WO2006033598A1 - Dam-less tractive power plant - Google Patents

Dam-less tractive power plant Download PDF

Info

Publication number
WO2006033598A1
WO2006033598A1 PCT/RU2005/000336 RU2005000336W WO2006033598A1 WO 2006033598 A1 WO2006033598 A1 WO 2006033598A1 RU 2005000336 W RU2005000336 W RU 2005000336W WO 2006033598 A1 WO2006033598 A1 WO 2006033598A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
blades
blade
flow
drum
Prior art date
Application number
PCT/RU2005/000336
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Grigorij Ivanovich Ozerov
Original Assignee
Grigorij Ivanovich Ozerov
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 Grigorij Ivanovich Ozerov filed Critical Grigorij Ivanovich Ozerov
Publication of WO2006033598A1 publication Critical patent/WO2006033598A1/en

Links

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
    • 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"
    • F03B17/062Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction
    • F03B17/063Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction the flow engaging parts having no movement relative to the rotor during its rotation
    • 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

Definitions

  • the invention relates to hydropower, in particular, to power plants that can be installed in a gravity flow of water having a different depth, width and flow rate.
  • the hydropower plants proposed by the inventors which convert the free flow of water into the rotational motion of the electric generator shaft, can be divided into two main types according to the principle of removing energy from a gravity flow: aerodynamic, in which the turbine spins with curly wing blades using an aerodynamic effect, such as in propeller windmills, and traction, the work of which can be simplified to compare with the work of a sail.
  • Aerodynamic can include:
  • Traction can include: - An old water wheel, in which part of the blades rises from the oncoming branch of the stream into the air, so as not to interfere with the operation of the blades under load in water;
  • a soft base requires relatively complex knots for attaching the blade to it, constant monitoring, adjustment, replacement.
  • the disadvantages of this group include the fact that they, as a rule, interact with two branches of the flow: the working and the opposing, on which they are forced to remove the blade into the air or fold in water, reducing resistance.
  • An increase in the number of blades does not significantly increase their power, since in order for each blade to receive the maximum possible energy, it is necessary to increase the distance between them to exclude mutual influence, and as the distance between the blades increases, the overall the length of the soft water wheel, the consumption of materials, but also increases the overall resistance to movement, the efficiency decreases.
  • BGEST Tractionless Damless Hydroelectric Power Station
  • BGEST consists of one or several drums, water wheel analogs connected to each other in a single rotor.
  • the arrangement of them and other mechanisms in the stand makes it possible to more widely adapt it to flows with different Vn, depth and, especially, in width. It also gives more options for fixing it in the stream than the prototype.
  • the fastening stand is fastened in the stream by means of a bottom foundation or floating means, or a beam thrown over the stream, or a bridge.
  • a bottom foundation or floating means or a beam thrown over the stream, or a bridge.
  • an axis is rotated on the bushings or bearings in the couplings transverse to the flow, and is fixed along the upper cut of water.
  • the axis rotates due to the effect of flow on the blades made in the drum, and are mounted on its spokes.
  • the blades have a curvature that provides power from the flow velocity in the cube.
  • One or more drums forming a rotor can be mounted on the axis. The number of blades in the drum depends on the number of drums in the link forming the rotor, in which eight blades are made with one drum, six with two, five with four, four with four and four.
  • the uniformity of rotation of the rotor consisting of several drums is ensured by the displacement of the blades by an equal angle when linked.
  • a gear impeller On a rotating axis or directly on the drum, a gear impeller is rigidly fixed, which is in contact in a known manner with a multiplier, which is in contact with an electric generator mounted fixedly on the mounting stand. Taking into account additional loads from these mechanisms, the fastening stand and fastening points are strengthened at this place.
  • the dimensions of the parts of the rotor relative to each other, the number of drums in conjunction and the location of the gear impeller determine the strength calculations, depending on the flow indicators: flow velocity, depth and width.
  • Figure 5 shows BGEST consisting of one drum.
  • FIG. 6 shows BGEST, consisting of two drums, in which the mounting stand is shown for mounting on top of the stream.
  • BGEST consisting of four drums.
  • BGEST contains a fixing stand 1 with a reinforcing crosspiece 2, supporting the coupling 3, in which the axis 4 rotates due to the drum 5, having a blade 6, mounted on the spokes 7 of the drum 5.
  • gear working is rigidly fixed a wheel 8, which is in contact with a multiplier 9 fixed on a fastening stand 1, untwisting an electric generator 10, also fixed on a fastening stand.
  • a gap 11 at the axis To exclude some shadowing in front of the leading blade of the next of them, one has a gap 11 at the axis, and the next has a gap 12 in the middle.
  • the uniformity of rotation of the rotor consisting of several drums with a small number of blades is achieved by shifting the blades by an equal angle when linked. For example, in a rotor consisting of four drums with four blades, they, spaced along the front of the stream, enter it one after another through 22.5 °, as would be the case with a rotor with one drum with 16 blades, but which are obscured would interfere with each other in work.
  • the drums 5 are fixed rigidly on the axis 4, which they rotate.
  • the attachment points of the coupling on the mounting stand 1 are reinforced through the crosspiece 2 and are mandatory at the ends of the rotor, and other attachment points depend on the number of drums in conjunction.
  • the gear impeller 8 can dock directly with the drum 5 or on the rotating axis 4.
  • the dimensions of the drum and the conditions of fastening in the stream will give a solution.
  • strength calculations show the need the location of the gear impeller 8 in the middle of the rotor. In this place from the mounting stand 1 must be made reinforcing cross 2.
  • the rotating axis 4 with two drums 5 can be made single or consisting of two halves, which are joined with the gear impeller 8.
  • each of them has a gap 11 and 12 with a width of 10% of its height and a length from edge to edge of the blade width.
  • Slots to exclude free passage of water from one to another are made alternating: on one blade near the axis of the slot 11 at the other near the middle of slot 12. At the same time, the location of the slots, the water jet passing through the slot affects the shaded part in front of the walking blade 6 and gives it an additional force.
  • BGEST will show the greatest efficiency in the manufacture of a specific stream, taking into account its depth, width and Vn.
  • Vn changes high water, high water
  • optimal energy removal is achieved due to the reserve in the electric generator or the work of the multiplier, like a power take-off.
  • the use of automation is possible.
  • serial production of BGEST standardization of units and assemblies is possible, in this case, under the rivers with different Vn, replacement of electric generators and gear change in the multiplier are provided.

Abstract

The invention relates to hydropower engineering. The inventive power plant takes a force from a gravity-flowing stream and converts said force into electric power by curvilinear blades connected to a drum spokes whose axle is arranged across the stream and is fixed at a top water level. The rotor of the item consists of one or several drums. The number of blades in the drum corresponds to the number of drums assembled into a rotor, thereby providing a steadiness of rotation and preventing a mutual shadow thereof. For the same purpose, each blade is provided with a slit for passing water to the previous blade. The curvature of the blade produces power according to a flow velocity raised to the third power. All components and mechanisms are assembled in a mounting cage. The shaft of a power generator is run-up to a required rotation speed by a multiplying gear which contacts a toothed working wheel rotated by the rotor. The power plant is fixed in a stream according to several variants depending on the stream velocity, the width and depth thereof.

Description

Бесплотинная гидроэлектростанция тяговая. Damless hydroelectric power station traction.
Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности, к электростанциям, которые могут быть установлены в самотечном потоке воды, имеющем различную глубину, ширину и скорость течения.The invention relates to hydropower, in particular, to power plants that can be installed in a gravity flow of water having a different depth, width and flow rate.
Предлагаемые изобретателями гидроэнергетические установки, преобразующие свободное течение воды во вращательное движение вала электрогенератора, по принципу снятия энергии с самотечного потока, можно условно разделить на два основных типа: аэродинамические, у которых турбина раскручивается фигурными крыльчатыми лопастями, использующими аэродинамический эффект, как, к примеру, у пропеллерных ветряков, и тяговые , работу которых упрощенно можно сравнить с работой паруса.The hydropower plants proposed by the inventors, which convert the free flow of water into the rotational motion of the electric generator shaft, can be divided into two main types according to the principle of removing energy from a gravity flow: aerodynamic, in which the turbine spins with curly wing blades using an aerodynamic effect, such as in propeller windmills, and traction, the work of which can be simplified to compare with the work of a sail.
К аэродинамическим можно отнести:Aerodynamic can include:
- лопастной ротор Дарье с вертикальной осью вращения;- blade Darier rotor with a vertical axis of rotation;
- ряд устройств изобретателя В.Блинова, у которого фигурные лопасти, закрепленные на тросу, опускаются вдоль или поперек потока и за счет раскручивания троса раскручивается вал электрогенератора (имеется более 10 патентов);- a number of devices of the inventor V. Blinov, in which the curly blades mounted on the cable are lowered along or across the stream and, due to the unwinding of the cable, the shaft of the electric generator is unwound (there are more than 10 patents);
- донная электростанция Г.Гинкулова (РФ п. 2163691, бюл. 6, 2001г..), у которой гирлянда гидротурбин, закрепленных на параболических тросах, раскручивают их и за счет этого раскручиваются электрогенераторы на том и другом берегу;- G. Ginkulov’s bottom power station (Russian Federation, item 2163691, bull. 6, 2001 ..), in which a garland of hydraulic turbines mounted on parabolic cables untwist them and, due to this, electric generators are unwound on both sides;
- облегченная геликоидная турбина со спиральными лопастями американского изобретателя А.Горлова (газета Известия за 30.041998г.), которые он предложил использовать во Флоридском течении, и др.- a lightweight helicoidal turbine with spiral blades of the American inventor A. Gorlov (Izvestia newspaper for 30.041998), which he proposed to use in the Florida Current, etc.
К тяговым можно отнести: - Старинное водяное колесо, у которой часть лопастей поднимается со встречной ветви потока на воздух, чтобы не мешали работе лопастей под нагрузкой в воде;Traction can include: - An old water wheel, in which part of the blades rises from the oncoming branch of the stream into the air, so as not to interfere with the operation of the blades under load in water;
- Редуцированные водяные колеса на замкнутой ленте или тросу, типа транспортера, у которого лопасти поднимаются из воды или складываются на встречной ветви потока посредством специальных устройств, или сами складываются, как, к примеру, купола парашютов у гидроагрегата Г.Стильмана (США, п. 3687818, 1975г.);- Reduced water wheels on a closed tape or cable, such as a conveyor, in which the blades rise from the water or are folded on the oncoming branch of the stream by means of special devices, or they are folded themselves, such as, for example, canopy of parachutes from G. Stilman's hydraulic unit (USA, p. 3687818, 1975);
- Заглубленное водяное колесо, у которого V-образные лопасти, расположенные внутри колеса, при вращении перемещаются по направляющим, увеличивая или уменьшая сопротивление потоку за счет чего достигается его вращение (Великобритания, п. 2048391,1971г.);- A recessed water wheel, in which the V-shaped blades located inside the wheel, while rotating, move along the guides, increasing or decreasing the flow resistance due to which its rotation is achieved (Great Britain, p. 2048391.1971);
- Ряд гидроагрегатов с вертикальной осью вращения, приближенные к простейшей конструкции цилиндра, как и ротор Савониуса. К примеру Бесплотинная всесезонная ГЭС автора подаваемой заявки (РФ, п.. 2171912, бюл. 32,2001г.) и др.- A number of hydraulic units with a vertical axis of rotation, close to the simplest cylinder design, like the Savonius rotor. For example, the Damless all-weather hydroelectric station of the author of the submitted application (RF, p. 2171912, bull. 32,2001) and others.
Общими недостатками этих известных устройств является то, что они не берут всю энергию текущей воды, с которой соприкасаются (воздействуют). Часть ее уходит по пути наименьшего сопротивления, обтекая конструкцию, а та часть, которая воздействует на рабочую лопасть ротора, производит работу неконцентрированной силой, потому они имеют низкий КПД.Common disadvantages of these known devices is that they do not take all the energy of the flowing water that they come into contact with (act on). Part of it goes along the path of least resistance, flowing around the structure, and the part that acts on the rotor blade does work with non-concentrated force, because they have low efficiency.
Заглубленные гидроагрегаты с пропеллерными, радиально- осевыми турбинами и им подобные для реализации аэродинамического эффекта просят большую скорость течения (Vn), чем дает им самотечный поток в реках. Принцип работы у них заложен от ветряков или напорных турбин, для которых вода разгоняется за счет перепада высот. Здесь же, чтобы увеличить скорость вращения турбины, вынуждены уменьшать ее вес, следовательно, и мощность, а за счет применения современных материалов, хотя и можно найти оптимальное решение, но ощутимого успеха не добиться. Это наглядно подтверждает пластмассовая облегченная вертушка А.Горлова, которых он вынужден в проекте запланировать на заглубленной платформе во Флоридском течении, из-за того, что там Vn всего около 2 м/с, громадное количество 50 000 штук и к ним столько же приспособлений, начиная с электрогенератора, что удорожает проект. К тому же, эта группа не может рассматриваться для получения электроэнергии промышленного значения с самотечного потока на реках из-за малых там глубин и отсутствия взаимосвязи размера ротора с руслом по ширине и длине. В самотечном потоке некоторые преимущества показывают гидроагрегаты, основанные на тяговом принципе, имеющие криволинейную лопасть под нагрузкой, способную воспринимать силу скоростного напора так, что скорость течения с потока берется и преобразуется в кубе (Vn3). Классическим примером в этом может служить ротор Стильмана (парашюты на замкнутом тросу), показавший на испытаниях, также во Флоридском проливе, высокий КПД, но оказавшийся ненадежным в эксплуатации из-за мягкой основы.Buried hydraulic units with propeller, radial-axial turbines and the like for the realization of the aerodynamic effect require a higher flow velocity (Vn) than gives them a gravity flow in rivers. The principle of operation is laid down by them from windmills or pressure turbines, for which water accelerates due to elevation. Here, in order to increase the speed of rotation of the turbine, they are forced to reduce it weight, therefore, and power, and due to the use of modern materials, although it is possible to find the optimal solution, tangible success cannot be achieved. This is clearly confirmed by A. Gorlov’s plastic lightweight turntable, which he is forced to plan in a project on a buried platform in the Florida Stream, due to the fact that there Vn is only about 2 m / s, a huge amount of 50,000 pieces and the same number of devices starting with an electric generator, which makes the project more expensive. Moreover, this group cannot be considered to receive industrial-grade electricity from a gravity flow on rivers due to shallow depths and the absence of a relationship between the rotor size and the channel in width and length. In a gravity flow, some advantages are shown by hydraulic units based on the traction principle, having a curved blade under load, able to absorb the force of the pressure head so that the flow velocity from the flow is taken and converted into a cube (Vn 3 ). A classic example of this is the Stilman rotor (parachutes on a closed cable), which showed, in tests, also in the Strait of Florida, high efficiency, but turned out to be unreliable in operation due to the soft base.
Мягкая основа требует сравнительно сложных узлов крепления лопасти к ней, постоянного контроля, регулировки, замены. К недостаткам этой группы следует отнести и то, что они, как правило, взаимодействуют с двумя ветвями потока: рабочей и встречной, на которой вынуждены убирать лопасть на воздух или складывать в воде, уменьшая сопротивление. Увеличение количества лопастей не увеличивает заметно им мощность, так как, чтобы каждая лопасть получала максимально возможную энергию, необходимо увеличить расстояние между ними для исключения взаимного влияния, а с увеличением расстояния между лопастями не только растет общая длина мягкого водяного колеса, расход материалов, но и увеличивается общее сопротивление движению, падает КПД. Также, чем длиннее подобное мягкое сравнительно легкое водяное колесо (как и трос с гирляндой фигурных лопастей в аэродинамической группе), тем они больше боятся возмущений потока, возникновения нежелательных колебаний, тем более они являются, как бы, ременной передачей шкива рабочего колеса гидроагрегата.A soft base requires relatively complex knots for attaching the blade to it, constant monitoring, adjustment, replacement. The disadvantages of this group include the fact that they, as a rule, interact with two branches of the flow: the working and the opposing, on which they are forced to remove the blade into the air or fold in water, reducing resistance. An increase in the number of blades does not significantly increase their power, since in order for each blade to receive the maximum possible energy, it is necessary to increase the distance between them to exclude mutual influence, and as the distance between the blades increases, the overall the length of the soft water wheel, the consumption of materials, but also increases the overall resistance to movement, the efficiency decreases. Also, the longer such a soft, relatively light water wheel (like a cable with a garland of curly blades in the aerodynamic group), the more they are afraid of flow disturbances, the occurrence of unwanted vibrations, the more they are, as it were, a belt drive pulley of the hydraulic unit.
Вывод. Среди самопоточных гидроагрегатов будущность имеют работающие на тяговом принципе снятия энергии, имеющие жесткую конструкцию с жесткой криволинейной лопастью, берущей силу с потока в зависимости от скорости течения (Vn), в кубе и имеющей предельно допустимую площадь лопасти под нагрузкой, насколько позволяют прочностные расчеты и в рабочей ветви потока минимально затеняющие друг друга, а во встречной ветви убирающиеся от лобового сопротивления.Output. Among the self-flowing hydraulic units, the future is working on the traction principle of energy removal, having a rigid structure with a rigid curvilinear blade, taking strength from the flow depending on the flow velocity (Vn), in the cube and having the maximum allowable area of the blade under load, as far as strength calculations and in the working branch of the stream minimally obscures each other, and in the oncoming branch they are removed from drag.
Исходя из этого в заявленном устройстве, применяется тяговый принцип снятия энергии с самотечного потока и оно названо Бесплотинная гидроэлектростанция тяговая, сокращенно БГЭСТ. Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранное в качестве прототипа старинное водяное колесо.Based on this, in the claimed device, the traction principle of removing energy from a gravity flow is applied and it is called Tractionless Damless Hydroelectric Power Station, abbreviated BGEST. The closest in technical essence to the claimed device is an old water wheel selected as a prototype.
В заявленном устройстве сохраняется принцип работы водяного колеса поочередное вхождение лопастей в поток и поднятие на воздух в конце воздействия на них потока. Только у БГЭСТ в поток входит криволинейная лопасть, имеющая щели для прохода воды к впередиидущей лопасти, этим компенсирует ей затенение от последующей и увеличивая силу. Известно, криволинейная лопасть от воздействия потока (газа, жидкости) по закону гидродинамики дает мощность (N), зависящую от скорости течения потока (Vn) в кубе. N=p η Sл Vп3/2, где:In the claimed device, the principle of operation of the water wheel is maintained, alternately entering the blades into the stream and raising it to the air at the end of the impact of the stream on them. Only at BGEST, a curvilinear blade that has slots for water to reach the forward-facing blade enters the flow, thereby compensating for the shadowing from the subsequent one and increasing the force. It is known that a curvilinear blade under the influence of flow (gas, liquid) according to the law of hydrodynamics gives power (N), which depends on the flow velocity (Vn) in the cube. N = p η Sl vn 3/2 where:
* р - плотность среды воздействия* p is the density of the medium
* η - коэффициент преобразования энергии* η - energy conversion coefficient
* Sл - площадь лопасти под воздействием среды* Sl - the area of the blade under the influence of the environment
Преимущества криволинейной лопасти можно проследить по формуле лобового сопротивления R=p Cx Sл Vn 72, где:The advantages of a curved blade can be traced by the head drag formula R = p Cx Sl Vn 72, where:
* Cx - коэффициент сопротивления потоку* Cx - flow resistance coefficient
Введя в формулу коэффициент сопротивления (Cx) потоку некоторых тел:By introducing into the formula the coefficient of resistance (Cx) to the flow of some bodies:
* плоская пластина - 1,28;* flat plate - 1.28;
* полое полушарие выпуклой стороной к потоку - 0,36 - 0,34;* the hollow hemisphere with the convex side to the stream - 0.36 - 0.34;
* полое полушарие вогнутой стороной к потоку - 1,44-1,42; можно сделать вывод в пользу криволинейной лопасти и при этом рассмотрении.* the hollow hemisphere with the concave side to the stream - 1.44-1.42; we can conclude in favor of a curved blade and with this consideration.
БГЭСТ состоит из одного или нескольких барабанов, аналогов водяного колеса, соединенных друг с другом в единый ротор. Компоновка их и других механизмов в клети дает возможность шире приспособить ее к потокам с различной Vn, глубиной и, особенно, по ширине. Также дает больше вариантов фиксации ее в потоке, чем у прототипа.BGEST consists of one or several drums, water wheel analogs connected to each other in a single rotor. The arrangement of them and other mechanisms in the stand makes it possible to more widely adapt it to flows with different Vn, depth and, especially, in width. It also gives more options for fixing it in the stream than the prototype.
Крепежная клеть крепится в потоке посредством донного фундамента или плавающего средства, или перекинутой через поток балке, или моста. В клети выполнена поперек потоку вращающаяся на втулках или подшипниках в муфтах ось, фиксированная по верхнему срезу воды. Ось вращается за счет воздействия потока на лопасти, выполненные в барабане, и крепятся на его спицах. Лопасти имеют кривизну, обеспечивающую мощность от скорости течения в кубе. Для прохода воды к впередиидущей, к месту, где у нее затенен участок от последующей, они имеют щель размерами от кромки до кромки и шириной 10% длины лопасти, но чередуясь: одна посреди лопасти, а у следующей - у оси барабана.The fastening stand is fastened in the stream by means of a bottom foundation or floating means, or a beam thrown over the stream, or a bridge. In the cage, an axis is rotated on the bushings or bearings in the couplings transverse to the flow, and is fixed along the upper cut of water. The axis rotates due to the effect of flow on the blades made in the drum, and are mounted on its spokes. The blades have a curvature that provides power from the flow velocity in the cube. For the passage of water to the front, to the place where it has a shaded area from the next, they have a gap measuring from edge to edge and 10% wide of the length of the blade, but alternating: one in the middle of the blade, and the next at the axis of the drum.
Известно, что для полного снятия силы с потока лопасти под нагрузкой от электрогенератора должны перемещаться в воде в два раза медленнее скорости течения, потому в нашей конструкции через щели проходит дополнительная струя на затененную часть впередиидущей лопасти. Выполнение щелей в разных местах лопастей исключает свободный проход струи воды не производя работу. На оси может быть насажен один или несколько барабанов, образующих ротор. Количество лопастей в барабане зависит от количества барабанов в увязке образующих ротор, в котором при одном барабане выполняется восемь лопастей, при двух - шесть, при тех - пять, при четырех - четыре и далее по четыре.It is known that in order to completely remove forces from the flow, the blades under load from the electric generator must move in water twice as slow as the flow velocity, therefore, in our design, an additional stream passes through the slits to the shaded part of the forward-moving blade. The execution of slots in different places of the blades eliminates the free passage of a stream of water without performing work. One or more drums forming a rotor can be mounted on the axis. The number of blades in the drum depends on the number of drums in the link forming the rotor, in which eight blades are made with one drum, six with two, five with four, four with four and four.
Равномерность вращения ротора состоящего из нескольких барабанов, обеспечивается смещением лопастей на равный угол при увязке.The uniformity of rotation of the rotor consisting of several drums is ensured by the displacement of the blades by an equal angle when linked.
Во многобарабанном изделии уменьшение количества лопастей в барабане упрощает и снижает его вес, а также упорядочивает прохождение потока и полнее привлекает его к работе по ширине.In a multi-drum product, reducing the number of blades in the drum simplifies and reduces its weight, as well as streamlines the flow and more fully draws it to work in width.
На вращающейся оси или непосредственно на барабане жестко закреплено зубчатое рабочее колесо, контактирующее известным способом с мультипликатором, который контактирует с электрогенератором, закрепленным неподвижно на крепежной клети. С учетом дополнительных нагрузок от этих механизмов в этом месте крепежная клеть и точки крепления усиливаются. Размеры частей ротора относительно друг друга, количество барабанов в увязке и расположение зубчатого рабочего колеса определяют прочностные расчеты, зависящие от показателей потока: скорости течения, глубины и ширины.On a rotating axis or directly on the drum, a gear impeller is rigidly fixed, which is in contact in a known manner with a multiplier, which is in contact with an electric generator mounted fixedly on the mounting stand. Taking into account additional loads from these mechanisms, the fastening stand and fastening points are strengthened at this place. The dimensions of the parts of the rotor relative to each other, the number of drums in conjunction and the location of the gear impeller determine the strength calculations, depending on the flow indicators: flow velocity, depth and width.
На фиг.l, 2, 3, 4 дана проекция торца барабанов с количеством лопастей 4, 5, 6, 8 соответственно.In Fig. 1, 2, 3, 4, a projection of the end face of the drums with the number of blades 4, 5, 6, 8 is given.
На фиг.5 показана БГЭСТ состоящая их одного барабана.Figure 5 shows BGEST consisting of one drum.
На фиг.6 изображена БГЭСТ, состоящая из двух барабанов, у которой крепежная клеть показана для крепления сверху потока.Figure 6 shows BGEST, consisting of two drums, in which the mounting stand is shown for mounting on top of the stream.
На фиг.7 представлена БГЭСТ, состоящая из четырех барабанов.In Fig.7 presents BGEST, consisting of four drums.
БГЭСТ содержит крепежную клеть 1 с усиливающей крестовиной 2, дающей опору муфте 3, в которой вращается ось 4 за счет барабана 5, имеющего лопасть 6, закрепленную на спицах 7 барабана 5. На оси 4 или барабане (фиг.5) жестко закреплено зубчатое рабочее колесо 8, которое контактирует с закрепленными на крепежной клети 1 мультипликатором 9, раскручивающем электрогенератор 10, также закрепленным на крепежной клети. Для исключения некоторого затенения впереди идущей лопасти последующей из них, на одной выполнена у оси щель 11, у последующей - посередине щель 12.BGEST contains a fixing stand 1 with a reinforcing crosspiece 2, supporting the coupling 3, in which the axis 4 rotates due to the drum 5, having a blade 6, mounted on the spokes 7 of the drum 5. On the axis 4 or the drum (figure 5) gear working is rigidly fixed a wheel 8, which is in contact with a multiplier 9 fixed on a fastening stand 1, untwisting an electric generator 10, also fixed on a fastening stand. To exclude some shadowing in front of the leading blade of the next of them, one has a gap 11 at the axis, and the next has a gap 12 in the middle.
Ротор на чертежах не обозначен цифрой, так как он имеет разное количество барабанов и в описании его название дано, скорее, абстрактное, в помощь раскрытия сущности изобретения.The rotor in the drawings is not indicated by a number, since it has a different number of drums and in the description its name is given, rather, abstract, in order to reveal the essence of the invention.
Рассмотрим взаимодействие частей и механизмов БГЭСТ и определим оптимальные условия работы, обеспечивающие наибольшую мощность. Лопасти 6 поочередно входят в поток и в разных точках пути по полукругу подвергаются различному воздействию от потока. Сила воздействия зависит от проекции лопасти в потоке в данной точке и насколько последующая уменьшает воздействие потока впереди идущей (затеняет). Рассмотрев нахождение лопастей в некоторых точках на фиг 1, 2, 3, 4, можно сделать вывод, что если исключить затенение, то проекция частей рабочих лопастей в любой точке полукруга, находящихся под воздействием потока, равна площади полной лопасти. Следовательно, увеличение количества лопастей 6 в барабане 5 мощность не увеличивает, а только усложняет и утяжеляет конструкцию. В то же время, чем больше лопастей, тем равномернее вращение ротора. Поэтому, исходя их опыта, принято: ротор, состоящий из одного барабана, должен иметь восемь лопастей, двухбарабанный - шесть, трехбарабанный - пять, для четырехбарабанного достаточно четыре. Меньше не рекомендуется из-за возможности не брать полностью поток в работу.Consider the interaction of parts and mechanisms BGEST and determine the optimal working conditions that provide the greatest power. The blades 6 alternately enter the stream and at different points along the semicircle are subjected to different effects from the stream. The strength of the impact depends on the projection of the blade in the flow at a given point and how much the subsequent one reduces the impact of the flow ahead (obscures). Having considered the location of the blades at some points in FIG. 1, 2, 3, 4, it can be concluded that if shading is excluded, then the projection of the parts of the working blades at any point in the semicircle under the influence of the flow is equal to the area of the full blade. Therefore, the increase in the number of blades 6 in the drum 5 power does not increase, but only complicates and aggravates the design. At the same time, the more blades, the more uniform the rotation of the rotor. Therefore, based on their experience, it is accepted: a rotor consisting of one drum should have eight blades, two-drum - six, three-drum - five, four are enough for a four-drum. Less is not recommended due to the possibility of not taking the full flow to work.
Равномерность вращения ротора состоящего из нескольких барабанов с малым количеством лопастей достигается смещением лопастей на равный угол при увязке. К примеру, у ротора, состоящего из четырех барабанов с четырьмя лопастями, они, разнесенные по фронту потока, входят в него одна за другой через 22,5 о, как было бы и у ротора с одним барабаном с 16 ю лопастями, но которые затенялись бы и мешали друг другу в работе.The uniformity of rotation of the rotor consisting of several drums with a small number of blades is achieved by shifting the blades by an equal angle when linked. For example, in a rotor consisting of four drums with four blades, they, spaced along the front of the stream, enter it one after another through 22.5 °, as would be the case with a rotor with one drum with 16 blades, but which are obscured would interfere with each other in work.
Барабаны 5 крепятся жестко на оси 4, которую они вращают. Ось же, через втулку или подшипник вращается в неподвижной муфте (3). Точки крепления муфты на крепежную клеть 1 усиливаются через крестовину 2 и обязательны на концах ротора, а другие точки крепления зависят от количества барабанов в увязке.The drums 5 are fixed rigidly on the axis 4, which they rotate. The axis, through a sleeve or bearing, rotates in a fixed coupling (3). The attachment points of the coupling on the mounting stand 1 are reinforced through the crosspiece 2 and are mandatory at the ends of the rotor, and other attachment points depend on the number of drums in conjunction.
В роторе, состоящем из одного барабана (фиг.5) зубчатое рабочее колесо 8 может стыковаться непосредственно с барабаном 5 или на вращающейся оси 4. Решение дадут габариты барабана и условия крепления в потоке. В конструкциях, состоящих из двух барабанов (фиг.6) и более (фиг.7) прочностные расчеты показывают на необходимость расположения зубчатого рабочего колеса 8 посреди ротора. В этом месте от крепежной клети 1 должна быть выполнена усиливающая крестовина 2.In the rotor, consisting of one drum (Fig. 5), the gear impeller 8 can dock directly with the drum 5 or on the rotating axis 4. The dimensions of the drum and the conditions of fastening in the stream will give a solution. In designs consisting of two drums (Fig.6) and more (Fig.7) strength calculations show the need the location of the gear impeller 8 in the middle of the rotor. In this place from the mounting stand 1 must be made reinforcing cross 2.
Вращающаяся ось 4 при двух барабанах 5 может быть выполнена единой или состоящей из двух половинок, которые стыкуются с зубчатым рабочим колесом 8.The rotating axis 4 with two drums 5 can be made single or consisting of two halves, which are joined with the gear impeller 8.
С учетом того, что лопасти 6 затеняют друг друга, а также того, что находясь под нагрузкой от электрогенератора 10 проходят путь в потоке со скоростью в два раза меньше скорости течения (из-за наиболее выгодного снятия энергии), каждая из них имеет щель 11 и 12 шириной 10% от ее высоты и длиной от кромки до кромки ширины лопасти. Щели для исключения свободного прохода воды с одной в другую выполнены чередуясь: на одной лопасти у оси щель 11 у другой у середины щель 12. При этом расположение щелей струя воды, пройдя через щель, воздействует на затененную часть впереди идущей лопасти 6 и дает ей дополнительную силу.Given the fact that the blades 6 obscure each other, as well as the fact that, being under load from the electric generator 10, they pass a path in the stream at a speed two times lower than the flow velocity (due to the most favorable energy removal), each of them has a gap 11 and 12 with a width of 10% of its height and a length from edge to edge of the blade width. Slots to exclude free passage of water from one to another are made alternating: on one blade near the axis of the slot 11 at the other near the middle of slot 12. At the same time, the location of the slots, the water jet passing through the slot affects the shaded part in front of the walking blade 6 and gives it an additional force.
Известно, насколько меньше подали площадь лопасти под нагрузку потока, настолько меньше мощность гидроагрегата. Уменьшение же площади лопасти щелями уменьшает силу неадекватно, а значительно меньше, так как сохраняются точки приложения силы (закон рычага). Прохождение же струи воды через щель на затененную часть лопасти дает ей дополнительную силу, которая вполне компенсирует потерю от уменьшения площади лопасти щелью. А также упорядочивает прохождение воды, не дает части ее уйти в сторону по пути наименьшего сопротивления .It is known how less the area of the blade was applied to the flow load, the less the power of the hydraulic unit. Reducing the area of the blade with slots reduces the force inadequately, but much less, since the points of application of force are preserved (the law of the lever). The passage of a jet of water through the gap to the shaded part of the blade gives it additional force, which fully compensates for the loss from a decrease in the area of the blade by the gap. It also arranges the passage of water, prevents part of it from going sideways along the path of least resistance.
Зубчатое рабочее колесо 8, вращаясь, передает вращение мультипликатору 9, который за счет передаточных шестерен увеличивает скорость вращения и подает ее на вал электрогенератора 10. Известно, чем больше передаточных шестерен в мультипликаторе, для увеличения скорости вращения, тем больше потерь, снижающих мощность изделия. Поэтому в самопоточных гидроагрегатах, работающих в потоках с Vn на порядок меньше напорных, желательно применять электрогенератор многополюсный, низкооборотный. Но они вынуждены иметь увеличенный вес. Оптимальное решение дадут условия работы БГЭСТ в потоке, ее фиксация и экономический расчет. Из формулы N=p η Sл Vп3/2, видим, что для увеличения N, при выбранном месте установки зависит от η, S л, Vn. Эти показатели вполне можно увеличить, произведя работы по сужению русла потока, особенно в горных реках. Это увеличит Vn, глубину, следовательно и Sл, а также η за счет концентрации потока на лопасть в суженном пространстве.The gear impeller 8, rotating, transmits the rotation to the multiplier 9, which, due to the gears, increases the speed of rotation and feeds it to the shaft of the electric generator 10. It is known that the more gears are in the multiplier, to increase rotation speed, the more losses that reduce the power of the product. Therefore, in self-flowing hydraulic units operating in flows with Vn are an order of magnitude smaller than pressure ones, it is desirable to use a multi-pole, low-speed electric generator. But they are forced to have increased weight. The optimal solution will be given by the operating conditions of BGEST in the stream, its fixation and economic calculation. From formula N = p η Sl vn 3/2, we see that for larger N, at a chosen place of installation depends η, S n, Vn. These indicators can be quite increased by performing work on narrowing the channel of the stream, especially in mountain rivers. This will increase Vn, the depth, and hence Sl, as well as η due to the concentration of the flow on the blade in the narrowed space.
При прохождении криволинейной лопасти по воздуху она дает сопротивление движению в 3,6 раза меньше плоской (Cx плоской = 1,28, Cx выпуклой = 0,35).When a curved blade passes through the air, it gives resistance to movement 3.6 times less than a flat one (Cx flat = 1.28, Cx convex = 0.35).
БГЭСТ наибольшую эффективность покажет при изготовлении под определенный поток с учетом его глубины, ширины и Vn. При изменении Vn (половодье, паводки) оптимальное снятие энергии достигается за счет резерва в электрогенераторе или работы мультипликатора, как коробки отбора мощности. У больших конструкций возможно применение автоматики. При серийном выпуске БГЭСТ возможна стандартизация узлов и агрегатов, в этом случае под реки с разными Vn предусмотрена замена электрогенераторов и смена шестерни в мультипликаторе.BGEST will show the greatest efficiency in the manufacture of a specific stream, taking into account its depth, width and Vn. When Vn changes (high water, high water), optimal energy removal is achieved due to the reserve in the electric generator or the work of the multiplier, like a power take-off. For large structures, the use of automation is possible. With the serial production of BGEST, standardization of units and assemblies is possible, in this case, under the rivers with different Vn, replacement of electric generators and gear change in the multiplier are provided.
Установка отдельных БГЭСТ в отдаленных местах расширит добычу и обработку сырья на месте. А если сузить русло реки или спрямить излучину деривационным каналом, для получения большей Vn, то установленные здесь несколько БГЭСТ вдоль потока и суммированные на одном здании дадут электроэнергию промышленного значения по стоимости не превышающую плотинной ГЭС. Источники информации:The installation of individual BGEST in remote places will expand the extraction and processing of raw materials on site. And if you narrow the river bed or straighten the bend with a derivation channel to obtain a larger Vn, then several BGEST installed here along the stream and summed up one building will provide electricity of industrial value at a cost not exceeding the dam hydroelectric power station. Information sources:
1. Реки и озера Советского Союза (Справочные данные). Государственный гидрологический институт. Л., 19711. Rivers and lakes of the Soviet Union (Reference data). State Hydrological Institute. L., 1971
2. Мини и микро гидроэлектростанции. Екатеринбург, 2000г.2. Mini and micro hydro power plants. Yekaterinburg, 2000
3. Тезисы докладов международной научно-практической конференции Малая энергетика , г.Москва, 2002г. и г.Обнинск 2003г.3. Abstracts of the international scientific-practical conference Small Energy, Moscow, 2002. and Obninsk 2003
4. Труды 3-й Международной научно-технической конференции Нетрадиционные источники энергии , ГНУ ВИЭСХ г.Москва 2003 г.4. Proceedings of the 3rd International Scientific and Technical Conference Unconventional Energy Sources, GNU VIESH Moscow 2003
5. Материалы государственной патентной библиотеки, г.Москва. 5. Materials of the State Patent Library, Moscow.

Claims

Формула изобретенияClaim
Бесплотинная электростанция тяговая, содержащая зафиксированную в потоке посредством донного фундамента или плавающего средства или перекинутой через поток балке крепежную клеть, в которой выполнен поперечно потоку ротор, ось которого фиксирована по верхнему срезу воды и он вращается за счет воздействия потока на криволинейные лопасти, выполненные в барабане и закрепленные на его спицах, а для прохода воды к впереди идущей затененной лопасти имеет щель от кромки до кромки, шириной в 10% длины лопасти, но одна щель у оси ротора, а следующая посреди нее и количество лопастей в барабане зависит от количества барабанов в увязке образующих ротор, в котором при одном барабане восемь лопастей, при двух шесть, при трех пять, при четырех четыре и далее по четыре, а равномерность вращения ротора состоящего из нескольких барабанов обеспечивается смещением лопастей на равный угол при увязке и на барабане непосредственно или вращающейся оси ротора жестко закреплено зубчатое колесо контактирующее с мультипликатором, который контактирует с электрогенератором закрепленными неподвижно на крепежной клети, а размеры частей ротора относительно друг друга, количество барабанов в увязке и расположение зубчатого рабочего колеса определяют прочностные расчеты, зависящие от скорости течения, ширины и глубины потока. A damless traction power plant containing a fixing stand fixed in the flow by means of a bottom foundation or floating means or thrown through a beam, in which a rotor is made transverse to the flow, the axis of which is fixed along the upper water cut and rotates due to the effect of the flow on curved blades made in the drum and fixed on its spokes, and for the passage of water to the front of the shaded blade in front, it has a gap from edge to edge, 10% wide of the length of the blade, but one gap at the axis of the rotor, and the next in the middle of it, and the number of blades in the drum depends on the number of drums in the link forming the rotor, in which eight blades with one drum, two six, three five, four four and then four more, and the uniformity of rotation of the rotor consisting of several drums is provided by the offset the blades at an equal angle when linking and on the drum directly or the rotating axis of the rotor the gear wheel is fixedly fixed in contact with the multiplier, which is in contact with the generator fixed on the fixing stand, and the sizes of the rotor parts relative to each other, the number of reels and linked location toothed impeller determined strength calculations which depend on the flow velocity, width and depth of the flow.
PCT/RU2005/000336 2004-09-16 2005-06-20 Dam-less tractive power plant WO2006033598A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004127549 2004-09-16
RU2004127549/06A RU2004127549A (en) 2004-09-16 2004-09-16 UNLIMITED HYDRO POWER PLANT TRACTION

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006033598A1 true WO2006033598A1 (en) 2006-03-30

Family

ID=36090299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2005/000336 WO2006033598A1 (en) 2004-09-16 2005-06-20 Dam-less tractive power plant

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2004127549A (en)
WO (1) WO2006033598A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2459678A (en) * 2008-04-30 2009-11-04 Joseph Emmanuel Brown A linear water wheel system
CN102155347A (en) * 2011-03-10 2011-08-17 王献民 Movable-plate box-type laminar current water-wheel generating set
FR2983538A1 (en) * 2011-12-06 2013-06-07 Jean Bertucat Device i.e. hydro-wind mill, for recovering e.g. tidal energy from river for companies, has turbine functioned during starting process without resorting auxiliary energy for rotation, and hoops installed on blades with regular intervals
CN109139344A (en) * 2017-06-15 2019-01-04 时扬 A kind of no dam formula water current turbine electricity generation system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4104536A (en) * 1976-04-27 1978-08-01 Anton Franz Gutsfeld Stream -or river-powered turbine
FR2545882A1 (en) * 1981-07-20 1984-11-16 Moraga Ernesto System of floating turbines for obtaining electrical energy
RU2148184C1 (en) * 1998-05-18 2000-04-27 Ломанов Аполлон Анатольевич Water-stream hydroelectric power plant

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4104536A (en) * 1976-04-27 1978-08-01 Anton Franz Gutsfeld Stream -or river-powered turbine
FR2545882A1 (en) * 1981-07-20 1984-11-16 Moraga Ernesto System of floating turbines for obtaining electrical energy
RU2148184C1 (en) * 1998-05-18 2000-04-27 Ломанов Аполлон Анатольевич Water-stream hydroelectric power plant

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SCHAPOV N.M.: "Turninnoe oborudovanie gidrostantsii", GOSUDARSTVENNOE ENERGETICHESKOE IZDATTELSTVORM, 1961, pages 284 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2459678A (en) * 2008-04-30 2009-11-04 Joseph Emmanuel Brown A linear water wheel system
CN102155347A (en) * 2011-03-10 2011-08-17 王献民 Movable-plate box-type laminar current water-wheel generating set
FR2983538A1 (en) * 2011-12-06 2013-06-07 Jean Bertucat Device i.e. hydro-wind mill, for recovering e.g. tidal energy from river for companies, has turbine functioned during starting process without resorting auxiliary energy for rotation, and hoops installed on blades with regular intervals
CN109139344A (en) * 2017-06-15 2019-01-04 时扬 A kind of no dam formula water current turbine electricity generation system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004127549A (en) 2006-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8362631B2 (en) Marine energy hybrid
US8070444B2 (en) Turbine with coaxial sets of blades
KR101747119B1 (en) A bidirectional water turbine
US8994203B2 (en) Hydrokinetic energy conversion system
US20110006534A1 (en) Turbine engine with transverse-flow hydraulic turbine having reduced total lift force
EP2531718B1 (en) A bidirectional water turbine
CN102893023A (en) Wind/water turbine with rotational resistance reduced by wind vane blade
WO2006033598A1 (en) Dam-less tractive power plant
WO2003046376A1 (en) Multivane windwheel with concentric wheels
GB2131491A (en) Device for extracting energy from wind or water
CN203230525U (en) Ocean energy power generation device and frame thereof
US20200011286A1 (en) Floating drum turbine for electricity generation
KR101062246B1 (en) Turbine for Hydroelectric Power Plant
CN103742341A (en) Ocean-current power generation device
US10982645B2 (en) River and tidal turbine with power control
RU2171912C2 (en) Damless all-weather hydroelectric power station
CN2781025Y (en) Dish wing diving turbine
US10738755B1 (en) Hydrostatic pressure turbines and turbine runners therefor
WO2012127218A2 (en) Turbine apparatus
KR101183378B1 (en) Multy Screw Type Hydraulic Turbine
RU2227227C2 (en) Dampless all-season hydroelectric station
RU2164622C1 (en) River-bottom power station
CN101451495A (en) Hinge type track chain railway shaped energy conversion device

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KM KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WA Withdrawal of international application
WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 2005285636

Country of ref document: AU

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE