В новом изобретении фирмы «Инсет» предлагается оригинальный, ранее не использовавшийся ни в одной из существующих конструкций, способ использования энергии как водного потока любого вида (рек, ручьев, приливов, морской волны и т. д.). При этом используется естественный поток, без предварительного преобразования (строительства дамб, каналов, напорных труб).

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



Подпор Бритвина

Как сразу же определил профессор Л. Н. Бритвин, установка создает перед собой небольшой подпор сантиметров в 10 при скорости потока 1 м/с, а за собой – разрежение, и поэтому на лопасть вода, падая с этого подпора, воздействует уже с иной скоростью, чем в окружающем потоке. А при наличии еще и разрежения на выходе установки поток под действием центробежной силы и гравитационной постоянной увеличивает свою скорость! В чем нетрудно убедиться на представленных фотографиях по выходящему потоку и буруну, который он создает.

Как говорит д. т. н. А. Л. Чапкевич, работает как насос.

Самое же интересное увидел внутри установки старший научный сотрудник ФИАНа, к. т. н. С. Д. Захаров: два ряда лопастей движутся навстречу друг другу. Следовательно, происходит закручивание потока, причем с образованием двух встречных вихрей. Число Рейнольдса у рассматриваемой установки равно 170 000. Вода «кипит» внутри, даже ее цвет немного меняется!

Таким образом, явление кавитации заставляет установку производить полезную работу, не разрушая – из‑за малых скоростей и давлений – тело установки.



Выходные данные установки

Перед погрузкой:

Поток на входе в установку V=1 м/сек
Поток на выходе установки V=3,14 м/сек
Конструкция представляет собой систему (два ряда) лопастей прямоугольной формы, оси которых делят их на две неравные части, большая из которых всегда (за счет действия потока) находится за осью, дальше по потоку.

Тем самым достигаются минимальное ее вращение вокруг своей оси и, следовательно, наименьшие турбулентные завихрения.

Оси лопастей своими верхней и нижней частями, в свою очередь, закреплены на верхней и нижней, замкнутых в кольца, цепях ПРЛ (либо на любом другом гибком элементе).

Цепи передают усилие через звездочки (рабочие колеса) на два вертикальных вала, с которых механическая энергия движущейся среды (воды, воздуха и т. д.) через гибкую муфту и промежуточный вал передается на валы электрогенераторов. Валы установки через подшипники скольжения (качения) жестко закреплены на каркасе установки, имеющем закрытые на две трети боковые и глухую нижнюю стенки, что не препятствует поступлению дополнительной воды из окружающего потока через верх и одну треть 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 0 до 45°, добиваясь тем самым оптимального режима работы установки либо останавливая ее полностью. Таким образом, поток воздействует на лопасть фактически перпендикулярно, под 90°.

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: сельскохозяйственной техники, отслужившего свой срок автотранспорта и прочего подходящего «железа». А это многократно удешевляет изготовление первого изделия, которое за два-три месяца окупит как свое изготовление, так и заработает на следующее при сегодняшних тарифах на электроэнергию.



О геометрии

Геометрические размеры такой детали, как звездочка (рабочее колесо) для любых размеров установок желательно выдерживать в пределах не более 350‑500 мм, так как от этого напрямую зависит число оборотов вала. Диаметр самого вала рассчитывается под каждые конкретные нагрузки и условия эксплуатации и колеблется от 25 до 50 мм.

Размеры лопастей, их количество, а соответственно, и прочность цепи подбираются в зависимости от ширины и глубины реки, а количество 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 грузоподъемных механизмов.

Размеры блоков не ограничены и зависят от необходимой мощности, а также от размеров реки. Например: ширина – 1200 мм, глубина – 700 мм, длина – 1250 мм, т. е. объем – 1 куб. м, он позволяет разместить в нем три установки с 17 лопастями в каждой, имеющих, в свою очередь: ширину – 150 мм и глубину – 500 мм, т. е. каждая площадью 0,075 кв. м, а так как две лопасти всегда будут находиться на поворотах, то общая рабочая площадь одной установки – 1,125 кв. м, а сумма трех в одном каркасе (1 куб. м потока) будет равна 3,375 кв. м.

Именно это и позволяет наиболее полно использовать каждый кубический метр потока движущейся среды, а также возникающие центробежное и центростремительное ускорения, значительно увеличивающие как скорость движения потока, так и действие силы тяжести.



Материалы и размеры

Данная установка может быть изготовлена из любых подручных материалов: дерева, пластмассы, алюминия, железа, титана. От этого будут зависеть только сроки эксплуатации вашей установки. На выработку электроэнергии выбор материала никак не повлияет.

Число оборотов у установки довольно низкое (45‑60), да и работает она постоянно в воде, т. е. износ материалов будет минимальным.

Размеры рассматриваемой установки: длина – 1250 мм, ширина – 1200 мм, глубина – 700 мм, итого 1 куб. м объема реки. Возможны любые другие комбинации данных размеров: например, для ручья – уменьшенная глубина, но за счет количества установок вдоль длины ручья набираем любую необходимую мощность. Ведь скорость воды в ручьях значительно выше, чем в больших реках.

Материалоемкость одного киловатта новой установки, в зависимости от материалов, из которых она изготовлена, будет варьироваться от нескольких сот граммов (пластмасса) до 2 – З кг (сталь) на 1 кВт установленной мощности.



Отличия установки

Во‑первых, увеличена рабочая площадь. В установке нет ни одной лопатки, которая бы не работала в каждый отдельно взятый момент или не противодействовала бы работе остальных. Лопасти расположены двумя рядами, каждый из которых является рабочим. На развороте лопасти тоже работают.

Сравнивая новую модель с существующими аналогами, нельзя не назвать ни одной конструкции, которая бы имела такое соотношение рабочей площади к общей площади конструкции (рабочего окна).

Во‑вторых, рабочие лопатки по отношению к движущемуся потоку развернуты под углом 45 градусов. Тем самым мы не только не останавливаем движение воды, отнимая у нее всю энергию, но и провоцируем возникновение дополнительных сил, значительно увеличивающих мощность водного потока, а соответственно, и установки. Так, при скорости течения реки 1 м/с удалось снять 11 кВт с установки размерами 1,5‑0,7‑0,6 м.

В‑третьих, задействовано два вала. В отличие от всех существующих турбин, где, так или иначе, присутствует форма винта, правда, в некоторых случаях несколько видоизмененная, мы ушли от этой формы. Причина такова: винт обязывает соблюдать точность изготовления, нужны и особо прочные материалы из‑за высоких оборотов вращения турбин. В новой же конструкции использование двух валов со множеством рабочих лопаток позволяет сосредоточить всю механическую энергию на цепи (тросе, фале, ленте и т. д.), что устраняет необходимость точного и особо прочного изготовления лопаток, валов и других элементов.

В‑четвертых, форма установки, а также описанное преимущество – лопатки под углом 45 градусов, не останавливающие поток, – позволяют говорить о блочном строительстве станций. Имеется возможность ставить станции вплотную друг к другу по длине, ширине или глубине реки. Тем самым становится возможным сооружение блочных ГЭС любой необходимой потребителю мощности: и для небольшого потребителя, и для среднего, и для крупного – конструкция позволяет с максимальной эффективностью использовать любую реку.



Преимущества

Все это вместе взятое позволило получить значительные преимущества при позиционировании установки на рынке источников энергии.
Актуальность внедрения подобных конструкций очевидна:

1. На фоне истощения, уже в обозримом будущем, рентабельных запасов невозобновляемых энергоносителей – нефти и газа.

2. С точки зрения состояния сегодняшней экономики России – нет возможности вкладывать деньги в долгосрочные проекты со сроком окупаемости 10‑15 лет.

3. Экологическая сторона вопроса.

Сегодня все понимают, насколько важно для людей сохранять экологическую безопасность той территории, где они живут. Именно из‑за этого фактора многие проекты на сегодняшний день либо заморожены, либо, вообще, остаются многие годы только на стадии проектирования. Примером могут служить строительство Катунской ГЭС, проект строительства ГЭС в верховьях реки Абакан (Хакасия).

В предлагаемом проекте используется лишь свободное течение рек, именно поэтому нам нет необходимости перегораживать всю реку, достаточно использования 1–10 процентов течения, что, в свою очередь, никак не будет влиять ни на движение водной фауны (количество оборотов на валу установки – всего 30‑60 в минуту), ни на судоходство.

Немаловажный вопрос – капитальные вложения на 1 кВт установленной мощности. На сегодняшний день имеется достаточное количество, казалось бы, перспективных проектов в области энергетики, единственным недостатком которых является высокая себестоимость получаемой электроэнергии. К плюсам установки можно отнести и простоту, а также дешевизну ее изготовления. Так, одна из опытных конструкций изготавливалась на предприятии коммунального хозяйства, то есть для изготовления не требуется специального оборудования и высокой квалификации специалистов.