РУСЛОВАЯ ВОДОПОДЪЕМНО-ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
RUN-OF-RIVER PUMPING HYDRAULIC POWER PLANT

Изобретение относится к гидроэнергетике и служит, в частности, для преобразования энергии русловых потоков реки в электрическую энергию и для подъема воды.
Известен ротационный водоподъемник, использующий энергию потока воды в речках для подъема воды и содержащий вал с водяным колесом, спиральной трубой с оголовком, манжетным уплотнением, водовоздушным колпаком (Циклаури Д.С. Гидравлика, сельскохозяйственное водоснабжение и гидросиловые установки. - М.: Стройиздат. - 1970. - Стр.155-157).
Эта установка применима только на малых реках.
Известны малые и микро-ГЭС мощностью 1…5000 кВт на напоры 2…400 м с пропеллерными, диагональными, осевыми, радиально-осевыми, ковшовыми турбинами (http://ovis.khv.ru/index 2…).
Недостатком таких ГЭС является необходимость большого перепада высот или постройка плотины.
Известна гидротурбина для русловой ГЭС, содержащая вал, установленный на двух опорах, и две противостоящие прямоугольные лопасти, размещенные на равном расстоянии от вала на концах водил и поворачиваемые вокруг своей оси при помощи приводного механизма, состоящего из цилиндрических шестерен (патент РФ №2131994 C1, МПК F03В 7/06, 7/00, опубл. 20.06.1991).
Недостатком этой турбины являются небольшие размеры лопастей вследствие зависимости их от размеров шестерен приводного механизма и, следовательно, небольшая мощность гидротурбины.
Известна реактивная гидравлическая турбина в виде колеса, внутренняя поверхность каждой лопасти которой имеет полукруглый криволинейный участок, а внешняя - обтекаемый участок (патент РФ №2138680 C1, МПК F03B 7/00, опубл. 27.09.1999).
Эта турбина также имеет небольшие размеры и мощность.
Известна бесплотинная гидроэнергетическая установка на сваях с вертикальными лопастями и направляющими проемами эллиптической формы, лопатки связаны при помощи тяговых цепей, установленных на приводные и натяжную звездочки (патент РФ №2062351 C1, МПК F03В 9/00, опубл. 20.06.1996).
Установка имеет сложный цепной привод и низкую надежность в эксплуатации.
Известна бесплотинная всесезонная гидроэлектростанция, содержащая загубленный в поток вертикальный корпус ротора, разделенный на барабаны со смещенными по окружности лопастями трех видов: внутренних створчатых, поворотных ступенчатых и флюгерных, установленных в клети (патент РФ №2171912 C2, МПК F03B 17/06, 13/10, опубл. 10.08.2001).
Эта гидроэлектростанция имеет сложную конструкцию, недостаточно надежные во влажной среде шестеренные передаточные механизмы и невозможность последовательного соединения нескольких рабочих органов.
Известна гидроэнергетическая установка конвейерного типа, лопатки которой на свободном конце имеют ролики, перекатывающиеся по горизонтальным направляющим (патент РФ на полезную модель №65578 U1, МПК F03B 9/00, опубл. 10.08.2007).
Установка также имеет низкую надежность в эксплуатации.
Известен гидроэнергоагрегат, содержащий установленное на валу рабочее колесо с лопастями и механизмом их поворота, выполненным в виде системы подвижных и неподвижных относительно своих осей звездочек с зубчатым отношением 2:1, соединенных между собой цепной передачей (патент РФ №2016220, МПК F03B 7/00).
Цепная передача работает в воде, и долговечность и надежность агрегата низкие.
Задачей изобретения является подача воды и выработка электрической энергии одной установкой.
Поставленная задача достигается тем, что в русловой водоподъемно-гидроэнергетической установке, содержащей полый вал, лопасти двухстворчатые парусного типа, связанные с валом при помощи водил, поршневые насосы двойного действия, согласно изобретению на оси двухстворчатых лопастей установлены рычаги, шарнирно связанные при помощи тяг с крестовиной на конце штока насоса, а нагнетательная полость насосов при помощи отрезков труб гидравлически связана с полым валом, и двухстворчатые парусные лопасти из прочной, плотной, гидрофобной ткани имеют большую длину, чем ось лопастей.
Кроме того, по концам парусной лопасти вделаны эластичные шнуры и тросики длиной, равной длине ткани.
При движении по потоку створки раскрываются, против потока - закрываются, тем самым нагнетая воду в полый вал и создавая вращающий (крутящий) момент на валу.
На фиг.1 показан в разрезе вид сбоку рабочего модуля установки;
на фиг.2 - вид сверху в разрезе А-А с фиг.1;
на фиг.3 - вид Б крестовины;
на фиг.4 - положение двустворчатых лопастей в разных положениях и действие сил на них, создающих крутящий момент на оси;
на фиг.5 - вид клапана с ограничителем;
на фиг.6 - вид двустворчатых лопастей в сложенном положении;
на фиг.7 - схема водоподъемно-гидроэнергетической установки.
Модуль установки состоит из трубчатого (полого) вала 1, вращающегося на фторопластовых втулках 2 опор 3. В модуле рядом с опорами жестко на валу радиально на одном уровне установлены два двусторонних водила 4, концы которых имеют отверстия со втулками, в которые вдеты цапфы осей 5. На оси 5 свободно на втулках насажены попарно четыре рычага 6, соответствующие концы которых кинематически соединены двумя растяжками 7 и при помощи четырех тяг 8 соединены с крестовиной 9, насаженной по центру на конец штока 10 поршневого насоса 11 двойного действия с поршнем 12. Поршневой насос имеет два всасывающих клапана 13, предохраняемых от засорения сеткой 14, и два нагнетательных клапана 15, нагнетательная полость 16 насоса при помощи отрезка трубы 17 гидравлически соединена с трубчатым валом 1. Ось насоса 11 находится в одной плоскости с осью 5 парусных створок. Штоки 18 тарельчатых клапанов удерживаются от произвольного выпадания ограничительным кольцом 19. На оси 5 закреплены двустворчатые парусные лопасти 20 из прочной, плотной, гидрофобной ткани. Длина лопастей 20 больше длины растяжек 7. Концы лопастей 20 охватывают эластичный шнур 21 и ограничительный тросик 22, связанные с концами рычагов 6. Длина тросика равна длине ткани парусной лопасти. Валы 1 модулей 23 жестко соединены между собой муфтами 24. В здании 25 гидроэлектростанции установлены генератор 26, мультипликатор 27, конический редуктор 28 и другое оборудование. Соединение нагнетательного трубопровода 29, подающего воду в водонапорную башню 30 с валом 1 гидроэнергетической установки, осуществлено через манжету 31.
5
6
7
1
3
5
Установка работает следующим образом. Лопасти установки вращаются против часовой стрелки. В верхнем положении створки лопастей под действием потока воды закрыты (прижаты), поршень 12 насоса 11 находится в крайнем правом состоянии, из штоковой полости (справа) вода вытеснена в трубчатый вал 1, левая подпоршневая полость полностью заполнена водой. При дальнейшем вращении под действием потока воды парусные лопасти 20 отгибаются вниз, т.к. их длина больше длины растяжек 7, до полного натяжения тросика 22, образуются силы F и F, создающие вращающий момент относительно вала. При дальнейшем вращении поток воды проникает между створками лопасти, створки раскрываются, усилие передается на крестовину 9 и поршень выталкивает воду из подпоршневой полости, в штоковую полость вода всасывается, а на лопасти образуется сила F. В нижнем положении створки полностью раскрыты, получается наибольшая сила F и максимальный момент. При дальнейшем вращении под действием потока воды створки начинают складываться, парусные лопасти отгибаются вверх и образуются силы F и F, создающие вращающий момент. Складывание и раскрывание створок приводит к работе поршневого насоса двойного действия. При последовательном соединении модулей 23 добиваются равномерного расположения лопастей по спирали через одинаковые углы. Вращающий момент передается от большого конического колеса, насаженного на полый вал 1 на малое колесо, а оттуда через мультипликатор 27 на генератор 26, вырабатывающий электроэнергию. Нагнетаемая насосами вода через манжетное соединение 31 по трубопроводу 29 подается в резервуар 30 и потребителю.
Предложенная установка позволяет использовать энергию потока воды в реке для подачи воды и выработки электроэнергии.