Скачать

Безпилотные ГЭС нового поколения на основе ГидроЭнергоБлока

Ленёв Николай Иванович

Шушенское 2003 г.

Патент №2I66664 от 10.05.01

В Патенте предлагается оригинальный, ранее не использовавшийся ни в одной из существующих конструкций, способ использования энергии как водного потока любого вида (рек, ручьёв, приливов, морской волны и т.д.) так и движения воздушных масс. При этом используется естественный поток, без предварительного преобразования (строительства дамб, каналов, напорных труб).

Данный способ отъёма мощности водного потока является наиболее выгодным и с экологической точки зрения, так как совершенно  не нарушает естественного русла реки, занимая от 1% до 10% площади,  тем самым, не препятствуя свободному перемещению речной Фауны и Флоры в отличие от существующих ГЭС.

Для того, что бы понять, ощутить, как и какие силы действуют в ГЭБе, рассмотрим такое сравнение. Через установку за 1 сек. проходит 1 куб. м. воды или 1 тонна. И «Жигули» весят 1 тн. Водный поток дважды на 90⁰ вынужден развернуться в ГЭБе, а его ширина всего 60 см., следовательно, радиус разворота – 0,3 метра! Скорость 1 м/сек – это 3,6 км/час. Но «Жигули» не могут повернуть на 90⁰ в радиусе – 0,3 метра, и на 3 метрах не повернут, а это уже скорость 36 км/ч. Приемлемый радиус – 30 метров, а значить и скорость 360 км/час или 100 м/сек.!!!

Вот теперь и представьте, что будет с «Жигулями» на таком повороте, всего 30 метров, даже не 300, даже если мысленно разогнать «Жигу» до такой скорости.

А даже горный ручей в лучшем случае весной, при таянии снега, имеет скорость - 10 м/сек.

Фото работающей установки

на р. Базаихе                                                 

перед погрузкой

поток на входе в установку V=1м/сек          

поток на выходе установки V=3,14м/сек

 (и никаких торсионных полей)

Конструкция представляет собой систему (два ряда) лопастей прямоугольной формы (плоская пластинка) оси которых делят их на две (1/2) не равные части, большая из которых всегда (за счёт действия потока) находится за осью дальше по потоку. Тем самым достигается минимальное её вращение вокруг своей оси и, следовательно, наименьшие турбулентные завихрения. Оси лопастей своей верхней и нижней частями, в свою очередь, закреплены на верхней и нижней, замкнутых в кольца - цепях ПРЛ (либо на любом другом гибком элементе). Цeпи передают усилие через звёздочки (рабочие колёса) на два вертикальных вала, с которых  механическая энергия движущейся среды (воды, воздуха и т.д. и т.п.) через гибкую муфту и промежуточный вал передаётся на валы электрогенераторов. Валы установки через подшипники скольжения (качения) жёстко закреплены на каркасе установки, имеющим закрытые на 2/3 боковые и глухую нижнюю стенки, что не препятствует поступлению дополнительной воды из окружающего потока через верх и 1/3 боковых стенок установки. В одном каркасе рационально размещать минимум три установки. Положение лопастей  по отношению к основному потоку регулируется неподвижными направляющими для цепи и подвижными для большей из сторон лопасти, а, меняя расстояние между подвижной направляющей для лопасти и неподвижной для цепи мы задаем необходимый угол поворота между лопастью и направлением основного потока от 0⁰ до 45⁰, добиваясь тем самым оптимального режима работы установки либо останавливая её полностью. Таким образом, поток воздействует на лопасть фактически перпендикулярно, под 90⁰. Один из валов установки имеет натяжное устройство, регулирующее натяжение цепей. Лопасти должны иметь свободу вращения на своих осях, а оси так же свободно вращаться в креплениях к цепям. Между лопастью и местом крепления к цепи на осях должны устанавливаться ролики, которые и будут катиться по неподвижным направляющим, удерживая тем самым цепь постоянно в перпендикулярном положении относительно направления основного потока.

В отличие от ныне существующих источников электроэнергии данная конструкция создавалась "подручной", приемлемой для ручного изготовления, монтажа и обслуживания. Она позволяет использовать комплектующие из уже выпускающегося на сегодня оборудования, как-то сельскохозяйственная техника, отслужившего свой срок автотранспорта и прочего подходящего "железа". А это многократно удешевляет изготовление первого изделия, которое за два-три месяца окупит как своё изготовление, так и заработает на следующее при сегодняшних тарифах на электроэнергию! 20кВт * 24часа * 30 дней * 0,48руб. (тариф региона)  =  7 000 руб. в мес.

Геометрические размеры такой детали, как звёздочка (рабочее колесо) для любых размеров установок желательно выдерживать в пределах не более 500-350мм., так как от этого напрямую зависит число оборотов вала. Диаметр самого вала рассчитывается под каждые конкретные нагрузки и условия эксплуатации и колеблется от 25-5Омм. Размеры лопастей, их количество, соответственно и прочность цепи подбираются в зависимости от ширины и глубины реки, а количество штук установок  в длину реки - от необходимой мощности потребления!

Под принятые характеристики изготавливается соответствующий корпус, желательно из трубы, для получения дополнительной плавучести. Каркас делается разборным, что позволит собирать его на месте эксплуатации без привлечения грузоподъёмных механизмов.

Размеры блоков не ограничены, в зависимости от необходимой мощности и размеров реки. Как пример, возьмём: ширина - 1200мм., глубина-700мм., длина - 1250мм., т.е. объём-1куб. метр, он позволяет разместить в нём 3 установки с 17 лопастями в каждой, имеющих, в свою очередь: ширину - 150мм. и глубину-500мм., т.е. каждая площадью --0,075кв.м., а так как две лопасти всегда будут находиться на поворотах, тогда общая рабочая площадь одной установки - I,125кв.м., а сумма 3-х  в одном каркасе (1куб.м. потока) будет-3,375кв. метра!!!

Именно это и позволяет наиболее полно использовать каждый кубический метр потока движущейся среды.

Именно это и позволяет использовать возникающие центробежное и центростремительное ускорения, значительно увеличивающие как скорость движения потока, так и действие силы тяжести, разделённого на секции, потока движущейся среды. В нашем случае - реки.

Из каких материалов следует изготавливать данную установку?! Из любых подручных. Дерево, пластмасса, алюминий, железо, титан - всё что угодно, что по карману. От этого будут завесить только  сроки эксплуатации вашей установки, и всё. На выработку электроэнергии это никак не повлияет.

Назовите мне хотя бы одну из ныне существующих конструкций, допускающих такой выбор материалов для изготовления?! Нет таких, не вспоминайте.

Обратите внимание, число оборотов у неё довольно низкое (45/60), да и работает она постоянно в воде, т.е. износ материалов будет минимальным.

Много вопросов о её заиливании, зарастании водорослями и т.д. Брёвна, крупные ветки, прочий крупногабаритный мусор мы сеткой отвернём. Ну а всё остальное пройдёт через неё как по конвейеру. В зимний период применим давно используемый плотогонами способ поднятия теплых нижних слоёв воды с помощью нескольких брёвен перед установкой имеющих на одном конце груз, а на другом – поплавок. Вода, поднимаясь, размоет во льду необходимую нам майна.

Размеры рассматриваемой установки: длина-1250мм., ширина – 1200мм., глубина-700мм., итого 1куб. метр занимаемого объёма реки. Возможны любые другие комбинации данных размеров, для ручья - уменьшенная глубина, но за счёт количества установок в доль длины ручья набираем любую необходимую мощность. Ведь скорость в ручьях значительно выше и например, при скорости потока: V=10 м/сек, с каждого куб. метра мы можем СНЯТЬ - at=10х10: 0,2 = 500м/сек  F=1000х500=500000н.;P= 500000х0,63 = 315000н.; или N =315кВт.!

Количество материалов, необходимых для изготовления рассматриваемой установки:

 каркас (деревянный брусок 50 * 50мм.) длина-1250 * 8шт  = 10ОООмм. * 50 * 50 = 0,025куб.м.;

ширина - 1200 * 8 * 50 * 50 = 0,024куб.м.; глубина - 700 * 4 * 5О * 50 = 0,007куб.м; итого на изготовление корпуса -0,О56куб. м.; лопасти-17шт. * Зуст. = 51шт. * 150 * 500 * 20  =  0,0765 куб.м.; обшивка дна и 2/3_боковых стенок - (1250 + 500 + 500) * 1200 * 20 = 0,054 куб ,м. Всего: корпус-0,О56+ лопасти-0,0765 + обшивка - 0.054  =  0,1865  =  0,2куб.метра. Валы - 1,6м. * 3 уст = 4,8пог.м.   трубы диаметром - 25- 50мм.; звёздочки 12 штук  (материал – сталь, дюраль, дерево). Направляющие – 4уголка + 4 трубки * 1000 мм * 3 уст. = 24 погонных метра. Всё :))

Стоимость перечисленных материалов - 2000-5000руб.+работа-10000-15000руб., ВСЕГО  =  20000рублей

Стоимость электрогенератора – 500 - 5000руб. за 1кВт. мощности вместе с регулирующей аппаратурой. Итого: 10000 -100000руб.

Полная стоимость установки мощностью 20кВт. будет не более 50000 -120000рублей.т.е. не более 5000 рублей за 1кВт. установленной мощности. Или в У.Е. от $50 до $150, возьмем среднее 100 У.Е.

Материалоёмкость одного киловатта нашей установки, в зависимости от используемых материалов на изготовление, будет варьироваться от нескольких сот грамм (пластмасса)

 до 2-Зкг (сталь). на 1кВт.уст.мощности.

Сроки изготовления – будут, измеряется в зависимости от технической подготовленности изготовителя - месяцами, неделями,  днями, а при серийном изготовлении на профильном заводе на выпуск 1кВт. уст. мощности - часы и минуты!

Сроки монтажа - это в зависимости, о какой установке идёт речь. Если мы говорим о переносной установке для туристов, охотников, рыбаков и т.д., то на её развёртывание и установку в реку (вместе с надуванием наплавного понтона) потребуется полчаса - час. Если же мы говорим о ГЭС мощностью в несколько МВт или ГВт. для крупного города или промышленного предприятия - 1-2-3 года, смотря, кто и как будет монтировать. Смотря, какие средства будут на это сразу отпущены и т.п. вопросы, никак не зависящие от самой конструкции.

Эксплуатационные потребности - следить, конечно, надо, а в остальном не сложнее граблей установка получилась, а потому и персонал на обслуживание скорее честный нужен, чем образованный.

Вот и сравните с любым из ныне существующих источников энергии. По любому из показателей наша установка на порядок, а то и на два преимущество имеет.

Так что выбор за Вами, господа.