1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (811202), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Родоначальником устройств первой группы по праву считают водяное колесо (рис. 5.1, а). До последнего времени создаются все новые модификации этого прародителя водной энергетики на возобновляемых ресурсах. В совершенствовании водяного колеса наблюдаются две основные тенденции.
Одна — собственно улучшение показателей колеса (за счет оптимизации конструкции ферм, лопастей, механизмов передачи энергии, расположения по отношению к потоку, применения современных материалов и т.п.), другая — принципиальное изменение представлений о колесе. 3 заказ ха 402 113 «Редуцированноеъ водяное колесо — транспортер (рис. 5.!, б) оказывается более компактным, требует меньше материалов, менее подвержено воздействию атмосферы — ветровым нагрузкам, в частности. Подобное устройство может быть установлено в потоке на понтонах с таким расчетом, чтобы нижние лопасти входили в воду, а верхние оставались «сухимн». То, что сразу несколько лопастей оказываются под воздействием потока, позволяет повысить эффективность преобразования скоростного напора.
Для уменьшения сопротивления, возникающего при входе лопастей в воду и при выходе нз воды, их можно снабдить клапанами, работающими под действием самого потока. Однако необходимо Рнс. 5.2. Парашютный преобразователь Стнлмена. 7 — перешит; Я вЂ” грос; 3 — приволиое колесо; 6 — грввигвциоииый вкорь; 6 — силовой кабель; 6 — берке; 7 — влекгрогеиервгор оговориться, что простое увеличение числа лопастей ленточного колеса не приведет к существенному увеличению момента на валах: чтобы каждая лопасть получала максимально возможную энергию, необходимо увеличить расстояние между ними для исключения взаимного влияния. Но с увеличением расстояния между лопастями не только растут общая длина ленты и требуемое количество материалов, но и увеличивается общее сопротивление движению. Даже поверхностный анализ показывает, что существу7от какие-то оптимальные параметры ленточного колеса, при которых его использование оказывается наиболее рентабельным.
Ленточное колесо вряд ли может стать основой для получения больших установленных мощностей. На базе ленточного колеса созданы устройства, полностью погружаемые в толщу потоков (рис. 5.1, в, г). Для таких устройств предлагается несколько способов уменьшения сопротивления движению ленты во время холостого хода. Это и сооружение воздушной камеры над колесом и применение различных вариантов механизмов складывания лопастей. Можно вообще отказаться от ленты и сравнительно сложных узлов крепления лопастей, В этом убеждает предположение американского изобретателя Г.
Стилмена, создавшего парашютный вариант ленточного колеса (рис. 5.2). В отличие от жестких лопастей, которые принудительно ориентируются в потоке, в этом преобразователе использованы парашюты, автоматически открывающиеся при попадании на ра- 114 бочую ветвь непрерывно движущегося троса. У такого устройства есть еще одно достоинство по сравнению с ленточным колесом:. воздействие парашютов друг на друга может в какой-то мере компенсироваться величиной их раскрытия. Системы с жесткими лопастями, чтобы получить такой эффект, пришлось бы специально дополнять механизмами для изменения площади лопастей.
Кроме того, парашют создает очень высокий коэффициент преобразования энергии: 1,35 вместо 0,8 для плоской лопасти, обладает сравнительно низкой материалоемкостью, низкой величиной сопротивления движению в воде троса по сравнению с транспорте. ром ленточного колеса. Г. Стилмен построил модель своего преобразователя и испытал ее впервые на ручье, протекающем через его ферму. Это было одно из первых устройств, предложенных для установки во Флоридском течении. Оно привлекло внимание своей кажущейся простотой (всего одно рабочее колесо и никаких поддерживающих систему парашютов в воде связанных с поверхностьюилисгрунтом элементов!). Результаты испытаний, проведенн7ях в !976 и !980 гг. у побережья Флориды, подтвердили перспективность и практическую возможность применения данной схемы при минимальной скорости течения 0,9 м7с.
Стоимость одного 1 кВт.ч полученной электроэнергии оценена в 1 цент, что значительно ниже средних показателей, Стоимость 1 кВт установленной мощности определена в размере 481 долл. из расчета на установку мощностью 5 МВт, работающую при средней скорости течения примерно 1 м/с, что также ниже средних величин, определенных для других типов океанских преобразователей, Есть, однако, серьезные сомнения в том, что подобное устройство окажется конкурентоспособным прн выборе варианта преобразователя для промышленного производства энергии. Прежде всего, подобное крупномасштабное устройство не так-то просто будет установить и запустить в открытом море на течении.
Далее, даже при сравнительно небольших возмущениях потока в системе могут возникнуть нежелательные колебания. Причиной колебаний может оказаться и периодическое появление отклоняющей силы в месте расположения петли, где парашюты должны складываться.
Во время испытаний в ограниченном потоке и на малоразмерных моделях эти эффекты могли не проявляться. Парашюты могут обрастать, подвергаться порче морскими животными, в ннх могут попадать инородные предметы, ухудшающие гидродинамические свойства и т. п. Наконец, из-за асимметрии приложения усилия к тросу последний при достаточной длине может смещаться от направления строго по потоку, что создаст пое мехи для других преобразователей или для различных видов деятельности в районе установки электростанции. Такой преобразователь можно для обеспечения надежности дополнить вторым колесом в месте разворота троса, но тогда возникнут трудности с созданием достаточно жесткой пространственной системы для крепления всей установки Вв !!5 а) й1 е> Рис.
5.8. Вертикдльное ленточное колесо. У вЂ” поддержиеашщий буй; у — пожуя; 3 — подвижная лента; и — лопасти; й — алектрогенератор; б— якорь Рис. 5.4. Схема устройства ГЭС с нвклониым колесом: а — вид в разрезе; б — вид в плане. У вЂ” бетонный корпус; У вЂ” лопасть; 3— опорный подшипник; 4 — ступица; Б— алектропенератор е Эаника ФРГ № 2529534, 1977 г. е А. с. № 889787 (СССР), 1981 г. 11У В преобразователе, схематично изображенном на рис.
5.3, работают уже все лопасти, а поплавок и якорь поддерживают конструкцию строго вертикально. В потоке она ориентируется и стенками кожуха или специальным стабилизатором*. Извест ы н другие варианты колесных устройств, особенно предназначенных для «малой» энергетики. Представление о них дает обширная патентная литература по этому вопросу (см., например, обзор 115) ). Справедливости ради надо отметить, что и само традиционное водяное колесо еще не отошло в область преданий и в своем первозданном виде борется за право на существование. На рис.
5.4, к а — б приведен вариант колесной электростанции, предложенно" оллективом ленинградцев во главе с О. И. Калининым. Выполй непа эта проработка применительно к условиям рек с достаточно б ольшими скоростями течений, но вероятно может быть использована и в узких проливах с подходящими рельефом дна и скоростями течений. Основное достоинство подобной станции — отсутствие дорогостоя1цих плотин, полностью перекрывающих течение и препятствующих судоходству и миграции животных. При угле наклона плоскости колеса 10' и диаметре 200 м обеспечива-- ется почти полное погружение в воду лопасти высотой 17 м.
Применение опорных катков вместо традиционного осевого подшипника позволяет выполнить все колесо столь большего размера из' сравнительно легких ферм и преодолеть известное противоречие между желанием получить большой вращательный момент и невозможностью создать для требуемого колеса — гиганта, подходящую конструкцию опоры.
С одного подобного агрегата авторы надеются получать до нескольких сотен киловатт*. Рис. 5.5. Варианты схем перспективных турбин длн ОГЭСс а — свободный ротор; б — ротор в ивсвдке; в — ротор, устанавливаемый поперек потокй Но наибольшие надежды гидроэнергетики, занимающиеся разработкой преобразователей энергетики океанских течений, связывают с агрегатами, с помощью которых могут быть полученьг значительные единичные мощности. В качестве вариантов таких устройств рассматриваются рабочее колесо в виде свободного пропеллера, пропеллера в насадке, водяной аналог турбины Дарье, системы с управляемым крылом (рис.
5.5, а — в). Во всех этих конструкциях, так же как и у перспективных ветровых турбин, главный преобразующий элемент — крыловой профиль, обтекание которого потоком создает гидродинамическую силу, заставляющую турбины вращаться. Рассмотрим преобразователи энергии потоков, относящиеся: по нашей классификации ко второй группе, и, прежде всего, устройства типа объемного насоса. На риг. 5.6 изображена одна из-. схем такого устройства, в основе которого — неподвижно закрепленное в потоке сопло Вептури. В пережатом сечении сопла из-за увеличения скорости жидкости происходит падение статического* давления, которое может быть использовано, например, для засасывания воздуха с поверхности. В выходном сечении уже сжатый воздух вытесняется из потока в напорную камеру, откуда поступает в воздуховод турбины, соединенной с электрогенератором.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
