Вы не авторизованы...
Вход на сайт
Сегодня 23 сентября 2018 года, воскресенье , 23:01:18 мск
Общество друзей милосердия
Опечатка?Выделите текст мышью и нажмите Ctrl+Enter
 
Контакты Телефон редакции:
+7(495)640-9617

E-mail: nr@oilru.com
 
Сегодня сервер OilRu.com - это более 1278.35 Мб информации:

  • 540501 новостей
  • 5112 статей в 168 выпусках журнала НЕФТЬ РОССИИ
  • 1143 статей в 53 выпусках журнала OIL of RUSSIA
  • 1346 статей в 45 выпусках журнала СОЦИАЛЬНОЕ ПАРТНЕРСТВО
Ресурсы
 

Упряжь Нептуна

 
Анна Марченко
Малоизвестные виды ГЭС для малых рек и ручьёв
29.06.2018

В середине прошлого века в Советском Союзе бурно развивалась малая гидроэнергетика. Для электроснабжения небольших деревень и хуторов, расположенных вдали от цивилизации, были разработаны оригинальные гидроэлектростанции, не требующие строительства запруд и водохранилищ. Среди них – «домашние» гирляндные мини-ГЭС, о которых мы расскажем сегодня.

Рождение идеи

Советский инженер-изобретатель Борис Сергеевич Блинов в 1959 г. разработал конструкцию поперечной гирляндной гидросиловой установки для мини-ГЭС. Основу такой ГЭС составляют гидророторы, нанизанные, как бусины, на общий рабочий вал, который может быть составным или гибким, например, изготовленным из стального троса. Вал соединяется с генератором, находящемся на берегу. Этой работе Борис Блинов посвятил несколько лет жизни и в итоге добился того, что его электростанция, работавшая на реке со скоростью течения около 2 м/с, осветила целую деревню. Но обо всём по порядку.


Борис Блинов был прирождённым изобретателем и большую часть жизни посвятил изучению аэродинамических явлений, самолёто- и вертолётостроению (сказывалось случайное знакомство с Константином Циолковским в детстве во время отдыха в пионерском лагере). Однако изобретателя манило не только небо, круг его интересов был необычайно широк. Помимо прочего он занимался и конструированием гидросиловых установок для малых рек.

Сам Блинов писал: «Громадная доля гидроэнергетического потенциала СССР приходится на малые реки и почти не используется». Изобретатель понимал, что строительство небольших ГЭС с традиционными турбинами и плотинами экономически нецелесообразно и потому предположил: «Если мощность одной небольшой силовой установки мала и эта установка становится невыгодной, то можно выйти из положения, объединив несколько маломощных установок».

Изобретатель сравнивал свою гидроэлектростанцию с якутской собачьей упряжкой: одна собака сможет протянуть разве что санки, и то недалеко, а вот упряжка из десяти собак – и санки, и каюра, и небольшой груз! Осталось только правильно выбрать «собаку» и «упряжь».

В поисках турбины

Чтобы выбрать идеальную турбину для своей мини-ГЭС, Блинов провёл огромную исследовательскую работу в Государственной патентной библиотеке. Там он составил каталог, содержавший чертежи и технические характеристики 312 поперечных турбин. Попутно Блинов выяснил, что изобретателем первой поперечной турбины был не финн Сигурд И. Савониус, как тогда считалось, а наши соотечественники – братья А. А. и Я. А. Воронины, опередившие финна более чем на два месяца.

Из 312 турбин учёный отобрал 43 лучших экземпляра для сравнительных испытаний. Наиболее удачной оказалась поперечная вингроторная турбинка, сконструированная, как ни странно, не кем-то из известных инженеров, а простым рабочим – Ефимом Степановичем Бирюковым.


Сечение лопастей турбины Бирюкова напоминает латинские буквы “SS”. Поток давит на внешние ковши-захваты, создавая крутящий момент. В то же время между стенками лопастей турбины Бирюкова остаётся широкий канал. Проходя по этому каналу, поток неоднократно меняет направление движения, создавая дополнительный реактивный момент для увеличения мощности.

В результате многочисленных испытаний, при которых Блинов старался выдерживать одинаковые скорость течения и глубину, выяснилось, что турбина Бирюкова преобразует 41% энергии потока. Она оказалась лучшей из всех «соискательниц». После дополнительных усовершенствований, включая прорезку профилированных щелей в боковых дисках ротора, КПД турбины вырос до 56%.

Таким образом, подходящая «порода собак» была выбрана, оставалось найти материал для «упряжи», чтобы связать роторы одним «потягом».

Оплетённый канат

Принцип работы гирляндной ГЭС кажется понятным и простым: на трос нанизывают ряд роторов. Один его конец свободно закрепляют в упорном подшипнике, другой – на противоположном берегу через редуктор присоединяют к генератору. Течением воды трос натягивается, роторы раскручиваются, трос вращается, приводя во вращение генератор… Вот и всё! Однако на практике выявился целый ряд проблем.

Первая установка, включавшая 70 изготовленных вручную роторов, имела небольшую мощность. Однако несколько домов деревни Порожки в Тверской области она всё же осветила.

Оборудование работало всего неделю, а затем начало выходить из строя. После того, как узлы крепления роторов были усовершенствованы, гирлянда проработала ещё две с половиной недели. Однако из-за неравномерного вращения и сильного натяжения троса турбины продолжали часто ломаться.

Чтобы трос вращался равномерно, Блинов решил закреплять роторы парами, развернув их один относительно другого по оси на 90. Роторы в парах должны были находиться на таком расстоянии, чтобы не задевать друг друга, когда трос выгнется дугой. И, кроме того, нужно было учесть, что при скручивании трос укорачивается.

Опытным путём было установлено, что роторные пары на тросе должны размещаться с разными промежутками: чем ближе к генератору, тем больше дистанция между парами. А позднее Борис Блинов вывел и точные формулы для установки гирлянды, рассчитав, что угол провиса (угол между тросом и прямой линией, соединяющей точки его подвеса) не должен превышать 30 градусов.

Что касается самого троса, то изначально использовался самый обыкновенный стальной канат. Однако в местах крепления роторов при скручивании троса наружные его пряди оставались целыми, а средняя вылезала петлёй через наружные, разрушая всю плетёную структуру.

Тогда было решено использовать трос с органическим сердечником (из растительного волокна), оплетённым металлическими нитями. И это решение оказалось оптимальным: тросы были удобны для крепления и работали долго. «Упряжь» была найдена!

Вообще говоря, первые энергоустановки Блинова имели в конструкции гирлянды 76 различных видов деталей. А после завершения испытаний и ряда последовательных доработок осталось лишь семь видов деталей, а вес оборудования значительно снизился. В качестве генераторов использовались автомобильные и автотракторные динамо. Гирляндные гидроэлектростанции устанавливались на небольших речках с течением более 1 м/с и глубиной свыше 25 см.

Из ванночки

Ещё одному изобретению Бориса Блинова – торцевой гирляндной ГЭС – помог появиться случай. Для развлечения маленького сына во время купания Борис Сергеевич принёс домой демонстрационную поперечную турбину – вингротор. Чтобы она закрутилась, нужно было водить ею по воде боком, держа за ручку, надетую на ось. Но малыш норовил сунуть турбинку в воду вертикально и быстро вытащить. Блинов начал было объяснять сыну, что так игрушка не будет крутиться, однако с удивлением заметил, что она крутилась…

Так родилась идея устанавливать гирлянду роторов не поперёк реки, а вкось, почти вдоль течения. Первые испытания были проведены на р. Лопасне, недалеко от городка Нерасстанного. Торцевая гирлянда работала, но мощность выдавала почти втрое меньшую, чем у поперечной гирлянды той же длины. Пришлось вновь менять конструкцию роторов, заменяя их сплошные задние стенки многолопастными крыльчатками, а передние – двухлопастными винтами.

Последующие испытания показали, что улучшенные торцевые турбины сопоставимы по мощности с поперечными. Значит, их вполне можно использовать – особенно для узких и мелких речек и даже ручьёв.

Во время экспедиции в Горный Бадахшан в Таджикистане Блинову пришла в голову идея, как можно использовать энергию малых горных рек. Он предложил поместить торцевую гирляндную установку в трубу, в которую заведён ручей. С помощью таких станций позднее электрифицировались горные селения не только в Таджикистане, но и в других горных районах СССР.

* * *

Конечно, гирляндные ГЭС имеют существенные недостатки. Они материалоёмки и требуют постоянного обслуживания. Роторы быстро забиваются мусором и водорослями, эксплуатировать такие ГЭС зимой на замерзающих водоёмах нельзя, станцию необходимо консервировать или демонтировать. Кроме того, поперечная гирляндная ГЭС полностью перегораживает реку и работает как плотина, создавая небольшой подпор. Поэтому особого распространения гирляндные ГЭС не получили.


Однако труды Бориса Блинова не пропали даром, они легли в основу современного аналога гирляндной установки – погружной рамной мини-ГЭС с поперечными роторами. В отличие от своих гирляндных предшественниц, погружные системы не перегораживают всю реку, а задействуют только часть русла, причём их можно установить на понтоне/плоте или вовсе опустить на дно водоёма.

Об авторе: Анна Марченко — руководитель группы наблюдений за ГТС ООО «ЛУКОЙЛ-Экоэнерго».



0

 

 
Рейтинг@Mail.ru   


© 1998 — 2018, «Нефтяное обозрение (oilru.com)».
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № 77-6928
Зарегистрирован Министерством РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовой коммуникаций 23 апреля 2003 г.
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № ФС77-51544
Перерегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций 2 ноября 2012 г.
Все вопросы по функционированию сайта вы можете задать вебмастеру
При цитировании или ином использовании любых материалов ссылка на портал «Нефть России» (http://www.oilru.com/) обязательна.
Точка зрения авторов, статьи которых публикуются на портале oilru.com, может не совпадать с мнением редакции.
Время генерации страницы: 0 сек.

Упряжь Нептуна

Анна Марченко
Малоизвестные виды ГЭС для малых рек и ручьёв
29.06.2018

В середине прошлого века в Советском Союзе бурно развивалась малая гидроэнергетика. Для электроснабжения небольших деревень и хуторов, расположенных вдали от цивилизации, были разработаны оригинальные гидроэлектростанции, не требующие строительства запруд и водохранилищ. Среди них – «домашние» гирляндные мини-ГЭС, о которых мы расскажем сегодня.

Рождение идеи

Советский инженер-изобретатель Борис Сергеевич Блинов в 1959 г. разработал конструкцию поперечной гирляндной гидросиловой установки для мини-ГЭС. Основу такой ГЭС составляют гидророторы, нанизанные, как бусины, на общий рабочий вал, который может быть составным или гибким, например, изготовленным из стального троса. Вал соединяется с генератором, находящемся на берегу. Этой работе Борис Блинов посвятил несколько лет жизни и в итоге добился того, что его электростанция, работавшая на реке со скоростью течения около 2 м/с, осветила целую деревню. Но обо всём по порядку.


Борис Блинов был прирождённым изобретателем и большую часть жизни посвятил изучению аэродинамических явлений, самолёто- и вертолётостроению (сказывалось случайное знакомство с Константином Циолковским в детстве во время отдыха в пионерском лагере). Однако изобретателя манило не только небо, круг его интересов был необычайно широк. Помимо прочего он занимался и конструированием гидросиловых установок для малых рек.

Сам Блинов писал: «Громадная доля гидроэнергетического потенциала СССР приходится на малые реки и почти не используется». Изобретатель понимал, что строительство небольших ГЭС с традиционными турбинами и плотинами экономически нецелесообразно и потому предположил: «Если мощность одной небольшой силовой установки мала и эта установка становится невыгодной, то можно выйти из положения, объединив несколько маломощных установок».

Изобретатель сравнивал свою гидроэлектростанцию с якутской собачьей упряжкой: одна собака сможет протянуть разве что санки, и то недалеко, а вот упряжка из десяти собак – и санки, и каюра, и небольшой груз! Осталось только правильно выбрать «собаку» и «упряжь».

В поисках турбины

Чтобы выбрать идеальную турбину для своей мини-ГЭС, Блинов провёл огромную исследовательскую работу в Государственной патентной библиотеке. Там он составил каталог, содержавший чертежи и технические характеристики 312 поперечных турбин. Попутно Блинов выяснил, что изобретателем первой поперечной турбины был не финн Сигурд И. Савониус, как тогда считалось, а наши соотечественники – братья А. А. и Я. А. Воронины, опередившие финна более чем на два месяца.

Из 312 турбин учёный отобрал 43 лучших экземпляра для сравнительных испытаний. Наиболее удачной оказалась поперечная вингроторная турбинка, сконструированная, как ни странно, не кем-то из известных инженеров, а простым рабочим – Ефимом Степановичем Бирюковым.


Сечение лопастей турбины Бирюкова напоминает латинские буквы “SS”. Поток давит на внешние ковши-захваты, создавая крутящий момент. В то же время между стенками лопастей турбины Бирюкова остаётся широкий канал. Проходя по этому каналу, поток неоднократно меняет направление движения, создавая дополнительный реактивный момент для увеличения мощности.

В результате многочисленных испытаний, при которых Блинов старался выдерживать одинаковые скорость течения и глубину, выяснилось, что турбина Бирюкова преобразует 41% энергии потока. Она оказалась лучшей из всех «соискательниц». После дополнительных усовершенствований, включая прорезку профилированных щелей в боковых дисках ротора, КПД турбины вырос до 56%.

Таким образом, подходящая «порода собак» была выбрана, оставалось найти материал для «упряжи», чтобы связать роторы одним «потягом».

Оплетённый канат

Принцип работы гирляндной ГЭС кажется понятным и простым: на трос нанизывают ряд роторов. Один его конец свободно закрепляют в упорном подшипнике, другой – на противоположном берегу через редуктор присоединяют к генератору. Течением воды трос натягивается, роторы раскручиваются, трос вращается, приводя во вращение генератор… Вот и всё! Однако на практике выявился целый ряд проблем.

Первая установка, включавшая 70 изготовленных вручную роторов, имела небольшую мощность. Однако несколько домов деревни Порожки в Тверской области она всё же осветила.

Оборудование работало всего неделю, а затем начало выходить из строя. После того, как узлы крепления роторов были усовершенствованы, гирлянда проработала ещё две с половиной недели. Однако из-за неравномерного вращения и сильного натяжения троса турбины продолжали часто ломаться.

Чтобы трос вращался равномерно, Блинов решил закреплять роторы парами, развернув их один относительно другого по оси на 90. Роторы в парах должны были находиться на таком расстоянии, чтобы не задевать друг друга, когда трос выгнется дугой. И, кроме того, нужно было учесть, что при скручивании трос укорачивается.

Опытным путём было установлено, что роторные пары на тросе должны размещаться с разными промежутками: чем ближе к генератору, тем больше дистанция между парами. А позднее Борис Блинов вывел и точные формулы для установки гирлянды, рассчитав, что угол провиса (угол между тросом и прямой линией, соединяющей точки его подвеса) не должен превышать 30 градусов.

Что касается самого троса, то изначально использовался самый обыкновенный стальной канат. Однако в местах крепления роторов при скручивании троса наружные его пряди оставались целыми, а средняя вылезала петлёй через наружные, разрушая всю плетёную структуру.

Тогда было решено использовать трос с органическим сердечником (из растительного волокна), оплетённым металлическими нитями. И это решение оказалось оптимальным: тросы были удобны для крепления и работали долго. «Упряжь» была найдена!

Вообще говоря, первые энергоустановки Блинова имели в конструкции гирлянды 76 различных видов деталей. А после завершения испытаний и ряда последовательных доработок осталось лишь семь видов деталей, а вес оборудования значительно снизился. В качестве генераторов использовались автомобильные и автотракторные динамо. Гирляндные гидроэлектростанции устанавливались на небольших речках с течением более 1 м/с и глубиной свыше 25 см.

Из ванночки

Ещё одному изобретению Бориса Блинова – торцевой гирляндной ГЭС – помог появиться случай. Для развлечения маленького сына во время купания Борис Сергеевич принёс домой демонстрационную поперечную турбину – вингротор. Чтобы она закрутилась, нужно было водить ею по воде боком, держа за ручку, надетую на ось. Но малыш норовил сунуть турбинку в воду вертикально и быстро вытащить. Блинов начал было объяснять сыну, что так игрушка не будет крутиться, однако с удивлением заметил, что она крутилась…

Так родилась идея устанавливать гирлянду роторов не поперёк реки, а вкось, почти вдоль течения. Первые испытания были проведены на р. Лопасне, недалеко от городка Нерасстанного. Торцевая гирлянда работала, но мощность выдавала почти втрое меньшую, чем у поперечной гирлянды той же длины. Пришлось вновь менять конструкцию роторов, заменяя их сплошные задние стенки многолопастными крыльчатками, а передние – двухлопастными винтами.

Последующие испытания показали, что улучшенные торцевые турбины сопоставимы по мощности с поперечными. Значит, их вполне можно использовать – особенно для узких и мелких речек и даже ручьёв.

Во время экспедиции в Горный Бадахшан в Таджикистане Блинову пришла в голову идея, как можно использовать энергию малых горных рек. Он предложил поместить торцевую гирляндную установку в трубу, в которую заведён ручей. С помощью таких станций позднее электрифицировались горные селения не только в Таджикистане, но и в других горных районах СССР.

* * *

Конечно, гирляндные ГЭС имеют существенные недостатки. Они материалоёмки и требуют постоянного обслуживания. Роторы быстро забиваются мусором и водорослями, эксплуатировать такие ГЭС зимой на замерзающих водоёмах нельзя, станцию необходимо консервировать или демонтировать. Кроме того, поперечная гирляндная ГЭС полностью перегораживает реку и работает как плотина, создавая небольшой подпор. Поэтому особого распространения гирляндные ГЭС не получили.


Однако труды Бориса Блинова не пропали даром, они легли в основу современного аналога гирляндной установки – погружной рамной мини-ГЭС с поперечными роторами. В отличие от своих гирляндных предшественниц, погружные системы не перегораживают всю реку, а задействуют только часть русла, причём их можно установить на понтоне/плоте или вовсе опустить на дно водоёма.

Об авторе: Анна Марченко — руководитель группы наблюдений за ГТС ООО «ЛУКОЙЛ-Экоэнерго».



© 1998 — 2018, «Нефтяное обозрение (oilru.com)».
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № 77-6928
Зарегистрирован Министерством РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовой коммуникаций 23 апреля 2003 г.
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № ФС77-33815
Перерегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций 24 октября 2008 г.
При цитировании или ином использовании любых материалов ссылка на портал «Нефть России» (http://www.oilru.com/) обязательна.
Добро пожаловать на информационно-аналитический портал "Нефть России".
 
Для того, чтобы воспользоваться услугами портала, необходимо авторизоваться или пройти несложную процедуру регистрации. Если вы забыли свой пароль - создайте новый.
 
АВТОРИЗАЦИЯ
 
Введите Ваш логин:

 
Введите Ваш пароль: