Альтернативные источники энергии и энергосбережение - [68]
Площадь сечения и длина вывода зависят от глубины речного потока, его ширины, мощности РЭС. Большая ось эллиптического сечения у центральной стены составляет 10–30 м, а малая ось — 2…6 м. Длина эллиптической части водовода составляет 0,2–0,5∙l, где l — общая длина водовода с магистралью и соплом.
Длина расчлененных магистралей зависит от места расположения корпуса РЭС и составляет 0,2–0,4/. Магистрали сопрягаются с соплами, выполненными эллипсообразной формы и сужающимися по пологой экспоненте.
В корпусе РЭС в зоне размещения лопаток гидротурбины по образующей размещены тангенциально сопла магистралей, которые сдвинуты друг относительно друга в плоскости образующей на одинаковые расстояния или угла а = 180°, 120°, 90°, 45° и установлены большой осью эллиптического сечения вертикально. Экспоненциальное сечение сопл и вертикальная установка их большой осью в корпусе РЭС обеспечивает максимальное повышение гидродинамических свойств водяного потока и скорости его течения.
Сопла эллиптического сечения сужаются по пологой экспоненте, являются продолжением зоны гидродинамического ускорения речной воды, их длина составляет 5—15 м, а их большая эллиптическая ось равна 0,5–3 м. Экспоненциальное сужение сопла может быть заменено коническим сужением.
Корпус РЭС нижним основанием сопряжен с гидравлическим аккумулятором, верхняя часть корпуса которого выполнена в виде усеченного пустотелого конуса и сопряжена большим основанием со второй своей частью в форме полусферического пустотелого тела вращения.
Такая конструкция гидравлического аккумулятора воспринимает вращение создаваемого соплами потока и образует маховик, что обеспечивает оптимальное вращение водяного потока на требуемых оборотах, его резкое ускорение вверх без затухания вращательного движения водяного потока в корпусе РЭС. Гидравлический аккумулятор также выполнен из прочного, устойчивого к агрессивным средам материала. Соотношение конической и сферической частей гидравлического аккумулятора составляет 3:1–1:1. Корпус РЭС смонтирован с гидротурбиной на земляном или бетонном основании вертикально.
Водовод со стороны водозаборника сопряжен внутренней стороной с центральной стеной водозаборника овальной кривой для получения оптимального коэффициента истечения m на уровне m = 0,9. Аналогично наружные кромки сопл выполнены полукруглыми.
Гидротурбина стандартного типа с вертикальным расположением лопастей размещена вертикально в верхней части корпуса РЭС на подшипниках-опорах требуемых габаритов и мощности. На шейке вала гидротурбины может быть размещен гидравлический метатель (на рис. 4.7 не показан), который выполнен в виде сегнерового колеса. Это дополнительно повышает крутящий момент на валу гидротурбины, то есть ее мощность. Выше гидротурбины на корпусе РЭС размещены выпускные сопла, выше уровня речной воды, через которые осуществляется слив прошедшего через гидротурбину водяного потока в сливной канал.
Электрогенератор смонтирован на верхнем сечении корпуса и выбран стандартной формы на заданную мощность. Для обеспечения нормальной скорости вращения ротора электрогенератора он может содержать редуктор, связанный с валом гидротурбины.
Работа речной электростанции. Речная электростанция работает следующим образом (рис. 4.7). При размещении РЭС на малой реке с достаточно высокими берегами в водозаборнике накапливается уровень речной воды и создается по уровню водовода водяной напор. Вследствие тангенциального размещения сопел происходит преобразование поступательного движения водяного потока в цилиндрическом корпусе. Получив от гидравлического аккумулятора вращательно-поступательные движения, вращающийся водяной поток в цилиндрическом корпусе воздействует на лопатки гидротурбины, заставляя ее вращаться с заданной скоростью.
Рис. 4.7.Сечение корпуса и водовода ГЭС
Вал гидротурбины приводит во вращение ротор электрогенератора с требуемой скоростью, которая при необходимости корректируется редуктором.
Происходит непрерывная выработка электрической энергии электрогенератором. Избытки накопленной в водозаборнике речной воды по сверхдопустимому уровню непрерывно отводятся шлюзом в продолжение русла реки.
В результате того, что корпус РЭС цилиндрической формы смонтирован вертикально, снабжен гидравлическим аккумулятором в виде пустотелого конуса, сопряженного большим основанием с пустотелой замкнутой полусферой. При этом водовод содержит не более двух магистралей цилиндрической формы, сопряженных с соплами эллипсообразной формы и сужающимися по пологой экспоненте. Следует отметить, что сопла размещены концентрично по корпусу и расположены тангенциально по вертикали большей эллиптической осью, решается поставленная техническая задача.
В сравнении с прототипами и аналогами упрощается конструкция речной электростанции, повышается ее КПД, оптимально используется энергия малых рек.
Созданная речная электростанция, ширина водозаборника которой составляет 20 м, высота 3 м, диаметр магистралей до 2 м и большая ось эллиптического сечения сопел составила 1,5 м, позволяет генерировать энергию 300–800 кВт. При этом ее КПД больше чем в 1,5 раза превышает КПД речных электростанций-аналогов.
