Микрогидроэлектростанция речная русловая
Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для обеспечения электрической энергией небольших населенных пунктов, лагерей геологов, охотников, рыбаков, леспромхозов преобразованием энергии русловых потоков реки в электрическую. Микрогидроэлектростанция (микроГЭС) речная русловая содержит корпус 1 в виде цилиндрической оболочки, состоящий из двух половинок – турбины 5 с лопастями 7 и машинного отделения с генератором 27, закрытой с концов невращающимися оголовками 2 и 3, связанными жестко болтами 35 с кольцевыми головками 37 для якорных шестов 38 с ограничителями. Осевая турбина 5 установлена на сквозной полой оси 4, имеющей на концах внутреннюю резьбу для законтрированных болтов 35. Изобретение направлено на разработку компактной с упрощенным цилиндрическим корпусом надежной микроГЭС для бесперебойного электроснабжения потребителей. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к гидроэнергетике и предназначено для обеспечения электрической энергией небольших населенных пунктов, лагерей геологов, охотников, рыбаков, леспромхозов преобразованием кинетической энергии русловых потоков реки в электрическую.
Известна микрогидроэлектростанция (микроГЭС), содержащая гидротурбину с лопастями и машинное отделение, удерживаемые якорями, при этом корпус выполнен в виде капсулы и состоит из двух частей - гидротурбины с лопастями и машинного отделения с размещенными в нем мультипликатором, генератором, инвертором с аккумулятором (GB 2422878 А, 09.08.2006, F03B 13/10).
Неясно, как герметизировано машинное отделение и достигается плавучесть микроГЭС, т.к. машинное отделение перегружено мультипликатором, аккумулятором.
Известна микроГЭС, разработанная в нескольких вариантах (горизонтальная, вертикальная), где корпус выполнен в виде оболочки дирижабля, его части выполнены из двух половинок для обеспечения компактности, причем гидротурбина установлена в задней части (US 3209156 А, 28.09.1965, F03B 13/10).
Неясно, как соединены части микроГЭС и зафиксированы от самопроизвольного разъединения.
Известна микроГЭС, принятая за ближайший аналог, содержащая корпус в виде капсулы в форме оболочки дирижабля, состоящая из двух половинок - гидротурбины с лопастями и машинного отделения с размещенными в нем мультипликатором, генератором, инвертором с аккумулятором, и удерживаемая в русле речки якорными шестами, вставленными в отверстия кольцеобразных головок болтов, навернутых в невращающиеся оголовки (RU 256627 С1, 20.10.2015, F03B 13/10).
Трудно изготовить динамически уравновешенный корпус в виде капсулы дирижабля, небольшое количество лопастей, неясно, что конструктивно представляет мультипликатор.
Задачей изобретения является разработка компактной с упрощенным цилиндрическим корпусом надежной микроГЭС для бесперебойного электроснабжения потребителей.
Технический результат достигается тем, что в речной русловой микроГЭС, содержащей корпус в виде цилиндрической оболочки, состоящей из двух половинок - гидротурбины с лопастями и машинного отделения с генератором, закрытой с концов не вращающимися оголовками, связанными жестко болтами с кольцевыми головками для якорных шестов с ограничителями, а осевая турбина установлена на сквозной полой оси, имеющей на концах внутреннюю резьбу для законтрированных болтов. Подшипники осевой турбины зафиксированы на оси при помощи стопорных шайб. Увеличение частоты вращения вала генератора достигнута установкой на внутренней стороне обечайки турбины большого колеса со внутренними зубьями, зацепляющимися с зубьями шестерни малого диаметра, на противоположном конце вала которого шестерня большего диаметра приводит во вращение шестерню малого диаметра вала генератора. Герметизация щели между передним оголовком и диском турбины достигнута прижатием сальника пружинной пластинкой к боковой поверхности диска турбины, и на диске турбины выполнена спиральная канавка, отгоняющая при работе проникшую внутрь воду наружу, а герметизация зазоров между полой осью и ступицами дисков турбины, а также перегородкой генераторного отсека выполнена при помощи сальников.
На фиг. 1 представлен общий вид микрогидроэлектростанции в разрезе (вид сбоку), на фиг. 2 - разрез по А-А осевой гидротурбины, на фиг. 3 - разрез по Б-Б мультипликатора, на фиг. 4 - лопасть гидротурбины, на фиг. 5 - схема действия сил на лопасть осевой гидротурбины.
Корпус 1 микрогидроэлектростанции имеет форму полого цилиндра, закрытого передним 2 и задним 3 оголовками. Вращающаяся на полой оси 4 осевая гидротурбина 5 имеет цилиндрическую обечайку 6, на которой смонтированы изогнутые лопасти 7, воспринимающие напор потока речной воды, удерживаемые на концах кольцом 8. Передний 9 и задний 10 диски турбины жестко, но с возможностью разборки-сборки, соединены с обечайкой 6, ступицы 11 и 12 дисков турбины установлены на полой оси 4 на закрытых подшипниках качения 13 и 14, которые ограничены от продольного смещения стопорными кольцами 15 и защищены от попадания воды уплотнительными сальниками 16. На переднем оголовке 2 защитой от попадания воды на подшипник 13 служит пружинная пластинка 17 с сальником 18 и спиральная канавка 19 выталкивания воды на передней поверхности диска 19. Мультипликатор (устройство для увеличения частоты вращения) имеет зубчатое колесо 20 с внутренними зубьями, жестко закрепленное на внутренней поверхности обечайки 6 за диском 10 и зацепленное с шестерней 21 малого диаметра на валу 22, вращающего на игольчатых подшипниках 23 корпуса 24. На другом конце вала 22 шестерня большего диаметра 25 зацепляется с шестерней 26 малого диаметра на валу генератора 27. Дисковая перегородка 28 генераторного неподвижного отсека 29 жестко соединена с корпусом 1 и для герметичности на ступице имеет сальник 30. Кабель 31 выведен через неподвижный корпус 29 через уплотнительное кольцо 32 наружу. Грузовые вставки 33 и 34 оголовков установлены на оси 4 с натягом. В резьбовые концы оси 4 ввернуты болты 35 и зафиксированы гайками 36. Болты 35 имеют кольцевые головки 37 для установки направляющих - удерживающих шестов 38 с ограничительными по высоте кольцами 39. Оголовки 2 и 3 могут изготовляться конусной формы.
На лопасть гидротурбины (фиг. 5) действует активная сила Fa (суммарная сила воздействия потока воды на вогнутую поверхность лопасти) и центробежная сила Fz (суммарная сила воздействия потока воды на выпуклую поверхность лопасти, используется «эффект ложки» - притяжение вертикальной струей ложки). Эти силы разлагаются на составляющие: 
и 
- силы, направленные по оси турбины; 
и 
- силы, направленные поперек оси турбины и образующие крутящий Fкр. (вращающий) момент.
МикроГЭС устанавливается на перекате речки. Углубляют русло речки, уменьшая ширину. Глубина должна быть в межень немного больше, чем диаметр осевой турбины. Предусматривается пропуск или задержка сплавника, предохраняя турбину от забивания. Регулируют плавучесть микроГЭС, его масса должна незначительно превышать подъемную силу. Затем забивают в дно реки вертикально якорные шесты 38 через кольцевые головки 35 болтов 35. Устанавливают ограничительные кольца 39. Кабель 31 выводят на берег и соединяют с аккумулятором и инвертером. Шестеренный мультипликатор значительно увеличивает обороты генератора до 700…1000 мин-1. Проводят динамическую балансировку турбины микроГЭС. Выполнение корпуса микроГЭС цилиндрической формы, а оголовков - конусной формы значительно облегчает изготовление микроГЭС.
1. Микрогидроэлектростанция (микроГЭС) речная русловая, содержащая корпус в виде цилиндрической оболочки, состоящий из двух половинок - гидротурбины с лопастями и машинного отделения с генератором, закрытой с концов невращающимися оголовками, связанными жестко болтами с кольцевыми головками для якорных шестов с ограничителями, отличающаяся тем, что осевая турбина установлена на сквозной полой оси, имеющей на концах внутреннюю резьбу для законтрированных болтов.
2. МикроГЭС по п. 1, отличающаяся тем, что подшипники осевой турбины зафиксированы на оси при помощи стопорных шайб.
3. МикроГЭС по п. 1, отличающаяся тем, что увеличение частоты вращения вала генератора достигнута установкой на внутренней стороне обечайки турбины большого колеса с внутренними зубьями, зацепляющимися с зубьями шестерни малого диаметра, на противоположном конце вала которого шестерня большего диаметра приводит во вращение шестерню малого диаметра вала генератора.
4. МикроГЭС по п. 1, отличающаяся тем, что герметизация щели между передним оголовком и диском турбины достигнута прижатием сальника пружинной пластинкой к боковой поверхности диска турбины и на диске турбины выполнена спиральная канавка, отгоняющая при работе проникшую внутрь воду наружу, а герметизация зазоров между полой осью и ступицами дисков турбины, а также перегородкой генераторного отсека выполнена при помощи сальников.
