Гидроэлектростанция
HYDROELECTRIC POWER PLANT

Предлагаемое изобретение относится к гидроэнергетическому строительству, к гидроэлектростанциям для преобразования энергии текущей воды в энергию электрического тока.
Аналогом предлагаемого изобретения является электростанция по изобретению СССР 889787. Сущность этого изобретения состоит в создании одного устройства /турбины/ для преобразования энергии большого потока речной воды в электрическую энергию посредством применения большой лопаточной турбины, которая в наклоненном положении наполовину погружена в речной поток воды. При этом на валу турбины создается большой вращающий момент, который электрогенератором преобразуется в электрическую энергию, фиг 1.
Недостаток аналога в больших габаритах турбины /десятки даже сотни метров в диаметре/ при малых скоростях речного потока. При этом естественно различие в скоростях разных частиц воды, которое приводит к снижению кпд турбины. И в третьих, в устройстве всегда действует только половина турбины.
Прототипом предлагаемого изобретения является устройство по изобретению СССР 1247457, фиг 2. Сущность прототипа состоит в применении турбины с вертикальным валом, которую окружает потоконаправляющий элемент улитообразной формы. Вращающий момент с вала турбины передастся на обратимый гидроагрегат /генератор-двигатель/. Такое гидротехническое устройство по габаритам компактнее, а по эффективности преобразования энергии из одного вида в другой существенно выше, потому что кпд лопаточной турбины в потоконаправляющем элементе выше на 30%.
Предлагаемое изобретение представлено на фиг 3.
Устройство состоит из берегов: 1 - левый и 2 - правый, грунтовой плотины 3 с многоарочной железобетонной стенкой 4 со стороны верхнего бьефа 5 и бетонной защитной стенки 6 со стороны нижнего бьефа 7. На створах смежных арок устроены пустотелые камеры 8 и шлюз для судов 9.
На фиг. 4 представлено сечение АА, где 10 - входной канал эллиптического сечения с большой осью по горизонтали и гидравлическим затвором 11 известного типа, 12 - отводящий канал, круглого сечения, 13 - пропеллерная турбина с вертикальным валом и 14 - электрогенератор.
Действует предлагаемое изобретение следующим образом.
Вода из верхнего бьефа 5 при открытом гидравлическом затворе 11 по входному каналу 10 поступает на пропеллерную турбину 13. Возникающий вращающий момент при динамическом взаимодействии падающего потока воды с лопатками пропеллерной турбины 13 передается через вал турбины на вал генератора 14 известным способом и механическая энергия штока воды преобразуется в электрическую энергию генератора, которая электрическим способом идет потребителям.
Существенной новизной предлагаемого изобретения является расположение пустотелых камер 8 на створе смежных арок. При этом поверхности смежных арок и вводной канал 10 образуют гигантскую воронку, которая собирает и направляет поток речной воды на турбину. Такой гидродинамический процесс в силу неразрывности всего потока приводит к его ускорению по мере сужения его поперечного сечения. А это существенно увеличивает скорость вращения вала турбины. Электрический генератор при этом может работать без мультипликатора /редуктора/.
Принципиально важно, что входной канал 10 выполнен с эллиптическим сечением с большой осью по горизонтали с целью обеспечения лучшего равенства скоростей частиц воды в потоке воды, падающей на турбину. Это важно для повышения кпд турбины.
Достоинство примененной пропеллерной турбины в ее компактности и быстроходности. Это снижает расходы на создание гидроэлектростанции и повышает эффективность преобразования энергии потока речной воды в электрическую энергию.
Существенной новизной является включение в плотину на створе арок шлюза 9 для пропуска речных судов в обеих направлениях. Второе назначение шлюза - это пропуск больших потоков воды через плотину по биолого-экологическим признакам.
Достоинством конструкции плотины из монолитных железобетонных стен и перегородок при заполнении пустот грунтом является прочность монолитного сооружения, которое способно будет противостоять мощным стихийным и враждебным действиям.
Экологическая оценка предлагаемого изобретения должна быть высокой, потому что она низконапорная и предусмотрены планово-регулярные раскрытия ворот шлюза.
2
Экономическая целесообразность предлагаемого изобретения вытекает из большой энергоемкости речного потока воды. При скорости течения потока 1 м/сек каждый 1 м обладает мощностью 10 кВт. На каждые 10 м русла при глубине потока 2 м приходится 200 кВт. Этого достаточно для энергоснабжения поселка или небольшого завода.
При использовании современных строительных технологий плотина длиною 200 м и высотою 5-10 м может быть построена за один летний сезон.