РОТОРНАЯ ТУРБИНА ГЭС

Предлагаемая полезная модель относится к энергетическим установкам и может быть использована для получения механической или электрической энергии.
Известны конструкции аналогичного назначения, преобразующие энергию потока воды во вращательное движение [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Подобные русловые гидроагрегаты состоят из одной или нескольких роторных турбин, размещенных в раме поперек потока воды. Каждая турбина содержит боковые диски к которым жестко прикреплены лопасти и - центральную ось, воспринимающую нагрузку от энергии потока.
Недостаток данных конструкций в том, что их геометрия не реагирует на изменение скорости потока. Улучшение данных конструкций сводится к созданию дополнительных приспособлений: пандусов, направляющих камер, сопел, щитов и т.п., регулирующих скорость потока.
Известны также свободнопоточные гидросиловые установки [7, 8, 9], у которых центральная ось, воспринимающая нагрузку от потока воды, выполнена в виде торсиона (скручивающегося троса). Однако и в них лопасти жестко прикреплены к боковым дискам и не меняют свою геометрию в зависимости от скорости потока воды.
Наиболее близким по технической сути к заявленному устройству является «Русловой агрегат» [10], содержащий роторную гидротурбину, ось (вал), а улучшение его конструкции обеспечивается также системой запуска
(затариванием на полозьях) в поток воды, формирователем потока воды, сферическими компенсаторами деформаций подшипников и т.д.
Однако прототипу присущ тот же недостаток: его гидротурбина не меняет геометрию и расположение своих лопастей в зависимости от скорости потока и регулирование выходной мощности осуществляется от внешних воздействий посредством щитов и формирователей потока.
Кроме того, недостатком прототипа является сложность и дороговизна его осуществления, что нерационально для автономных микроГЭС индивидуального пользования.
Технические преимущества заявленного объекта по сравнению с известными устройствами заключаются в следующем:
- Лопасти расположены на своих осях, подпружинены относительно диска пружинами и, в зависимости от скорости потока воды, имеют возможность поворачиваться на осях, меняя геометрию (профиль) роторной турбины, что стабилизирует число оборотов.
- Осями лопастей могут служить торсионы (отрезки троса), одни концы которых закреплены в одном диске и свободно пропущены через отверстия в другом боковом диске, что позволяет отказаться от использования пружин и упростить устройство.
- Центральная ось также может быть выполнена виде торсиона, закрепленного в одном диске и свободно пропущенного через второй боковой диск. На торсионе около второго бокового диска закрепляется дополнительная втулка с рычагами, управляющая поворотом лопастей в зависимости от скорости потока воды.
Эти технические преимущества дают возможность улучшить равномерность вращения роторной турбины в широком диапазоне скоростей потока воды и в итоге, увеличить стабильность выходных параметров электрического генератора, подсоединяемого к роторным турбинам ГЭС, как в рамном, так и в гирляндном исполнении.
Кроме того, упрощается конструкция и повышается автономность, в том числе - мобильность при перевозке и переустановке данных русловых гидроагрегатов индивидуального использования, за счет исключения пандусов, направляющих камер, сопел, щитов и т.п., регулирующих скорость потока.
Совокупность указанных технических преимуществ и создает положительный эффект заявляемого объекта.
На фиг.1 показан вид сверху на роторную турбину ГЭС с двумя лопастями со снятым верхним диском, на фиг.2 - ее фронтальный разрез (вид А-А), и на фиг.3 - вариант управления лопастями от центрального торсиона.
Роторная турбина ГЭС имеет лопасти 1 и 2 (вариант профиля Савониуса), поворачивающиеся под действием пружин 3 и 4 на своих осях 5 и 6, расположенных между дисками 7 и 8. Диски имеют центральную ось 9 и дополнительные опорные стойки 10 на периферии дисков. На фиг.3 показан вариант использования рычагов 11 для управления поворотом лопастей от центральной оси в варианте торсиона.
Роторная турбина ГЭС работает следующим образом: жесткость пружин или степень их закручивания подбирается для номинальной скорости потока (например, в межень реки), чтобы сохранялась оптимальная геометрия (профиль) турбины. Для варианта профиля Савониуса - это два полуцилиндра, расположенных в диаметральной плоскости. При увеличении скорости «V», (см. фиг.1 и 2)потока воды, например, после дождя, лопасти 1 и 2 преодолевают сопротивление пружин 3 и 4, поворачиваются на своих осях 5 и 6 на определенный угол и занимают новое положение, показанное пунктирной линией. При этом нарушается оптимальных профиль ротора Савониуса, снижается его коэффициент использования потока и, как следствие, уменьшаются обороты до номинальных значений. Конструктивно пружины могут быть выполнены и в цилиндрическом исполнении, будучи надетыми на ось внутри втулок лопастей. Для упрощения, на рисунках также не
показано устройство для закручивания пружин и - ограничители (штифты) крайних положений раскрытия и свертывания лопастей.
Пружины могут быть заменены использованием в качестве осей 5 и 6 торсионов. В этом варианте нижние концы осей - торсионов жестко заделываются в нижний диск 8, а к их верхним концам прикрепляются лопасти 1, 2 и эти концы торсионов свободно размещены в отверстиях верхнего диска 7. Под действием большей скорости потока лопасти закручивают торсионы по всей их длине, создавая эффект пружин.
Вместо любых пружин и вместо индивидуальных торсионов - осей может быть использована (фиг.3) центральная ось - торсион 9, закрепленная в нижнем диске и работающая на закручивание. При увеличении скорости потока «V» лопасти 1 и 2 пытаются раскрываться и через рычаги 11 закручивают центральную ось - торсион 9. Чем больше скорость потока, тем на больший угол раскрываются лопасти, нарушая оптимальный геометрический профиль турбины, при этом ее обороты снижаются до номинальных.
Предварительные лабораторные испытания подтвердили работоспособность предложенных технических решений.
По мнению автора подобные роторные турбины могут быть использованы как в рамных, так и в гирляндном исполнении при создании микроГЭС индивидуального пользования.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Б.В.Кажинский. Свободнопоточные гидроэлектростанции малой мощности. Под. ред. Берга, вып.57, М., 1950 г., стр.31, «Роторная турбина системы Кажинского Б.В.» (аналог).
2. Там же стр.33, «Роторная турбина системы Угринского» (аналог).
3. Там же стр.48, фиг.20, «Роторная гидротурбина с горизонтальной осью вращения» (аналог).
4. Описание изобретения к авторскому свидетельству И.И.Иванова, №1700276 «Русловой гидроагрегат» (аналог).
5. Описание изобретения к авторскому свидетельству Ю.С.Кривошеева, №1129403, «Русловой гидроагрегат» (аналог).
6. Описание изобретения к авторскому свидетельству Ю.С.Кривошеева, №1250693, «Русловой гидроагрегат» (аналог).
7. Описание изобретения к авторскому свидетельству Б.С.Блинова, №153883, «Свободнопоточная гидросиловая установка» (аналог).
8. Описание изобретения к авторскому свидетельству Б.С.Блинова, №175906, «Свободнопоточная гидросиловая установка» (аналог).
9. Описание изобретения к патенту Б.С.Блинова, №175906, «Свободнопоточная гидросиловая установка» (аналог).
10. Описание изобретения к патенту РФ Блинова В.В. и др., №2187691, «Русловой гидроагрегат» (прототип).