Бесплотинная всесезонная гидроэлектростанция г.и.озерова

 

Сущность изобретения: вертикальный корпус разделен на барабаны и установлен на опоре с возможностью вращения взаимодействием роликов с круглыми направляющими , связанными с наружными поворотными ступенчато открывающимися лопастями, оси вращения которых смещены относительно друг друга на одинаковый угол. Основной-и резервный электрогенераторы закреплены на опоре и связаны с корпусом и зубчатым колесом механической передачей. Внутренняя часть корпуса снабжена решетками, являющимися продолжением наружных поворотных лопастей, и неподвижными внутренними лопастями, выполненными из свободно закрепленных створок, опирающихся на решетку. Наружные лопасти установлены с обеспечением перекрытия внутренних лопастей в нерабочем положении и их более раннего вступления в работу. 3 з.п.ф-лы, 15 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л F 03 В 13/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

В ЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4921696/29 (22) 29,03.91, - (46) 23.08.93. Бюл. ¹ 31 (76) Г.И,Озеров (56) Авторское свидетельство СССР

N 1660421, кл, F 03 В 13/10, 1989, (54) БЕСПЛОТИННАЯ ВСЕСЕЗОННАЯ ГИДРОЭЛ Е КТРОСТАН ЦИЯ Г.И.ОЗЕРОВА (57) Сущность изобретения: вертикальный корпус разделен на барабаны и установлен на опоре с возможностью вращения взаимодействием роликов с круглыми направляющими, связанными с наружными поворотными ступенчато открывающимися

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к гидроэлектростанции, которые могут быть установлены на различной глубине и работать в любое время года.

Целью изобретения является увеличение мощности бесплотинной всесезонной гидроэлектростанции при тех же габаритах изделия, или же уменьшение габаритов по заданной мощности за счет увеличения длины лопасти внутрь корпуса, более раннего вступления ее в работу и усиления прочности подвижной части конструкции.

Указанная цель достигается тем, что внутри свободного пространства полого цилиндра выполняется внутренняя лопасть в виде свободно закрепленной шторы, которая при открытии наружной подвижной лопасти является ее продолжением и совместно с ней проивзадит работу, а на участке встречного потока прикрывается на„„. Ж „„1836586 АЗ

Лопастями. оси вращения которых смещены относительно друг друга на одинаковый угол. Основной и резервный электрогенераторы закреплены на опоре и связаны с корпусом и зубчатым колесом механической передачей. Внутренняя часть корпуса снабжена решетками, являющимися продолжением наружных поворотных лопастей, и неподвижными внутренними лопастями, выполненными из свободно закрепленных створок,. опирающихся на решетку. Наружные лопасти установлены с обеспечением перекрытия внутренних лопастей в нерабочем положении и их более раннего вступления в работу. 3 з.п.ф-лы, 15 ил. ружной и проходит его в стоячей воде при- З поднимая (или отклоняя) створки для пропуска воды, не неся динамической нагрузки, а давая сопротивление только трением воды С о поверхность створок и решетки, Полый цилиндр (или барабан) под наружной лопастью в отличие от прототипа не обшивается рубашкой, лопасть ложится на остов жесткости, что дает при открытии подвижной лопасти возможность воде сбрасываться на створки внутренней лопасти и начинать производить работу раньше еще до открытия всех ступеней наружной лопа- (Л сти. Створки внутренней лопасти (количест- С0 во их будет зависить от диаметра барабана) О под напором сбрасываемой воды ложатся на решетку и еще до открытия всей наружной лопасти принимают ее напор, а с полным открытием наружной составляют единую лопасть, которая может иметь пол1836586 ностью изгиб радиусом цилиндра или же внутренняя может иметь оид прямоугольника, что будет зависеть от класса ГЭС, Внутренняя кромка внутренней лопасти при вращении вместе с малой округлой направляющей образует внутренний цилиндр (малый), внутри которого выполняется зубчатое рабочее колесо, с которого анологично прототипу снимается через мультипликатор энергия на электроненераторы; Это дает шире воэможность выбора диаметра зубчатого рабочего колеса, что часто необходимо при учете оборотости, габаритов электроненераторов с мультипликатором, Так же это облегчает стандартизацию зубчатого рабочего колеса, следовательно, и мультипликатора с электрогенератора для малых, средних, больших рек с той или иной скоростью течения, т.к, выбор рабочего колеса будет зависеть от устойчивости гидроагрегата о потоке. часто от ширины опоры, которая находится внутри него. Это позволит

BfIóTðåíèþ)o и наружную лопасти рассчитывать с учетом наибольшего снятия энергии с потока.

Длина лопасти (следовательно, и ее площадь) в прототипе увеличивается при одинаковой высоте цилиндра Пц (барабана hrj за счет увеличения диаметра цилиндра и при малой высоте его (малая глуина потока) увеличение длины лопасти In сдерживают прочносные расчеты (надежнее, когда

Iq=h5). В заявляемом же усройстое прирост длины лопасти за счет внутренней ее части не влияет»а прочность нару>ьлой части лопасти, а более того наличие дополнительной малой окружной направляющей и решетки, на которую ложатся створки внутренней лопасти, усиливает осю конструкцию, особенно подвижную ее часть, усиливают ось и точки крепления на ней наружной подвижной лопасти.

В силу того, что при открытии первой ступени наружной лопасти разу вступает в работу внутренняя лопасть, наружная лопасть может состоять только из двух ступеней.. Конструкция же прототипа для обеспечения равномерности вращения рабочего колеса просит, особенно при малом количестве барабанов, три и более ступени.

По этой же причине о заявляемом устройстве цилиндр может состоять только из двух барабанов, это помимо существенного упрощения конструкции дает возможность иметь более прочную наружную лопасть— легче приблизиться к Ь г=-lл, При выполнении надежной опоры конструкция гидроагрегата может позволить увеличить лопасть эа счет внутренней ее части более чем в 1,5 раза. Увеличение мощ5

55 ности на эту же величину при тех же габаритах изделиния не снизит ее КПД (при пересчее на увеличенную площадь лопасти), т.к. онутрення часть лопасти вступает в работу сразу же с началом открытия первой ступени наружной лопасти и скоростной напор в этот момент дает большие силы гидроагрегату, чем будет потеряно у него за счет трения створок и решетки о воду при прохождении их по ней рабочей части окружности, (Оценочные расчеты это показывают, точный баланс даст эксперимент).

Устройство и действие бесплотинной всесезонной ГЭС-11 (БВГЭС-11), состоящей из двух барабанов с внутренней лопастью, поясняется следующими чертежами и схемами, На фиг.1 — 3 дана фронтальная, профильная и горизонтальная проекции цидлиндра

БВГЭС-11 (соответственно); на фиг, . и 5— разрез цилиндра БВГЭС-11 по А — А и  — В соответстоенно; на фиг,б — общий вид

БВГЭС-11 fi аксономатрической проекции; на фиг,7 — вспомогательная схема для упрощения изложения прохождения 8 лопастей по точкам окружности АВСД; на фиг.8 —. остов жесткости наружного полого цилиндра (большого) и подвеска вращающей части конструкции; на фиг.9 — принцип взаимодействия большой и малой направляющих с катками: а) верха цилиндра, в) низа цилиндра; на фиг.10 — схема крепления кронштейнов рычагов к опоре и принцип подвески большой и малой напраоляющих на катках, вид сверху; на фиг.11 — наружная лопасть одного барабана; на фиг,12 — асов жесткости внутреннего цилиндра (малого) и увязка

его с зубчатым рабочим колесом и малой направляющей; на фиг,13 — зубчатое рабочее колесо с восемью спицами, опора, а также зубчатая передача с электрогенератором, вид сверху; на фиг.14 — схема озаимодейсоия ступеней диаметрально расположенной наружной лопасти посредством гибкой соязи (троса), вид сверху: а) начало открытия и начало закрытия ыпротивоположной; в) лопасть перед полным открытием и полным прилеганием противоположной; с) лопасть полностью открыта и полностью закрыта противоположная: -Lc -угол, составленный касательной к полностью открытой наружной лопасти и направлением течения невоэмущенного потока; на фиг,15 — четыре схемы расположения БСГЭС-11 о деривационном канале, выполненном с выемками специально для них.

Бесплотинная всесезонная гидроэлектроста н ци-11 (Б В ГЭ С-11) содержит вертикальный корпус (полый цилиндр) 1, закрепленный на опоре 2 и выполненный

1836586

25

40

55 составным иэ барабанов 3, установленных друг на друге, скрепленных между собой и снабженных четырьмя наружными поворотными лопастями 4 и четырьмя внутренними лопастями 5. Зубчатое рабочее колесо 6 связано с внутренней кромкой внутренних лопастей, которые при вращении образуют внутренний полый цилиндр 7 (магьый), и.посредством механической передачи {мультипликатора) 8 связана с основным и резервными электрогенераторами 9 и 10 в водонепроницаемом корпусе, закрепленными на опоре 2, Или же в некоторых конструкциях зубчатое рабочее колесо 6, механическая передача (мультипликатор) 8 и электрогенераторы 9 и 10 выполняются в единой закрытой камере, которая образуется частью внутреннего цилиндра 7, с решением охлаждения электрогенераторов другим известным способом, У верха и низа корпуса 1 от опоры отходят восемь кронштейнов 11, на которых по большому и малому кругам, соответствующим диаметрам наружного и внутреннего цилиндров 1 и 7, выполнены катки 12 в поворотной цапфе, которые входят в округлые направляющие по верху и низу цилиндров 1 и 7 бороздкой вниз — направляющая по большому кругу 13 и направляющая по малому кругу 14, — посредством чего и происходит вращение подвижной части конструкции с зубчатым рабочим колесом 6. Причем верх цилиндров

1 и 7 подвешен на катках 12, а низ опирается на них (см.фиг.9). В больших цилиндрах, к примеру на морских глубинах, возможно усиление крепления вращающей части еще посредине, также через неподвижные кронштейны с катками и направляющуьо внутреннего цилиндра 7.

Наружная поворотная лопасть 4 выполнена из двух ступеней 15 различной длины с общей осью вращения 16, каждая на своих шарнирах 17 (возможны две оси вращения под каждую ступень, расположенные рядом, что будет зависеть от размеров гидроагрегата и прочностных расчетов). Ступени

15 установлены в порядке возрастания их длины от барабана 3, причем ближняя к оси

16 — малая, 1/2 общей длины — полностььо обшита, а рама второй имеет окно 18, выполненное у оси вращения 16 размером, равным ближней ступени, с таким расчетом, чтобы при складывании они образовали единую лопасть 4. Низ и верх ступени 15 лопасти 4 снабжены гибкими связями (троса) 19 и соединены последним попарно с соответствующими ступенями 15 диамерально противоположных лопастей. Гибкие связи 19 проходят через направляющие 20, выполненные на поверхности барабана, или же часть их на опоре через малый цилиндр. Лопасть 4 имеет кривизну радиусом барабана, обшивается твердым легким материалом. Гибкая связь 19 удерживает полностью открытую наружную лопасть 4, обеспечивая L a =85ч-2О. Ступени 15 наружных лопастей 4 для более быстрого поднятия снабжены желобами 21 высотой 20 — 30 мм, общей площадью до 10 площадИ ступени, Внутренняя лопасть 5 является как бы продолжением наружной лопасти 4 и представляет иэ себя свободно висящую штору, выполненную иэ нескольких вертикальных полос металла, пластика и т,п. (количество будет зависеть от диаметра изделия), прилегающих в рабочей части потока на металлическую решетку 22 и свободно поднимающихся на встречной ветви потока, или отклоняющихся при креплении полос на боковые кромки, что будет зависеть от размеров гььдроагрегата и условий работы.

Оси вращения 16 наружных лопастей 5 барабан 3 смещены относительно друг друга на 45, KQK и в прототипе. Для выравниваня динамической нагрузки механическая передача с электрогенераторами располагается примерно посредине полого цилиндра в верхнем или нижнем барабане 3. в эависимос-;и от конструкторской целесообразности, и стойки остова жесткости верхнего и нижнего барабана скрепляются с зубчатым рабочим колесом 6 через решетку

22 посредством спиц 23 внутренней кромки внутренней лопасти 5 в восьми точках. Т,е. все восемь лопастей двух барабанов жестко скреплены с зубчатым рабочим колесом, и таким образом решетка 22, скрепленная с большой и малой направляющими 13 и 14, вместе служат основой жесткости вращающей части конструкции, верх которой подвешен на катках 12, а низ опирается на них.

Следовательно, боковые стороны решетки

22 являются; наружняя — осью 16 вращения лопасти 4, внутренняя — ведущей спицей 23 зубчатого рабочего колеса 6.

Внутренний полый цилиндр 7 (малый), который, считаем, образован вращением спицы 23, может обшиваться водонепроницаемой тканью. резиной и т.п. Это увеличит

КПД БВГЭС-11 и облегчит обслуживание вращающихся агрегатов в стоячей воде водолазами в крупных конструкциях.

Наружный полый цилиндр 1 (большой), который, считаем, образован вращением оси 16 наружной лопасти 4, в отличие от прототипа рубашки цилиндра не имеет, а обшиваются только четыре участка 24, которые не прикрываются сложенными попастями. Обшитый участок 24 способствует вместе с еще не открытой первой ступенью

1836586

Итр=Стр /> Vcp S, 15 наружной лопасти 4 оыравниванию потока на глубине данного барабана, а это обеспечивает более четкую работу створкам внутренней лопасти 5. (Обратимся к фиг.7, где в плане сверху показаны 16 ступеней

8-ми лопастей 2-х барабанов в один иэ моментов работы. Точками показано окно 18 лопасти 4, а пукнтиром — внутренняя лопасть 5 нижнего барабана 3, Также по этой схеме можно проследить прохождение одной лопасти любого барабана по всем точкам окружности. Как и о прототипе примем, что под воздействием потока лопасти приподнимаются и фиксируются с правой стороны — "рабочий поток", ложатся с левой стороны на "всречном потоке". АВСД вЂ” основные точки прохождения лопасти при вращении: А — начало открытия каждой ступени;  — зенит работы полностью открытой лопасти„С вЂ” начало складывания каждой ступени; Д вЂ” начало прохожДения сложенной лопасти участка с наибольшим лобовым сопротивлением). Наружная лопасть 4 на встречном потоке на участке СДА ложится на остов жесткости большого цилиндра 1 и вместе с обшитым участком 24 прикрывает сторону цилиндра, обеспечивая внутренней лопасти 5 на этом участке стоящую воду.

Створки внуренней лопасти 5 проходят участок СДА приподнявшись (или отклонив. шись, в некоторых конструкциях) на своих шарнирах, образуя свободный проход воде и давая сопротивлние о основном трением.

Внутренняя лопасть 5 перед началом работы прошла точку А в сравнит льна спокойной воде, приводняв или отклонив свои створки, т.к. до открытия первой ступени ее от скоростного напора защищали обширный участок 24 и первая ступень l5 лопасти . 4. Встречные же завихрения воды от впереди идущей лопасти 4, которые могли бы помешать лечь створкам на решетку, будут незначительны, т.к. впереди идущая в это время уже прошла точку наибольшего сопротивления потоку С и входит в "тень".

Dce силы, снижающие мощность установки, выявит.эксперимент. Они войдут в обобщающий коэффициент преобразования энергии 27, мы же рассмотрим силу сопротивления трения Втр внутренней лопасти при прохождении участка СДА о .оснооном с целью выявления причин, могущих снизить их влияние. где Стр — безразмерный коэффициент сопротивления трения;

p — плотность жидкости, т/м;

3, Vcp — скорость движения воды или предмета в ней, м/с. Определим как V вращения цилиндра, которое будел1 считать равным

1/2V потока (рабочее колесо под нагрузкой);

S — площадь смоченной поверхности внутренней лопасти, м, возьмем как двойг ную площадь лопасти (тре ие с двух сторон).

Если у наружной лопасти можно снизить R p, уменьшая Яв.л. за счет ее более раннего прижатия к цилиндру, То у внутренней лопасти этого не наблюдается, У внутренней лопасти Втр, как оидим из формулы, можно снизить за счет лучшей обтекаемости в воде створок лопасти, а также чтобы

Vip=1/2Vn, т,е. чтобы внутри между большим и малым цилиндрами на участке СДА не было встречных завихрений потока, Оценочные расчеты показывают, что снижение т) за счет Rzp внутренней лопасти 5 не будет более 1,5%, а с учетом наружных лопастей не превысит 4%.

Для увеличения безразмерного коэффициента лобового сопротивления (Сх) внутренняя лопасть 5 может выполняться с кривизной радиусом наружного цилиндра 1 эа единое целое с наружной лопастью 4, что будет зависеть от класса ГЭС, Для более полного снятия энергии каждый поток просит своих размеров БВГЭС.

Глубина, скорость, ширина потока — зто главные определяющие факторы при obIGope диаметра и высоты цилиндра, следовательно, и длины лопасти, хотя практика заставит учитывать необходимость стандартизации узлов и агрегатов ГЭС, технические возможности изготовления зубчатого рабочего колеса и увязки его с л1ультипликатором и даже наличие выпускаемых промышленностью электрогенераторов, Условия надежности наружной лопасти просят исходить иэ того, что чем больше скорость потока, тем ближе длина наружной лопасти!в должна быть к высоте барабана

ha. Величина >ке внутренней лопасти зависит не столько от ес прочности, сколько от устойчивости иэделия в потоке, которая часто зависит от ширины опоры, Но не всегда ширина опоры возьмет часть длины лопасти, К примеру, в деривационном канале, выполненном специально для БВГЭС-11 с выемками в берегу для них (фиг.5), можно иметь большие скорости потока — 10 м/с, и более, которые просят надежную широкую опору, но установка БВГЭС в береговой выемке мо>кет позволить добиться устойчивости опоры не за счет ее ширины. Малые скорости течения, в среденм 1 м/с, могут позволить иметь 1и/ho=-5/1 и, следовательно, конструкция будет большого диаметра

1836586

10

35

55 при малой высоте и силу с потока будет брать за счет увеличенной лопасти. Преимущества создания внутренней лопасти и некоторые другие вопросы, поясняющие устройство и работу БВГЭС-11, рассмотрим с небольшими допускам на следующих примерах.

Москва-река напротив здания ВНИИГПЭ (Бережковская набережная, 30) имеет в межень глубину h=á м, скорость течение V=F м/с, в половодье имеет Н=8 м, V=1,25 м/с. (Москва-река в городе имеет Н=4 — 8 м, V до

1,6 м/с, при подпоре плотиной V всего 0,3—

0,5 м/с, при открытии шлюзов — сборе воды — V до 2 м/с). Если установить здесь педлагаемую БВГЭС-11 состоящую из одного гидроагрегата, то расчет параметров будем вести следующим образом. Высоту цилиндра состоящую из двух барабанов, определим для меженного уровня равной 4 м (0,8 м оставим на ледовое образование и 1,2 м отступим от дна, 6-2=4 м), Так как Москварека имеет малую скорость течения, то можем взять предельное In/hn=5/1.

Следовательно, при пб=2м будет 4=10 м, а площадь лопасти гидроагрегата под воздействием потока в любой момент вращения цилиндра $лц=40 м, С расчетов прототипа г

In находится в пределах 1/8 — 1/6 длины окружноси цидлиндра, следоваельнго, диамер цилиндра бц=20 м. Разберем насколько можно увеличить лопасть за счет внутреней. свободной части цилиндра. В прототипе рассчитывалась ширина опоры и от нее на рычагах подавались катки к рубашке цилиндра, на которых она вращалась с рабочим зубчатым колесом. В заявляемом же устройстве диаметр зубчатого рабочего колеса определ ится шириной опоры, т.к. оно устанавливается эа опорой и от его обода до остова жесткости наружного цилиндра прирастет длина лопасти. Автор считает, что в разбираемом примере ширина опоры около

7 м с надежным фундаментом и растяжками от концов рычагов к верху и низу опоры вполне обеспечат устойчивость конструкции и дадут место для размещения внутри ее малооборотных электрогенераторов в защитном кожухе с мультипликатором. Следовательно, диаметр зубчатого рабочего колеса можем иметь 10 м и длина лопасти прирастет за счет внутренней части на 5 м.

Общая площадь лопасти под воздейсвием потока будет Япц=60 м, Следует отметить, г что прирост лопасти в полтора раза нисколько не ослабит наружную часть ее, т.к. у нее ось усилилась решеткой. Учитывая. что с началом открытия первой ступени внутренняя лопасть сразу вступает в работу, мы можем иметь всего две ступени у лопасти вместо четырех, как у прототипа, и вправе ожидать, что прирост ее не уменьшит коэффициент преобразования энергии у (при перерасчете на новую площадь лопасти), тем более она может иметь кривизну радиусом цилиндра. как и наружная, Следовательно, если прототип в межень (V=1 м/с) давал мощность V=14 кВт, в половодье (V=1,25 мс) N=27 кВт, то теперь при этих же габаритах он даст 21 и 41 кВт соответственНо. Попутно отметим, что становка с Snq=60 м и t =0,7 при V=2,5 м/с даст N=328 кВт, при V=5 м/с даст N=2625 кВт, а в диревационном канале, где можно добиться V=10 м/с, даст N=21000 кВт.

Разберем другой пример выполнения

БВГЭС-11, теперь уже для горных узких рек с малои глубиной и большими скоростями течения (Кавказ, Прииссыкулье и т,п.). Допустим, нас интересуют реки глубиной 0,6 м (брод) и шириной активной части потока 1,5 м. Выполним БВГЭС-11 на салазках, которые будут служить за фундамент и основой сбора всей конструкции на них. Высоту салазок определим равной 0,1 м. За вертикальную опору примем водонепроницаемый кожух электрогенератора (низкооборотный даст большой вес, габариты, что усилит конструкцию и фундамент). Нижние катки выполним на салазках, а верхние подачи на рычагах от кожуха. Высоту цилиндра возьмем равной 0,5 м (ледовые образования на горных реках исключим, а если и будут, то они незначительны и отводимое тепло от электрогенератора поможет с ними бороться в этой точке).

Следовательно, высота барабана 0,25 м.

Для перекрытия активной части потока нам желательна длина общей лопасти не менее

1,5 м. (Установка стенки или двух в реке для концентрации потока на лопасть КПД установки. На малых глубинах выполнение их, как правило, не связано с большим трудностями), Выполним наружную лопасть из двух ступеней длиной 1,0 м. Следовательно, диаметр наружного цилиндра возьмем равным 2,0 м, а внутреннего можем определить равным1,0м, что вполне достаточно для размещения в нем электрогенератора в кожухе с мультипликатором, тем более можем часть с этого вынести

esepx из воды. Следовательно, внутренняя лопасть будет длиной 0,5 м и общая площадь лопасти под воздействием потока будет равна 0,75 м, которая при t/ =0,7 может дать г мощность при V=3 м/с 14 кВт, при 5 мlс — 66 кВт, при 7 м/с — 182 кВт, Функдамент усиливается забитыми костылями через салазки и камнями набросом на них. Эта конструкция может быть перевозной в кузо1836586

30 щадью лопасти под воздействием потока в .

1,6 раза больше, с более прочной наружной 35

50 ве автомобиля, который при установке поможет буксировать БВГЭС-11 на салазках в поток, Если же река сжата берегами, то возможна установка БВГЭС-)1 в подготовленную выемку в берегу, как показано на фиг.15. Несмотря на резкое отличие мощности из-эа разных скоростей течения, тем неменее гидроагрегат под подобные глубины . можно стандартизировать, а под ту или иную скорость устанавливать в нем нужной мощности электрогенератор с мультипликатором, Установка БВНЭС-11 в различных потоках, включая морские течения, аналогична прототипу, разумеется — большая мощность требует более надежную опору, Опора цельнолитая, без внутреннего пространства (типа опоры больших мостов), будут требовать другого технического решения размещения электрогенератора с мультипликатором и увязки их с зубчатым рабочим колесом.

Заявляемая БВГЭС-11 по сравнению с .прототипом имеет лопасть большей площади при тех же габаритах, и прирост ее за счет внутренней свободной части изделия в конструкциях на широких потоках может быть менее как в 1,5 раза. К примеру. на реке Енисее в районе г.Игарка, где ширина практически не ограничивает имеются постоянные глубины 20-40 м, а местами и до

50 м, можно иметь гидроагрегат такого же диаметра и высоты, как и в прототипе. состоящий всего из двух барабанов с плолопастью иэ-эа дополнительной увязки ее с решеткой, без понижения КПД за счет выполнения внутренней лопасти криволинейной, и более раннего вступления ее в работу. Так, в прототпе при йц=30 — 35 м, бц=70-75 м, состоящего из трех барабанов при ln/hz-3/1, ожидается Snq=1000 мг. При этих габаритах БВ ГЭС-11 может состоять из двух барабанов с Snii=1600 м с лучшим г

in/he=2/1 плюс с осью наружной лопасти, увязанной не только с остовом жесткости наружного цилиндра, но еще и с решеткой, (Диаметр внутреннего цилиндра имеется ввиду в пределах 14 — 15 м), По эаданой мощности БВГЭС-11 имеет шире географию примеения по сравнению с прототипом. Особенно это видно на примере использования ее на узких мелких реках с большими V, которые просят иметь меньшие габариты и более надежную лопасть. К примеру, в приведенном в описании втоРом пРимеРе, где Зпц=0,75 мг, с1ц=2,0 м, пц0,5 м прототип под такую лопасть должен бы иметь такие габариты; если dÄ=2,0 м, то h«-0,75 м; или если пц=0,5, то дц=3,0 м. А

25 это не вписывается в приведенный поток глубиной 0,6 м и шириной 1,5 м, тогда как в заявляемом устройстве данная лопасть будет полностью нагружена в этом потоке, следовательно, и в более широких и глубоких. Это также говорит о более широкой возможности стандартизации БВ143С-11 в целом или отдельных основных узлов ее, Исходя из последнего, проще подойти к вопросу получения энергии без плотины на любой реке, К.примеру, даже на такой, как река Катунь, хотя анализ динамики составляющих водного баланса этой реки показывает, что основная масса воды формируется здесь за счет сезонного снежного покрова, летних осадков и таяния многолетних запасов фирна и льда, и этот режим говорит в пользу высоконапорной плотинной ГЭС. (Так, годовой сток за половодье составляет в с.Елагнда 71-78%, у с,Сростки — 52 — 88 j„ з расход воды в м /с составил, к примеру в

1976 r у с,Еланда: наибольший — 4000, наименьший открытого русла — 364, наименьший зимний всего 57; у с.Сростки соответственно -4060, 449, 57.7). Учитывая негативные явления при создании плотины и большую нужду этого края в электроэнергии pBGGMOTpvlM несколько схем снятия энергии с быстротечного потока р.Катунь для местных нужд и промышленного значения гидроагрегатами заявляемого устройства.

В месте излучины спрямить русло, спрофилировать его до места слияния с равномерным уклоном или уступами, как покажет рельеф местности и экономическая целесообразность; облицевать дно и берега твердым материалом, за счет чего добиься наивысшей V. БВГЭС-11 установить в береговой выемке по одному из вариантов, как показано на фиг.15, на расстоянии друг от друга, обеспечивающем выравнивание потока и по средненаименo øåìóçèìíåìó расхду воды (он, судя по Водному кадастру у р.Катунь в пределах 75 м /с), перекрыть каз нал сверху плитами для исключения замерзания зимой, то деривационный канал-тоннель может позволить иметь гидроагрегат, работающий всесезонно с лопастью под нагрузкой около 6 м, при надежном соотношении у наружной попас-,и ln/he, близкой к 1/1. В канале-тоннеле мы вправе ожидать =0.8 за счет работы гидроагрегата, как бы, в насадке. Десять гидроагрегатов, суммированных на одном здании Б В ГЭ С-11, могут давать всесезон но мощность около 25 мВт, что около 250 мВт, Летний сброс воды можно оставить по старому руслу или же выполнить деривационный канал с учетом прохождения ее по

1836586

25

55 верху тонелля и снимать энергию поэтапно другими летними дополнительными гидроагрегатами, которые на зиму будут консервироваться, Оценочные работы показывают, что, учитывая сравнительно плавный спад уровня воды в открытом русле по месяцам, энергию можно снимать тремя этапами и расчет произвести, как: 1-е — для среднегодового наибольшего расхода воды, 2-е — для среднегодового среднего и 3-е— для среднегодового неименьшего. Судя по

Водному кадастру, они у р.Катунь разнятся как 3, 2, 1, и примерно равны: май, июнь, июль — 900 м /с (наибольший средне месяч з ный расход — июнь, к примеру с. Еланда 1750 м/с в 1979 г); август, сентябрь — 600 м /c; октябрь, ноябрь — 300 м /с. БВГЭС-11 выз полняется из трех гидроагрегатов, установленных друг на друге над всесезонным каналом-тоннелем. Режим прохождения воды позволяет сразу после сброса льда подключить все три гидооагрегата, а затем после спада воды поочередно выводить верхние с работы. Возможен вариант выполнения опоры под каждый гидроагрегат, что будет зависеть от профиля канала, расстановки их в нем, скорости течения и расстояния выравнивания течения оТ одного до другого гидрагрегата. Оценочные расчеты показывают, что в летний период можно дополнительно получать энергию, хоть и не стабильную, но в период наибольшего сброса воды, в десять раз болшьшую, чем будет давать всесезонный канал, Для местных нужд возможна установка отдельных БВГЭС-11 непосредственно в русле реки или в береговых выемках. Лучший эффект покажут места, с>катые между скал, участки спрофилированного русла, расчищенные и по возможности выполненные уже высотой по наибольшему возможному стоку.

Приведенные эти схемы подходят ко многим рекам и на них экономически выгоднее применение заявляемого устройства, чем прототипа не только из-за того, что у него мощность больше при тех же габаритах, но и потому, что у него шире возможность использования на любой реке.

Особенно это видно по такой реке как Подкаменная-Тунгузка, которая имеет много различных притоков с большими V — на длине 1865 м водозбор идет с 18026 больших и малых рек. Учитывая, что этот необжитый район исключительно богат и ископаемыми и ждет дешевой энергии. а постройка высоконапорной ГЭС, хотя и даст дешевый киловатт- <ас, но передача его на большие расстояния на нет сведет это преимущество, то постройка заявляемой БВГЭС-11 непосредственно вблизи к потребителю, хотя и менее мощных, будет экономичней.

Из-за большой мощности при тех же габаритах, чем прототип БВГЭС-11, экономически выгоднее применять при работе в комплексе с аккумулирующей ГЭС в роли гасителей потока на участке отводящего русла при больших напорных ГЭС, на океанских течениях, а также на приливно-отливных течениях в проливах (типа в Ла-Манше), меняющих направление и скорость.

Формула изобретения

1, Бесплотинная всесезонная гидроэлектростанция, содержащя вертикальный корпус, разделенный на барабаны и установленный на опоре с возможностью вращения посредством взаимодействия роликов с круглыми направляющими, связанными с наружными поворотнымисоставными ступенчато-открывающимися лопастями, оси вращения которых смещены относительно друг друга на одинаковй угол, основной и резервный электрогенераторы, закрепленные на опоре и связанные с корпусом и зубчатым колесом посредством механической передачи, отличающаяся тем, что внутренняя часть корпуса снабжена решетками, являющимися продал>кением наружных поворотных лопастей, и неподвижными внутренними лопастями, выполненными из свободно закрепленных створок, опирающихся на решетку, причем наружные поворотные лопасти установлены с обеспечением перекрытия внутренних лопастей в нерабочем положении и их более раннего вступления в работу, 2. Гидроэлектростанция по п.1, о т л ич à Io щ а я с я 18M, что внутренняя часть корпуса снабжена малым цилиндром с малой круглой направляющей, а зубчатое колесо расположено на внутренней поверхности малого цилиндра.

3. Гидроэлектростанция по пп.1 и 2, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что круглые направляющие жестко соединены с соответствующими малыми круглыми направляющими посредством решеток.

4, Гидроэлектростанция по пп.1 — 3, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что на учатках боковой поверхности барабанов, перекрываемых сложенными наружными лопастями, в обшивке выполнены сквозные проемы.

1836586

1836586

1036586

Фи2. 6

Ф"

1836586

1836586

1836586.а. Составитель Г.Озеров

Техред М.Моргентал Корректор М. Милюкова

Редактор

Заказ 3016 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательскии комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101