Бесплотинная ГЭС Советский патент 1993 года по МПК F03B17/06 

Изобретение предназначено для преобразования энергии водного потока в электрическую энергию и относится к малой гидроэнергетике.

Целью изобретения является повышение КПД бесплотинной ГЭС путем создания напора.

Эта цель достигается тем, что входной канал выполнен в виде направляющей пластины и центральной спиралеобразной воронки, при этом пла стина имеет горизонтальную входную кромку, плавный гребень в задней части и две канавки, входные части которых расположены по краям входной кромки, средние плавно охватывают гребень, воронка соединена с выходными частями канавок и входом в камеру, а глубина канавок выполнена увеличивающейся по потоку, камера установлена вертикально и ее проходное сечение выполнено сначала сужающимся, а затем расширяющимся с. образованием горловины и дефлектора, турбина выполнена осецентробежной и размещена в горловине камеры, кожух снабжен расширяющимся кверху отсасывающим стаканом, охватывающим турбину и камеру, передняя часть стенки которого выступает над поверхностью потока, а задняя имеет вертикальный разрез, причем края стенки в месте разреза плавно выгнуты наружу, и двумя симметричными Направляющими пластинами для жесткого соединения камеры со стаканом, размещенными между передней и задней частями стенки и наклоненными кверху по потоку. Стойки бесплотинной ГЭС выполнены в виде тросов или опор моста. Стакан снабжен открытой снизу кессонной полостью, размещенной под его дном и заполненной воздухом.

Сущность функционирования предлагаемой конструкции ГЭС заключается в том, что горный поток, обладающий значительной кинетической энергией, может быть частично перегорожен с поверхности с тем, чтобы наиболее подвижную набегающую часть .(наиболее.насыщенную кинетической энергией массу воды) приподнять на максимально возможную высоту, допускающую потерю не более 20% кинетической энергии, которая, перехлестнув через гребень, заполнит ложбину (канаву); по которой будет подана к устью вертикальной полости и далее к лопастям турбины. Такой эффект стал возможен при расположении направляющей поверхности в горизонтальном положении с кромкой, погруженной навстречу потоку, и плавно переходящей в гребень, за которым образованы ложбины, наминающиеся с противоположных краев кромки и по плавным спиральным кривым переходящие в центральную воронку. Причем, ложбины

выполнены углубляющимися по потоку. Воронка переходит в вертикальную полость, сужающуюся к горловине дефлектора, где размещена осецентробежная турбина. Для

максимального достижения КПД полость с дефлектором и турбиной помещены в стакане, имеющем вертикальный разрез с развернутыми наружу краями, обращенный вниз по течению, и приподнятый над потоком противоположный (передовой) участок стенки. Вся установка подвижно закреплена на стойках моста с зарегулированным погружением в поток в зависимости от сезонных и суточных изменений уровня воды

5 в нем.

Таким образом, все новые признаки суммарно обеспечивают достижение поставленной цели. Максимальный КПД обеспечивается путем создания напора в

0 горловине и эффективного вывода рабочего тела из рабочей зоны. Следовательно, признаки предлагаемой конструкции бесплотинной ГЭС являются новыми, необходимыми и достаточными. Тем самым они отвечают

5 критерию существенные отличия.

На фиг.1 представлен схематический продольный разрез направляющей пластины, воронки, вертикальной полости и стакана, а также демонстрируется вид турбины и

0 стакана сверху; на фиг.2 - аксонометрический вид спереди установки, подвижно закрепленной на стойках моста, участок которого показан пунктиром; на фиг.З - сборочный вариант поверхности, собранной из

5 листов стали, пластмассы, асбоцементной смеси в зависимости от размеров и мощности ГЭС; на фиг.4 - примерный профиль шпангоута с демонстрацией крепежа к нему стальных (пластмассовых, асбоцементных) листов.

0Бесплотинная ГЭС малой мощности устроена следующим образом. Направляющая пластина 1 снабжена утолщенной кромкой 2 и переходит в пологий гребень 3, за которым образованы накопительные

5 ложбины (канавы) 4, снабженные задней стенкой 5 и углубляющиеся с плавным переходом от противоположных краев 6 кромки 2 .к воронке 7, охватывая ее по спиралям одного направления с двух сторон. Воронка

0 у переходит в вертикальную полость 8, оканчивающуюся горловиной дефлектора 9, где размещена осецентробежная турбина 10, лопасти 11 которой жестко связаны с осью 12 и конусной поверхностью 13, в которую

5 переходит ось 12, которую можно опереть на шарнирный подпятник. Вертикальная попость 8 с турбиной 10 помещена в стакан 14. снабженный вертикальной прорезью 15, со стенками которого стенки вертикальной полости жестко связаны

промежуточными направляющими пластинами 16. Стенки стакана продолжены вниз с образованием кессонной полости 17 под его дном, открытую снизу. Вертикальный вал 18 турбины связан с квадратным валом 19 генератора 20 фланцевым соединением 21 с тем, чтобы с изменением высоты направляющего устройства вместе с турбиной и стаканом не менять положение генератора 20, жестко закрепленного на мосту 22. Мост установлен на стойках 23, вдоль которых с помощью сервомеханизмов 24 можно менять высоту расположения всей установки. Направляющая конструкция может быть собрана на каркасе (см. фиг.З и 4), включаю- щем шпангоуты 25, на которых закреплены опорные отрезки уголков 26, предназначенных для крепления на них стальных (пластмассовых, асбоцементных) листов 27.

Установка работает следующим обра- зом. Набегающий поток, обладающий достаточной скоростью, подрезанный кромкой 2 направляющей пластины 1, перекатывается через пологий гребень 3 и заполняет канавы

4. по которым, направляемый задней стенкой

5. поток по спиральным траекториям поступает к воронке 7, откуда по вертикальной полости 8 - к лопастям 11 турбины 10, момент вращения которой с помощью оси 12 и квадратного вала 19 передается генерато- ру 20. Отработанный поток попадает в стакан 14, откуда с помощью направляющих пластин 16 выбрасывается через вертикальную щель 15. Для уменьшения тяжести конструкции под дном стакана выполнена кессонная полость 17, заполненная воздухом и находящаяся под водой. Вся установка подвижно закреплена на стойках 23 моста 22 и с помощью сервомеханизмов 24 способна перемещаться по вертикали вслед за сезонным и суточным изменениями уровня воды в водотоке.

Таким образом, бесплотинная ГЭС малой мощности является достаточно эффективной с точки зрения преобразования энергии потока в электрическую энергию. При этом придонная часть русла остается совершенно свободной для перемещения рыбы. Совершив экспериментальный поиск

и проведя необходимые испытания, можно найти дешевые материалы, стойкие к воздействию мощного потока воды. Тем самым. кроме технического и экологического эффектов, достижим и экономический эффект. Формула изобретения

1. Бесплотинная ГЭС, содержащая кожух с камерой и соединенным с ней входным направляющим каналом, установленный на вертикальных стойках с возможностью вертикального перемещения, и размещенную в камере турбину с вертикальным валом, верхний конец которого кинематически связан с электрогенератором, отличающаяся тем, что входной канал выполнен в виде направляющей пластины и центральной спиралеобразной воронки, при этом пластина имеет горизонтальную входную кромку, плавный гребень в задней части и две канавки, входные части которых расположены по краям входной кромки, средние плавно охватывают гребень, воронка соединена с выходными частями канавок и входом в камеру, а глубина канавок выполнена увеличивающейся по потоку, камера установлена вертикально и ее проходное сечение выполнено сначала сужающимся, а затем расширяющимся с образованием горловины и дефлектора, турбина выполнена осецентро- бежной и размещена в горловине камеры, кожух снабжен расширяющимся кверху отсасывающим стаканом, охватывающим турбину и камеру, передняя часть стенки которого выступает над поверхностью потока, а задняя имеет вертикальный разрез, причем, края стенки в месте разреза плавно выгнуты наружу, и двумя симметричными направляющими пластинами для жесткого соединения камеры со стаканом, размещенными между передней и задней частями стенки и наклонными кверху по потоку.

2. ГЭС по п.1, отличающаяся тем, что стойки выполнены в виде тросое или опор моста.

3. ГЭС по п.1, отличающаяся тем, что, с целью снижения массы, стакан снабжен открытой снизу кессонной полостью, размещенной под его дном И заполненной воздухом.

Изобретение относится к гидроэнергетике. Направляющая пластина 1 содержит кромку 2, гребень 3, ложбины с задней стенкой. Канавки углубляются от краев к воронке 7. Турбина 10 размещена в горловине дефлектора 9 полости 8. Лопасти 11 связаны с осью 12 и поверхностью 13. Стакан 14 снабжен прорезью 15. Кессонная полость 17 открыта снизу. Стенки полости 8 соединены с пластинами 16. Вал 18 связан с валом 19 генератора 20 при помощи фланцевого соединения. Генератор 20 закреплен на мосту, установленном на стойках 23. Сервомеханизмы служат для изменения уровня расположения установки. Отрезки уголков закреплены на шпангоутах. Листы закреплены на уголках. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.