Бесплатинные ГЭС, еще один вариант

Здравствуйте, как то замотался и совсем запустил данный проект. Приношу свои искренние извинения, так много всего пришлось на этот месяц, ну да ладно не в этом суть. Дело такое ветер ветром, а про воду забывать не стоит, и плотность у нее поболее, и мощность можно снять соответственно больше. Я тут пошерстил и из всего что предлагается к нашему с вами вниманию меня привлекла беплотинная ГЭС Линева и бесплотинные рукавные ГЭС. ГЭС Линева лично мне понравились своей простотой в изготовлении и эксплуатации, далее я привожу статью о его изобретении.

Схема конструкции бесплотинной ГЭС по пат. 2166664 представлена на рисунке, где в плавучем корпусе 1 из легкого материала установлены на вертикальных валах 2 зубчатые колеса 3, в зацепление с которыми входят цепи 4 (в общем случае вместо цепей могут использоваться гибкие элементы, охватывающие валы 2 или барабаны 3) с закрепленными на них под углом 20-50° к направлению потока, показанному стрелкой, прямоугольные лопасти. Указанный диапазон выбран, исходя из следующих условий: при значениях угла меньше 20° давление потока на лопасти оказывается недостаточно эффективным, а больше 50° - резко увеличивается гидравлическое сопротивление установки. Лопасти закреплены на гибком элементе с помощью шарнира в их средней части таким образом, чтобы межлопастные промежутки одной ветви перекрывались лопастями другой (встречной) ветви.

На передней и задней стенках каркаса 1 закреплены по паре направляющих 6 (по одной в нижней и верхней его частях), по которым лопасти скользят свом задним ребром. Один из валов 2 последней секции соединен трансмиссией, включающей редуктор, с электрогенератором (на рис. не показан).

Работает устройство следующим образом. При положении установки фронтально к потоку горизонтальная составляющая сил давления потока на лопасти 5 заставляет двигаться цепь 4, вращающую зубчатые колеса 3, установленные на валах 2, по часовой стрелке. При этом лопасти движутся своим задним ребром по направляющим 6, что позволяет сохранить постоянным угол расположения лопасти к направлению потока. В нижнем положении цепи 4 из-за наружного расположения направляющей 6 на корпусе 1 плоскости 5 также оказываются фронтальными к направлению потока. При этом звездочки 3 вращают валы 2, один из которых соединен с электрогенератором. Благодаря расчетному количеству лопастей на гибком элементе поток среды, прошедший между каждой передней парой лопастей, попадает на нижнюю лопасть, располагающуюся фронтально к потоку.

Как видно из рис., поток среды, изображенный ломаной стрелкой, характеризуется весьма сложной динамикой, усугубляемой движением лопастей в противоположные стороны, которые интенсивно его перемешивают. В результате на установке, состоящей из трех секций, число Рейнольдса, определяющее степень турбулентности потока, достигает 170 тыс. Соответственно, значителен перепад напоров на установке, которая, таким образом, играет роль плотины, утилизирующей энергию текущей среды. Если скорость среды на входе в установку всего 0,1 м/с, то на выходе из первой секции - 0,3 м/с, на выходе второй секции - 0,8 м/с, на выходе третьей секции - 2 м/с. Естественно, генератор ставят на вал 3-й секции. Интересно, что, в отличие от плотины, перепад напоров в потоке образуется не за счет подпора перед установкой, как в известных плотинных ГЭС, а за счет падения уровня за установкой. При этом дамбы в реке наращивать не надо, так как перепад естественным путем выравнивается за счет бокового потока среды за установкой.


При размещении на корпусе 1, выполненном в виде рамной конструкции, нескольких параллельно установленных секций (в одном каркасе рационально ставить минимум 3 секции) в смежном между ними пространстве образуются завихрения (встречные струи), резко повышающие гидравлические сопротивления потоку и, соответственно, создающие перепад напоров (на рис. снизу тонкими линиями показаны элементы второй секции, на которые поступает поток среды, сформированный лопастями первой секции). В результате даже при малой скорости реки внутри установки (между секциями) скорость потока значительно возрастает. Это позволяет в реке или ручье получать значительную мощность электростанции. Число оборотов валов 2 установки при средних скоростях водного потока в реках довольно низкое (45-60 об/ мин). Поэтому для привода генератора можно успешно использовать стандартные редукторы с передаточным числом I = 50. Из-за низких скоростей вращения и водяной смазки, весьма ограничен износ трущихся поверхностей, что упрощает эксплуатацию установок и делает их долговечными.

На фото представлены несколько вариантов успешно работающих экспериментальных установок. Как видим, они крайне просты в изготовлении и «всеядны» (могут быть изготовлены из любого подручного материала). Первую экспериментальную установку изготовили в 2003 г. под руководством Ленева школьники села Шушенское, откуда родом изобретатель. Всего изобретателем сделано более десяти модификаций. Есть цельнодеревянные устройства, в которых цепь заменена деревянными роликами.

При всей своей очевидной конструктивной простоте и надежной воспроизводимости описанная разработка имеет высокую наукоемкость. Весьма своеобразная гидравлика работы лопастей установки, секции которой взаимодействуют друг с другом, вызывает ряд вопросов, требующих пояснений. Например, плавучая работающая установка, привязанная тросом к берегу с одной ее стороны, не разворачивается течением, оставаясь перпендикулярной к направлению потока. Должно быть, зоны вакуума, которые образуются в задней части лопастей, компенсируют давление потока на передние их части.

При размерах экспериментальной установки: длина - 1250 мм, ширина - 1200 мм, глубина - 700 мм, - получаем 1 м3 занимаемого объема реки. Площадь лопасти с размерами 50x20 см составляет 1000 см2. Это означает, что при перепаде напоров на установке всего в 10 см, т.е. Р = 0,01 кГ/см2, на лопасть будет действовать сила: F = S Р= 1000 0,01 = 10 кГ. Учитывая, что лопастей в установке несколько десятков, можно заключить, что действующие в ней силы весьма значительны. Расчеты, подтвержденные экспериментально, показывают, что при скорости воды в реке, равной 1 м/с, установка с приведенными выше размерами снимает N = 10,5 кВт, т.е. мощность, удовлетворяющую потребностям не только отдельного коттеджа, но и фермы.

Доступность материалов (доски, брусья, дверные петли для крепления лопастей на цепи и пр.) позволяют соорудить установку в любых условиях.

Практика показывает, что эксплуатация ее (защита от плавника, льда, заиления и т.п.) не ведет к значительным затратам, что позволяет иметь, учитывая довольно низкую стоимость изготовления, высокую рентабельность бесплотинной ГЭС. Примерная стоимость установки мощностью 10 - 20 кВт не превысит 120 тыс. руб., т.е. затраты на 1 кВт установленной мощности составят 6 тыс. руб., что почти на порядок меньше, чем стандартных, ныне проектируемых, ГЭС.

Следует отметить и экологичность микро-ГЭС. Если турбины действующих электростанций губят попавшую в них рыбу, что вызывает необходимость строительства дорогих рыбоходов, то установка Ленева спокойно пропускает стаи сквозь себя. Более того, получаемая экологически чистая энергия позволит снизить нагрузку на ТЭЦ, загрязняющие окружающую среду своими отходами.

Предварительный анализ результатов работы экспериментальных установок показывает, что снимаемая с них электроэнергия превышает расчетные значения. Изобретатель убежден, что весьма своеобразные условия взаимодействия устройства с движущейся сложным образом, энергично бурлящей средой вынуждают последнюю отдавать свою внутреннюю энергию (помимо энергии, определяемой силами земного тяготения, действующими на воду). А это означает, что описанная новация заслуживает проведения глубоких исследований, чему не помешает ее широкое практическое использование уже сегодня.

Залогом успеха служит двухлетний успешный опыт эксплуатации экспериментальных установок Ленева.

Тел. (095)354-30-90. Ленев Николай Иванович.

В.ШАРОВ, к.т.н.

Статья опубликована в журнале «Изобретатель и рационализатор» №5 в 2005 году

Вот еще ссылка на подробное описание данного избретения http://www.ntpo.com/techno/techno2_2/10.shtml