ГИРЛЯНДНАЯ ГЭС

Предлагаемая полезная модель относится к энергетическим установкам и может быть использована для получения электрической или механической энергии.
Известны устройства аналогичного назначения, преобразующие энергию потока воды во вращательное движение механизмов [1, 2, 3, 4].
Такого рода установки состоят из роторных гидротурбин, насаженных на трос, и располагающихся поперек потока воды. Один конец троса через упорный подшипник закрепляется опорой на одном берегу реки, а другой конец троса также через упорный подшипник присоединяется через редуктор - или напрямую к ротору генератора, закрепленных опорами на другом берегу.
Однако работа таких устройств нестабильна по выходным параметрам генератора и зависит от изменения скорости водного потока, изменяющегося от времени года и количества атмосферных осадков.
Кроме того, применение в таких установках центробежных регуляторов, муфт скольжения, конических редукторов и т.п. не оправданно усложняет их конструкцию.
Наиболее близким по технической сути к заявленному устройству является «Свободнопоточная гидросиловая установка» [5], содержащая основные доотличительные признаки предполагаемого изобретения: несущий трос с закрепленными на них роторами, соединенный через
упорные подшипники с опорами на разных берегах и подключенный в качестве привода к ротору электрического генератора.
Однако в прототипе также не решается вопрос стабилизации выходных параметров генератора в зависимости от изменения скорости потока воды. Увеличение числа гирлянд улучшает равномерность их вращения, но чрезмерно усложняет передачу усилия на общий вал к генератору.
Кроме того, отключение ряда гирлянд для уменьшения мощности, передаваемой к генератору, требует наличия дополнительных соединительно-разъединительных муфт.
Недостатком является также то, что отключение - подключение гирлянд к генератору определяет число «ступенек» - уровней регулирования выходных параметров генератора.
Технические преимущества заявленного объекта по сравнению с известными устройствами заключаются в следующем:
- Обеспечена стабилизация выходных параметров генератора при изменении скорости потока воды.
- Отпала необходимость использования нескольких гирлянд для регулирования выходных параметров генератора путем их подключения или отключения.
- При необходимости получения большей мощности две [3] или несколько гирлянд могут быть подключены к предлагаемой схеме регулирования на общие опоры.
Эти технические преимущества достигаются тем, что при изменении скорости потока меняются не только обороты турбин, но и натяжение троса, который будучи подпружиненным, перемещается и передает через связанный с ним реостат необходимый ток управления в обмотку возбуждения генератора.
Это улучшает равномерность его вращения в широком диапазоне скоростей потока воды и - стабильность выходных параметров генератора.
На фиг.1 изображена предлагаемая гирлянда ГЭС, где основные узлы показаны по осевому сечению.
Опоры 1 и 2 размещены на разных берегах реки и связаны через упорные подшипники 3 и 4 несущим тросом 5, на котором закреплены роторы-турбины 6. навалу 7 ротора генератора 8 закреплена муфта 9, по направляющим 10 которой может перемещаться подвижный вал 11, подпружиненный пружиной 12 и регулирующий гайкой 13. Наконечник 14 подвижного вала соединен с несущим тросом и с ползунком 15 реостата 16, перемещающегося по направляющей 17, а обмотка реостата подключена через источник питания 18 к обмотке возбуждения 19 генератора.
Гирляндная ГЭС работает следующим образом. Мощность, вырабатываемая генератором, находится в кубической зависимости от скорости потока. Таким образом, даже незначительное изменение скорости потока, существенно влияет на вырабатываемую электрическим генератором энергию и требует ее регулирования.
При увеличении, например, скорости потока «V» увеличивается угловая скорость вращения роторов-турбин 6 и одновременно увеличивается их сопротивление потоку, что вызывает дополнительный изгиб несущего троса 5 по направлению «V».
Поскольку трос 5 соединен с пружинным валом 11, то последний по направляющим 10 перемещается вправо, сжимая пружину 12, и одновременно наконечником 14 передвигает вправо ползунок 15 реостата 16. Сопротивление в цепи: реостат 16, источник питания 18, обмотка возбуждения 19 генератора возрастает, а ток, возбуждающий магнитные поля ротора генератора, уменьшается и напряжение на выходных клеммах генератора уменьшается до номинального.
Аналогично, при уменьшении скорости потока «V», уменьшается сопротивление ему гирляндой, изгиб троса 5 за счет действия пружины 12 уменьшается, вал 11 внутри муфты 9 смещается влево, увлекая за собой посредством наконечника 14 ползунок 15 реостата 16 влево и, как следствие,
возрастет ток в обмотке возбуждения генератора, увеличивая ее выходное напряжение до номинального.
Понятно, что для каждой из конструкций ГЭС должны быть индивидуально определены параметры роторов-турбинок 6, их количество, усилие пружины 12, параметры реостата 16 и генератора 8.
Испытания показали сохранение параметров работы гирлянды из роторов при ее изгибе на несущем тросе до 25° относительно прямой линии между опорами на противоположных берегах потока воды. Для десятиметровой гирлянды это будет соответствовать перемещению подвижного вала 11, и соответственно, ползунка 15 реостата 16 на расстоянии до 0,8 метра, что вполне достаточно для создания обратной связи в цепи: обмотка возбуждения генератора, реостат, источник питания обмотки.
По мнению автора, такого рода гирляндные ГЭС могут найти широкое применение в децентрализованных системах энергообеспечения.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Журнал «Радио», №4, 1961 г., с.64 «Гирляндная электростанция» (аналог).
2. Ю.М.Новиков. Возможности бесплотинных ГЭС. Научно-технический сборник «Энергетика и экология», с.81, Отв. редактор Накореков В.Г., г.Новосибирск, 1988 г. Изд. института теплофизики СО РАН (аналог).
3. Описание изобретения к авторскому свидетельству Б.С.Блинова №175906 «Свободнопоточная гидросиловая установка» (аналог).
4. Описание изобретения к авторскому свидетельству Ю.М.Новикова №1778355 «Роторная линия гирляндной ГЭС» (аналог).
5. Описание изобретения к авторскому свидетельству Б.С.Блинова №153883. «Свободнопоточная гидросиловая установка» (прототип).