RU2637771C1 - Damless inertial hydroelectric power plant - Google Patents

Damless inertial hydroelectric power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2637771C1
RU2637771C1 RU2016135212A RU2016135212A RU2637771C1 RU 2637771 C1 RU2637771 C1 RU 2637771C1 RU 2016135212 A RU2016135212 A RU 2016135212A RU 2016135212 A RU2016135212 A RU 2016135212A RU 2637771 C1 RU2637771 C1 RU 2637771C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flywheel
hydroelectric power
power station
hub
frame
Prior art date
Application number
RU2016135212A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Николаевич Зайцев
Original Assignee
Анатолий Николаевич Зайцев
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 Анатолий Николаевич Зайцев filed Critical Анатолий Николаевич Зайцев
Priority to RU2016135212A priority Critical patent/RU2637771C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2637771C1 publication Critical patent/RU2637771C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00Other machines or engines
    • F03B17/06Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: damless inertia hydroelectric power station contains a frame. Inside the frame there is a water wheel with a partial immersion in the passing stream of water, on the axis of which there is a hub. The hub is fixed to the bearing assemblies mounted on the frame, and is kinematically connected to the flywheel. The flywheel is a hollow wheel containing a neck for filling/draining a liquid, and inside it is divided into sections by partitions with holes for water overflow between the staggered sections. The flywheel is rigidly mechanically connected to the electric generator, which performs the function of the electrodynamic brake for the flywheel. The hydroelectric power station also contains a flywheel speed sensor, a relay unit connected to the flywheel speed sensor, and a mean for withdrawal the generated electricity.
EFFECT: increase in power, expansion of the field of application and increase in reliability.
10 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности для преобразования энергии водного потока в электрическую энергию, и может быть использовано в качестве установки, использующей кинематическую и потенциальную энергию движущейся в реках воды.The invention relates to the field of hydropower, in particular for converting the energy of a water stream into electrical energy, and can be used as a plant using the kinematic and potential energy of water moving in rivers.

Известны современные гидроэлектростанции, содержащие крупные железобетонные плотины, мощные гидравлические турбины, электрогенераторы и ряд других сооружений.Modern hydroelectric power plants are known, containing large reinforced concrete dams, powerful hydraulic turbines, electric generators, and a number of other structures.

Однако эти электростанции используют только потенциальную энергию воды, накопленной с использованием поднятой, иногда весьма высоко, железобетонной плотины, которая, в свою очередь, вынужденно подавляет кинематическую энергию текущей воды в русле реки, причем на больших участках ее отрезка. Кроме того, такие гидроэлектростанции с такими высокими и низкими плотинами являются экологически вредными сооружениями на руслах больших и малых рек.However, these power plants use only the potential energy of water accumulated using a raised, sometimes very high, reinforced concrete dam, which, in turn, is forced to suppress the kinematic energy of the flowing water in the river channel, and over large sections of its section. In addition, such hydroelectric power stations with such high and low dams are environmentally harmful structures on the channels of large and small rivers.

Известна (SU, авторское свидетельство 1788309, опубл. 1993) гидроэлектростанция, содержащая установку, выполненную в виде двух жестко связанных поплавков с водонаправляющими стенками, образующими входной сужающий канал, турбины с лопастями, размещенными между поплавками на горизонтальном валу, установленном на корпусах последних и кинематически связанном с электрогенератором, и средства для фиксации установки в потоке воды, дополнительно к упомянутому установка снабжена перемычкой, установленной между поплавками вдоль оси турбины с зазором.Known (SU, copyright certificate 1788309, publ. 1993) is a hydroelectric power station containing an installation made in the form of two rigidly connected floats with water-guiding walls forming an inlet narrowing channel, turbines with blades placed between the floats on a horizontal shaft mounted on the bodies of the latter and kinematically associated with the electric generator, and means for fixing the installation in the water stream, in addition to the above installation is equipped with a jumper installed between the floats along the axis of the turbine with a gap .

Однако известная установка не может полно использовать всю массу потока воды на участке, покрытом установкой, т.к. значительная часть энергии потока воды гасится направляющими стенками поплавков, образующими входной сужающийся канал. По этой же причине ламинарный поток воды на этом участке превращается в турбулентный поток, который в известной мере не лучшим образом воздействует на лопасти турбины. Часть энергии потока гасится перемычкой, установленной между поплавками, т.е. поперек потока воды. Не может использоваться энергия массы воды на случай подъема уровня выше оптимального, на который рассчитана установка.However, the known installation cannot fully use the entire mass of water flow in the area covered by the installation, because a significant part of the energy of the water flow is extinguished by the guiding walls of the floats, forming an inlet narrowing channel. For the same reason, the laminar flow of water in this section turns into a turbulent flow, which, to a certain extent, does not affect the turbine blades in the best way. Part of the flow energy is extinguished by a jumper installed between the floats, i.e. across the flow of water. The energy of the mass of water cannot be used in case the level rises above the optimum for which the installation is designed.

Известна (RU, патент 2095618, опубл. 10.11.1997) русловая гидроэлектростанция, содержащая вертикальные силовые опоры с элементами крепления, электрогенераторы и связанный с ними посредством передачи гидродвигатель, выполненный в виде лопастного цилиндрического ротора, подшипниковые опоры для установки ротора и придонную перемычку, кроме того, гидроэлектростанция снабжена противовесами, передача от гидродвигателя выполнена в виде редукторов, придонная перемычка в виде плиты, а подшипниковые опоры в виде подушек, силовые опоры закреплены в грунте русла реки, подшипниковые подушки помещены между силовых опор с возможностью ограниченного перемещения вниз и свободного вверх, ротор выполнен плавающим, его лопасти установлены горизонтально, или косо, или с шевронным расположением и согнуты с образованием в поперечном сечении тупого угла, причем ротор установлен в подшипниковых подушках посредством расположенных внутри него полых полуосей, на каждой из которых совокупно и шарнирно подвешены редуктор, противовесы и электрогенератор, силовой кабель которого для выхода из ротора к потребителю протянут через отверстие в полой оси, при этом придонная плита связана с подшипниковыми подушками при помощи тяг для обеспечения совместного перемещения.Known (RU, patent 2095618, publ. 10.11.1997), a channel hydroelectric power station containing vertical power supports with fasteners, electric generators and a hydraulic motor connected with them by means of a transmission, made in the form of a cylindrical rotor rotor, bearing supports for installing the rotor and a bottom jumper, except Moreover, the hydroelectric power station is equipped with counterweights, the transmission from the hydraulic motor is made in the form of gears, the bottom jumper is in the form of a plate, and the bearing supports are in the form of pillows, the power bearings are fixed to the ground e river channels, bearing pillows are placed between the power bearings with the possibility of limited movement down and free up, the rotor is floating, its blades are installed horizontally, or obliquely, or with a chevron arrangement and bent to form an obtuse angle in the cross section, and the rotor is installed in the bearings pillows by means of the hollow semi-axes located inside it, on each of which a reducer, balances and an electric generator are suspended jointly and pivotally, the power cable of which is for exiting the rotor to the consumer is pulled through a hole in the hollow axis, while the bottom plate is connected to the bearing pads using rods to ensure joint movement.

Недостатком известной гидроэлектростанции следует признать сложность конструкции, а также сложность технологии ее создания.A disadvantage of the known hydroelectric power station should be recognized as the complexity of the design, as well as the complexity of the technology for its creation.

Наиболее близким аналогом разработанной конструкции можно признать (RU, патент 2306453, опубл. 10.05.2007) устройство для преобразования энергии воды в электроэнергию, содержащее водяное колесо из жестко соединенных барабана, боковых стенок, лопаток и ступицы, жестко скрепленной спицами с барабаном, соединенное механической передачей посредством редуктора с электрогенератором, подшипниковые узлы, опоры, водоподводящую и водоотводящую системы. Оно также снабжено водоудерживающим элементом, установленным от нижней по вертикальной оси точки боковых стенок со стороны рабочей части водяного колеса на расстоянии 5-10 мм и выполненным радиально изогнутым с углом охвата, равным 150-165°, и шириной, равной ширине водяного колеса, при этом каждая из лопаток водяного колеса выполнена в виде пластины из двух частей, угол между которыми равен 120-140°, а отношение длины одной части пластины к длине другой части, закрепленной на барабане, равно 1/1,5-1/2,0, с углом к касательной в месте контакта пластины и барабана, равным 25-45°, количество лопаток выбрано с учетом того, что расстояние между ними по внешнему диаметру боковых стенок равно 0,25-0,35 м, причем водяное колесо посредством ступицы и подшипниковых узлов установлено на оси, закрепленной на опорах, а в качестве электрогенератора использован асинхронный двигатель, связанный с системой автоматического управления, включающей блок коммутационной и измерительной аппаратуры, к которому подключены блоки конденсаторов возбуждения, тиристорных преобразователей, полезной нагрузки, и блок регулирования, защиты и управления, соединенный с блоком тиристорных преобразователей, к которому присоединены блоки балластной нагрузки и конденсаторов возбуждения, при этом механическая передача выполнена в виде цепной передачи, ведущая звездочка которой закреплена на спицах водяного колеса.The closest analogue of the developed design can be recognized (RU, patent 2306453, publ. 05/10/2007) a device for converting water energy into electricity, containing a water wheel from a rigidly connected drum, side walls, vanes and hub, rigidly fastened with needles to the drum, connected by a mechanical transmission by means of a reducer with an electric generator, bearing units, bearings, water supply and drainage systems. It is also equipped with a water-retaining element mounted from the bottom vertical axis of the side wall point from the side of the working part of the water wheel at a distance of 5-10 mm and made radially curved with a coverage angle of 150-165 ° and a width equal to the width of the water wheel, this, each of the blades of the water wheel is made in the form of a plate of two parts, the angle between which is 120-140 °, and the ratio of the length of one part of the plate to the length of the other part attached to the drum is 1 / 1.5-1 / 2.0 , with an angle to the tangent at the contact point of the plate and drum, equal to 25-45 °, the number of blades is selected taking into account the fact that the distance between them along the outer diameter of the side walls is 0.25-0.35 m, and the water wheel through the hub and bearing assemblies is mounted on an axis fixed to the supports, and as an electric generator an asynchronous motor is used, connected with an automatic control system, including a block of switching and measuring equipment, to which blocks of field capacitors, thyristor converters, payload, and a regulator block are connected lining, protection and control, connected to the thyristor converter unit, to which the ballast load units and excitation capacitors are connected, while the mechanical transmission is made in the form of a chain transmission, the drive sprocket of which is mounted on the spokes of the water wheel.

Недостатками описанного выше устройства является наличие водоподводящей и водоотводящей системы, что резко сужает область его применения. Кроме того, оно имеет низкую удельную мощность из-за большого веса водяного колеса и сложную в изготовлении конструкцию лопастей колеса.The disadvantages of the above device is the presence of a water supply and drainage system, which drastically narrows the scope of its application. In addition, it has a low power density due to the large weight of the water wheel and the complicated design of the wheel blades.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в разработке бесплотинной гидроэлектростанции нового типа - бесплотинной инерционной гидроэлектростанции.The technical problem solved by the developed device is to develop a new type of damless hydroelectric power station - a damless inertial hydroelectric power station.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанной конструкции, состоит в увеличении мощности бесплотинной ГЭС, расширении области применения за счет снижения требований к скорости, глубине и ширине руслового потока, где устанавливают бесплотинную ГЭС, практически отсутствии требований к предварительной подготовке места, где устанавливают разработанное устройство, увеличении надежности за счет уменьшения количества деталей и простоты конструкции.The technical result achieved by the implementation of the developed design consists in increasing the capacity of the damless hydroelectric power station, expanding the scope of application by reducing the requirements for speed, depth and width of the channel flow where the damless hydroelectric station is installed, almost no requirements for preliminary preparation of the place where the developed device is installed, increase reliability by reducing the number of parts and simplicity of design.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать бесплотинную инерционную гидроэлектростанцию разработанной конструкции (БИГЭС). БИГЭС содержит водяное колесо, выполненное в виде барабана, на оси которого размещена ступица, от которой в радиальном направлении отходят спицы, и электрогенератор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит каркас, выполненный с возможностью прохода части речного потока, внутри каркаса размещено с, по меньшей мере, частичным погружением в проходящий поток воды водяное колесо, на удаленных от ступицы концах спиц закреплены лопасти, причем концами с лопастями спицы закреплены на внутренней поверхности барабана, ступица закреплена на подшипниковых узлах, установленных на указанном каркасе, и кинематически связана с маховиком, который представляет из себя пустотелое колесо, содержащее горловину для залива/слива жидкости, и внутри разделен на секции перегородками с отверстиями для перелива воды между секциями, расположенными в шахматном порядке, маховик закреплен на второй ступице, также установленной на подшипниковых узлах в каркасе, маховик жестко механически соединен с электрогенератором, выполняющим для маховика функцию электродинамического тормоза, также она содержит датчик оборотов маховика, блок реле, подключенный к датчику оборотов маховика, и средство отбора выработанной электроэнергии.To achieve the specified technical result, it is proposed to use a damless inertial hydroelectric power station of a developed design (BIGES). BIGES contains a water wheel made in the form of a drum, on the axis of which a hub is placed, from which the spokes extend radially, and an electric generator, characterized in that it further comprises a frame made with the possibility of passage of a part of the river stream, placed inside by at least partially immersing the water wheel in the passing water stream, the blades are fixed at the ends of the spokes remote from the hub, with the ends with the blades of the spokes fixed on the inner surface of the drum, the hub is fixed on the bearing units mounted on the specified frame, and kinematically connected with the flywheel, which is a hollow wheel containing a neck for filling / draining the liquid, and inside is divided into sections by partitions with holes for overflow of water between the staggered sections, the flywheel fixed on the second hub, also mounted on the bearing units in the frame, the flywheel is mechanically rigidly connected to an electric generator that performs the function of an electrodynamic brake for the flywheel, also about a speed sensor comprising a flywheel, the relay unit connected to the sensor flywheel speed and means selecting the generated electricity.

В некоторых вариантах реализации разработанного устройства лопасти выполнены прямоугольными плоскими или вогнутыми.In some embodiments of the developed device, the blades are rectangular flat or concave.

Ступица может быть соединена с маховиком посредством редуктора или цепной передачи.The hub can be connected to the flywheel via a gearbox or chain drive.

Предпочтительно маховик выполнен из материалов с низкой плотностью, что позволяет обеспечить удобство эксплуатации устройства, так как маховик, являющийся наиболее тяжелой его частью, перевозится до нужного места пустым и заполняется водой из реки после установки в каркас.Preferably, the flywheel is made of materials with a low density, which allows for convenient operation of the device, since the flywheel, which is its heaviest part, is transported empty to the desired location and is filled with water from the river after installation in the frame.

Предпочтительно каркас собран из труб в форме усеченной пирамиды, устанавливаемой на русле реки с использованием штырей. Такая конструкция обеспечивает удобство эксплуатации, так как не требует фундамента, перевозится в разобранном виде и собирается на месте, где будет работать электростанция.Preferably, the frame is assembled from pipes in the form of a truncated pyramid mounted on a river bed using pins. This design provides ease of use, since it does not require a foundation, is transported disassembled and assembled at the place where the power plant will operate.

Обычно датчик оборотов маховика представляет собой датчик оборотов любого типа с аналоговым выходом, подключен к аккумулятору и установлен на ступице маховика.Typically, the flywheel speed sensor is a speed sensor of any type with an analog output, connected to the battery and mounted on the flywheel hub.

Предпочтительно блок реле подключен к датчику оборотов маховика и установлен на каркасе вместе с электрогенератором.Preferably, the relay unit is connected to the flywheel speed sensor and mounted on the frame together with the generator.

Средство отбора выработанной электроэнергии представляет собой аккумулятор или выпрямительный блок.The generated electricity sampling means is a battery or a rectifier unit.

Бесплотинная инерционная гидроэлектростанция (БИГЭС) в базовом варианте содержит водяное колесо в виде барабана с прямоугольными плоскими или вогнутыми лопастями, жестко закрепленными на радиальных спицах на максимальном удалении от ступицы, к которой прикреплены одним концом спицы. Другим концом спицы крепятся к барабану. Ступица, в свою очередь, крепится на подшипниковых узлах, установленных на каркасе БИГЭС, и кинематически, посредством редуктора или цепной передачи, связана с маховиком. Маховик представляет из себя пустотелое колесо требуемых размеров, выполненное из легких материалов, которое через заливную-сливную горловину заполняется водой до нужного веса. Колесо внутри снабжено перегородками, разделяющими его на секции, с отверстиями для перелива воды между секциями, расположенными в шахматном порядке. Маховик закреплен на своей ступице, установленной на подшипниковых узлах в каркасе БИГЭС. Маховик также жестко механически связан с электрогенератором, являющимся для него электродинамическим тормозом. Кроме того, БИГЭС содержит датчик оборотов маховика, блок реле и накопитель электроэнергии в виде аккумуляторов (на рисунке не показаны). Каркас БИГЭС представляет из себя конструкцию, собранную из труб и имеющую вид усеченной пирамиды, устанавливаемой на русле реки с помощью штырей.The damless inertial hydroelectric power station (BIGES) in the basic version contains a water wheel in the form of a drum with rectangular flat or concave blades rigidly mounted on radial spokes at the maximum distance from the hub, to which one end of the spoke is attached. The other end of the needle is attached to the drum. The hub, in turn, is mounted on the bearing assemblies mounted on the BIGES frame, and kinematically, through a gearbox or chain transmission, connected to the flywheel. The flywheel is a hollow wheel of the required size, made of light materials, which, through the filler-drain neck, is filled with water to the desired weight. The wheel inside is equipped with partitions dividing it into sections, with holes for overflowing water between staggered sections. The flywheel is mounted on its hub mounted on the bearing assemblies in the BIGES frame. The flywheel is also rigidly mechanically connected to the electric generator, which is an electrodynamic brake for it. In addition, the BIGES contains a flywheel speed sensor, a relay unit and an energy storage device in the form of batteries (not shown in the figure). The BIGES framework is a structure assembled from pipes and having the form of a truncated pyramid mounted on a river bed using pins.

Конструкция разработанного устройства приведена на фиг. 1 - фиг. 4.The design of the developed device is shown in FIG. 1 - FIG. four.

На фиг. 1 изображена бесплотинная инерционная электростанция.In FIG. 1 shows a damless inertial power station.

На фиг. 2 – разрез А-А на фиг. 1.In FIG. 2 is a section AA in FIG. one.

На фиг. 3 – вид В на фиг. 2.In FIG. 3 is a view B in FIG. 2.

На фиг. 4 – поперечный разрез маховика.In FIG. 4 - cross section of the flywheel.

Использованы следующие обозначения: водяное колесо 1 из жестко связанных барабана 2, лопаток 3 и ступицы 5, жестко скрепленной спицами 4 с барабаном 2, соединенное механической передачей посредством редуктора 8 с электрогенератором 15, подшипниковые узлы 6, опоры 7, маховик 9, который представляет из себя пустотелое колесо требуемых размеров, изготовленное из легких материалов, которое через заливную-сливную горловину 10 заполняется водой до нужного веса. Маховик закреплен на своей ступице 13, установленной на подшипниковых узлах 14 в каркасе 7 БИГЭС. Кроме того, маховик внутри снабжен жесткими перегородками 11, разделяющими его на секции, с отверстиями 12 для перелива воды между секциями, расположенными в шахматном порядке. Маховик 9 жестко связан с электрогенератором 15, являющимся для него электродинамическим тормозом. Кроме того, БИГЭС содержит датчик оборотов маховика, блок реле и накопитель электроэнергии в виде аккумуляторов (не показанные). The following designations are used: a water wheel 1 from rigidly connected drum 2, blades 3 and a hub 5, rigidly fastened with spokes 4 to a drum 2, connected by a mechanical transmission by means of a reducer 8 with an electric generator 15, bearing units 6, bearings 7, a flywheel 9, which represents a hollow wheel of the required size, made of light materials, which through the filler-drain neck 10 is filled with water to the desired weight. The flywheel is mounted on its hub 13 mounted on the bearing assemblies 14 in the frame 7 BIGES. In addition, the flywheel inside is equipped with rigid partitions 11, dividing it into sections, with holes 12 for overflowing water between staggered sections. Flywheel 9 is rigidly connected to the electric generator 15, which is an electrodynamic brake for it. In addition, the BIGES contains a flywheel speed sensor, a relay unit and an energy storage device in the form of batteries (not shown).

В разработанном устройстве, по сравнению с ближайшим аналогом, отсутствуют водоподводящая и водоотводящая системы, боковые стенки барабана и водоудерживающий элемент, что значительно уменьшает вес водяного колеса, а лопасти имеют простую конструкцию в виде прямоугольных плоских или вогнутых пластин. Кроме того, вместо опор используется трубчатый каркас в виде усеченной пирамиды, внутри которой устанавливается водяное колесо и маховик, а сам каркас крепится на дне русла потока штырями 16.In the developed device, in comparison with the closest analogue, there are no water supply and water drainage systems, side walls of the drum and a water-retaining element, which significantly reduces the weight of the water wheel, and the blades have a simple design in the form of rectangular flat or concave plates. In addition, instead of supports, a tubular frame is used in the form of a truncated pyramid, inside which a water wheel and a flywheel are installed, and the frame itself is attached to the bottom of the flow channel with pins 16.

Предлагаемая БИГЭС работает следующим образом. Работа БИГЭС имеет циклический характер и состоит из двух циклов: цикла разгона маховика, во время которого он накапливает кинетическую энергию, и цикл торможения маховика, во время которого он отдает накопленную энергию на аккумуляторы.The proposed BIGES works as follows. The operation of the BIGES is cyclical in nature and consists of two cycles: the flywheel acceleration cycle, during which it accumulates kinetic energy, and the flywheel braking cycle, during which it transfers accumulated energy to the batteries.

Под воздействием потока воды водяное колесо начинает вращаться и, соответственно, через редуктор 8 приводит во вращение маховик 9 и он начинает разгоняться. При разгоне маховика генератор находится в выключенном состоянии и создает для водяного колеса минимальную нагрузку в виде дополнительного к маховику инерционного момента.Under the influence of the flow of water, the water wheel begins to rotate and, accordingly, through the gearbox 8 causes the flywheel 9 to rotate and it starts to accelerate. When the flywheel is accelerated, the generator is off and creates a minimum load for the water wheel in the form of an inertial moment additional to the flywheel.

Кинетическая энергия, которую накапливает маховик, определяется по формуле (1):The kinetic energy that the flywheel accumulates is determined by the formula (1):

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

Ек - кинетическая энергия маховика в Дж;E to - kinetic energy of the flywheel in J;

Jм - момент инерции маховика в нмс2;J m - moment of inertia of the flywheel in nms 2 ;

ωм - угловая скорость вращения маховика в 1/с.ω m - angular speed of rotation of the flywheel in 1 / s.

Крутящий момент, развиваемый водяным колесом, будет зависеть от квадрата скорости потока воды, площади лопасти водяного колеса и его радиуса и определяется по формуле (2):The torque developed by the water wheel will depend on the squared speed of the water flow, the area of the blade of the water wheel and its radius and is determined by the formula (2):

Figure 00000002
Figure 00000002

гдеWhere

Мк - крутящий момент в н⋅м;M to - torque in Nm;

ρ - плотность воды в кг/м3;ρ is the density of water in kg / m 3 ;

V - скорость потока воды в м/с;V is the water flow rate in m / s;

SΛ - площадь лопасти в м2;S Λ is the area of the blade in m 2 ;

Rк - радиус водяного колеса в м.R to - the radius of the water wheel in m

Крутящий момент, развиваемый водяным колесом, будет уравновешиваться инерционным моментом маховика (3):The torque developed by the water wheel will be balanced by the inertial moment of the flywheel (3):

Figure 00000003
Figure 00000003

где:Where:

Мм - инерционный момент маховика в н⋅м;M m - the inertial moment of the flywheel in n⋅m;

Jм - момент инерции маховика в нмс2;J m - moment of inertia of the flywheel in nms 2 ;

ωм - угловое ускорение маховика в 1/с2.ω m - angular acceleration of the flywheel in 1 / s 2 .

После разгона маховика до требуемой угловой скорости, которая определяется по показаниям датчика оборотов маховика, с использованием блока реле подключают обмотки электрогенератора. Электрогенератор является электродинамическим тормозом и тормозит маховик практически до его полной остановки. После этого циклы работы БИГЭС повторяются.After accelerating the flywheel to the required angular speed, which is determined by the readings of the flywheel speed sensor, using the relay unit, the windings of the electric generator are connected. The electric generator is an electrodynamic brake and brakes the flywheel almost to its complete stop. After that, the cycles of the BIGES are repeated.

Бесплотинную инерционную ГЭС легко изготовить на современном уровне развития техники. Барабан и лопасти изготавливают из легких материалов типа алюминия. Каркас изготавливают из алюминиевых труб прямоугольного сечения с усилением в местах крепления барабана, маховика и редуктора.Damless inertial hydroelectric power station is easy to manufacture at the modern level of technological development. The drum and blades are made of lightweight materials such as aluminum. The frame is made of aluminum pipes of rectangular cross section with reinforcement at the points of attachment of the drum, flywheel and gearbox.

Маховик можно изготовить из алюминия или из жесткой пластмассы, способной выдержать требуемые центробежные и инерционные усилия.The flywheel can be made of aluminum or of rigid plastic that can withstand the required centrifugal and inertial forces.

Генератор можно взять любого типа. Но проще всего взять генератор в виде мотор-колеса от электровелосипеда, работающего в режиме рекуперации. Например, можно взять мотор-колесо от электробайка «Колобок», имеющего следующие параметры (www/as-рр/ru):The generator can be taken of any type. But the easiest way is to take a generator in the form of a motor wheel from an electric bike operating in the recovery mode. For example, you can take the motor wheel from the Kolobok electric bike, which has the following parameters (www / as-pp / ru):

- мощность 20 КВт;- power is 20 kW;

- крутящий момент - 200 н⋅м;- torque - 200 n⋅m;

- ток в режиме рекуперации - 350 А;- current in recovery mode - 350 A;

- емкость батареи - 29,4 А⋅ч- battery capacity - 29.4 Ah

При этом мотор-колесо устанавливается внутрь маховика по той же схеме, как оно устанавливается на колесо электровелосипеда.In this case, the motor-wheel is installed inside the flywheel in the same way as it is installed on the wheel of an electric bike.

Используя формулы (1), (2), (3), нетрудно подсчитать, что при радиусе водяного колеса 1,5 м, длине лопасти 1,5 м и ее высоте 0,2 м, весе маховика 100 кг, его внешнем радиусе 1 м и внутреннем 0,82 м, скорости водяного потока 3 м/с, бесплотинная инерционная ГЭС будет в сутки вырабатывать около 150 кВт⋅ч электроэнергии. Это позволит обеспечить электроэнергией от 10 до 15 домовладений.Using formulas (1), (2), (3), it is easy to calculate that when the radius of the water wheel is 1.5 m, the length of the blade is 1.5 m and its height is 0.2 m, the weight of the flywheel is 100 kg, its outer radius 1 m and internal 0.82 m, water flow rate of 3 m / s, damless inertial hydroelectric power station will generate about 150 kWh of electricity per day. This will provide electricity from 10 to 15 households.

Достоинством предлагаемой конструкции является то, что маховик будет раскручиваться даже от слабого крутящего момента. Главное, чтобы крутящий момент превосходил по величине момент трения в подшипниковых узлах. Это резко расширяет область применения БИГЭС, так как ее можно ставить практически на любых русловых потоках. Единственное требование, чтобы ширина потока соответствовала ширине лопасти водяного колеса, а глубина потока была равна высоте лопасти. Кроме того, площадка, где устанавливается устройство, практически не требует предварительной подготовки. Каркас просто устанавливается на дно руслового потока и укрепляется штырями.The advantage of the proposed design is that the flywheel will unwind even from weak torque. The main thing is that the torque exceeds the moment of friction in the bearing units. This dramatically expands the scope of BIGES, since it can be installed on almost any channel flows. The only requirement is that the width of the flow corresponds to the width of the blades of the water wheel, and the depth of flow is equal to the height of the blades. In addition, the platform where the device is installed practically does not require preliminary preparation. The frame is simply installed at the bottom of the channel stream and is fixed with pins.

Достоинством предлагаемой конструкции является также то, что при одних и тех же параметрах руслового потока мощность БИГЭС можно увеличивать, просто увеличивая радиус водяного колеса в разумных пределах.The advantage of the proposed design is that with the same parameters of the channel flow, the BIGES power can be increased by simply increasing the radius of the water wheel within reasonable limits.

Устройство имеет простую конструкцию и содержит минимальное количество вращающихся частей, что, несомненно, увеличивает его надежность.The device has a simple design and contains a minimum number of rotating parts, which undoubtedly increases its reliability.

Достоинством предлагаемого устройства является также простота доставки на места установки на русле реки. Каркас представляет из себя трубчатую конструкцию, не требующую фундамента, и собирается на месте. Маховик, являющийся наиболее тяжелой частью устройства, перевозится до нужного места пустым и заполняется водой из реки после установки в каркас.The advantage of the proposed device is also the ease of delivery to the installation site on the riverbed. The frame is a tubular structure that does not require a foundation, and is assembled on site. The flywheel, which is the heaviest part of the device, is transported empty to the desired location and is filled with water from the river after installation in the frame.

Кроме того, заполнение маховика водой позволяет ему самобалансироваться, что снижает вибрацию в подшипниковых узлах и увеличивает надежность и ресурс устройства.In addition, filling the flywheel with water allows it to self-balance, which reduces vibration in the bearing assemblies and increases the reliability and service life of the device.

Claims (10)

1. Бесплотинная инерционная гидроэлектростанция, содержащая водяное колесо, выполненное в виде барабана, на оси которого размещена ступица, от которой в радиальном направлении отходят спицы, и электрогенератор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит каркас, выполненный с возможностью прохода части речного потока, внутри каркаса размещено с, по меньшей мере, частичным погружением в проходящий поток воды водяное колесо, на удаленных от ступицы концах спиц закреплены лопасти, причем концами с лопастями спицы закреплены на внутренней поверхности барабана, ступица закреплена на подшипниковых узлах, установленных на указанном каркасе, и кинематически связана с маховиком, который представляет из себя пустотелое колесо, содержащее горловину для залива/слива жидкости, и внутри разделен на секции перегородками с отверстиями для перелива воды между секциями, расположенными в шахматном порядке, маховик закреплен на второй ступице, также установленной на подшипниковых узлах в каркасе, маховик жестко механически соединен с электрогенератором, выполняющим для маховика функцию электродинамического тормоза, также она содержит датчик оборотов маховика, блок реле, подключенный к датчику оборотов маховика, и средство отбора выработанной электроэнергии.1. Damless inertial hydroelectric power station containing a water wheel made in the form of a drum, on the axis of which there is a hub, from which the spokes extend radially, and an electric generator, characterized in that it further comprises a frame made with the possibility of passage of a part of the river flow inside the frame is placed with at least partial immersion of a water wheel in a passing water stream, blades are fixed at the ends of the spokes remote from the hub, and the ends with the blades of the spokes are fixed to the inside the surface of the drum, the hub is mounted on the bearing units mounted on the specified frame, and kinematically connected with the flywheel, which is a hollow wheel containing a neck for filling / draining the liquid, and inside is divided into sections by partitions with holes for overflowing water between the sections, arranged in a checkerboard pattern, the flywheel is mounted on a second hub, also mounted on the bearing assemblies in the frame, the flywheel is mechanically rigidly connected to an electric generator performing for the flywheel The function of the electrodynamic brake, it also contains a flywheel speed sensor, a relay unit connected to the flywheel speed sensor, and a means for selecting generated electricity. 2. Гидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что лопасти выполнены прямоугольными плоскими.2. Hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that the blades are made rectangular flat. 3. Гидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что лопасти выполнены вогнутыми.3. Hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that the blades are made concave. 4. Гидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что ступица соединена с маховиком посредством редуктора.4. Hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that the hub is connected to the flywheel by means of a gearbox. 5. Гидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что ступица соединена с маховиком посредством цепной передачи.5. Hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that the hub is connected to the flywheel by means of a chain transmission. 6. Гидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что маховик выполнен из материалов с низкой плотностью.6. Hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that the flywheel is made of materials with low density. 7. Гидроэлектростанция по п. 1, отличающийся тем, что каркас собран из труб в форме усеченной пирамиды, устанавливаемой на русле реки с использованием штырей.7. Hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that the frame is assembled from pipes in the form of a truncated pyramid installed on the river bed using pins. 8. Гидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что датчик оборотов маховика представляет собой датчик оборотов, подключен к аккумулятору и установлен на ступице маховика.8. Hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that the flywheel speed sensor is a speed sensor, connected to the battery and installed on the flywheel hub. 9. Гидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что блок реле подключен к датчику оборотов маховика и установлен на каркасе вместе с электрогенератором.9. Hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that the relay unit is connected to a flywheel speed sensor and mounted on a frame together with an electric generator. 10. Гидроэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что средство отбора выработанной электроэнергии представляет собой аккумулятор.10. Hydroelectric power station according to claim 1, characterized in that the means for selecting the generated electricity is a battery.
RU2016135212A 2016-08-30 2016-08-30 Damless inertial hydroelectric power plant RU2637771C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135212A RU2637771C1 (en) 2016-08-30 2016-08-30 Damless inertial hydroelectric power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135212A RU2637771C1 (en) 2016-08-30 2016-08-30 Damless inertial hydroelectric power plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2637771C1 true RU2637771C1 (en) 2017-12-07

Family

ID=60581355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016135212A RU2637771C1 (en) 2016-08-30 2016-08-30 Damless inertial hydroelectric power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2637771C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740613C1 (en) * 2020-08-19 2021-01-15 Александр Алексеевич Трубецкой Wave plant for generation of electricity

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2004841C1 (en) * 1990-07-12 1993-12-15 нцев Леонид Иванович Рум Wave power plant
RU2306453C2 (en) * 2005-10-28 2007-09-20 Владимир Михайлович Иванов Device for converting energy of water into electric energy
WO2015053729A1 (en) * 2013-10-09 2015-04-16 Bingol Oz Cage rotor turbine
RU2613476C1 (en) * 2016-01-12 2017-03-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" Surf hydroelectric power plant

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2004841C1 (en) * 1990-07-12 1993-12-15 нцев Леонид Иванович Рум Wave power plant
RU2306453C2 (en) * 2005-10-28 2007-09-20 Владимир Михайлович Иванов Device for converting energy of water into electric energy
WO2015053729A1 (en) * 2013-10-09 2015-04-16 Bingol Oz Cage rotor turbine
RU2613476C1 (en) * 2016-01-12 2017-03-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" Surf hydroelectric power plant

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740613C1 (en) * 2020-08-19 2021-01-15 Александр Алексеевич Трубецкой Wave plant for generation of electricity

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101042700B1 (en) Water power generator
US20100301609A1 (en) River-Flow Electricity Generation
CN104329205B (en) Water flow power generating device
CN102144090A (en) An energy generating system using a plurality of waterwheels
KR101018688B1 (en) A wind power generator found in a city
RU2637771C1 (en) Damless inertial hydroelectric power plant
KR20110026069A (en) Electric power plant use wind and water
KR102236015B1 (en) Tidal-operated energy generating device and method of providing the device
KR20130097854A (en) The generator unit recycling waste water and rain water
JP5738273B2 (en) Power generator
CN203430690U (en) Standard-type floating-tube-type hydroelectric generator
KR20150140057A (en) Water turbine and waterturbing genetator using the same
RU2382232C1 (en) Belashov's damless hydroelectric station
CN108488021A (en) Giant wheel hydroturbine power generator
JP3201957U (en) Vertical axis wind turbine generator with integrated containment flywheel
MX2013006448A (en) Hydroelectric generator installed in flowing water.
KR20120020800A (en) Edge rim screw generator
Suryatna Design Micro Hydro Power Plant for Generate Electrical Energy About 3000 to 5000 Watt
KR101634637B1 (en) Hydroelectric generating apparatus using guide vane and hybrid generator
RU110419U1 (en) MOBILE SHORE HYDRO POWER PLANT
RU2435067C2 (en) Underwater river-run hydroelectric power plant
CN109026503A (en) A kind of hydro-electric power generating equipment
RU2020260C1 (en) Riverside hydroelectric station
CN215566358U (en) Fluid kinetic energy collecting device based on vortex-induced effect
RU120525U1 (en) DEVICE FOR OBTAINING AND TRANSFORMING MECHANICAL ENERGY OF A FLUID FLOW TO ELECTRICITY