ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Гидроэлектростанция
Предложение относится к гидроэнергетике. Известна гидросиловая установка с последовательно установленными по направлению потока рабочими колесами с
радиальными лопастями (SU, авторское свидетельство, 28158, кл.
F 03 В 13/00, 1929).
Известная установка за счет конструкции своих колес не позволяет более полно использовать энергию потока.
Наиболее близким аналогом является гидроагрегат, содержащий водозаборный узел, подводящий водовод и по меньшей мере одну гидравлическую турбину с лопастным рабочим колесом (SU, авторское свидетельство Г728522 А1, кл. F 03 В 13/08) .
Известный гидроагрегат имеет сложную конструкцию за счет узлов, обеспечивающих центрирование и устойчивость при работе гидравлической турбины. Кроме того, конструкция лопастей не позволяет более эффективно использовать энергию потока.
Задачей предложения является повышение мощности гидравлической турбины за счет более эффективного использования энергии потока.
МПК б F 03 в 13/02
F 03 В 7/00
Техническое решение поставленной задачи заключается в том, что рабочее колесо гидравлической турбины имеет форму
катушечного барабана, а каждая лопасть выполнена составной из боковых фокусирующих пластин, образующих центральный канал, и центральной реактивной пластины, причем пластины закреплены на дисках барабана и образуют оптически непрозрачную систему.
Централь.ный канал образован кромками боковых фокусирующих пластин, а центральная реактивная пластина установлена с зазором по отношению к фокусирующим пластинам симметрично по оси центрального канала с образовани:ем периферийных каналов.
Площадь проходного сечения центрального канала выполнена
не больще суммарной площади проходных сечений периферийных каналов.
Кроме того, боковые фокусир тошдле пластины установлены под углом к поверхности диска барабана с образованием конфузора по направлению потока. А центральная реактивная пластина может быть выполнена либо вогнутой навстречу потоку, либо П-образной с расположением полок навстречу потоку.
Фокусирующие пластины могут быть выполнены с устройством поворота для регулирования угла между пластиной и поверхностью диска барабана. Регулирование  осуществляться любым известным способом и устройством и в данных материалах не рассматривается.
Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схематично гидроэлектростанция, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид сверху, на физ. 3 - рабочее колесо гидротурбины в разрезе; на фиг.4 - схема работы составной лопасти в гидравлическом потоке; на фиг.5 - вариант выполнения составной лопасти с прямыми пластинами; на фиг.б - то же, но с расположением фокусирующих пластин под углом и выполнении реактивной пластины вогнутой; на фиг.7 - вариант выполнения реактивной пластины П-образной формы.
Гидроэлектростанция содержит водозаборный узел 1, подводящий водовод 2, проходящий через последовательно расположенный ряд гидротурбин 3, ось вращения которых находится под прямым углом к оси гидравлического потока 4. Гидротурбины 3 герметично сочленены с подводящим водоводом 2, а рабочие колеса их выполнены в форме катушечных барабанов 5, снабженных составными лопастями, каждая из которых состоит из боковых фокусирующих пластин б и центральной пластины 7.
Боковые фокусирующие пластины б своими кромками образуют центральный канал. Реактивная пластина установлена с зазором 9 по отношению к фокусирующим пластинам б и образует периферийные каналы 10, суммарная площадь проходных сечений которых выполняется не меньше площади проходного сечения центрального канала.
Боковые фокусирующие пластины б могут быть расположены под углом
При вьтолнении фокусирующих пластин 6 под углом к поверхности дисков 11 пластины б образуют по направлению потока конфузор.
Центральная реактивная пластина 7 может иметь ра-чличную конфигурацию в зависимост /: от выполнения фокусирующих пластин б. Пластины 7 могут быть выполнены; прямыми, либо вогнутыми навстречу потоку (фиг.б), либо имеют П-образную форму с расположением полок навстречу потоку.
Выполнение лопастей рабочего колеса составными позволяет
более эффективно использо15ать энергию потока за счет использования энергии гидроудара, возникающего при перекрытии
потока лопастью рабочего колеса. При этом мощность и продолжительность гидравлического удара составляет гидродинамическую характе15истику гидротурбин, которая регулируется конфигурациез и конструктивными параметрами составных лопастей, при этом конфигурация составных лопастей формируется взаимным расположением фокусирующих пластин б и реактивных пластин 7, кон::труктиЕные параметры - линейным:/ размерами самих пластин 6,7, а расстояние от водозаборного узла 1 до первой гидротурбины 3 и осями последующих гидротурбин 3 рассчитываются из условия оптимиз.ации гидродинамических характеристик всех гидротурбин 3, при одновременной их работе.
/
Гидроэлектростанция работает следующим образом. Из водозаборного узла 1 гидравлический поток 4 поступает в подводящий водовод 2 и далее проходит через последовательно расположенный ряд гидротурбин 3, оси вращения которых находятся под прямым углом к оси гидравлического потока 4. При этом гидротурбины 3 герметично сочленены с подводящим водоводом 2.
Выполнение рабочих колес в форме катушечных барабанов 5 с составными лопастями обеспечивает работу гидротурбины 3 в
комбинированном реактивно-активном режиме. Это происходит в следствии того, что составные лопасти подвергаются кратковременному гидравлическому удару в максимально эффективной рабочей точке. Каждая составная лопасть, состоящая из боковых фокусирующих пластин б и реактивной пластины 7 в максимально эффективной рабочей точке перекрывал гидравлический поток 4 не разрывает его, а пропускает через центральный канал 8 и периферийные каналы 10, воспринимая на себя энергию возникающего при этом кратковременного гидравлического удара. Мощность Nry и продолжительность try гидравлического удара составляют гидродинамическую характеристику гидротурбин 3, которая регулируется конфигурацией и конструктивными параметрами составных лопастей.
/
Дойдя до составных лопастей турбины 3, гидравлический
поток 4 сначала взаимодействует с: фокусирующими пластинами 6, вследствие чего происходит фокусирование гидравлического потока
4 за счет передачи части кинелшческой энергии фокусирующим
пластинам 6, которые выполняют роль лопастей реактивной турбины.
Соответственно этому изменяется, эпюра распределения скоростей и энергетическая характеристика гидравлического потока.
Пройдя сквозь фокусирующие пластины б, сфокусированный поток 4 встречает на своем пути реактивную пластину 7, которая полностью перекрывает его сечение, но ост-авляет свободные периферийные каналы 10 дхя перетекания сверху и снизу. Суммарная площадь сечение каналов 10 равна или не меньше площади сечения сфокусированного потока 4 (центрального канала).
При обтекании реакт1 :вной пластины 7 сфокусированный гидравлический поток 4 рг1спадает::я на две перпендикулярные струи, что возможно тольь:о при полной кратковременной остановке сфокусированного гидравлического потока 4, вследствие чего наступает первая фаза гидравлического удара - остановки и создания ударного давления, которое передается на реактивную пластину 7. Это вызывает ее смещение, по ходу движения сфокусированно о гидравлического потока 4 и, соответственно, вращение гидравлической турбины.
После первой фазы гидравлического удара, согласно постулату Н.Е.Жуковского, должна наступить вторая фаза - фаза расширения. Но, начиная расширяться, гидравлический поток 4, дойдя до краев реактивной пластины 7, начинает ее обтекать. При этом составная лопать рабочего колеса смещается по ходу движения, открывая тем самым проход гидравлическому потоку 4. Вследствие этого вторая фаза гидроудара гасится, а третья фаза вообще не наступает, что вызывает наступление четвертой фазы восстановления движения до состояния, имевшего перед закрытием, после чего физический процесс-повторяется вновь.
Предложенная конструкция гидроэлектростанции имеющей . рабочие колеса гидротурбины с составными лопастями позволяет более эффективно использовать энергию потока, за счет чего повыщается мощность гидротурбин и КПД..Формула