Гирляндная ГЭС Блинова

Радио 1960 №1

Питание сельских радиоузлов малой мощности, освещение школ, больниц, библиотек в неэлектрифицированных местностях можно осуществить от простейшей гидроэлектростанции, сооружение которой обходится дешевле всех существующих электростанций в расчёте на киловатт мощности.
Описываемые в статье гидроэлектростанции не нуждаются в плотине и могут быть установлены на реках глубиной более 25 см при скорости течения выше 1 м/сек.

Гидроэлектростанция состоит из лёгких турбин — гидровингроторов, нанизанных в виде гирлянды на тросе, переброшенном через реку. Один конец троса закрепляется в опорном подшипнике, второй — вращает ротор генератора. Трос в этом случае играет роль своеобразного вала, вращательное движение которого передается к генератору.

Мощность Р, которую можно получить от такой гидростанции, подсчитывается по формуле:

P=0,15*DLV³K ,

где Р — мощность в кВт,
D — диаметр вингротора в м,
L — активная длина гирлянды в м,
V — скорость течения в м/сек,
К — число гирлянд.

Число оборотов n вингроторной гирлянды примерно равно

n=0,3*V/D

На рисунках помещён внешний вид такой микрогэс и основные детали гидростанции.

Каждый гидровингротор состоит из двух смещённых относительно друг друга полуцилиндров 11. При погружении гидровингротора в поток воды вследствие разности гидравлических давлений на его поверхности создаётся крутящий момент (относительно оси вращения). Одновременно гидровингротор оказывает и значительное лобовое сопротивление потоку, благодаря чему трос гирлянды 1 натягивается и выгибается в направлении течения реки. Гидровингроторы крепятся к тросу попарно, при этом каждая пара имеет общий узел крепления 13, 14, и в каждой из них один гидровингротор развёрнут по отношению к другому на 90°. Это необходимо для создания равномерного вращения троса, а следовательно, и вала генератора. Реакция сил натяжения троса воспринимается береговыми опорами, которые состоят из подпорных досок 6, укреплённых в грунте, и опорных лент 3, имеющих отверстия, через которые забиваются в грунт клинья 4,5, удерживающие опоры. На раме 18 установлены редукторная и генераторная части установки. Свободная опора на противоположном берегу имеет крюк 7 и узел опорного подшипника 6, 9, 10, обеспечивающего свободное вращение троса под разными углами к направлению потока воды. Крепление второго конца троса также шарнирное.

Снимая трос с опоры, в течение первых 20 — 30 сек не следует брать его в руки, так как он может резко раскрутиться. Второй конец троса перекинут через шкив 17 и закреплён стяжками. Шкив закреплён на оси редуктора (механизма привода) при помощи обоймы 16 и болтов. Трос работает на скручивание, и только в этом случае он передает мощность с турбин на генератор.

Одна гирлянда турбин обеспечивает мощность от нескольких десятков ватт до 5-15 киловатт. Можно объединять гирлянды, заставляя работать их на общую нагрузку и повышая тем самым мощность гидростанции.

В этом случае узел свободной опоры (рис. 1 в рамке) состоит из жёстких профилей 14, соединённых между собой накладками 15 и закреплённых кольями 17, причём колья опираются на вкопанные деревянные брусья 13. У свободной опоры гирлянды крепятся с помощью крюков 16 и обойм упорного подшипника 18. Этот узел аналогичен узлу крепления одной гирлянды. Генератор устанавливается на площадке 11, расположенной со стороны первой линии. Площадка жёстко соединена с корпусом станины 8 трансмиссионного вала 5, Вал 5 соединён со станиной посредством опор 4.

Вращение троса гирлянд передается по трансмиссионному валу полуперекрещивающимся ремнём, охватывающим вал 5 и шкив 1. Однако для установки гидростанций больших мощностей лучше применять шестерёнчатое зацепление посредством пар конических шестерёнок.

Генератор 2 крепится либо непосредственно через переходную муфту к трансмиссионному валу 5, либо имеет ступень редукции 3. В остальном устройство понятно из чертежей. Для использования вертикально расположенного генератора, который может быть установлен на высоте безопасной при подъёме уровня воды, шестерни 3 можно выполнить коническими, с углом зацепления 45°. Всю трансмиссию и генератор можно помещать в водонепроницаемый кожух типа воздушного колокола.

В таблице приведены названия и основные данные наиболее распространённых генераторов, которые могут быть использованы на микрогэс.

Название генератора	Мощность, кВт	Число оборотов в минуту
ГПМ 130	0,13	500
ГАУ-4101 ГАУ-4684	0,1	800/450
Г52А	0,96	625/850
АПН-68	1,8	750
ВС-18/8	3,5/2,7	1000/750
МП-542-1/2	3,6	500
МП-543-1/2	6	428
ВС-24/2	6,5	750
МП-543-2/2	9,5	428
ВС-29, 5/21	10	375
ВС-34/18	10	300
МП-544-1/2	11,2	375
ВС-34/26	11,5	250
В-48/24-6	17,5	187

В качестве примера описанных микрогэс может служить станция, установленная на 1,5 км ниже г. Старая Руза на Москве-реке. В этом месте средняя скорость течения 1,5 м/сек, глубина 40-50 см. Активная длина гирлянды равнялась 47 м, длина вингроторов в паре — 1 м с учётом просвета, диаметр гирлянды — 0,3 м. Гирлянда развивала мощность 8,6-8,8 кВт и вращала с полной нагрузкой генератор 6 кВт (МП 543 1/2, n=428 об/мин). КПД генератора был равен 0,7, диаметр гирлянды — 17,3 мм,

При менее мощных гидростанциях (1-2 кВт), работающих на скоростях 1,5-2 м сек, можно применять трос диаметром 10-12 мм.

Приводим данные расчёта такой электростанции. Для вращения генератора ГПМ-130 (от ветроагрегата ВЭ-2) требуется мощность 260 Вт. При скорости вращения 500 об/мин и скорости течении реки 1,5 м/сек длина гирлянды должна быть равна 3 м, диаметр каждого вингротора 200 мм, а длина — 450 мм. Для обеспечения необходимой мощности потребуется 3 пары гидровингроторов, установленных на расстоянии 50 мм друг от друга-Скорость вращения гирлянды при этом будет равна 135 об/мин, и, следовательно, нужен редуктор, повышающий число оборотов в 3.7 раза.

На рисунках приведены чертами деталей и узлов гирляндной гидростанции.

Конструкция отдельных узлов и деталей может быть без ущерба изменена.
Рама (деталь 18) для генератора, например, может быть выполнена из деревянных брусьев, конфигурацию детали 17 можно упростить, выполнив шкив из трёх дисков, склёпанных вместе, и т.д.

На рисунке 1, 2, 3 показана многогирляндная ГЭС и отдельные её узлы.

В. Блинов