Рукавная деривационная минигэс

Рукавная деривационная МГЭС относится к энергетике и может быть использована для преобразования энергии потока воды в электрическую или механическую энергию. Устройство содержит корпус с входным конфузором и выходным диффузором, внутри которого горизонтально расположен ротор с отклоняющимися лопастями. Обе крепежные стойки ротора и передний диск ротора являются прозрачными для потока, который раскручивает ротор и соединенный с ним генератор. Кроме того, предусмотрен режим работы с автоматическим раскрывом лопастей в зависимости от изменяющихся объемов, пропускаемых через МГЭС, потоков воды. Предлагаемая МГЭС предназначена для напоров воды с низкими и сверхнизкими параметрами потока. Область применения: автономные микро-миниГЭС для удаленных потребителей.

РУКАВНАЯ ДЕРИВАЦИОННАЯ МИНИГЭС

Полезная модель относится к энергетике и может быть использовано для получения механической или электрической энергии от потока воды с низким напором.

Известны низконапорные миниГЭС (МГЭС) с пропеллерными турбинами (см. свидетельство на полезную модель 7779, кл. 6 H02N 11/00, «Модульный гидроэнергетический блок», Заявитель «НПО Гидроэнергопром; свидетельство на полезную модель 16367, кл. 7 Е02В 9/00, «Прямоточная гидротурбина (варианты)», Заявитель НПО Гидроэнергопром»; МикроГЭС с пропеллерными турбинами ГЭС10ПР, ГЭС15ПР. АОЗТ «МНТО ИНСЭТ», г.С.-Петербург). Такого рода классические турбины по характеристикам их напоров, расходам воды, стоимости неоправданно дороги в производстве и сложны для обслуживания в эксплуатации, поскольку требуют строительства дамб или плотин на водотоках, что приводит к затоплению плодородных земель. Поэтому актуальным является решение проблемы по созданию сверхнизконапорных МГЭС, способных при низких напорах пропускать большие расходы воды и получать значительные мощности.

Известны также МГЭС с двукратными турбинами (см. Двукратные гидротурбины серии Б1Б4 фирмы «Маги», электронный ресурс: http://www.magi.ru/hidro.htm), работающие при меньших напорах воды, однако они также сложны в изготовлении и эксплуатации. Кроме того, их низкая эффективность обусловлена тем, что одномоментно задействовано в потоке только 3040% лопастей рабочего колеса.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является «Ветрогидродвигатель» (см. Свидетельство на полезную модель 55884, кл. F03B 3/12, «Ветродвигатель», авторы Попов А.И., Архипов А.Н., Каширин А.В.), содержащий ротор с отклоняющимися лопастями.

В данной конструкции поток воды направлен перпендикулярно оси цилиндрического ротора, причем подветренные лопасти отклоняются вовнутрь ротора, а при выходе потока, прошедшего через ротор, часть лопастей отклоняется наружу. В такого рода конструкции задействовано большее количество лопастей.

Однако и в данном устройстве коэффициент использования энергии потока невелик, поскольку задействованы в отборе энергии от потока не все лопасти ротора, а задействованные в работу лопасти несут не одинаковую нагрузку, зависящую от их углового положения в роторе.

Техническим результатом предложенной полезной модели является увеличение коэффициента использования энергии потока и создание универсальной МГЭС для различных по пропускаемым объемам и скоростям водных потоков.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что «Рукавная деривационная МГЭС», содержащая ротор с лопастями, расположенными между дисками на своих осях, снабжена корпусом, имеющим входной конфузор и выходной диффузор, причем ротор расположен в корпусе горизонтально на своих опорных стойках, прозрачных для потока, а, рычаги лопастей, объединенные общей тягой, с помощью дополнительного рычага устанавливают и фиксируют лопасти на определенный угол по отношению к цилиндрической поверхности ротора. Поток воды подается из конфузора через передний диск ротора, также прозрачный для потока, вовнутрь ротора, заставляя его вращаться.

Кроме того, заявленное решение имеет факультативный признак, характеризующий его частный случай воплощения: рычаг установки угла поворота лопастей присоединен к пружине, например, с усилием на закручивание, также закрепленной на заднем диске ротора.

Заявленное техническое решение является новым, так как характеризуется наличием новых совокупностей признаков, отсутствующих в известных нам объектах техники аналогичного назначения.

Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации заявленной совокупности признаков, заключается в увеличении коэффициента использования энергии потока за счет равномерной нагрузки и одновременного использования в работе всех лопастей ротора.

Кроме того, данная конструкция сравнительно проста, не требует для лопастей сложных аэропрофилей и может быть изготовлена на любом машиностроительном заводе. Конструкция также может легко унифицироваться по размерам под разные пропускаемые объемы водных потоков, что повышает эффективность использования напоров воды.

Указанное выше позволяет признать заявленное техническое решение соответствующим требованиям, предъявляемым к полезной модели.

На Фиг.1 приведена конструкция предлагаемого устройства в продольном разрезе, а на Фиг.2 - вид А-А его сечение в поперечном разрезе.

Устройство содержит ротор 1, состоящий из вала 2, закрепленного между задним сплошным диском 3 и передним диском, прозрачным для потока, выполненным в виде обода с опорными стойками 4, либо в виде перфорированного диска. Лопасти ротора 5, расположенные между дисками на своих осях 6, имеют рычаги 7, концы которых объединены общей гибкой тягой 8 (трос, цепь и т.п.), соединенной с рычагом 9 установки угла наклона лопастей, относительно цилиндрической поверхности ротора. Рычаг оснащен пружиной 10, например, на закручивание, также закрепленной на заднем сплошном диске. Рычаг установки углов лопастей имеет свою ось 11 и кронштейн 12 с отверстием 13. На заднем диске ротора имеются также глухие резьбовые отверстия 14, совпадающие по радиусу с отверстием кронштейна рычага.

Ротор установлен в корпусе 15 на передней и задней опорных стойках 16, прозрачных для потока, с помощью подшипников 17, а его вал кинематически соединен с генератором 18 электрической энергии, установленном в обтекателе 19.

Корпус оснащен входным диффузором 20, концентрирующим поток и выходным диффузором 21, образующим с обтекателем отсасывающую трубу 22 в виде кольцевого расширяющегося конуса.

Рукавная деривационная МГЭС работает следующим образом. Если напор воды постоянен во времени, то лопасти могут быть закреплены под общим оптимальным углом с помощью поворота рычага 9 и закрепления его через кронштейн 12, соединив отверстие 13 кронштейна с одним из резьбовых отверстий 14, при этом общая гибкая тяга 8 посредством рычагов 7 лопастей установит их в заданное положение.

Поток воды поступает в конфузор 20 и далее через передние опорные стойки 16 и 4 вовнутрь ротора, где образуется повышенное давление воды. Далее вода под углами расположения лопастей 5 выходит в щели по касательной к цилиндру ротора в полость между корпусом 15, ротором 1, создавая вращательный момент, и поступает через заднюю опорную стойку 16 в отсасывающую трубу 22. Параметры отсасывающей трубы задаются углом между поверхностями отсекателя 19 и выходного диффузора 21.

Если напор воды непостоянен во времени, то возможно автоматическое регулирование угла раскрыва лопастей 5. В этом случае кронштейн 13 рычага 9 установки угла лопастей освобождается от жесткой связи с диском 3. Параметры, например, спиральной пружины 10 задаются таким образом, чтобы при номинальном давлении потока раскрыв лопастей 5 имел определенный угол. При увеличении напора потока (прошедший дождь, таяние снега и т.п.) будет также возрастать давление на подпружиненные лопасти, которые раскроются на больший угол, пропуская через ротор большие объемы воды, при этом скорость вращения в определенном диапазоне останется постоянной. Параметры натяжения пружины 10 могут регулироваться дополнительно установленным натяжителем (на чертежах не показан).

Предлагаемое техническое решение позволяет увеличить коэффициент использования энергии потока и расширить варианты его применения в качестве универсальной МГЭС для различных по объему и скорости водных энергетических потоков. В процессе работы над устройством был изготовлен макет подобной МГЭС, подтвердивший заявленные преимущества.

1. Рукавная деривационная миниГЭС, содержащая ротор, состоящий из вала, соединенного с генератором и дисками, между которыми установлены по периферии на своих осях лопасти с рычагами, и гибкую тягу, отличающаяся тем, что ротор размещен горизонтально в корпусе посредством подшипников на передних и задних прозрачных для потока стойках, передний по ходу движения потока диск ротора выполнен также в виде стоек, корпус снабжен входным конфузором и выходным диффузором, а концы каждого рычага лопастей объединены общей гибкой тягой с дополнительным рычагом установки угла наклона лопастей, который посредством кронштейна прикреплен к заднему диску ротора.

2. Рукавная деривационная миниГЭС по п.1, отличающаяся тем, что рычаг установки угла поворота лопастей присоединен к дополнительно введенной пружине, другой конец которой закреплен на заднем диске ротора.