RU174172U1

RU174172U1 - Rain micro-hydro

Info

Publication number: RU174172U1
Application number: RU2016141890U
Authority: RU
Inventors: Игорь Александрович Ершов; Владимир Иванович Милкин; Светлана Вячеславовна Соболева
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2017-10-05

Abstract

Дождевая микро-ГЭС относится к области малой энергетики и может быть использована для производства экологически чистой электроэнергии путем преобразования энергии падающей воды с крыш зданий и сооружений. Полезная модель предназначена для установки оконечным коленом в вертикальные стояки водосточных систем. Дождевая микро-ГЭС содержит гидравлическую турбину с горизонтальным ротором с валом и лопастями. Турбина смонтирована внутри вертикального водосточного стояка. Стояк снабжен фокусирующим устройством в виде нисходящих направляющих желобов. В поперечном сечении водосточной трубы выполнен карман. Внутри кармана расположена половина лопастей. Карман оборудован подвижной наклонной направляющей заслонкой. Заслонка имеет криволинейный профиль и уравновешена подвижным противовесом. Лопасти турбины выполнены в виде плиц со скелетным креплением к валу. Вал соединен с электрогенератором. Технический результат направлен на утилизацию с повышенной эффективностью использования энергии дождевых сточных вод. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.Rain micro-hydroelectric power station belongs to the field of small energy and can be used to produce clean electricity by converting the energy of falling water from the roofs of buildings and structures. The utility model is intended for installation with a terminal bend in vertical risers of drainage systems. The rain micro-hydroelectric power station contains a hydraulic turbine with a horizontal rotor with a shaft and blades. The turbine is mounted inside a vertical drainpipe. The riser is equipped with a focusing device in the form of descending guide channels. A pocket is made in the cross section of the drainpipe. Inside the pocket is half of the blades. The pocket is equipped with a movable inclined guide flap. The damper has a curved profile and is balanced by a movable counterweight. The turbine blades are made in the form of plates with skeletal fastening to the shaft. The shaft is connected to an electric generator. The technical result is aimed at the disposal of high energy efficiency of rainwater. 2 s.p. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области малой энергетики и может быть использована для производства электроэнергии путем преобразования энергии падающей воды с крыш зданий и сооружений. Дождевая микро-ГЭС предназначена для установки оконечным коленом в вертикальные стояки водосточных систем.The utility model relates to the field of small energy and can be used to generate electricity by converting the energy of falling water from the roofs of buildings and structures. The rain micro-hydroelectric station is intended for installation by the end bend in vertical risers of drainage systems.

Известно устройство для получения энергии от канализационных стоков (Пат. РФ №82783, опубл. 10.05.2009), содержащее патрубки, электрогенератор с валом и корпус, внутри которого смонтирована несимметричная емкость с турбиной на валу. На выходном конце вала установлен зубчатый сектор, находящийся в зацеплении с зубчатым колесом, соосно с которым на валу установлена обгонная муфта, при этом указанный корпус содержит указанные входной и выходной патрубки для канализационных стоков.A device for generating energy from sewage effluents (Pat. RF №82783, publ. 05/10/2009), comprising pipes, an electric generator with a shaft and a housing, inside of which an asymmetric tank with a turbine on the shaft is mounted. A gear sector is installed at the output end of the shaft, which is meshed with the gear wheel, an overrunning clutch is installed coaxially with the shaft, while the said housing contains the indicated inlet and outlet pipes for sewage.

Недостатками известного устройства являются увеличенная сложность конструкции, из-за повышенных требований герметизации к надежности систем канализационных стоков и пониженный КПД за счет дополнительного использования зубчатых зацеплений.The disadvantages of the known device are the increased complexity of the design, due to the increased sealing requirements for the reliability of sewage systems and reduced efficiency due to the additional use of gears.

Известно устройство преобразования энергии отработанной воды в электрическую энергию (Пат. РФ №2492352, опубл. 10.09.2013), содержащее вертикальный прямоточный канал в виде трубы с гидрогенератором, подключенным к нагрузке в нижней части, в которой расположен винт гидрогенератора с лопатками. В устройство дополнительно введена расширительная емкость, снабженная клапанами промывки, нижним и верхним воздушными патрубками, обеспечивающими соответственно поступление восходящего потока воздуха и его стравливание, лопатки винта имеют конусообразное сечение, предотвращающее накопление в местах соединения с валом отложений, и имеется система управления, накапливающая и перераспределяющая полученную энергию.A device is known for converting waste water energy into electrical energy (Pat. RF No. 2492352, publ. 09/10/2013), containing a vertical straight-through channel in the form of a pipe with a hydrogenerator connected to the load in the lower part, in which the hydrogenerator screw with blades is located. An expansion tank is additionally introduced into the device, equipped with flushing valves, lower and upper air nozzles, which ensure an upward flow of air and its bleeding, screw blades have a cone-shaped cross section that prevents accumulation of deposits at the joints with the shaft, and there is a control system that accumulates and redistributes received energy.

Недостатками известного устройства являются высокая сложность конструкции, из-за особенностей работы систем отработанной воды с неоднородными включениями и герметичная закрытость самотечных трубопроводов с залповыми выбросами.The disadvantages of the known device are the high complexity of the design, due to the peculiarities of the operation of waste water systems with heterogeneous inclusions and tight closure of gravity pipelines with volley emissions.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели, прототипом, является гидравлическая турбина (Пат. РФ №2487261, опубл. 10.07.2013), смонтированная внутри вертикального водовода и содержащая ротор с горизонтальным валом и лопастями, расположенными вокруг него. Водовод представляет собой часть канализационного стояка с большим и малым локальными карманами, расположенными в плоскости вращения лопастей турбины, причем половина лопастей находится внутри большого кармана, при этом оппозитная по отношению к оси вращения стенка большого кармана представляет собой дугу окружности, переходящую в нижней части в наклонную прямую, а в верхней в козырек с отрицательными углами наклона поверхности, обращенной к турбине. Лопасти турбины имеют криволинейный профиль и сориентированы за пределами большого кармана выпуклостью вверх.The closest in technical essence to the claimed utility model, the prototype is a hydraulic turbine (Pat. RF No. 2487261, publ. 07/10/2013) mounted inside a vertical water duct and containing a rotor with a horizontal shaft and blades located around it. The water conduit is a part of the sewer riser with large and small local pockets located in the plane of rotation of the turbine blades, with half of the blades inside the large pocket, while the wall of the large pocket, which is opposite to the axis of rotation, is an arc of a circle turning into an inclined bottom straight, and in the top in a visor with negative angles of inclination of the surface facing the turbine. The turbine blades have a curved profile and are oriented upward beyond the large pocket.

Недостатком прототипа является пониженная способность съема энергии сточных вод из-за эффекта «разбрызгивания» отбойным козырьком и формы лопастей турбины.The disadvantage of the prototype is the reduced ability to remove the energy of wastewater due to the effect of "spraying" with a jack peak and the shape of the turbine blades.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в повышении эффективности утилизации энергии дождевых сточных вод. Для достижения указанного технического результата в дождевой микро-ГЭС, содержащей гидравлическую турбину, смонтированную внутри вертикального водосточного стояка и имеющую горизонтальный ротор с валом и лопастями, электрогенератор, соединенный с валом, карман, расположенный в плоскости вращения лопастей турбины и с половиной лопастей, находящихся внутри него, вертикальный водосточный стояк снабжен фокусирующим устройством в виде сходящихся с зазором с двух сторон винтом к оппозитной стенке трубы, по отношению к оси вращения турбины, нисходящих направляющих желобов, карман оборудован подвижной наклонной направляющей заслонкой, уравновешенной подвижным противовесом и имеющей криволинейный профиль, обеспечивающий дополнительное направление стока, лопасти турбины выполнены в виде плиц со скелетным креплением к валу.The technical result, the achievement of which the claimed utility model is directed, consists in increasing the efficiency of utilization of rainwater wastewater energy. To achieve the specified technical result in a rain micro-hydroelectric power station containing a hydraulic turbine mounted inside a vertical gutter riser and having a horizontal rotor with a shaft and blades, an electric generator connected to the shaft, a pocket located in the plane of rotation of the turbine blades and with half blades inside him, the vertical gutter riser is equipped with a focusing device in the form of a screw converging with a gap on both sides to the opposite wall of the pipe, relative to the axis of rotation of the turbine , downward guiding grooves, the pocket is equipped with a movable inclined guide flap balanced by a movable counterweight and having a curved profile that provides an additional flow direction, the turbine blades are made in the form of plates with skeletal fastening to the shaft.

Кроме того, карман снабжен в верхней части съемной крышкой для обеспечения доступа к осмотру турбины и ее прочистки в случаях засора листьями и сучьями при использовании в сложных погодных условиях.In addition, the pocket is equipped at the top with a removable cover to provide access to the inspection of the turbine and its cleaning in cases of clogging with leaves and twigs when used in difficult weather conditions.

Кроме того, подвижная наклонная заслонка и противовес установлены на оси, закрепленной в верхней части кармана.In addition, a movable inclined flap and a counterweight are mounted on an axis fixed in the upper part of the pocket.

Работа вертикального водостока в комплексе с микро-ГЭС в экстремальных условиях обеспечивается за счет того, что при взаимодействии с подвижной направляющей заслонкой, уравновешенной грузом противовеса, усиливающийся поток отклоняет ее, увеличивая проходное сечение, за счет чего не нарушается функциональная работа водосточного стояка. В свою очередь при малом потоке подвижной заслонкой обеспечивается дополнительное регулирование направления потока на плицы турбины.The operation of a vertical drain in combination with a micro-hydroelectric power station under extreme conditions is ensured by the fact that when interacting with a movable guide damper balanced by the weight of the counterweight, the amplified flow deflects it, increasing the flow area, due to which the functional work of the drain riser is not disturbed. In turn, with a small flow, the movable damper provides additional control of the flow direction to the turbine plates.

Таким образом, именно совокупность признаков полезной модели, отличающих ее от прототипа, обеспечивает решение задачи полезной модели по утилизации, с повышенной эффективностью использования энергии дождевых сточных вод.Thus, it is the totality of features of the utility model that distinguishes it from the prototype that provides the solution to the problem of the utility model for disposal, with increased efficiency in the use of rainwater wastewater energy.

Полезная модель поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-3.The utility model is illustrated by the drawings shown in FIG. 1-3.

На фиг. 1 представлена общая компоновка устройства, вид сбоку, на фиг. 2 - вид сверху, на фиг. 3 - разрез по А-А с фиг. 1.In FIG. 1 shows a general arrangement of the device, side view, in FIG. 2 is a plan view of FIG. 3 is a section along AA from FIG. one.

Дождевая микро-ГЭС включает трубу дождевого вертикального водосточного стояка 1 (фиг. 1), с фокусирующим устройством в виде сходящихся с зазором с двух сторон винтом к оппозитной стенке трубы, по отношению к оси вращения турбины, нисходящих направляющих желобов 2. В поперечном сечении продолжения трубы выполнен карман 3. Внутрь кармана 3 входит вал 4 турбины, на котором смонтированы лопасти 5 в виде плиц 6 с помощью скелетного крепления 7. Карман 3 оборудован съемной крышкой 8, в верхней части кармана 3 закреплена ось 9, на которой установлена наклонная подвижная, уравновешенная противовесом 11 заслонка 10, которая имеет криволинейный профиль (фиг. 2), с частичным перекрытием сечения водосточного стояка 1 для дополнительного направления стока. Вал 4 турбины соединен с валом электрогенератора 12.The rain micro-hydroelectric power station includes a vertical rain gutter pipe 1 (Fig. 1), with a focusing device in the form of a screw converging with a gap on both sides to the opposite wall of the pipe, with respect to the axis of rotation of the turbine, downward guide channels 2. In a cross section of the continuation pipes made pocket 3. Inside the pocket 3 includes a shaft 4 of the turbine, on which the blades 5 are mounted in the form of plates 6 using skeletal fastening 7. The pocket 3 is equipped with a removable cover 8, in the upper part of the pocket 3 is mounted an axis 9 on which constant prices movable, balanced counterweight 11 flap 10, which has a curved profile (FIG. 2), with partial overlapping section drip riser 1 for further directions Photo. The turbine shaft 4 is connected to the shaft of the electric generator 12.

Дождевая микро-ГЭС работает следующим образом.Rain micro-hydro is as follows.

Работа системы основана на физическом принципе, называемом «эффект падающей пленки». Он заключается в том, что падающая вертикально по трубе вода не будет находиться в центре трубы, а будет перемещаться по внутренней поверхности трубы, в которую она заключена. В свою очередь проходное сечение труб дождевого водосточного стояка рассчитывается для пропуска экстремальных потоков воды. Поэтому, для нормальных условий работы водостока, работающего в режимах близких к «эффектам падающей пленки», для повышения эффективности использования энергии, в трубу водосточного стояка 1 встроено фокусирующее устройство. Оно выполнено в виде сходящихся с зазором с двух сторон винтом к оппозитной стенке трубы, по отношению к оси вращения турбины, нисходящих направляющих желобов 2 на стенках вертикального участка водовода. Перемещающаяся по внутренней поверхности дождевого водосточного стояка 1 вода по направляющим желобам 2 фокусирующего устройства с образованием струи попадает на дальний край плиц 6, обеспечивая увеличенный рычаг воздействия лопастей 5, отходящих с помощью скелетного креплении 7 от вала 4 турбины, обеспечивая максимально достигаемый крутящий момент на валу. Это позволяет эффективно использовать возможности утилизации энергии дождевых сточных вод в ненастную погоду, без ожидания проливных дождей. С увеличением потока падающей воды, с повышенным заполнением сечения трубы, наклонная заслонка 10, в том числе и своим криволинейным профилем, дополнительно обеспечит ее направление на плицы 6, повышая производительность работы турбины и соединенного с ее валом 4 электрогенератора 12. С дальнейшим увеличением потока падающей воды происходит отклонение наклонной подвижной заслонки 10 на оси 9 при сохранении ее направляющего свойства. При экстремальном потоке воды его силой осуществится преодоление уравновешивающего воздействия противовеса 11 и максимальное отклонение наклонной подвижной заслонки 10 на оси 9, обеспечивая максимальное проходное сечение, соизмеримое с сечением труб дождевого водосточного стояка 1. При этом, уменьшение проходного сечения в кармане 3 за счет перекрытия плицами 6 компенсируется пустотами скелетного крепления 7, обеспечивая и в сечении турбины необходимое для экстремального потока воды проходное сечение и функциональность водостока. Съемная крышка 8 обеспечивает доступ к осмотру турбины и ее прочистку в случаях засора листьями и сучьями при использовании в сложных погодных условиях. При низких температурах оконечное колено трубы дождевого водосточного стояка - в виде дождевой микро-ГЭС - может быть заменено штатным оконечным коленом.The operation of the system is based on a physical principle called the “falling film effect”. It consists in the fact that the water falling vertically along the pipe will not be in the center of the pipe, but will move along the inner surface of the pipe in which it is enclosed. In turn, the flow cross section of the rain gutter pipes is calculated to allow the passage of extreme water flows. Therefore, for normal operating conditions of a drain working in modes close to the “falling film effects”, in order to increase energy efficiency, a focusing device is built into the drain pipe 1. It is made in the form of a screw converging with a gap on both sides to the opposite wall of the pipe, with respect to the axis of rotation of the turbine, downward guiding grooves 2 on the walls of the vertical section of the water conduit. Water moving along the inner surface of the rain gutter 1 along the guide grooves 2 of the focusing device with the formation of a jet enters the far edge of the plates 6, providing an increased lever for the action of the blades 5 extending with the skeletal mount 7 from the shaft 4 of the turbine, providing the maximum achievable torque on the shaft . This allows you to effectively use the possibilities of utilization of rainwater wastewater energy in inclement weather, without waiting for heavy rains. With an increase in the flow of falling water, with an increased filling of the cross section of the pipe, the inclined damper 10, including its curved profile, will additionally ensure its direction to the plates 6, increasing the productivity of the turbine and the generator 12 connected to its shaft 4. With a further increase in the flow of the falling of water, the inclined movable shutter 10 is deflected on the axis 9 while maintaining its guiding property. With an extreme flow of water, its force will overcome the balancing effect of the counterweight 11 and the maximum deviation of the inclined movable shutter 10 on the axis 9, providing a maximum flow cross section commensurate with the cross section of the pipes of the rain gutter 1. At the same time, the passage cross section in pocket 3 is reduced due to overlapping tiles 6 is compensated by the voids of the skeletal fastening 7, providing in the turbine section and the passage section necessary for the extreme water flow and drainage functionality. The removable cover 8 provides access to the inspection of the turbine and its cleaning in cases of clogging with leaves and twigs when used in difficult weather conditions. At low temperatures, the end bend of the rain gutter pipe — in the form of a rain micro-hydroelectric station — can be replaced by a standard end bend.

Предлагаемая микро-ГЭС конструктивно проста и дешева в изготовлении и эксплуатации и предназначена, как для применения в комплексах с ветровыми, солнечными и другими экологически чистыми источниками электроэнергии при конкурентном использования, так и как индивидуальная, в том числе и резервная электростанция.The proposed micro-hydroelectric power station is structurally simple and cheap to manufacture and operate, and is designed both for use in complexes with wind, solar and other environmentally friendly sources of electricity in competitive use, as well as an individual, including a backup power plant.

Claims

1. Rain micro-hydroelectric power station containing a hydraulic turbine mounted inside a vertical gutter riser and having a horizontal rotor with a shaft and blades, an electric generator connected to the shaft, a pocket located in the plane of rotation of the turbine blades and with half of the blades inside it, characterized in that the vertical gutter riser is equipped with a focusing device in the form of a screw converging with a gap on both sides to the opposite wall of the pipe, with respect to the axis of rotation of the turbine, downward guiding rail CWA pocket equipped mobile ramp flap equilibrated movable counterweight and having a curved profile providing additional flow direction, the turbine blades are designed as paddles with skeletal fastening to the shaft.

2. Micro-hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that the pocket is equipped with a removable cover in the upper part to provide access to the inspection of the turbine and its cleaning in cases of clogging with leaves and twigs when used in difficult weather conditions.

3. Micro-hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that the movable inclined damper and the counterweight are mounted on an axis fixed in the upper part of the pocket.