Речную электростанцию (РЭС) создал и описал Рогозин М. Н. (http://www. rosinmn. ru/gidro)

Устройство. Речная электростанция (рис. 4.6) содержит корпус цилиндрической формы с размещенной внутри его гидротурбиной. Корпус с гидравлическим аккумулятором неподвижно установлен в земляном или бетонном основании. Гидротурбина посредством вала кинематически связана с электрогенератором. Речная электростанция также содержит водозаборник в форме корытообразной прямоугольной призмы, который снабжен шлюзовым отсеком (шлюзом) и обводным каналом — водоводом, содержащим не менее двух магистралей цилин­дрической формы, сопряженных с соплами эллипсообразной формы.

Корпус РЭС выполнен цилиндрической формы из высокопрочного, устойчивого к химическим средствам материала, например из чугуна,

железобетона, керметных материалов. Диаметр корпуса выбирается с учетом требуемых гидроэнергетических параметров водяного потока, размеров гидротурбины, величины номинальной мощности. РЭС и может составлять величину 2—10 м.

Водозаборник РЭС представляет корытообразную прямоугольную призму. Он выполнен из устойчивого к химическим средам материала, например, из железобетона, синтетических полимеров. Его габариты зависят от размеров реки, на которой он устанавливается.

В его центральной стене, на которую воздействует речной поток, установлен шлюз стандартной конструкции. Шлюз обеспечивает сброс лишней воды весной во время половодий и в момент сильных дождей.

В нижней части центральной стены размещен водовод, нижняя стенка которого размещена на уровне дна водозаборника. Водовод в сечении по ширине выполнен замкнутым эллипсообразным с неиз­менным сечением и горизонтальным расположением большой оси эллипса, изготовлен из железобетона или синтетики и снабжен со сто­роны центральной стены водозаборника фильтром — защитной сеткой (на фигурах не показано). Толщина дна, боковых стен и центральной стены водозаборника зависят от его размеров и составляют от 0,5 до 1 м. Водовод неизменной эллиптической формы и сечения расчленяется на магистрали цилиндрической формы, число которых не менее двух.

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/, где / — 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.

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.