ПОДВОДНАЯ РУСЛОВАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
UNDERWATER RIVER-RUN HYDROELECTRIC POWER PLANT

Подводная русловая электростанция относится к энергетическим установкам, преобразующим кинетическую энергию части водного потока реки в электрическую, и может быть использована в гидроэнергетике.
Известны гидроэлектростанции с устройствами (рабочие колеса, турбины) для преобразования энергии потока в механическую энергию вращения вала, например, по патентам РФ: №2030627, 2059103, 2061185, 2065076, 2066394, 2080476, МПК F03B 7/00.
Известна гирляндная ГЭС, содержащая трос с закрепленными на нем рабочими колесами. Один конец троса закрепляется со свободой вращения на неподвижной опоре, выступающей над поверхностью водного потока, другой конец троса закреплен к якорю электрогенератора, являющемуся второй неподвижной опорой. Водный поток вращает рабочие колеса с тросом и якорем электрогенератора (заявка РФ №94024157).
Указанный аналог работает в узком диапазоне условий (горные речки и мосты, навигационный период), обладает малой эффективностью и не может применяться в течение всего года, что является основной причиной его ограниченного применения.
Известна гидроэлектростанция (прототип), предназначенная для преобразования энергии течения реки, которая может устанавливаться на любых реках и работать круглосуточно (патент РФ №2171910, F03B 13/00). Гидроэлектростанция содержит установленное в русле сооружение, состоящее из фундаментной плиты, боковых стен и перекрытия с помещением для редуктора с электрогенератором над местом установки гидроколеса, боковые стены сооружения со стороны входа воды и ее выхода имеют расширения, образующие соответственно конфузорный, рабочий и диффузорный каналы. Одна из боковых стен имеет в рабочем канале секторный полукруглый вырез под гидроколесо, которое установлено в подшипниковых узлах выше дна реки и ниже кромки возможного ледяного покрова соответственно, нижнем - в фундаментной плите и верхнем - в перекрытии. Гидроколесо выполнено полым, состоящим из жестко установленных на валу двух параллельных горизонтальных дисков, по периферии которых и между ними равномерно установлены лопасти с длиной не более 2/3 его радиуса под углом к нему от 0 до 180°. Гидроколес со своими редукторами и электрогенераторами по длине гидроэлектростанции в ее рабочем канале может быть несколько. К недостаткам прототипа можно отнести то, что:
1 - рабочий ход - продолжительность активного взаимодействия с водным потоком составляет менее 25% полного оборота рабочего колеса;
2 - суммарная площадь лопастей, активно взаимодействующих с водным потоком, составляет около 25% от общей площади всех лопастей;
3 - выступающие над поверхностью воды конструктивные элементы устройства осложняют судоходство и в период навигации требуют специального сигнального оборудования.
Вследствие указанных недостатков прототип обладает низким - не максимальным КПД устройства для преобразования кинетической энергии водного потока.
Техническим результатом предлагаемого решения является увеличение коэффициента полезного действия (КПД) вследствие увеличения крутящего момента вала рабочего колеса при получении электрической энергии в результате преобразования кинетической энергии водного потока, проходящего через русловую электростанцию независимо от сезонного состояния и хозяйственной принадлежности ориентированности водоема.
Технический результат достигается тем, что в установленном в русле реки под водой устройстве русловой гидроэлектростанции, включающей корпус с сужающимся подводящим и расширяющимся отводящим водоводами и рабочую камеру с помещенным в ней рабочим колесом, согласно изобретению рабочая камера выполнена тороидальной формы, а рабочее колесо - в виде кольцевого шнека, при этом кольцевой шнек кинематически связан последовательно с водилом, мультипликатором и электрогенератором, размещенными в воздушном колоколе, расположенном в центральной части рабочей камеры.
Взаимодействие потока с рабочим колесом в виде кольцевого шнека совершается почти на протяжении 75% полного оборота последнего, за счет чего происходит более полная передача энергии движения воды рабочему колесу в виде кольцевого шнека и тем самым обеспечивается более высокий КПД ГЭС.
Размещение ГЭС под водой не препятствует судоходству и хозяйственному использованию реки.
Предлагаемая подводная русловая гидроэлектростанция (ПРГЭС) изображена на чертежах. На фиг.1 показан вертикальный разрез устройства, на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.
Подводная русловая гидроэлектростанция (ПРГЭС) включает корпус 1, сужающийся подводящий водовод 2, расширяющийся отводящий водовод 3, рабочую камеру тороидальной формы 4, рабочее колесо в виде кольцевого шнека 5, воздушный колокол 6, водило 7, мультипликатор 8, электрогенератор 9.
Подводная русловая гидроэлектростанция работает следующим образом.
При опущенном в русло реки корпусе 1 под действием кинетической энергии потока вода поступает через сужающийся подводящий водовод 2, в котором она разгоняется, на рабочее колесо в виде кольцевого шнека 5, размещенное в рабочей камере торообразной формы 4, и заставляет его вращаться вокруг своей оси. Развиваемый крутящий момент через водило 7 передается на мультипликатор 8, с помощью которого повышается частота вращения выходного вала, приводящего во вращение ротор электрогенератора 9, установленного в воздушном колоколе 6. Сходящая с рабочего колеса в виде кольцевого шнека 5 вода по расширяющемуся отводящему водоводу 3 сбрасывается в русловой поток.