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ РУССКОГО ИНЖЕНЕРА ЖЕЛЕЗНЯКОВА СЕРГЕЯ ТИМОФЕЕВИЧА Российский патент 2015 года по МПК F03B13/10 F03B17/06 E02B9/00 

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к гидроэлектростанциям, обеспечивающим получение электроэнергии путем использования энергии естественного водного потока реки.

Известна гидроэлектростанция (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР № 889787, МПК Е 02 В 9/00, публикация 25.12.81 г.), использующая энергию речного потока. Электрогенератор и турбина, имеющая уклон в сторону русла, находятся на берегу. Нижний край турбины опущен в прибрежный водяной поток. Недостатками этой ГЭС являются: невозможность обеспечить стабильный уровень электроэнергии из-за переменного уровня речного потока (уреза воды) в половодье и в засушливый период. Она использует, в том числе, и поверхностные слои речного потока, которые в зимнее время замерзают, и, следовательно, вращаться турбина не может. И, наконец, во время весеннего паводка и ледохода турбина и сама станция будут залиты весенней паводковой водой и снесены идущим по реке льдом.

Наиболее близким, по сути, к предлагаемому изобретению является подводная гидроэлектростанция (см. описание изобретения к патенту РФ. № 2139972, МПК Е 02 В 9/00, публикация 20.10.99 г.), полностью погруженная в речной поток, имеющая корпус в форме круглой в поперечном сечении трубы, внутри которой размещена турбина, плоскость вращения лопастей которой перпендикулярна оси потока. Вал турбины напрямую соединен с валом электрогенератора, расположенного там же в герметичном отсеке-контейнере. На входном конфузоре установлена оградительная сетка. Турбинный отсек корпуса имеет продольные выходные окна и отражатель внутреннего потока воды, выполненный в виде усеченного конуса и герметично соединенный с цилиндрической обечайкой, внутри которой установлен горизонтальный вал турбины на подшипниках. Пройдя турбину, поток через боковые щели попадает во внешний поток.

Существенными недостатками этой ГЭС являются: погружение электрогенератора в речной поток в разбирающемся, то есть имеющем болтовые герметизируемые разъемы, контейнере. В природе не существует ни одного герметичного разъемного контейнера, который бы при длительной эксплуатации (при длительном погружении в воде) не пропустил бы внутрь себя воду, тем более что из него наружу выходит вращающийся вал, соединенный с турбиной, находящейся в турбулентном водном потоке и, следовательно, передающей этому валу вибрацию от водяных вихрей. Слабо организованный поток внутри трубы не позволит снять максимальным образом энергетику потока, тем более что диаметр турбины в этом случае будет небольшим в силу небольшой глубины естественного речного потока, а также небольших размеров электрогенератора. Так как чем больше электрогенератор, тем больших размеров нужен герметичный контейнер и тем труднее обеспечить герметизацию вообще. Многочисленными примерами, подтверждающими данное утверждение, могут служить различные морские и речные суда, имеющие гребные валы, выходящие из корпуса судна в воду. Их герметизация не способна удержать воду при длительной эксплуатации, поэтому на всех судах есть так называемая трюмовая вода, которую удаляют из трюма с помощью помпы.

Известно инженерное устройство «Дозвуковая аэродинамическая труба» как прямоточная, так и с обратным каналом. (См. авторское свидетельство № 326474, МПК G 01 М 9/00.)

Она используется для проведения испытаний и получения аэродинамических характеристик моделей летательных аппаратов и их частей на дозвуковых скоростях.

Труба состоит из форкамеры, имеющей направляющую решетку и заканчивающейся конфузорным каналом, переходящим в цилиндрический, в котором расположена рабочая часть - камера, где размещается испытуемая модель. Затем идет диффузорный канал, за которым располагается вентилятор, приводимый в движение электродвигателем, далее обратный канал.

Устройство работает следующим образом. Вентилятор, приводимый во вращение электродвигателем, создает перед собой разрежение, которое заставляет воздух двигаться через направляющую решетку форкамеры, которая делает поток более ламинарным (безвихревым), в конфузорный канал, в котором воздух разгоняется, то есть увеличивает свою скорость, и попадает в рабочую часть, где взаимодействует с испытуемой моделью. С модели снимаются необходимые параметры. Затем воздушный поток попадает в диффузор, где уменьшает свою скорость, и через обратный канал движется назад к решетке форкамеры. Таким образом, затрачивая электроэнергию, мы создаем необходимый нам воздушный поток в специально организованном пространстве трубы.

Используем тот же принцип работы прямоточной без обратного канала дозвуковой аэродинамической трубы, но наоборот. Для чего устанавливаем в речной поток аналогичную прямоточной дозвуковой аэродинамической трубе без обратного канала прямоточную дозвуковую гидродинамическую трубу, которую используем в качестве гидропривода для электрогенератора.

Используем энергию уже имеющегося потока для получения электроэнергии. Труба придает потоку необходимые нам свойства, и мы используем его энергию для вращения турбины, которая размещается в этом случае в рабочей части трубы, где скорость потока максимальная. Турбина вращает электрогенератор, находящийся вне трубы, который вырабатывает электрический ток.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание русловой гидроэлектростанции, которая позволяет обеспечить съем максимально возможной части кинетической энергии воды, естественно текущей в реке, для преобразования ее в электроэнергию, не подвергая электрогенератор опасности быть залитым водой, а также обеспечить модульный принцип построения электростанции для получения ее заданных энергетических характеристик в широком диапазоне.

Сущность изобретения заключается в том, что русловая гидроэлектростанция, содержащая установленный в речном потоке воды корпус с входным конфузорным водозаборником, оснащенным сетчатым фильтром, установленный в корпусе турбинный модуль, включающий установленную на валу лопастную турбину, электрогенератор, связанный свалом турбины, выполняется так, что гидроэлектростанция устанавливается на фундаменте и содержит несколько жестких, непроницаемых для воды, имеющих эллиптическое поперечное сечение корпусов с турбинными модулями, расположенными с возможностью передачи вращения с валов, заключенных в кольцо, турбин через обгонные муфты общему валу, проходящему через береговой колодец с циркулирующей в нем донной речной водой, через редуктор к валу ротора электрогенератора, установленного на берегу, при этом в каждом из турбинных модулей плоскость вращения лопастей турбины наклонена под углом к продольной оси потока, в зоне ступицы турбины, к которой крепятся лопасти, на расположенной перед турбиной направляющей решетке установлено острием навстречу потоку конусообразное тело, а с задней стороны на ступице турбины установлено полусферическое тело, а перед турбинным модулем и за ним установлено запорное устройство с возможностью перекрытия потока внутри корпуса, при этом конфузорный водозаборник, оснащенный наклонным сетчатым фильтром, имеет боковые искусственные речные пороги, а каждый корпус снабжен выходным диффузорным соплом с защитной сеткой.

Кроме того, на фундаменте устанавливается несколько корпусов с входным конфузорным водозаборником, оснащенным сетчатым фильтром, параллельно рядом друг с другом, поперек течения реки.

Кроме того, на фундаменте устанавливается несколько корпусов с входным конфузорным водозаборником, оснащенным сетчатым фильтром, продольно по течению реки друг за другом.

Кроме того, на фундаменте устанавливается несколько корпусов с входным конфузорным водозаборником, оснащенным сетчатым фильтром, имеющих дополнительные боковые конфузорные водозаборники, уступом, то есть продольно по течению реки друг за другом с боковым смещением.

Кроме того, угол наклона плоскости вращения лопастей турбины к продольной оси водяного потока лежит в диапазоне от 0 до 180 градусов.

Кроме того, направляющая конусообразного тела является ломаной линией.

Кроме того, направляющая конусообразного тела является криволинейной.

Кроме того, турбинное кольцо имеет коническую форму, а лопасти турбины скошены назад.

Кроме того, передняя кромка лопасти турбины выполнена уступами, предотвращающими сползание водорослей, попавших на лопасть, в зону ступицы.

Кроме того, лопасти турбины выполнены с использованием геометрической крутки.

Кроме того, лопасти турбины выполнены с использованием гидродинамической крутки.

Кроме того, лопасть турбины имеет щели, позволяющие потоку перетекать с нижней поверхности профиля лопасти на верхнюю, увеличивая тем самым подъемную силу лопасти, которая и создает вращающий момент турбины.

Кроме того, боковые искусственные речные пороги конфузорного водозаборника выполнены в виде глухой бетонной стены.

Кроме того, боковые искусственные речные пороги конфузорного водозаборника выполнены в виде пластин как цельноповоротных, так и шарнирно соединенных, прикрепленных к дну реки при помощи подпорок и растяжек.

Кроме того, боковые искусственные речные пороги конфузорного водозаборника выполнены в виде мягкого полотна, прикрепленного к дну реки при помощи подпорок и растяжек и наполненного напором текущей воды.

Кроме того, через боковой искусственный порог конфузорного водозаборника проходит канал для прохода судов с большой осадкой, в котором расположены друг за другом два боковых искусственных речных порога, верхний край которых опускается и поднимается с помощью механизма.

Кроме того, боковой искусственный порог конфузорного водозаборника имеет отверстия для протока воды.

Кроме того, береговой колодец может быть как вертикальным, так и наклонным.

Кроме того, циркуляция донной воды в береговом колодце обеспечивается принудительно винтом Архимеда, закрепленным на общем валу, идущем по дну реки на его входе в береговой колодец.

Кроме того, наклонный сетчатый фильтр выдвигается в речной поток вне русловой гидроэлектростанции и поворачивается на угол в диапазоне от 0 до 180 градусов, позволяя потоку смыть накопившуюся на нем грязь и водоросли.

Кроме того, лопатки направляющей решетки направляют водный поток на лопасти турбины под углом атаки, обеспечивающим максимальное гидродинамическое качество лопасти.

Это позволяет создать русловую гидроэлектростанцию, которая позволяет обеспечить съем максимально возможной части кинетической энергии воды, естественно текущей в реке, для преобразования ее в электроэнергию, не подвергая электрогенератор опасности быть залитым водой, а также обеспечить модульный принцип построения электростанции для получения ее заданных энергетических характеристик в широком диапазоне.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На Фиг. 1 показан общий вид русловой гидроэлектростанции, состоящей из одного турбинного модуля (вид с боку).

На Фиг. 2 показаны варианты компоновок русловой ГЭС, состоящей из нескольких корпусов и из нескольких турбинных модулей, а также возможное размещение канала для прохода судов и искусственных речных порогов (вид сверху).

На Фиг. 3 показан искусственный речной порог, исполненный в виде глухой железобетонной стены.

На Фиг. 4 показан искусственный речной порог, исполненный в виде забора из пластин, прикрепленных к фундаменту при помощи шарниров, подпорок и растяжек.

На Фиг. 5 показан искусственный речной порог, исполненный в виде забора из шарнирно соединенных пластин, прикрепленных к фундаменту при помощи шарниров, подпорок и растяжек.

На Фиг. 6 показан искусственный речной порог, исполненный в виде забора из мягкого полотна, наполненного напором текущей воды, прикрепленного к фундаменту при помощи подпорок и растяжек.

На Фиг. 7 показана лопасть турбины, имеющая щели, позволяющие потоку перетекать с нижней поверхности профиля лопасти на верхнюю, увеличивая тем самым подъемную силу лопасти, которая и создает вращающий момент турбины.

На Фиг. 8 показана лопасть турбины, имеющая переднюю кромку, выполненную уступами, предотвращающими сползание водорослей, попавших на лопасть, в зону ступицы.

На Фиг. 9 показана лопасть турбины, имеющая скос назад при использовании турбинного кольца, имеющего коническую форму.

Позициями на чертежах обозначены:

1 - речной поток,

2 - корпус гидроэлектростанции,

3 - берег реки,

4 - конфузорный водозаборник,

5 - наклонный сетчатый фильтр,

6 - корпус турбинного модуля,

7 - запорное устройство,

8 - турбинный модуль,

9 - диффузорное сопло,

10 - защитная сетка.

11 - направляющая решетка,

12 - турбина,

13 - вал турбины,

14 - обгонная муфта,

15 - общий вал,

16 - редуктор,

17 - электрогенератор,

18 - ступица турбины,

19 - полусферическое тело,

20 - искусственный порог,

21 - береговой колодец,

22 - судно с большой осадкой,

23 - канал для прохода судов,

24 - искусственный порог с механизмом изменения высоты,

25 - конусообразное тело,

26 - фундамент,

27 - турбинное кольцо,

28 - глухая железобетонная стена,

29 - пластина,

30 - растяжка,

31 - подпорка,

32 - мягкое полотно (прорезиненная ткань, брезент).

Русловая гидроэлектростанция (2), содержащая установленный в речном потоке (1) воды корпус с входным конфузорным водозаборником (4), оснащенным сетчатым фильтром (5), установленный в корпусе турбинный модуль (8), включающий установленную на валу (13) лопастную турбину (12), электрогенератор (17), связанный с валом турбины (13), выполняется так, что гидроэлектростанция (2) устанавливается на фундаменте (26) и содержит несколько жестких, непроницаемых для воды, имеющих эллиптическое поперечное сечение корпусов (6) с турбинными модулями (8), расположенными с возможностью передачи вращения с валов (13), заключенных в кольцо (27), турбин (12) через обгонные муфты (14) общему валу (15), проходящему через береговой колодец (21) с циркулирующей в нем донной речной водой, через редуктор (16) к валу ротора электрогенератора (17), установленного на берегу (3), при этом в каждом из турбинных модулей (8) плоскость вращения лопастей турбины (12) наклонена под углом к продольной оси потока (1), в зоне ступицы (18) турбины (12), к которой крепятся лопасти, на расположенной перед турбиной (12) направляющей решетке (11) установлено острием навстречу потоку конусообразное тело (25), а с задней стороны на ступице турбины (18) установлено полусферическое тело (19), а перед турбинным модулем (8) и за ним установлено запорное устройство (7) с возможностью перекрытия потока внутри корпуса (6), при этом конфузорный водозаборник (4), оснащенный наклонным сетчатым фильтром (5), имеет боковые искусственные речные пороги (20), а каждый корпус (2) снабжен выходным диффузорным соплом (9) с защитной сеткой (10).

На фиг. 2 показано, как на фундаменте (26) устанавливается несколько корпусов гидроэлектростанции (2) параллельно рядом друг с другом, поперек течения реки (1), присоединенных к одному и тому же общему валу (15), соединенному с одним электрогенератором (17).

Кроме того, на фундаменте (26) устанавливается несколько корпусов гидроэлектростанции (2) с входным конфузорным водозаборником (4), оснащенным сетчатым фильтром (5), продольно по течению реки друг за другом.

Кроме того, на фундаменте (26) устанавливается несколько корпусов гидроэлектростанции (2) с входным конфузорным водозаборником (4), оснащенным сетчатым фильтром (5), имеющих дополнительные боковые конфузорные водозаборники, уступом, то есть продольно по течению реки друг за другом с боковым смещением.

Кроме того, угол наклона плоскости вращения лопастей турбины (12) к продольной оси водяного потока лежит в диапазоне от 0 до 180 градусов.

Кроме того, направляющая конусообразного тела (25) является ломаной линией.

Кроме того, направляющая конусообразного тела (25) является криволинейной.

Турбинное кольцо (27) имеет коническую форму, а лопасти турбины (12) скошены назад, как показано на фиг. 9.

Передняя кромка лопасти турбины (12) выполнена уступами, предотвращающими сползание водорослей, попавших на лопасть, в зону ступицы (18), как показано на фиг. 8.

Кроме того, лопасти турбины (12) выполнены с использованием геометрической крутки.

Кроме того, лопасти турбины (12) выполнены с использованием гидродинамической крутки.

На фиг. 7 показано, что лопасть турбины (12) имеет щели, позволяющие потоку перетекать с нижней поверхности профиля лопасти на верхнюю, увеличивая тем самым подъемную силу лопасти, которая и создает вращающий момент турбины (12).

На фиг. 3 показано, как боковые искусственные речные пороги (20) конфузорного водозаборника (4) выполнены в виде глухой бетонной стены (28).

На фиг. 4 и 5 показано, как боковые искусственные речные пороги (20) конфузорного водозаборника (4) выполнены в виде пластин (29) как цельноповоротных, так и шарнирно соединенных, прикрепленных к дну реки при помощи подпорок (31) и растяжек (30).

На фиг. 6 показано, как боковые искусственные речные пороги (20) конфузорного водозаборника (4) выполнены в виде мягкого полотна (32), прикрепленного к дну реки помощи подпорок (31) и растяжек (30) и наполненного напором текущей воды.

На фиг. 2 показано, как через боковой искусственный порог (20) конфузорного водозаборника (4) проходит канал (23) для прохода судов с большой осадкой, в котором расположены друг за другом два боковых искусственных речных порога (24) с механизмом изменения высоты, так что они работают в режиме створок шлюзовой камеры.

Кроме того, боковой искусственный порог (20) конфузорного водозаборника (4) имеет отверстия для протока воды.

Кроме того, береговой колодец (21) может быть как вертикальным, так и наклонным.

Кроме того, циркуляция донной воды в береговом колодце (21) обеспечивается принудительно винтом Архимеда, закрепленным на общем валу (15), идущем по дну реки на его входе в береговой колодец (21).

Кроме того, наклонный сетчатый фильтр (5) выдвигается в речной поток (1) вне русловой гидроэлектростанции (2) и поворачивается на угол в диапазоне от 0 до 180 градусов, позволяя потоку (1) смыть накопившуюся на нем грязь и водоросли.

Кроме того, лопатки направляющей решетки (11) направляют водный поток (1) на лопасти турбины (12) под углом атаки, обеспечивающим максимальное гидродинамическое качество лопасти.

Русловая гидроэлектростанция работает следующим образом.

Речной поток (1) через входной конфузорный водозаборник (4), снабженный наклонным сетчатым фильтром (5), защищающим от попадания посторонних предметов и водорослей, попадает в гидроэлектростанцию (2), установленную на фундамент (26). В конфузорном водозаборнике (4) дозвуковой поток реки (1) разгоняется, дополнительно увеличивая свою скорость. Затем поток попадает в цилиндрический участок корпуса (6) гидроэлектростанции (2), который образует цилиндрический, эллиптический в поперечном сечении канал для потока (1) воды. В нем расположено запорное устройство (7), которое при необходимости останавливает поток (1) внутри корпуса (6) гидроэлектростанции (2) для обеспечения монтажа и демонтажа ее узлов, который осуществляется в постоянно действующем речном потоке (1).

Далее поток из цилиндрического, эллиптического в поперечном сечении канала попадает в кольцеобразный в поперечном сечении канал, образованный установкой в зоне ступицы (18) турбины (12) на решетке направляющего аппарата (11) конусообразного тела (25), направленного острием навстречу потоку (1), которое отжимает поток от центра канала к его периферии. Учитывая, что площадь поперечного сечения кольцеобразного канала меньше цилиндрического канала, происходит еще большее поджатие потока (1) и увеличение его скорости.

Далее поток (1), изменив направление своего движения, на лопатках направляющей решетки (11), под углом атаки, обеспечивающим максимальное гидродинамическое качество, попадает на лопасти турбины (12).

Если турбинное кольцо (27) имеет коническую форму, а лопасти турбины (12) скошены назад, то площадь поперечного сечения кольцеобразного канала внутри турбинного кольца (27) уменьшается и происходит еще большее поджатие потока (1) и увеличение его скорости.

Таким образом, создается максимальный крутящий момент турбины (12) при минимальном внутреннем гидравлическом сопротивлении гидроэлектростанции (2), то есть при минимальных потерях скорости потока (1).

Таким образом, крутящий момент приводит турбину (12) во вращение, которое через вал турбины (13), через обгонный модуль (14) передается общему валу (15), а от него через редуктор (16) к электрогенератору (17), находящемуся на берегу (3), который и вырабатывает электрический ток.

Далее поток из кольцеобразного, эллиптического в поперечном сечении канала попадает в эллиптический в поперечном сечении канал, образованный установкой на задней стороне ступицы (18) турбины (12) полусферического тела (19), образующего со стенками трубы кольцевой, эллиптический в поперечном сечении диффузорный канал, переходящий в цилиндрический эллиптический в поперечном сечении канал. Этим обеспечивается плавное торможение потока (1) и уменьшение его турбулентности, что позволяет использовать поток (1) на втором и последующих аналогичных турбинных модулях (8). Далее на выходе из гидроэлектростанции (2) поток (1) попадает в диффузор (9), в котором он тормозится до скорости потока (1) реки и затем возвращается в русло реки.

Таким образом, крутящий момент на общем валу (15) может увеличиваться за счет использования нескольких турбинных модулей (8) в гидроэлектростанции (2), расположенных продольно по течению реки друг за другом. Или турбинные модули (8), имеющие дополнительные боковые конфузорные водозаборники, могут располагаться в гидроэлектростанции (2) уступом, то есть продольно по течению реки друг за другом с боковым смещением. В зависимости от конкретных местных речных условий гидроэлектростанции (2), присоединенные к общему валу (15), могут располагаться поперек течения (1) реки рядом друг с другом. (См. Фиг. 2.) Все это позволяет увеличивать крутящий момент на общем валу (15) и соответственно получать электростанцию заданной мощности, реализуя модульный принцип.

При этом учитывается то, что внутреннее гидравлическое сопротивление гидроэлектростанции (2) будет весьма значительным, и оно может «запереть» гидроэлектростанцию (2), то есть остановить поток (1) внутри нее, так что речной поток (1) будет обтекать гидроэлектростанцию (2) с боков. Чтобы избежать такой ситуации на дне реки по бокам от входного конфузорного водозаборника (4) до берега создаются искусственные речные пороги (20), в виде подводной плотины, соразмерно высоте гидроэлектростанции (2). При такой постановке вопроса гидравлическое сопротивление части поперечного сечения русла реки по бокам от гидроэлектростанции (2) будет больше его внутреннего гидравлического сопротивления, что заставит речной поток (1) двигаться внутри гидроэлектростанции (2). (Полная аналогия с естественным речным порогом.)

Общий вал (15), которому через обгонные муфты (14), позволяющие ему вращаться, даже если заклинит одну из турбин (12), передаются вращающие моменты от валов турбин (13), проходит по дну реки к берегу. Затем через береговой колодец (21), пробуренный до уровня дна реки, общий вал (15) подходит к повышающему редуктору (16) электрогенератора (17), который находится на берегу (3). Здесь важно, чтобы береговой колодец (21) был пробурен до уровня дна реки в зоне гидроэлектростанции (2), чтобы можно было организовать циркуляцию воды со дна реки в этот колодец (21). Это предотвратит замерзание воды в колодце в зимнее время.

Известно, что вода имеет максимальную плотность при температуре +4 - +5 градусов по Цельсию и, следовательно, опускается вниз, имея эту температуру. А более холодная или более теплая вода, имея меньшую плотность, вытесняется наверх. Поэтому даже зимой при значительных отрицательных температурах воздуха температура воды на дне реки не опускается ниже этого уровня, и именно поэтому реки не промерзают до дна.

Учитывая то, что крутящий момент на турбине (12) тем больше, чем больше ее диаметр, необходимо стремиться к увеличению диаметра турбины (12), чтобы обеспечить максимальный крутящий момент турбины (12) турбинного модуля (8), а значит и, в конечном счете, мощность всей электростанции. Однако увеличение диаметра турбины (12) ведет к увеличению диаметра гидроэлектростанции (2), что в свою очередь увеличивает потребную глубину речного потока (1) и тем самым не позволяет использовать реки с относительно неглубокими потоками.

Данное противоречие устраняется наклоном плоскости вращения лопастей турбины (12) под углом к оси потока. Это позволяет выполнить корпус (6) гидроэлектростанции (2) с эллиптическим поперечным сечением. И чем больше угол наклона плоскости вращения лопастей турбины (12) к оси потока (1), тем более вытянутым становится этот эллипс. Таким образом, и при большом диаметре турбины (12) высота гидроэлектростанции (2) становится значительно меньше и становится возможным использование неглубоких речных потоков. Это тем более важно, так как верхние слои речного потока (1) не пригодны для использования в данной РусГЭС, потому что они используются для судоходства плоскодонных судов с небольшой осадкой, а в зимнее время они замерзают. Река покрывается льдом, и верхняя часть гидроэлектростанции (2) просто вмерзнет в лед и гидроэлектростанция (2) будет снесена во время весеннего ледохода.

На реках с организованным судоходством для пропуска судов (22) с большой осадкой в зоне русловой гидроэлектростанции на искусственном пороге (20) организуется канал (23) для прохода этих судов, оборудованный системой из двух расположенных друг за другом искусственных порогов (24) с механизмом изменения их высоты. При этом расположенные друг за другом искусственные пороги (24) с механизмом изменения их высоты работают поочередно в режиме шлюзовой камеры. При подходе судна к специальному каналу (23) первый искусственный порог (24) опускается и, пропустив судно в специальный канал (23), поднимается. После чего второй искусственный порог (24) опускается и, пропустив судно из специального канала (23), поднимается.

Русловая гидроэлектростанция в соответствии с данным изобретением по сравнению с прототипом позволяет обеспечить съем максимально возможной части кинетической энергии воды, естественно текущей в реке, для преобразования ее в электроэнергию, не подвергая электрогенератор опасности быть залитым водой, а также обеспечить модульный принцип построения электростанции для получения ее заданных энергетических характеристик в широком диапазоне.

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к гидроэлектростанциям. Русловая гидроэлектростанция 2 установлена на фундаменте 26 и содержит несколько жестких, непроницаемых для воды, имеющих эллиптическое поперечное сечение корпусов 6 с турбинными модулями 8, расположенными с возможностью передачи вращения с валов 13, заключенных в кольцо 27, турбин 12 через обгонные муфты 14 общему валу 15, проходящему через береговой колодец 21 с циркулирующей в нем донной речной водой, через редуктор 16 к валу ротора электрогенератора 17, установленного на берегу 3. В каждом из турбинных модулей 8 плоскость вращения лопастей турбины 12 наклонена под углом к продольной оси потока 1, в зоне ступицы 18 турбины 12, к которой крепятся лопасти. На расположенной перед турбиной 12 направляющей решетке 11 установлено острием навстречу потоку конусообразное тело 25. С задней стороны на ступице 18 турбины 12 установлено полусферическое тело 19. Перед турбинным модулем 8 и за ним установлено запорное устройство 7. Изобретение направлено на обеспечение съема максимально возможной части кинетической энергии воды, естественно текущей в реке, для преобразования ее в электроэнергию. 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Русловая гидроэлектростанция, содержащая установленный в речном потоке воды корпус с входным конфузорным водозаборником, оснащенным сетчатым фильтром, установленный в корпусе турбинный модуль, включающий установленную на валу лопастную турбину, электрогенератор, связанный с валом турбины, отличающаяся тем, что гидроэлектростанция установлена на фундаменте и содержит несколько жестких, непроницаемых для воды, имеющих эллиптическое поперечное сечение корпусов с турбинными модулями, расположенными с возможностью передачи вращения с валов, заключенных в кольцо, турбин через обгонные муфты общему валу, проходящему через береговой колодец с циркулирующей в нем донной речной водой, через редуктор к валу ротора электрогенератора, установленного на берегу, при этом в каждом из турбинных модулей плоскость вращения лопастей турбины наклонена под углом к продольной оси потока, в зоне ступицы турбины, к которой крепятся лопасти, на расположенной перед турбиной направляющей решетке установлено острием навстречу потоку конусообразное тело, а с задней стороны на ступице турбины установлено полусферическое тело, а перед турбинным модулем и за ним установлено запорное устройство с возможностью перекрытия потока внутри корпуса, при этом конфузорный водозаборник, оснащенный наклонным сетчатым фильтром, имеет боковые искусственные речные пороги, а каждый корпус снабжен выходным диффузорным соплом с защитной сеткой.

2. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что корпусы с турбинными модулями расположены поперек течения реки рядом друг с другом.

3. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что корпусы с турбинными модулями расположены продольно по течению реки друг за другом.

4. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что корпусы с турбинными модулями, имеющие дополнительные боковые водозаборники, расположены уступом, то есть продольно по течению реки друг за другом с боковым смещением.

5. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона плоскости вращения лопастей турбины к оси водяного потока лежит в диапазоне от 0 до 180 градусов.

6. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что направляющая конусообразного тела является ломаной линией.

7. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что направляющая конусообразного тела является криволинейной.

8. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что турбинное кольцо имеет коническую форму, а лопасти турбины скошены назад.

9. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что передняя кромка лопасти турбины выполнена уступами, предотвращающими сползание водорослей, попавших на лопасть, в зону ступицы.

10. Руcловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что лопасти турбины выполнены с использованием геометрической крутки.

11. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что лопасти турбины выполнены с использованием гидродинамической крутки.

12. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что лопасть турбины имеет щели, позволяющие потоку перетекать с нижней поверхности профиля лопасти на верхнюю, увеличивая тем самым подъемную силу лопасти, которая и создает вращающий момент турбины.

13. Русловая гидроэлектростанция по п.1 отличающаяся тем, что боковые искусственные речные пороги входного конфузорного водозаборника выполнены в виде глухой бетонной стены.

14. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что боковые искусственные речные пороги входного конфузорного водозаборника выполнены в виде пластин как цельноповоротных, так и шарнирно соединенных, прикрепленных к дну реки при помощи подпорок и растяжек.

15. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что боковые искусственные речные пороги входного конфузорного водозаборника выполнены в виде мягкого полотна, прикрепленного к дну реки помощи подпорок и растяжек и наполненного напором текущей воды.

16. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что через боковой искусственный порог водозаборника проходит канал для прохода судов с большой осадкой, в котором расположены друг за другом два боковых искусственных речных порога, верхний край которых опускается и поднимается с помощью механизма.

17. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что боковой искусственный порог водозаборника имеет отверстия для протока воды.

18. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что береговой колодец может быть как вертикальным, так и наклонным.

19. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что циркуляция донной воды в береговом колодце обеспечивается принудительно винтом Архимеда, закрепленным на общем валу, идущем по дну реки на его входе в береговой колодец.

20. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что наклонный фильтр выдвигается в речной поток вне русловой гидроэлектростанции и поворачивается на угол в диапазоне от 0 до 180 градусов, позволяя потоку смыть накопившуюся на нем грязь и водоросли.

21. Русловая гидроэлектростанция по п.1, отличающаяся тем, что лопатки направляющей решетки направляют водный поток на лопасти турбины под углом атаки, обеспечивающим максимальное гидродинамическое качество лопасти.