Авторы: Устинов Николай Андреевич, Земсков Илья Владимирович

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №22 (126) ноябрь 2016 г.

Дата публикации: 07.11.2016

Статья просмотрена: 18 раз

Библиографическое описание:

Устинов Н. А., Земсков И. В. Ресурсосбережение в микро-гидроэнергетике // Молодой ученый. — 2016. — №22. — С. 51-53.



В Саратовской области достаточно обширная территория заселена с очень малой плотностью, особенно в той части области, где она граничит с Казахстаном. Линии электропередач имеют большую протяженность, сильно изношены, и поэтому в населенных пунктах нередки случаи прекращения электроснабжения.

В связи с этим стоит проблема энергообеспечения альтернативными источниками энергии. Одним из таких вариантов является использование энергии воды. Для этого нужен поток воды и гидроагрегат, который для выработки небольшого количества электроэнергии принято называть микро-ГЭС. Можно использовать микро-ГЭС в водопроводе, в ручьях, или в искусственном потоке воды. Вода есть повсюду, так что это не составит особого труда. Современная гидроэнергетика по сравнению с другими традиционными видами электроэнергетики является наиболее экономичным и экологически безопасным способом получения электроэнергии. При эксплуатации гидроагрегатов отсутствует отрицательное влияние на качество воды: она полностью сохраняет первоначальные природные свойства. В реках сохраняется рыба, вода может использоваться для водоснабжения населения.

В СССР были разработаны подобные гидроагрегаты, они были намного мощнее, но в них присутствовало очень много недостатков. Они имели большую массу, также общим недостатком этих устройств является сложность конструкции генератора, который установлен непосредственно в потоке воды, что требует сложных конструктивных решений по герметизации генератора. Кроме того, установка генератора внутри потока воды увеличивает сопротивление течению воды, что снижает скорость потока воды и как следствие влияет на частоту вращения генератора и объем вырабатываемой электрической энергии. Также эти гидроагрегаты микро-ГЭС нельзя было установить в действующий трубопровод. Нами была предложена конструкция шнековой микро-ГЭС, в которой исключены указанные недостатки.

При этом в качестве корпуса предлагается использовать корпуса отработавших положенный срок расходомеров воды. В некоторых случаях внутри корпуса достаточно места для установки постоянных магнитов снаружи трубы, внутри которой движется вода.

Внутри трубы устанавливается шнек. Труба размещается в канале расходомера воды.

Изготовление шнековой микро-ГЭС на основе расходомера воды позволяет устанавливать ее в действующие трубопроводы.

На рис.1 представлена конструкция шнековой микро-ГЭС.

Шнековая микро-ГЭС содержит корпус расходомера воды 1, внутри которого на опорах качения 5 установлена труба 2, на внутренней поверхности которой жестко закреплены винтовые лопасти 3. Генератор выполнен в виде постоянных магнитов 4 равномерно закрепленных на наружной поверхности трубы 3 в средней ее части и электромагнитной катушки 6, установленной в верхней части корпуса 1. Стержень 8 электромагнитной катушки 6 проходит через перегородку 9 из немагнитного материала. Для фиксации трубы 2 в осевом направлении на корпусе 1 установлены фиксаторы 7. Сверху корпуса установлена крышка 10.

C:\Users\Владелец\Desktop\Безымянный.png

Рис. 1. Шнековая микро-ГЭС

Шнековая микро-ГЭС работает следующим образом. Шнековая микро-ГЭС устанавливается в водопроводе, аналогично установке расходомеров. Также шнековая микро-ГЭС может устанавливаться в трубопроводах водоотведения (канализации), если по ним течет жидкость не загрязненная абразивными или другими включениями. Вода, протекая в трубопроводе, поступает во внутреннюю полость трубы 2, поток воды двигает винтовые лопасти 3 тем самым, вращая трубу 2. Вместе с трубой 2 вращаются постоянные магниты 4, которые перемещаются относительно катушки 6. При перемещении постоянных магнитов 4 относительно стержня 8 электромагнитной катушки 6 возникает индукционный ток, величина которого тем больше, чем больше скорость вращения трубы 2 с постоянными магнитами 4. Фиксаторы 7 предотвращают осевое смещение трубы 2. Перегородка 9 исключает попадание воды на электромагнитную катушку. Крышка 10 обеспечивает доступ к электромагнитной катушке.

Такая конструкция микро-ГЭС позволяет выполнять монтаж действующих трубопроводов без каких-то дополнительных работ, генератор расположен вне потока воды, что увеличивает долговечность и надежность, конструкция имеет сравнительно небольшие габариты и массу. Для определения технических характеристик и проверки работоспособности шнековой микро-ГЭС в настоящее время выполняется изготовление макета шнековой микро-ГЭС на основе расходомера (водяного счетчика) холодной воды с условным диаметром трубопровода 80 мм.

Ориентировочно определить значение теоретической мощности шнековой микро-ГЭС для указанного диаметра можно по формуле:

, (1)

где N — мощность, Вт;

 — плотность воды, кг/м3;

S — площадь поперечного сечения трубопровода, м2, S=d2/4;

 — скорость потока воды, м/c;

мощность зависит от скорости потока воды. В водопроводных трубах скорость потока воды может достигать от 3 м/с до 5 м/с.

При скорости равной 3 м/с, мощность будет равна 37 Вт. При скорости 4 м/с, мощность составит 87 Вт. А при скорости 5 м/с, мощность уже будет равна 170 Вт.

Указанные мощности достаточны для аварийного освещения, зарядки сотовых телефонов, планшетов и ноутбуков. Для аварийной сигнализации и связи через портативные радиостанции в случае аварийных ситуаций.

Использование расходомеров воды на большие диаметры может быть и при разработке деривационных гидроэлектростанций, соответственно с большей мощностью, что может быть полезным для энергообеспечения в сельском хозяйстве в горной местности для удаленных от цивилизации пастбищ, для экономии топлива переносных бензиновых электрогенераторов.

Экономическим (и экологическим) эффектом будет то, что на изготовление корпусов не потребуется материал и время на изготовление, а также не потребуется утилизация корпусов расходомеров воды. К сожалению «начинку» расходомеров использовать «для дела» авторы так и не смогли

На данную разработку подана заявка на получение полезной модели.

Основные термины (генерируются автоматически): потока воды, шнековой микро-ГЭС, расходомера воды, расходомеров воды, скорость потока воды, Шнековая микро-ГЭС, потоке воды, конструкция шнековой микро-ГЭС, поток воды, электромагнитной катушки, канале расходомера воды, основе расходомера воды, искусственном потоке воды, срок расходомеров воды, постоянных магнитов, корпус расходомера воды, скорости потока воды, корпусов расходомеров воды, использование энергии воды, Использование расходомеров воды.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос