ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Гидроэнергетическая установка малой мощности
Полезная модель относится к гидроэнергетике, а именно, к конструкции гидроэнергетических установок малой мощности с водяным колесом, преобразующих энергию потоков воды с небольшими расходами и напорами в электроэнергию.
Известна гидроэнергетическая установка малой мощности, содержащая верхненаливное водяное колесо, имеющее барабан с жестко прикрепленными боковыми стенками и лопатками, загнутыми против движения потока воды, жестко соединенный спицами со ступицей, установленной на валу, закрепленном на опорах, водоподводящую, расположенную горизонтально, и безнапорную водоотводящую системы (Смирнов И.Н. Гидравлические турбины и насосы. Учебное пособие для энергетических и политехнических вузов. Москва, Высшая школа, 1969, с.8).
Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является гидроэнергетическая установка, содержащая водяное колесо, имеющее барабан с жестко прикрепленными боковыми стенками и лопатками, загнутыми против движения потока воды, жестко соединенный спицами со ступицей, установленной на валу, закрепленном на опорах, электрогенератор, связанный посредством редуктора с водяным колесом, водоподводящую и безнапорную водоотводящую системы (Gerald Muller, Klemens Kauppert. Old watermills - Britain's new source of energy? // New civil engineer international.  March 2003,  p.21-24.).
Недостатком известных установок является низкая эффективность, приводящая к необходимости применения водяных колес больших размеров и обусловленная использованием потенциальной энергии потока воды вследствие его подачи на водяное колесо по водоподводящей системе, расположенной горизонтально, и потерей части потенциальной энергии потока за счет пролития и преждевременного убытка воды из лопаток при повороте водяного колеса.
Полезная модель решает задачу повышения эффективности работы гидроэнергетической установки при уменьшении размеров водяного колеса.
Повышение эффективности работы при уменьшении размеров водяного колеса достигается тем, что гидроэнергетическая установка, содержащая водяное колесо, имеющее барабан с жестко прикрепленными боковыми стенками и лопатками, загнутыми против движения потока воды, жестко соединенный спицами со ступицей, закрепленное на опорах, электрогенератор, связанный посредством редуктора с водяным колесом, водоподводящую и безнапорную водоотводящую системы, согласно полезной модели снабжена переходным элементом криволинейной формы, герметично соединенным одним концом с безнапорной водоподводящей системой, выполненной с уклоном к водяному колесу, и верхней частью другого конца - с верхним торцом изогнутой пластины цилиндрической формы, установленной со стороны рабочей части водяного колеса с зазором, при этом поверхность верхней части переходного элемента расположена по касательной к упомянутой пластине, выполненной шириной, равной ширине водяного колеса, и охватывающей его рабочую часть.
Повышение эффективности работы гидроэнергетической установки при уменьшении размеров водяного колеса путем одновременного использования как потенциальной энергии потока воды, так и кинетической энергии, возрастающей при увеличении скорости потока воды, поступающего на водяное колесо, увеличения вращательного момента водяного колеса и сокращения потерь энергии потока воды вследствие более полного наполнения водой лопаток водяного колеса и удержания в них воды при повороте, обеспечивается за счет того, что установка снабжена переходным элементом криволинейной формы, герметично соединенным одним концом с безнапорной водоподводящей системой, выполненной с уклоном к водяному колесу, и верхней частью другого конца - с верхним торцом изогнутой пластины цилиндрической формы, установленной со стороны рабочей части водяного колеса с зазором, при этом поверхность верхней части переходного элемента расположена по касательной к упомянутой пластине, выполненной шириной, равной ширине водяного колеса, и охватывающей его рабочую часть.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена гидроэнергетическая установка малой мощности, продольный разрез; на фиг.2 - то же, вид сверху.
Гидроэнергетическая установка малой мощности содержит водяное колесо, имеющее барабан 1 с жестко прикрепленными боковыми стенками 2 и лопатками 3, загнутыми против движения потока воды. Барабан 1 жестко соединен спицами 4 со ступицей 5. Водяное колесо посредством ступицы 5, установленной, например, на оси 6, закреплено на опорах 7. Электрогенератор 8 связан, в частности, цепной передачей 9 посредством редуктора 10 с водяным колесом. В качестве электрогенератора 8 используется трехфазный асинхронный двигатель общепромышленного использования. Установка также содержит водоподводящую 11 и безнапорную водоотводящую 12 системы. Установка снабжена полым переходным элементом 13 криволинейной формы, который герметично соединен одним концом с водоподводящей 11 системой, а верхней частью другого конца - с верхним торцом изогнутой пластины 14 цилиндрической формы. Водоподводящая 11 система выполнена безнапорной со значительным уклоном к водяному колесу, что приводит к возрастанию кинетической энергии потока воды, поступающего на водяное колесо, из-за большого перепада уровней воды в водоподводящей 11 и водоотводящей 12 системах. Изогнутая пластина 14 цилиндрической формы установлена со стороны рабочей части водяного колеса с зазором, равным, например, 5-10 мм относительно внешнего диаметра боковых стенок 2 водяного колеса. При таком зазоре из лопаток 3 выливается небольшое количество воды и обеспечивается удержание воды в лопатках 3 до достижения нижней точки поворота водяного колеса. При этом поверхность верхней части переходного элемента 13 криволинейной формы расположена по касательной к изогнутой пластине 14 цилиндрической формы, выполненной шириной, равной ширине водяного колеса, и охватывающей его рабочую часть. Это позволяет потоку воды свободно заполнять лопатки 3, находящиеся в верхнем рабочем положении, а нижняя кромка изогнутой пластины 14 цилиндрической формы не мешает воде свободно выливаться из лопаток 3 водяного колеса в самой нижней точке расположения. Переходный элемент 13 и изогнутая пластина 14 могут быть выполнены, например, из металла. Их применение обеспечивает направление потока воды непосредственно на лопатки 3 и не допускает преждевременного опустошения последних, при этом снижаются требования к точности выполнения водяного колеса, что позволяет использовать водяное колесо, изготовленное не только в производственных условиях, но и в небольших ремонтных мастерских. Кроме того, ведущая звездочка 15 цепной передачи 9 закреплена на спицах 4 водяного колеса, ведомая звездочка 16 установлена на тихоходном валу двухступенчатого редуктора 10, быстроходный вал которого связан с электрогенератором 8.
Гидроэнергетическая установка малой мощности работает следующим образом.
Поток воды движется по безнапорной водоподводящей 11 системе, выполненной с уклоном к водяному колесу, с увеличением скорости и направляется сверху переходным элементом 13 криволинейной формы на водяное колесо. Под действием силы тяжести воды и торможения лопатками 3 разогнанного потока воды, удерживаемой изогнутой пластиной 14 цилиндрической формы в лопатках 3, водяное колесо приводится во вращение. Вода выливается из лопаток 3 в самой нижней точке водяного колеса. Создаваемый при этом вращательный момент, зависящий от общей массы воды в лопатках 3 и динамического давления разогнанного потока воды, передается от ведущей звездочки 15 цепной передачи 9 на ведомую звездочку 16 и далее от редуктора 10 к электрогенератору 8.
Таким образом, использование полезной модели повышает эффективность работы гидроэнергетической установки при уменьшении размеров водяного колеса, а также обеспечивает надежность и удобство эксплуатации, длительный срок работы, возможность получения электроэнергии с заданными параметрами и использование для энергоснабжения удаленных автономных потребителей.