Изобретение относится к гидроэнергетике, точнее к гидравлическим турбинам, которые могут использоваться при создании малой гидроэлектростанции (малой ГЭС) свободнопоточного или низконапорного типа.
Техническое решение относится к области гидроэнергетики, а именно к конструкциям турбин свободнопоточного малой гидроэлектростанций, преобразующих кинетическую энергию свободного потока воды сначала в механическую энергию вращения, а потом в электрическую энергию.
Развитие малых гидроэлектростанции способствует решению задачи электроснабжения маломощных удаленных объектов народного хозяйства, туристических баз, наблюдательных постов, метеостанции и баз сотовых связей.
Эффективность низконапорных ГЭС в большой степени зависит от гидравлических потерь в проточном тракте напорных водоводов и в самой турбине. В связи с этим при создании гидравлических турбин для низконапорных ГЭС чаще используют осевые типы турбин. Для малых ГЭС и особенно для малой ГЭС конструктивно трудно реализовать турбины Каплана (турбины осевого типа) в классическом виде. Поэтому на практике часто ограничиваются конструктивным вариантом с нерегулируемым входным направляющим аппаратом и нерегулируемым рабочим колесом. Более того, часто именно в низконапорных осевых турбинах отказываются от установки входных лопастных направляющих аппаратов, которые хоть и увеличивают удельную полезную работу рабочего колеса, но одновременно снижают и реализуемый в нем напор, то есть снижают абсолютную полезную работу.
Известна установка низконапорная гидравлическая турбина [1], состоящий из проточной части, ограниченную статором, ротор соединенный с цилиндрическим корпусом рабочего колеса с закрепленным на нем лопастным аппаратом и связанным механически с валом. На наружной поверхности свободной части L цилиндрического корпуса рабочего колеса нанесено гидрофильное покрытие.
Недостатком известной установки низконапорной гидравлической турбины является способ его установки в потоке воды, что для условий эксплуатации в горной реки приводит к частой поломке или же засорение проточной части наносами.
Известна установка русловая малой гидроэлектростанция [2] содержащая корпус в виде капсулы в форме оболочки дирижабля или дыни-торпеды, удерживаемый якорными шестами, и состоящая из двух половинок - гидротурбины с лопастями и машинного отделения с размещенными в нем мультипликатором, генератором, инвертором с аккумулятором, отличающаяся тем, что на двух концах оболочки устроены не вращающиеся оголовки с грузами, в которые навернуты болты с кольцеобразными головками, в отверстия которых установлены якорные шесты с ограничителями, соединенные поперечиной.
Недостатком известной установки является сложная система привода, состоящая из большого числа подвижных элементов, что снижает долговечность и надежность работы устройства. Из-за особенностей конструкции установки часть мощности потока расходуется на преодоление силы трения на механизмов мультипликатора, что приводит к снижению эффективности системы.
Известна турбинная установка [3], состоящая из шнековую турбину со средством для крепления с изменяемым наклоном, компонент, обеспечивающий плавучесть, донную опору и элементы, необходимые для передачи энергии на энергетическую машину, причем турбинная установка содержит, по меньшей мере, две параллельные шнековые турбины, отличающаяся тем, что две смежные шнековые турбины имеют противоположные направления шага спирали шнека и расположены с взаимным перекрыванием.
Недостатками известной турбинной установки являются большая материалоёмкость металлических конструкций, а также невозможность определения точного положения турбины, при использовании установки в турбулентных руслах.
Известна турбинная установка [4], для выработки электрической энергии из потока воды или воздуха, включающее по меньшей мере один роторный диск, имеющий множество лопастей на подводных крыльях, направляющие лопасти, цилиндрический корпус и генераторные средства. Используется ободной генератор, включающий обод ротора с магнитной дорожкой и неподвижные катушки статора в корпусе. Устройство оснащено экраном для остановки проникновения мусора и морской жизни, и устройством усиления юбки для уменьшения эффекта Беца. Устройство предпочтительно для подводного развертывания и приводится в действие приливными течениями, но может приводиться в действие речным течением или волновым воздухом или ветром. Устройство может быть развернуто по меньшей мере одном телескопическом шесте, привязанном к морскому дну и поддерживающемся на плаву с помощью плавучего бетона в корпусе, вставленном в плотину, под баржу или в приливную энергетическую решетку.
Недостатками известной турбинной установки являются сложность конструкции и наличие, направляющие лопасти, и генератора которое погружается вместе с турбиной, при эксплуатации такого устройство невозможно следить за состоянием генератора и возникает трудности при его обслуживании.
Известна установка гидравлическая низконапорная пропеллерная турбина [5], совпадающая с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятая за прототип. Установка - прототип гидравлическая низконапорная пропеллерная турбина содержащая статор, в камере которого расположен ротор, соединенный с цилиндрическим корпусом рабочего колеса, выполненным диаметром d и закрепленным на валу, выведенном за
пределы проточной части, при этом на цилиндрическом корпусе рабочего колеса установлен лопастной аппарат, содержащий, по меньшей мере, две идентичных рабочих лопасти с центральным углом раскрытия α в проекции на плоскость вращения ротора не более 125°, равномерно размещенных по окружности с углом установки β менее 25°, отличающаяся тем, что цилиндрический корпус рабочего колеса выполнен с осевым удлинением L в направлении от лопастного аппарата, равным, по меньшей мере, диаметру d цилиндрического корпуса рабочего колеса.
Недостатком известной гидравлической низконапорной пропеллерной турбины является усложненная система соединения генератора с турбиной из – за горизонтального расположения последнего. Данная установка рассчитана для горизонтальной установки, из пояснения неясно, что можно ли данную установку применить для вертикального расположения вала с турбиной и насколько изменятся его характеристики.
Задачей настоящего изобретения является разработка турбины для малой гидроэлектростанции, которые бы требовали меньшего трудозатрат, а также уменьшение стоимости за счет снижения металлоемкости, отказ от возведении дамб или плотины с одновременным увеличением объема вырабатываемой энергии и обеспечивали бы увеличение срока службы установки.
Турбина для малой гидроэлектростанции включает спиральную камеру открытого типа 1, рабочее колесо 2 имеющей по меньшей мере, две идентичные лопасти крылчатой формы, вал 3, отсасывающей трубы 4, электрического генератора 5 (фиг. 1, 2 и 3). Спиральная камера 1 устанавливается в горизонтальном положении над рамой 6 устанавливаемой на фундамент 7 для отвода потока воды с нижней части спиральной камеры через соединительный фланец 8 закреплен один конец отсасывающей трубы 4 на другой конец, которого через плоских (прямоугольных) держателей 9 жестко закреплен защитное кольцо 10, держатель 9 и защитное кольцо 10 устанавливаются так чтобы между ними образовались прямоугольные прорези 11 для свободного выхода потока из него (фиг. 1 и 2). Рабочее колесо 2 (имеющей по меньше мере, две идентичные лопасти) через фиксирующей гайки 12 жестко закрепленной с валом 3 с одного конца, а с другого его конца, также жестко закреплен шкив (или звездочка) 13 через гайку 14, для свободного вращения вал турбины проходить через подшипниковый узел 15, который крепиться через болты 16 на станину 17, а станина крепиться над спиральной камеры 1 на крепежные ушки 18 выступающих с его четырех сторон, а рабочее колесо 2 будет располагаться в полости отсасывающей трубы 4 ближе к спиральной камере 1 (фиг. 1, 2 и 3).
В станине 17 предусмотрено место для установки электрического генератора 5 с шкивом (или звездочкой) 19 (фиг. 1 ,2 и 3) механическая энергия от рабочего колеса 2 к генератору 5 предается через ремня 20 установленную между шкивами 13 и 19 вырабатываемая электрическая энергия передается в сеть через разъем 21 в теле электрического генератора 5 при подключении кабеля (кабель не показан). Для подачи воды в турбину в спиральной камере 1 предусмотрено входное отверстие 22 играющую роль водоприёмника, с соединительной фланцем 23 к которой при необходимости может быть соединена водоподводящая труба (или лоток) 24, на раме 6 предусмотрены крепежные узлы 25 которые служат для усиления крепежа рамы 6 к фундаменту 7 (фиг. 2). Новым в установке является то, что для получения большего производительности турбины рабочее колесо имеет форму крыльчатки.
Спиральная камера и отсасывающая труба могут быть из металла, бетона или других доступных композитных материалов. Габариты всех составных частей турбины для малой ГЭС зависит от номинальной его мощности.
Рабочее колесо снабжен фиксирующей гайкой, которое при необходимости упрощает его замену или его снятия с целью ремонта.
Настоящее изобретение поясняется чертежами:
На фиг. 1 показан вид продольного разреза турбины малой ГЭС;
На фиг. 2 показан вид поперечного разреза турбины малой ГЭС;
На фиг. 3 показан вид в плане малой ГЭС.
Установка турбины для малой ГЭС работает следующим образом.
После сборки спиральной камеры 1 в горизонтальном положении над рамой 6 закрепляемой на фундамент 7 принимающий поток воды через входное отверстие 22 обеспечивает равномерную подачу воды в рабочее колесо 2 с углом охвата 3450, поток воды воздействуя на рабочее колесо 2 создает вращающую механическую энергии, далее проходя вдоль отсасывающей трубы 4 выходить из его нижней отверстии а также через прорезей 11 образованным держателем 9 и защитным кольцом 10 отсасывающая труба 4 с одной стороны через соединительный фланец 8 закреплен к спиральной камере 1. Рабочее колесо 2 (имеющей по меньше мере, две идентичные лопасти) через фиксирующей гайки 12 жестко закреплена к валу 3 с одного конца, а с другого его конца, также жестко закреплен шкив (или звездочка) 13 через гайку 14, для свободного вращения вал турбины проходить через подшипниковый узел 15, который крепиться через болты 16 на станину 17, а станина крепиться над спиральной камеры 1 на крепежные ушки 18 выступающих с его четырех сторон (в данном варианте используются две крепежные ушки).
В станине 17 предусмотрено место для установки электрического генератора 5 с шкивом (или звездочкой) 19 механическая энергия от рабочего колеса 2 к генератору 5 предается через ремня 20 установленную между шкивами 13 и 19 вырабатываемая электрическая энергия передается в сеть через разъем 21 в теле электрического генератора 5 при подключении кабеля (кабель не показан). Для подачи воды в турбину в спиральной камере 1 предусмотрено входное отверстие 22 играющую роль водоприёмника, с
соединительной фланцем 23 к которой при необходимости может быть соединена водоподводящая труба (или лоток) 24, на раме 6 предусмотрены крепежные узлы 25 которые служат для усиления крепежа рамы 6 к фундаменту 7. Новым в установке является то, что для получения большего производительности турбины рабочее колесо имеет форму крыльчатки.
Таким образом, настоящая установка турбины для малой ГЭС характеризуется значительным уменьшением узлов и деталей, что способствует улучшению производительности, а уменьшение числа подвижных механизмов, снижение веса и материалоемкости установки и увеличению надежности и ресурса работы установки
