RU2020241C1 - Hydraulic turbine and method of passing water through it - Google Patents

Hydraulic turbine and method of passing water through it Download PDF

Info

Publication number
RU2020241C1
RU2020241C1 SU4768957A RU2020241C1 RU 2020241 C1 RU2020241 C1 RU 2020241C1 SU 4768957 A SU4768957 A SU 4768957A RU 2020241 C1 RU2020241 C1 RU 2020241C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
stator
turbine
rotor
chambers
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Антонович Соболев
Original Assignee
Михаил Антонович Соболев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Антонович Соболев filed Critical Михаил Антонович Соболев
Priority to SU4768957 priority Critical patent/RU2020241C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2020241C1 publication Critical patent/RU2020241C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: hydraulic power engineering. SUBSTANCE: water conduits under increased pressure of air are located along stator generatrix. Arranged is stator is rotor made in form of polyhedron with fixed plate blades of similar length. Blades form inter-blade chambers together with stator. Stator is cylindrical in shape and water conduits are straight-flow. Rotor is mounted coaxially in stator-provided with U-shaped air duct for air communication of stator parts adjoining the water conduits and transfer of air circulation beyond the stator limits. Upper portion of air duct is located at the level of water-head. Water is supplied to the chambers from water-head and waste water is discharged to tail-water. Part of waste water drops in reverse direction: from tail-water to water-head. EFFECT: enhanced reliability. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к технике гидроэнергетики и рыбопропускным устройствам. Преимущественная область применения: по напорам от менее 0,5 м на приливных электростанциях до средних напоров на гидростанциях. Гидротурбина пропускает рыбу через водный тракт в обоих направлениях. The invention relates to techniques for hydropower and fish access devices. Primary application: for pressures from less than 0.5 m at tidal power plants to medium pressures at hydro power plants. A hydraulic turbine passes fish through the waterway in both directions.

Цель изобретения - повышение напора на турбину без повышения диаметра ротора, т.е. обеспечение независимости напора от диаметра ротора турбины. The purpose of the invention is to increase the pressure on the turbine without increasing the diameter of the rotor, i.e. ensuring independence of pressure from the diameter of the turbine rotor.

У прототипа перепад между бьефами всегда равен перепаду воды под статором, но последний никогда не может быть более 0,3 D ротора по конструктивным соображениям. In the prototype, the difference between the downstream flows is always equal to the difference in water under the stator, but the latter can never be more than 0.3 D rotor for structural reasons.

Под статором у прототипа происходит вся циркуляция сжатого воздуха в направлении, обратном вращению ротора, начинается и заканчивается воздушный тракт. Подстаторная циркуляция сжатого воздуха связывает у прототипа напор с диаметром ротора. Прототип работает по принципу: больше диаметр ротора - больший напор на турбину. Under the stator of the prototype, the entire circulation of compressed air in the direction opposite to the rotation of the rotor occurs, the air path begins and ends. The subsistor circulation of compressed air connects the pressure of the prototype with the diameter of the rotor. The prototype works on the principle: the larger the diameter of the rotor - the greater the pressure on the turbine.

Поставленная цель - увеличение напора на турбину, т.е. независимость напора от диаметра ротора, достигается установкой на турбине цилиндрического статора и П-образного воздуховода, который выносит циркуляцию воздуха (воздушный тракт) за пределы статора выше отметки верхнего бьефа. Поэтому напор на турбине определяется не диаметром ротора, а высотой воздуховода с учетом глубины погружения турбины для миграции рыбы. Больше высота воздуховода - больше напор на турбину - таков принцип определения напора у предлагаемой турбины. The goal is to increase the pressure on the turbine, i.e. independence of the pressure on the rotor diameter is achieved by installing a cylindrical stator and a U-shaped duct on the turbine, which makes the air circulation (air duct) outside the stator above the elevation mark. Therefore, the pressure on the turbine is determined not by the diameter of the rotor, but by the height of the duct, taking into account the immersion depth of the turbine for the migration of fish. The greater the height of the duct — the greater the pressure on the turbine — this is the principle of determining the pressure on the proposed turbine.

Цель достигается благодаря переносу воздушного тракта за пределы статора, т. е. к воздуховоду, который всегда должен быть выше отметки верхнего бьефа. The goal is achieved by moving the air path outside the stator, i.e., to the duct, which should always be above the elevation mark.

Дополнительная цель - улучшение экологической характеристики турбины путем обеспечения миграции рыбы из нижнего бьефа в верхний. An additional goal is to improve the ecological characteristics of the turbine by ensuring the migration of fish from the downstream to the upstream.

У прототипа рыба может мигрировать с водой через турбину только в прямом направлении из верхнего бьефа в нижний. В обратном направлении рыба не может мигрировать. In the prototype, fish can migrate with water through the turbine only in the forward direction from the upstream to the downstream. In the opposite direction, the fish cannot migrate.

Для этого отработанная на роторе вода с помощью П-образного воздуховода и воздуха определенного давления не полностью выдавливается из камер, а разделяется на два потока, один из которых выводят за турбину, а другой циркулирует в камерах ротора, создавая в пределах статора обратный водоток, с которым мигрирует рыба из нижнего бьефа в верхний. To do this, the water spent on the rotor with the help of a U-shaped duct and air of a certain pressure is not completely squeezed out of the chambers, but is divided into two streams, one of which is led out of the turbine and the other circulates in the chambers of the rotor, creating a reverse water flow within the stator, with which migrates the fish from the lower pool to the upper one.

Дополнительная цель - упрощение конструкции турбины и повышение КПД. An additional goal is to simplify the design of the turbine and increase efficiency.

Водоводы у прототипа непрямолинейные, фигурные, вода в каждом из них меняет направление на 360o, что снижает КПД.The water pipes of the prototype are indirect, curly, the water in each of them changes direction by 360 o , which reduces the efficiency.

Для этого устанавливают прямолинейные водоводы, что упрощает конструкцию и повышает КПД. For this, rectilinear water conduits are installed, which simplifies the design and increases the efficiency.

Дополнительная цель - двусторонняя работа турбины. An additional goal is the bilateral operation of the turbine.

Прототип - турбина одностороннего действия, так как статор несимметричен для повышения напора при движении воды в одном направлении, что предопределяет ее назначение только для ГЭС. Несимметричность по напору исключает применение ее на ПЭС. The prototype is a single-acting turbine, since the stator is asymmetrical to increase the pressure when the water moves in one direction, which determines its purpose only for hydroelectric power plants. The asymmetry in pressure excludes its use in PES.

Двусторонняя работа достигается установкой цилиндрического статора, П-образного воздуховода, а также симметричных статора и водоводов. Bilateral work is achieved by installing a cylindrical stator, a U-shaped duct, as well as symmetrical stator and water ducts.

На фиг. 1 показано поперечное сечение гидротурбины; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - поперечное сечение турбины на плотине в предстартовом положении (показаны отметки верхнего и нижнего бьефов, а также отметки воды в воздуховоде и турбине при различных режимах); на фиг.4 - продольное сечение по плотине. In FIG. 1 shows a cross section of a hydraulic turbine; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 is a cross-section of the turbine on the dam in the pre-launch position (shows the marks of the upper and lower pools, as well as the marks of water in the duct and turbine in various modes); figure 4 is a longitudinal section along the dam.

Гидротурбина состоит из двух основных узлов: cтатора и ротора. Статор представляет собой горизонтальный цилиндр 1, который торцами крепится к опорным дискам 2. На статоре по всей длине образующей установлены водоводы 3 с косыми фланцами 4. A hydraulic turbine consists of two main components: a stator and a rotor. The stator is a horizontal cylinder 1, which is attached to the supporting disks by the ends 2. On the stator along the entire length of the generatrix there are installed conduits 3 with oblique flanges 4.

Вращающаяся часть турбины - ротор имеет форму многогранного барабана 5 с торцовыми дисками 6 по концам, которые центрально насажены на роторный вал 7. Последний опирается через подшипник 8 на опорные диски 2. К граням барабана 5 крепятся неподвижно пластины 9 равной длины, образующие между собой и статором камеры 10. Между пластинами 9 и статором создается гарантированный зазор. Роторный вал 7 по концам имеет муфты 11. The rotating part of the turbine - the rotor has the form of a multi-faceted drum 5 with end disks 6 at the ends, which are centrally mounted on the rotor shaft 7. The latter is supported through the bearing 8 on the supporting disks 2. Fixedly mounted plates 9 of equal length are fixed to the faces of the drum 5, forming between themselves and the stator of the chamber 10. Between the plates 9 and the stator creates a guaranteed clearance. The rotor shaft 7 at the ends has couplings 11.

Из фиг.1 видно, что предлагаемая турбина симметрична, поэтому она может быть использована на приливных станциях. Figure 1 shows that the proposed turbine is symmetrical, therefore, it can be used at tidal stations.

Поперечное сечение турбины (фиг. 1) можно условно разделить на три функциональные зоны:
1. Энергетическая (рабочая) зона - ниже водоводов. Здесь происходит превращение энергии падающей воды в крутящий момент;
2. Проходная зона совпадает с водоводами;
3. Оборотная (холостая) зона - над водоводами.
The cross section of the turbine (Fig. 1) can be divided into three functional zones:
1. Energy (working) zone - below the water mains. Here the energy of falling water is converted into torque;
2. The passage zone coincides with the water conduits;
3. The reverse (idle) zone is above the water conduits.

С целью повышения напора на турбину, возможности подъема рыбы через турбину, а также более эффективного отсечения высокого давления от низкого (повышение КПД, снижение протечек) на статоре, в его верхней части, устанавливается П-образный воздуховод 12 для воздушной связи прилегающих к водоводам частей статора и выдавливания отработанной на роторе воды. П-образный воздуховод выносит за пределы статора воздушный тракт, что делает напор на турбину независимым от диаметра ротора, а зависимым только от высоты воздуховода. In order to increase the pressure on the turbine, the possibility of raising fish through the turbine, as well as more efficient cutting off high pressure from low pressure (increasing efficiency, reducing leakage) on the stator, in its upper part, a U-shaped duct 12 is installed for air communication of parts adjacent to the water ducts stator and extrusion of waste water on the rotor. A U-shaped duct extends the air path outside the stator, which makes the pressure on the turbine independent of the diameter of the rotor, and dependent only on the height of the duct.

Воздуховод всегда должен быть выше отметки верхнего бьефа, в противном случае он превратится в водовод и турбина остановится. The duct must always be above the elevation, otherwise it will turn into a water conduit and the turbine will stop.

В зависимости от степени (полноты) выдавливания воды из камер 10 на турбине может быть использовано два принципиально разных режима работы (фиг.3). Depending on the degree (completeness) of squeezing water from the chambers 10 on the turbine, two fundamentally different operating modes can be used (Fig. 3).

Первый режим является основным и предназначен только для ГЭС для получения энергии и пропуска рыбы через турбину в обоих направлениях. Из верхнего бьефа в нижний рыба через турбину мигрирует с прямым водотоком через энергетическую зону. Для создания условий миграции рыбы через турбину из нижнего бьефа в верхний на турбине в оборотной зоне в пределах статора создается обратный водоток, который образуется путем неполного выдавливания воды из камер 10 до отметки Н1 1 выше оси турбины у выходного водовода 3 при помощи сжатого воздуха давления Р, подаваемого в воздуховод и определяемого по формуле Р = H1 - Н1 1, где Н1 - отметка нижнего бьефа.The first mode is the main one and is intended only for hydroelectric power stations for obtaining energy and passing fish through the turbine in both directions. From the upper pool to the lower fish, through a turbine, it migrates with a direct water stream through the energy zone. To create conditions for the migration of fish through the turbine from the downstream to the upper turbine, a reverse water stream is created in the reverse zone within the stator within the stator, which is formed by incomplete extrusion of water from chambers 10 to the level of H 1 1 above the axis of the turbine at outlet duct 3 using compressed air pressure P supplied to the duct and determined by the formula P = H 1 - H 1 1 , where H 1 is the mark of the downstream.

Давление воздуха Р не зависит от отметки верхнего бьефа Н2.The air pressure P does not depend on the elevation headwater Н 2 .

Камеры 10 переносят рыбу из нижнего бьефа в верхний в составе обратного водотока. При этом рыба самостоятельно входит в обратный водоток и выходит из него, направляясь все время против течения, что не противоречит рыбному инстинкту двигаться против течения на нерест. Невытесненная из камер вода повторно циркулирует на роторе, поддерживая непрерывность обратного водотока в верхней части турбины. Chambers 10 transfer fish from the downstream to the upstream as part of the reverse watercourse. In this case, the fish independently enters and leaves the return watercourse, going all the time against the current, which does not contradict the fish instinct to move against the current for spawning. Unpowered water from the chambers is re-circulated on the rotor, maintaining the continuity of the reverse water flow in the upper part of the turbine.

В этом режиме в камерах 10 остается 10-30% воды от полного их объема в зависимости от размера рыбы и диаметра турбины, что снижает на столько же мощность. In this mode, 10-30% of the total water volume remains in chambers 10 depending on the size of the fish and the diameter of the turbine, which reduces the same power.

Энергетические затраты на создание обратного водотока и подъема рыбы состоят только из потерь на трение воды в камерах и потерь на трение воздуха в воздуховоде. The energy costs of creating a reverse watercourse and raising the fish consist only of losses due to friction of water in the chambers and losses due to friction of air in the duct.

На фиг.3 показана отметка воды Н1 1 у выходного водовода, гарантирующая создание обратного водотока в пределах статора.Figure 3 shows the water mark H 1 1 at the outlet conduit, guaranteeing the creation of a reverse water flow within the stator.

Таким образом, особенностью первого режима (только для ГЭС) является неполное выдавливание отработанной воды из камер 10 и создание на турбине обратного водотока для подъема рыбы. Thus, a feature of the first mode (only for hydroelectric power stations) is the incomplete extrusion of waste water from the chambers 10 and the creation of a reverse water stream on the turbine for lifting fish.

В этом режиме в поперечном сечении турбины существует три несмешиваемых, но взаимно связанных между собой потока:
прямой водоток, он же энергетический и рыбопропускной;
воздушный поток, который движется по воздушному тракту: оборотная зона - воздуховод;
круговой поток невытесненной из камер воды, который в верхней части турбины образует обратный водоток.
In this mode, there are three immiscible but mutually interconnected flows in the turbine cross section:
direct watercourse, it is also energy and fish passage;
air flow that moves along the air path: reverse zone - air duct;
a circular flow of water not displaced from the chambers, which forms a reverse water stream in the upper part of the turbine.

Второй режим характеризуется полным выдавливанием воды из камер 10 без создания обратного водотока и без подъема рыбы из нижнего бьефа в верхний. Выдавливание отработанной на роторе воды производится до отметки НП 1 ниже оси турбины. Этот режим предназначен только для ПЭС, где вода на плотине по несколько раз в сутки меняет направление по законам прилива. Поэтому рыба поочередно может мигрировать в обоих направлениях с прямым водотоком без создания обратного водотока. На ПЭС турбина может работать и по первому режиму, если к этому принудят экологические обстоятельства.The second mode is characterized by the complete extrusion of water from the chambers 10 without creating a reverse watercourse and without raising the fish from the lower pool to the upper one. Extrusion of waste water on the rotor is carried out up to the mark N P 1 below the axis of the turbine. This mode is intended only for PES, where the water on the dam several times a day changes direction according to the laws of the tide. Therefore, the fish can alternately migrate in both directions with a direct watercourse without creating a reverse watercourse. At a PES, the turbine can operate in the first mode, if environmental circumstances force this to happen.

Преимущества второго режима над первым на ПЭС заключаются в повышении на 10-30% мощности турбины за счет отсутствия обратного водотока. The advantages of the second mode over the first at the PES are in increasing the turbine power by 10-30% due to the lack of reverse water flow.

Так как отметка Н1 нижнего бьефа на ПЭС изменчива в силу свойств прилива, а отметка НП 1 должна быть неизменной, что и давление воздуха Р в воздуховоде 12 должно быть величиной переменной для сохранения неизменной отметки НП 1 - условия полного вытеснения из камер 10. В этом особенность работы турбины на ПЭС. Изменчивость давления воздуха Р в воздуховоде обеспечивается как самим компрессором, так и специальными устройствами.Since the downstream elevation mark N 1 at the TEC is variable due to the tidal properties, and the elevation mark P P 1 must be unchanged, so that the air pressure P in the duct 12 must be a variable to keep the mark N P 1 unchanged - conditions for complete displacement from chambers 10 This is a feature of the operation of the turbine at the PES. The variability of the air pressure P in the duct is provided both by the compressor itself and by special devices.

Несколько турбин (10-15) могут с помощью муфт 11 и промежуточных валов 13 объединяться в блок и работать на один генератор 14. Это уменьшит число генераторов, увеличит их единичную мощность и КПД. Several turbines (10-15) can, with the help of couplings 11 and intermediate shafts 13, be combined into a block and work on one generator 14. This will reduce the number of generators, increase their unit power and efficiency.

На фиг. 4 показан продольный разрез по плотине ГЭС, блоки турбин со своими генераторами 14. Для увеличения крутящего момента несколько блоков с помощью муфт 11 и промежуточных валов 13 могут объединяться и работать на один генератор, а промежуточные генераторы работают как валопроводы. In FIG. 4 shows a longitudinal section through the dam of the hydroelectric power station, turbine blocks with their own generators 14. To increase the torque, several blocks using couplings 11 and intermediate shafts 13 can be combined and work on one generator, and the intermediate generators work like shaft shafts.

Воздуховоды 12 всех турбин станции соединяются с протянутым вдоль плотины магистральным трубопроводом 15, на который работает компрессор 16. Air ducts 12 of all turbines of the station are connected to the main pipeline 15 stretched along the dam, for which the compressor 16 operates.

В связи с конструктивными особенностями турбины плотина для ее размещения имеет два гребня 17, между которыми расположен машинный зал, а в нем турбинные блоки. В гребнях 17 размещены плотинные водоводы 18. Между последними и турбинными водоводами 3 с помощью косых фланцев 4 и гибких уплотнений создается герметичное и одновременно податливое соединение. In connection with the design features of the turbine, the dam for its placement has two ridges 17, between which there is a machine room, and in it turbine blocks. In the ridges 17 there are dam conduits 18. Between the last and turbine conduits 3 with the help of oblique flanges 4 and flexible seals a tight and at the same time flexible connection is created.

Таким образом, вся внешняя часть турбины и ее опорные части находятся вне воды, что облегчает ее эксплуатацию, а также ведение ремонтных и монтажных работ. На плотинных водоводах 18 установлены затворы 19, которые могут изолировать турбину от бьефов. Thus, the entire external part of the turbine and its supporting parts are out of the water, which facilitates its operation, as well as repair and installation work. Gates 19 are installed on the dam water conduits 18, which can isolate the turbine from the downstream.

Пуск и работа турбины осуществляется выполнением следующих операций. Start and operation of the turbine is carried out by the following operations.

1. Ротор турбины стопорится для более четкого пуска и отслеживания уровней отработанной воды (Н1 1 и НП 1) и уточнения давления воздуха Р. Плотинные затворы 19 открываются (фиг.3).1. The turbine rotor is locked for a more precise start and tracking of the levels of waste water (N 1 1 and N P 1 ) and to clarify the air pressure R. Dam valves 19 open (figure 3).

2. Подается сжатый воздух определенного давления в воздуховод и вытесняется вода из камер со стороны выходного водовода до отметки Н1 1 (неполное выдавливание воды из камер - условие создания обратного водотока для подъема рыбы из нижнего бьефа в верхний) или до отметки НП 1 (полное выдавливание воды из камер без создания обратного водотока. Это положение является предстартовым и оно зафиксировано на фиг.3. В этом положении четко видно, что перепад между бьефами Н21 = Н переносится под воздуховод, где тот же перепад между бьефами равен Н = Н1 2 - H1 1 по закону сообщающихся сосудов. Под отметки Н1 1 или НП 1 в предстартовом положении регулируется давление воздуха Р в воздуховоде.2. Compressed air of a certain pressure is supplied to the duct and water is displaced from the chambers from the outlet conduit to the H 1 1 mark (incomplete squeezing of water from the chambers is a condition for creating a reverse water flow for raising fish from the lower pool to the upper one) or to the N P 1 mark ( complete extrusion of water from the chambers without creating a reverse watercourse.This position is pre-start and it is fixed in figure 3. In this position it is clearly seen that the difference between the downstream flows Н 21 = Н is transferred under the air duct, where the same difference between the downflows is H = H 1 2 - H 1 1 according to the law of communicating vessels .. Under the marks N 1 1 or N P 1 in the pre-start position, the air pressure P in the duct is regulated.

3. После того как достигнуты нужные отметки Н1 1 или НП 1 - признак точного выхода на расчетный режим по давлению воздуха, ротор снимается со стопоров, начинается прокрутка, во время которой вода из воздуховода, примыкающего к верхнему бьефу, стекает на ротор. В воздушном тракте начинается круговое движение сжатого воздуха. Затем турбина входит в рабочий режим по числу оборотов, отметкам Н1 1 или НП 1, созданию обратного водотока. Поддержание этих отметок близкими к расчетным создает оптимальные условия для работы турбины.3. After reaching the required marks Н 1 1 or Н П 1 - a sign of an exact exit to the calculated mode by air pressure, the rotor is removed from the stoppers, scrolling starts, during which time water from the duct adjacent to the upstream drain flows onto the rotor. The circular movement of compressed air begins in the airway. Then the turbine enters the operating mode by the number of revolutions, marks N 1 1 or N P 1 , the creation of a reverse watercourse. Keeping these marks close to the calculated ones creates optimal conditions for the operation of the turbine.

При установившемся режиме работы в турбине происходит следующее. Сжатый воздух у выходного водовода вытесняет воду из камер 10, а в это же время вода верхнего бьефа вытесняет воздух из камер у входного водовода. При этом сжатый воздух перекачивается камерами 10 по воздушному тракту в направлении, обратном вращению ротора. С целью более плавного вытеснения воздуха из камер 10 водой верхнего бьефа на воздуховоде 12 в верхней части может устанавливаться дроссель. With a steady state operation in the turbine, the following occurs. Compressed air at the outlet conduit displaces the water from the chambers 10, and at the same time, the water of the upstream displaces the air from the chambers at the inlet conduit. In this case, the compressed air is pumped by the chambers 10 along the air path in the direction opposite to the rotation of the rotor. In order to more smoothly displace air from the chambers 10 with water of the upper pool, a throttle can be installed in the upper part of the duct 12.

Так как воздушный тракт (верхняя часть статора и воздуховод) является замкнутым объемом, то не будет потерь сжатого воздуха из этого объема за исключением малых потерь на его растворение в воде. Это является дополнительным положительным эффектом, поскольку вода в нижнем бьефе обогащается кислородом воздуха, что повышает биологическую ценность, особенно в зимний период. Since the air path (the upper part of the stator and the duct) is a closed volume, there will be no loss of compressed air from this volume, except for small losses for its dissolution in water. This is an additional positive effect, since the water in the lower pool is enriched with atmospheric oxygen, which increases the biological value, especially in winter.

Важнейшей характеристикой низконапорных турбин для равнинных ГЭС, а особенно для ПЭС, является величина минимального напора, при котором блок турбин еще может создавать избыточный крутящий момент сверх момента холостого хода и КПД. The most important characteristic of low-pressure turbines for flat hydroelectric power plants, and especially for PES, is the minimum pressure at which the turbine block can still create excess torque in excess of idling and efficiency.

Несложные расчеты по известным формулам показывают, что для прокрутки составного агрегата (блок турбин и генератор) вхолостую требуется напор около 10 мм, а всякий напор сверх этого создает избыточный крутящий момент, который известными способами можно превратить в энергию, при КПД около 90% из-за малости потерь в зазорах и отсутствии завихрений. Прототип может работать на таких же низких напорах, но ему не доступны высокие напоры, для этого диаметр ротора должен возрасти до десятков и сотен метров. Simple calculations using well-known formulas show that to scroll a composite unit (turbine block and generator) idle, a pressure of about 10 mm is required, and any pressure in excess of this creates excess torque, which can be converted into energy by known methods, with an efficiency of about 90% of for the small losses in the gaps and the absence of turbulence. The prototype can work at the same low heads, but high heads are not accessible to it, for this the rotor diameter should increase to tens and hundreds of meters.

Самая низконапорная капсульная гидротурбина на напорах менее 1 м не работает, а КПД на таком предельно низком напоре составляет около 10%. The lowest pressure capsule hydraulic turbine at pressures less than 1 m does not work, and the efficiency at such an extremely low pressure is about 10%.

Основные преимущества предлагаемой турбины перед прототипом и аналогами - обеспечение возможности работы на напорах от менее 0,1 м на ПЭС до высоких на ГЭС, высокое КПД, высокая единичная мощность даже на малых напорах и, самое главное, экологическая чистота. Среди аналогов нет турбин с такими показателями по напору, КПД и экологическим показателям. The main advantages of the proposed turbine over the prototype and its analogues are the ability to work on pressures from less than 0.1 m at PES to high at HPPs, high efficiency, high unit power even at low pressures and, most importantly, environmental cleanliness. Among analogues there are no turbines with such indicators in terms of pressure, efficiency and environmental indicators.

Турбина может найти применение на существующих гидроузлах и водохранилищах с малыми перепадами (2-6 м), где не получают электроэнергии из-за отсутствия низконапорных турбин с возможностью двусторонней миграции рыб. Таких объектов в стране более 400. Установка на них данной турбины с генератором превратит их в ГЭС без капвложений и экологических обоснований. The turbine can be used on existing waterworks and reservoirs with small differences (2-6 m), where they do not receive electricity due to the lack of low-pressure turbines with the possibility of bilateral migration of fish. There are more than 400 such facilities in the country. Installing a given turbine with a generator on them will turn them into hydroelectric power stations without capital investments and environmental justifications.

Турбина может быть использована при строительстве малых ГЭС на равнинных реках. Запас энергии на них составляет 320 млрд.кВ.ч, что равно выработке всех ГЭС страны. Напор на таких ГЭС будет менее 3-6 м, для которых нет рыбопроходимых турбин в обоих направлениях. The turbine can be used in the construction of small hydropower plants on lowland rivers. The energy reserve for them is 320 billion kWh, which is equal to the generation of all the country's hydroelectric power stations. The pressure at such hydropower plants will be less than 3-6 m, for which there are no fish-passing turbines in both directions.

Особенно перспективно применение заявляемой турбины на ПЭС, для которых нет низконапорных турбин с напором от менее 0,1 до 10 м. При этом мощность известных проектов ПЭС возрастает на 40-80% как за счет использования перепада менее 1 м, так и за счет более высокого КПД турбины. Запасы приливной энергии в стране оцениваются более 250 млн. кВт, что соизмеримо с мощностью всех станций страны. Мировые запасы приливной энергии оцениваются в 1-8 млрд.кВт.ч. Especially promising is the use of the inventive turbines at TECs for which there are no low-pressure turbines with a head pressure of less than 0.1 to 10 m. Moreover, the capacity of well-known TEC projects increases by 40-80% both due to the use of a differential of less than 1 m, and due to more high turbine efficiency. Tidal energy reserves in the country are estimated at more than 250 million kW, which is comparable with the capacity of all stations in the country. World reserves of tidal energy are estimated at 1-8 billion kWh.

Предлагаемая турбина может быть эффективно использована на всех существующих равнинных ГЭС взамен лопастных турбин, рыбонепроходимых и разрушающих планктон. Это улучшает экологическую ситуацию на реках, они станут рыбопроходными как до строительства ГЭС. The proposed turbine can be effectively used on all existing lowland hydroelectric power stations instead of vane turbines, fish-blocking and plankton-destroying. This improves the ecological situation on the rivers; they will become fish passageways as before the construction of the hydroelectric power station.

Каскад низконапорных ГЭС на равнинной реке с рыбопропускными турбинами по настоящей заявке предпочтительнее одной высоконапорной ГЭС равной мощности по техническим, экологическим и иным показателям. При этом сократится площадь затопленных земель. The cascade of low-pressure hydroelectric power stations on a flat river with fish culverts according to this application is preferable to one high-pressure hydroelectric power station of equal capacity in terms of technical, environmental and other indicators. At the same time, the area of flooded lands will be reduced.

Дополнительный эффект более высокий, чем по стране, может быть получен от патентования турбины за рубежом. Более высокий эффект может быть получен от использования турбины в приливной энергетике, запасы которой в 2000 раз превосходят запасы гидроэнергии всех рек мира. An additional effect higher than in the country can be obtained from patenting a turbine abroad. A higher effect can be obtained from the use of a turbine in tidal energy, whose reserves are 2000 times greater than the reserves of hydropower of all the rivers of the world.

Поскольку турбина низконапорна и рыбопроходима, то это обстоятельство может повысить экономический потенциал ресурса до 175-200 млн.кВт за счет уменьшения потерь на испарение, фильтрацию, повышения КПД, строительства ГЭС в устьях. Since the turbine is low-pressure and fish-passable, this circumstance can increase the economic potential of the resource to 175-200 million kW by reducing losses on evaporation, filtration, increasing efficiency, and building a hydropower station in the mouths.

Весь гидроресурс, поддающийся реализации с помощью заявляемой турбины, составит около 175+250 = 425 млн.кВт. При необходимых темпах годового наращивания энергетических мощностей по стране около 10 млн. кВт этого ресурса вполне достаточно, чтобы в течение 40-50 лет наращивать энергомощности только из этих самых дешевых, экологически чистых и восполнимых источников. При этом уменьшится добыча органического и атомного топлива, а значит уменьшится экологическое воздействие их на биосферу как в местах добычи, так и в местах сжигания. The entire water resource, amenable to implementation using the inventive turbine, will be about 175 + 250 = 425 million kW. At the required rate of annual increase in energy capacities in the country of about 10 million kW, this resource is enough to increase energy capacities only from these cheapest, environmentally friendly and renewable sources for 40-50 years. At the same time, the production of organic and nuclear fuel will decrease, which means that their environmental impact on the biosphere will be reduced both in the places of production and in the places of burning.

Из приведенного можно сделать вывод о целесообразности отказа на этот период в строительстве большинства АЭС и ТЭС в пользу экологически чистых ГЭС и ПЭС, как более дешевых, экологически чистых и восполняемых. From the above, it can be concluded that it is advisable to refuse the construction of most NPPs and TPPs in this period in favor of environmentally friendly HPPs and TPPs, as cheaper, environmentally friendly and renewable.

Claims (2)

1. Гидротурбина, содержащая статор под повышенным давлением воздуха, расположенные по его образующей водоводы и размещенный в статоре ротор, выполненный в виде многогранника с неподвижными пластинчатыми лопастями одинаковой длины, образующими со статором межлопастные камеры, отличающаяся тем, что статор выполнен цилиндрическим, водоводы прямоточными, ротор установлен соосно в статоре, а последний снабжен П-образным воздуховодом для воздушной связи частей статора, прилегающих к водоводам, и перенесения циркуляции воздуха за пределы статора, причем верхняя часть воздуховода расположена над уровнем верхнего бьефа. 1. A hydraulic turbine containing a stator under increased air pressure, located along its generatrix conduits and a rotor located in the stator, made in the form of a polyhedron with fixed plate blades of the same length, forming inter-vane chambers with the stator, characterized in that the stator is cylindrical, direct-flow conduits, the rotor is mounted coaxially in the stator, and the latter is equipped with a U-shaped duct for air communication of the stator parts adjacent to the water ducts and for transferring air circulation outside torus, wherein the upper portion of the duct located above the level of the upper pool. 2. Способ пропуска воды через гидротурбину, включающий подачу воды в межлопастные камеры из верхнего бьефа и отвод отработанной воды из последних в нижний бьеф, отличающийся тем, что часть отработанной воды межлопаточные камеры подают в обратном направлении - от нижнего бьефа к верхнему. 2. A method of passing water through a hydraulic turbine, comprising supplying water to the inter-blade chambers from the upstream and withdrawing waste water from the latter to the lower downstream, characterized in that part of the waste water the interscapular chambers are fed in the opposite direction - from the lower downstream to the upper.
SU4768957 1989-10-03 1989-10-03 Hydraulic turbine and method of passing water through it RU2020241C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4768957 RU2020241C1 (en) 1989-10-03 1989-10-03 Hydraulic turbine and method of passing water through it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4768957 RU2020241C1 (en) 1989-10-03 1989-10-03 Hydraulic turbine and method of passing water through it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2020241C1 true RU2020241C1 (en) 1994-09-30

Family

ID=21484573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4768957 RU2020241C1 (en) 1989-10-03 1989-10-03 Hydraulic turbine and method of passing water through it

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2020241C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент США N 4023915, кл. F 01D 1/08, 1977. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4261171A (en) Functionally transformable dam with tidal power station
US4241283A (en) Hydro-electric power plant
CN104093970B (en) Hydromotive machine
GB1573902A (en) Dam with reversible hydroelectric station
CN101790638A (en) Magnus force fluid flow energy harvester
CN103993587A (en) Bridge type river and tide water-power and wind-power combined power generation corridor
US4279539A (en) Dam with transformable hydroenergetic arrangement
US20070231117A1 (en) Two-way generation tidal power plant with one-way turbines
CN101012799A (en) Non-dam hydraulic power generating system
US4352989A (en) Hydromotive set
WO2016129836A1 (en) Hydroelectric power generator for river
EA008133B1 (en) Hydraulic wheel
KR100335651B1 (en) Generation of electric power using tide kinetic emergy
RU2020241C1 (en) Hydraulic turbine and method of passing water through it
KR20050055634A (en) The composite power station system from tidal power, compressed air, compressed water and solar energy
US4358220A (en) Functionally transformable dam
SK287751B6 (en) Flow turbine with pivoted blades
WO2010108385A1 (en) Electricity-generating power machine
KR20110031399A (en) Hydraulic turbine with the folding wings, and the casings
JP2001172948A (en) Pumped storage power plant
KR20120052459A (en) Hydroelectric power system
KR20150024879A (en) electricity generating turbine integrated blade and casing and method for generating power using it
KR101634637B1 (en) Hydroelectric generating apparatus using guide vane and hybrid generator
CN101871415A (en) Universal fully-effective generating power machine
CN218913052U (en) Submerged hydroelectric generating set