Статья на тему: МИКРО-ГЭС С РЕАКТИВНОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ТУРБИНОЙ

УДК 621.3.082.5 МИКРО­ГЭС С РЕАКТИВНОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ТУРБИНОЙ Насиров И.З., Сотволдиева Н.С. В   данной   работе   предлагается   новая   эффективная   конструкция микроГЭСа   работающих   на   реактивном   гидротурбине.   Рабочее   колеса микро­ГЭСа   гидротурбины   могут   быть   пропеллерными   или   лопастными, которое   имеет   несколько   недостатков:   ­невозможность   обеспечения непрерывного   перпендикулярного   ударения   воды   на   лопасть,   так   же   при попадание воды на лопасть из­за рассеяния воды на большую поверхность уменьшается вращающий момент, которой приведет к потери энергии. В рассматриваемом   выше   указанные   недостатки минимизированы.   Приведены   результаты   теоретических   расчетов   и фотография экспериментального микроГЭСа. гидротурбине   Ключевые   слова:  реактивный,   рабочее   колеса,   гидротурбина,   кругло­ цилиндрический, отражатель, вращающий момент. КПД. Разработана новая конструкция реактивной гидравлической турбины [1]. В   данной   конструкции   в   трех   местах   возникает   местное   сопротивление   с плавным   переходом,   при   входе   воды   на   гидротурбину   происходит   плавный поворот на 900  направленный вниз вертикально, величину сопротивлению   ξ2 можно получит из справочника ξ2 =1.25, здесь из­за малости расстояния течения воды гидравлическими сопротивлениями можно пренебречь.  При   попадания   воды   на   вращающий   цилиндр   происходит   внезапное расширение, которое рассчитывается по формуле Борда­Карно [2]. Кроме этого вода   в   цилиндре   разветвляется   на   соплах,   а   также   перед   выходом   из   сопло происходит плавная сжатия в месте с поворотом на 900, где можно рассчитать по формуле, предложенной И.Д. Семикиным[3]:  ξ2=ξпов90(1−cosφ)                                                                    (1) φ  происходит уменьшение объема зоны отрыва и При уменьшении угла поворота  вместе с ней уменьшаются потери энергии.  До выхода воды из сопла происходит плавное сжатие вместе с плавным поворотом   в   виде   конусообразного   конфузора,   которое   обеспечивает минимизирование   местного   сопротивления.   В   этом   случае   вихреобразование воды   будет   минимальным.   Потери   энергии   и   давлении   можно   пренебречь. Стенки   сопла   проектированы   так,   что   ударяемая   вода   отражается   по направлению перпендикулярно радиуса вращающего цилиндра рабочего колеса. Имея   виду   выше   сказанные,   мы   можем   использовать   для   местного сопротивления при выходе воды из сопла, формулу плавного поворота на 900.  Проведенные  теоретические расчеты для рассматриваемой  конструкции дали следующие результаты: Выражения   для   скорости   выходящей   воды   из   сопла   и   вращательного момента  рабочего колеса вала имеет следующий вид: 2gH2 α { NS3)−1 α( S2 NS3 S2 NS3 2⌊1+ (1− ⌋+ 2 ) 2 ) S3 S6 −√(S3 S6 −1)2 −ξ900} ; S2 2S2 αNS3(1− Vс= √V2 где, V2= √ 2gφ2(H1−H2)+αV1 (2)                                                    ξ2+α 2   ;   V1=φ √2g(H0−H1)  ;     Уравнение момента [6] для рассматриваемой конструкции имеет следующий вид:                 ∑(⃗R2×⃗Fe)= d⃗Htb dt +∫⃗R2×(2⃗Ω×⃗V)δm− dHe dt ; d⃗Hi dt + (3) Используя   уравнение   неразрывности,   так   же   начальное   и   граничное   условие   для расматриваемой конструкции для вращательного момента гидротурбин Rрк Rст (¿¿рк+hс)cosβ;vx=vacosβ;vy=0;    β=arccos                  R Ωz= v2 ¿                  R (¿¿рк+hсп)❑ 2 vcdt; dmc=Nρπ¿     R (¿ ¿рк+hсп) vc−Ωz¿ Mz=−R2 dmc dt ¿ ;     R2= Rрк+hсп ;                                   Получаем решения уравнения (7) для вращательного момента следующее выражение: Mz=−NρπR2 3υc   (vc−ΩzR2)   =   −NρπR2 2 3vc   (1−cosβ) ; (4) где, N –число сопла, R2= Rрк+hсп ; КПД. ƞ % 90 88 86 84 82 80 78 76 74 72 85.0485.7886.386.698787.2487.44 83.95 82.12 78.46 0 2 4 6 Н , м 8 10 12 Результаты компьютерного расчета  на основе полученных формулой показали, что при неизменном размере конструкции, при малых напорах воды КПД достигает на 78% , при дальнейшем возрастании напора КПД   увеличивается до 90%. Зависимости вращательного момента,   мощности,   расхода   воды   и   других   параметров   приведена   на нижеследующей таблице.   Рис.2. Микро­ГЭС с реактивной гидравлической турбиной 1­таблица. Зависимость параметров реактивного микро­ГЭСа H (м) 2 3 4 5 N 12 12 12 12 Rc (м) 0,045 0,045 0,045 0,045 Vc (м/с) 5,548522 6,952242 8,116726 9,133938 Q (л/с) 423,3633 530,47 619,3225 696,9377 P (Вт) 6516,852 12819,78 20400,87 29072,35 ФИК (%) 78,4559 82,11633 83,94654 85,04467 M (Н*м) 3360,383 6345,746 9750,638 13485,75 6 7 8 9 10 11 12 12 12 12 12 12 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045 10,0487 10,88687 11,66497 12,39432 13,08307 13,73733 766,736 830,6901 890,0606 945,7113 998,2643 1048,186 38711,12 49228,34 60555,96 72639,67 85434,8 98903,81 85,77676 86,29967 86,69186 86,9969 87,24093 87,44059 17496,65 21746,17 26207,11 30858,55 35683,85 40669,43 Из приведенных таблиц видно, что в отличие от аналога [3] при реализации указанных   признаков,  предложенная   конструкция   реактивной   гидравлической турбины имеет следующие преимущества [8]: ­ Внутри цилиндрического рабочего колеса траектория воды будет сложной кривой,   за   счет   вращения   рабочего   колеса   появляется   центробежные   и Кориолисовы   силы,   которые   дают   свои   положительные   результаты     для вращательного сила гидротурбин. ­ При вращательном динамическом равновесии рабочего колеса расход воды будить стабильном, которое обеспечить стабильность генерируемого тока. ­ Канал для оттока воды из цилиндра рабочего колеса представляет собой вогнутое конусообразное  сечении трубы с наконечником в виде сопло Ловаля, которое   обеспечивает   взаимную   перпендикулярность   радиуса   кривизны рабочего   колеса   и   канала   для   оттока   воды,   а   также    взаимная перпендикулярность   направления   выходящего   из   сопло   потока   воды   и касательной   плоскости,   проведенной   к   точку   центра   дуги   вогнутого   и вертикально   установленного   кругло­цилиндрического   отражателя,  что   дает максимальную эффективность использования вращающего момента реактивной силы; ­ содержит основание эффективной формы, допускающее вертикальное падение   и   быстрое   стекание   максимально   отдавшей   кинетической   и потенциальной   энергии   воды;   Конкретный   пример   исполнения   (рис.   5) реактивная   гидравлическая   турбина   имеет   следующие   размеры:   ­   диаметр рабочего   колеса   600   мм,   ­   высота   рабочего   колеса   100   мм,   ­   количество водоотводных каналов 12 шт, ­ внешний диаметр статора  700 мм, ­ количество отражателей   на   внутренней   стенки   статора   36   шт,   ­   диаметр   вертикально установленного вала 40 мм, высота вала 1300 мм. Водяной поток через трубу с диаметром   274   мм   подаётся   на   гидротурбину,   вал   которой   укомплектован шкивом.   Вращение   вала   со   скоростью   180÷200   об/мин   через   шкив   и соединительного ремня передается с коэффициентом ускорения   5,2 на вал электрогенератора.   Созданный   «микро­ГЭС»   с   реактивной   гидравлической турбиной имел следующие технические характеристики: ­ напор воды   230 мм, ≈ ≈ ­   мощность   4   кВт,   напряжение   220÷230   В,   частота   тока   50   Гц,   размеры 700×700×1300 мм, ­ весь ≈120 кг.                  Таким   образом,   предложенная   конструкция   реактивной   гидравлической турбины работоспособна, проста в своей реализации и может быть положена, как в основу создания новых высокоэффективных вертикальных гидротурбин для   микро   и   мини   гидроэлектростанций,   так   и   модернизации   имеющихся   в эксплуатации.  Литература 1. Бозаров О., Алиев Р., Захидов Р., Кодиров Д. Реактивная гидравлическая турбина. Патент РУз № FAR 01287. 20.02.2018. 2. Бозоров   О.О.,   Носиров   И.З.   Реактив   гидротурбинали   самарадор   микро   ГЭС.// Научный вестник Машиностроение, 2018, № 2 (9), Андижан: АндМИ­ 2018, с. 59­65. 3. Бозоров   О.О.,   Носиров   И.З.   Микро   ГЭС   с   реактивной   гидравлической турбиной.//материалы международной научно­ практической конференции “Наука и высшая школа в инновационной деятельности”. Уфа: Омега сейнс. 2018, с. 38­40.