ВИХРЕВАЯ ПРЯМОТОЧНАЯ ГИДРОТУРБИНА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ТЕЧЕНИЙ РЕК И ПРИЛИВОВ
VORTEX STRAIGHT-FLOW TURBINE FOR USING ENERGY OF FLOW OF RIVERS AND TIDES

Изобретение относится к устройствам малой энергетики.
Известна безнапорная гирляндная гидроэлектростанция для использования энергии течений рек и приливов, в которой в качестве преобразователя энергии поступательного движения водного потока в кинетическую энергию вращения используется вихревая прямоточная гидротурбина, состоящая из полого несущего вала-цилиндра с регулируемым балластом, позволяющим гидротурбине погружаться в воду полностью или всплывать из нее на поверхность, на котором размещены лопасти-полуцилиндры, к торцам которых прикреплены кольцевые емкости с балластом, обеспечивающим нейтральную плавучесть гидротурбине (RU 2305792 С2, 10.09.2007). Известная гидротурбина является наиболее близкой к описываемому изобретению.
Основным недостатком этой гидротурбины является то, что в ней активно работают только половина лопастей, находящихся на стороне, встречной к потоку, что снижает КПД гидротурбины.
Задачей изобретения является повышение КПД.
Технический результат достигается тем, что в вихревой прямоточной гидротурбине, состоящей из полого несущего вала-цилиндра с регулируемым балластом, позволяющим гидротурбине погружаться в воду полностью или всплывать из нее на поверхность, на котором размещены лопасти-полуцилиндры, к торцам которых прикреплены кольцевые емкости с балластом, обеспечивающим нейтральную плавучесть гидротурбине, согласно изобретению на несущий вал-цилиндр устанавливаются равномерно по его длине несколько дисков или плоских цилиндров с пазами на ободе, в которые крепятся лопасти, имеющие вид боковой поверхности полого цилиндра, отсеченной продольной плоскостью, таким образом, чтобы диски были вписаны во внутренние концы лопастей, образуя свободное центральное пространство между дисками, поверхностью несущего вала-цилиндра и концами лопастей, а их наружные концы, стянутые узкими кольцами-обручами, образовали многолопастной цилиндр, основания которого полностью закрыты емкостями с балластом, обеспечивающим нейтральную плавучесть гидротурбине, жестко соединенными с торцами лопастей и полым несущим валом-цилиндром.
Все межлопастные емкости соединяются между собой через центральную полость, находящуюся между дисками, поверхностью несущего вала-цилиндра и внутренними концами лопастей. Вследствие этого встречный водный поток, проходя между лопастями, попадает в эту полость, а из нее уже на лопасти, находящиеся на обратной от потока стороне гидротурбины.
Таким образом, происходит вовлечение всех лопастей гидротурбины в полезный производственный процесс, повышающий ее КПД. Кроме того, использование балластных емкостей по всей площади торцов гидротурбины (а не части их, как в прототипе) позволяет снизить их габариты и повысить обтекаемость торцов гидротурбины, что также приведет к увеличению КПД гидротурбины.
Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображен общий вид гидротурбины с вырезом посередине;
на фиг.2а - поперечное сечение гидротурбины, имеющее вид вихря, и направления движений потока;
на фиг.2б - лопасти гидротурбины в поперечном сечении для большой глубины погружения;
на фиг.2в - лопасти гидротурбины в поперечном сечении для большой (справа) и малой (слева) глубины погружения.
Конструктивно гидротурбина выполнена следующим образом. На несущем валу-цилиндре 1 крепятся диски 2 с пазами 2а, в которые монтируются внутренние концы лопастей 3. Такая технология крепления позволяет использовать в качестве лопастей 3 гибкие плоскости, чтобы была возможность свободного доступа к местам креплений, их загиба и образования цилиндрических поверхностей путем закрепления наружных концов узкими кольцами-обручами 4. На торцы лопастей 3 крепятся балластные емкости 5, жестко соединенные с несущим валом-цилиндром 1. Эти емкости 5 могут быть выполнены в виде конусов, цилиндров, полусфер и других форм, создающих минимальное торможение гидротурбине потоком, обтекающим ее торцы.
I
I
1
Из фиг.2а видно, что поток, проходя вдоль С-образной лопасти 3, как со встречной, так и с тыльной сторон турбины, создает в изгибе вращающий момент гидротурбине. В этом состоит принцип действия гидротурбины. В зависимости от скорости течения и глубины погружения гидротурбины в целях повышения ее КПД возможны исполнения гидротурбин с разным числом и длиной лопастей. Как показано на фиг.2б, у гидротурбины всего 4 лопасти, но они имеют длину дуги АВС более половины полуцилиндра АВ. При этом их радиус OA=OB больше радиуса АС лопасти гидротурбины, если бы ее центр находился на ободе диска 2. Это дает возможность сделать наружную ширину входа в межлопастное пространство СД соизмеримой с шириной входа в центральную полость СД. Такая конструкция гидротурбины применима при большой глубине погружения. Если же глубина мала, то используют гидротурбину с короткими лопастями 3, но с наибольшим входным отверстием. Как показано на фиг.2в, слева от вертикали АВ центры O лопастей 3 расположены на ободе диска 2 и их радиус равен диаметру диска 2. С правой же стороны от вертикали центры расположены на окружности, радиус которой больше радиуса диска 2. Если в первом варианте наружная ширина входа будет равна ширине входа в центральную полость, то во втором варианте при том же количестве лопастей 3 она превышает ее. В последнем случае в центральной полости будет избыточное давление, превышающее давление с тыльной стороны гидротурбины. Разница давлений приведет к увеличению скорости потока, исходящего из гидротурбины, что также увеличит вращающий момент ее.
Вихревая прямоточная гидротурбина данной конструкции имеет высокий КПД, более проста в изготовлении и может быть использована в качестве преобразователя энергии в безнапорной гирляндной гидроэлектростанции.