Изобретатель Ленёв Николай Иванович. Патент №2166664

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

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

Для того, что бы понять, ощутить, как и какие силы действуют в ГЭБе, достаточно провести эксперимент в собственной квартире:

наберите воды в свою ванну, отмерьте 1метр и поставьте метки, для начала - просто проведите ладонь за 1сек. этот метр.

Попробовали?

Теперь возьмите на кухне разделочную доску и сравните её площадь с площадью моей лопасти – 180 х 500 мм. Скорее всего, она будет 0,5 площади лопасти. Осторожно проведите потихоньку несколько раз, стараясь приблизиться к скорости 1м/сек. Почувствовали - какое усилие?

Но это ещё не всё! Поверните свою доску на 45 градусов и попробуйте вновь, стараясь удержать руку параллельно длине ванны, по-прежнему стремясь к 1м/сек. Впечатляет!?

И даже это ещё не всё. У меня в установке, имеющей габариты 0,6х0,7х1,5м – 16 таких лопастей. Вот и перемножьте кто на 16, а кто и на 32, в зависимости от размеров своих досок.

Только это всё предыстория. История началась тогда, когда её начали смотреть специалисты.

Как сразу же определил проф. Л. Н. Бритвин – она создаёт перед собой небольшой подпор сантиметров 10 при скорости потока 1м/сек. а за собой – разряжение и потому на лопасть вода, падая с этого подпора, воздействует уже с иной скоростью, чем в окружающем потоке. А при наличии ещё и разряжения на выходе установки поток под действием центробежной силы и гравитационной постоянной увеличивает свою скорость! В чём не трудно убедиться на представленных фотографиях по выходящему потоку и буруну, который он создаёт.

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

Самое же интересное на сегодня, т.е. 04.02.2005г. увидел внутри установки старший научный сотрудник ФИАН-а к.т.н. Захаров С.Д. – два ряда лопастей движутся на встречу друг другу – следовательно, происходит закручивание потока, причём с образованием двух встречных вихрей. Число Рейнольдса у рассматриваемой установки = 170 000. Вода «кипит» внутри, даже цвет немного меняется!

Как я понял из его ещё далеко не законченных изысканий – явление кавитации заставили производить полезную работу, не разрушая – из-за малых скоростей и давлений – тело установки.

Несомненно, кто-то что-то в ней ещё найдёт…

Фото работающей установки на р. Базаихе перед погрузкой

Поток на входе в установку V=1м/сек Поток на выходе установки V=3,14м/сек

Конструкция представляет собой систему (два ряда) лопастей прямоугольной формы (плоская пластинка) оси которых делят их на две (1/2) не равные части, большая из которых всегда (за счёт действия потока) находится за осью дальше по потоку. Тем самым достигается минимальное её вращение вокруг своей оси и, следовательно, наименьшие турбулентные завихрения. Оси лопастей, своей 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 звёздочки (рабочие колёса) на два вертикальных вала, с которых механическая энергия движущейся среды (воды, воздуха и т.д. и т.п.) через гибкую муфту и промежуточный вал передаётся на валы электрогенераторов. Валы установки через подшипники скольжения (качения) жёстко закреплены на каркасе установки, имеющим закрытые на 2/3 боковые и глухую нижнюю стенки, что не препятствует поступлению дополнительной воды из окружающего потока через верх и 1/3 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 00 до 450, добиваясь тем самым оптимального режима работы установки либо останавливая её полностью. Таким образом, поток воздействует на лопасть фактически перпендикулярно, под 900. 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 сельскохозяйственная техника, отслужившего свой срок автотранспорта и прочего подходящего "железа". А это многократно удешевляет изготовление первого изделия, которое за два-три месяца окупит как своё изготовление, так и заработает на следующее при сегодняшних тарифах на электроэнергию! 20кВт * 24часа * 30 дней * 0,48руб (тариф региона) =7 000 руб в мес.

Геометрические размеры такой детали, как звёздочка (рабочее колесо) для любых размеров установок желательно выдерживать в пределах не более 500-350мм., так как от этого напрямую зависит число оборотов вала. Диаметр самого вала рассчитывается под каждые конкретные нагрузки и условия эксплуатации и колеблется от 25-5Омм. Размеры лопастей, их количество, соответственно и прочность цепи подбираются в зависимости от ширины и глубины реки, а количество штук 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 грузоподъёмных механизмов.

Размеры блоков не ограничены, в зависимости от необходимой мощности и размеров реки. Как пример, возьмём: ширина - 1200мм, глубина - 700мм, длина - 1250мм, т.е. объём - 1куб. метр, он позволяет разместить в нём 3 установки с 17 лопастями в каждой, имеющих, в свою очередь: ширину - 150мм и глубину - 500мм, т.е. каждая площадью - 0,075кв.м, а так как две лопасти всегда будут находиться на поворотах, тогда общая рабочая площадь одной установки - I,125кв.м, а сумма 3-хв одном каркасе (1куб.м потока) будет - 3,375кв. метра!!!

Именно это и позволяет наиболее полно использовать каждый кубический метр потока движущейся среды.
Именно это и позволяет использовать возникающие центробежное и центростремительное ускорения, значительно увеличивающие как скорость движения потока, так и действие силы тяжести, разделённого на секции, потока движущейся среды. В нашем случае - реки.

Из каких материалов следует изготавливать данную установку?! Из любых подручных. Дерево, пластмасса, алюминий, железо, титан - всё что угодно, что по карману. От этого будут завесить только сроки эксплуатации вашей установки, и всё. На выработку электроэнергии это никак не повлияет.

Назовите мне хотя бы одну из ныне существующих конструкций, допускающих такой выбор материалов для изготовления?! Нет таких, не вспоминайте.

Обратите внимание, число оборотов у неё довольно низкое (45/60), да и работает она постоянно в воде, т.е. износ материалов будет минимальным.

Много вопросов о её заиливании, зарастании водорослями и т.д. Брёвна, крупные ветки, прочий крупногабаритный мусор мы сеткой отвернём. Ну а всё остальное пройдёт через неё как по конвейеру. В зимний период применим давно используемый плотогонами способ поднятия теплых нижних слоёв воды с помощью нескольких брёвен перед установкой имеющих на одном конце груз, а на другом – поплавок. Вода, поднимаясь, размоет во льду необходимую нам майну.

Размеры рассматриваемой установки: длина - 1250мм, ширина – 1200мм, глубина - 700мм, итого 1куб. метр занимаемого объёма реки. Возможны любые другие комбинации данных размеров, для ручья - уменьшенная глубина, но за счёт количества установок в вдоль длины ручья набираем любую необходимую мощность. Ведь скорость в ручьях значительно выше и, например, при скорости потока: V=10 м/сек, с каждого куб. метра мы можем СНЯТЬ - at=10х10: 0,2 = 500м/секF=1000х500=500000н;P= 500000х0,63 = 315000н; или N =315кВт!

Полная стоимость установки мощностью 20кВт будет не более 50000 - 120000рублей т.е. не более 5000 рублей за 1кВт. установленной мощности. Или в У.Е. от $50 до $150, возьмем среднее 100 У.Е.

Материалоёмкость одного киловатта нашей установки, в зависимости от используемых материалов на изготовление, будет варьироваться от нескольких сот грамм (пластмасса) до 2-Зкг (сталь) на 1кВт уст. мощности.

Сроки изготовления – будут, измеряется в зависимости от технической подготовленности изготовителя - месяцами, неделями, днями, а при серийном изготовлении на профильном заводе на выпуск 1кВт. уст. мощности - часы и минуты!

Сроки монтажа - это в зависимости, о какой установке идёт речь. Если мы говорим о переносной установке для туристов, охотников, рыбаков и т.д., то на её развёртывание и установку в реку (вместе с надуванием наплавного понтона) потребуется полчаса - час. Если же мы говорим о ГЭС мощностью в несколько МВт или ГВт для крупного города или промышленного предприятия - 1-2-3 года, смотря, кто и как будет монтировать. Смотря, какие средства будут на это сразу отпущены и т.п. вопросы, никак не зависящие от самой конструкции.

Эксплуатационные потребности - следить, конечно, надо, а в остальном не сложнее граблей установка получилась, а потому и персонал на обслуживание скорее честный нужен, чем образованный.

Вот и сравните с любым из ныне существующих источников энергии. По любому из показателей наша установка на порядок, а то и на два имеет преимущества перед аналогами.
Установка (БГЭС), позволяет получать электроэнергию как со свободного течения рек (бесплотинная гидроэлектростанция), так и с любого, даже самого незначительного движения воздуха (ветроэлектростанция).

Для понимания преимуществ данной станции по отношению к аналогам остановимся, для начала, на особенностях данной конструкции.

Что отличает нашу установку от других?

Первое. Мы увеличили рабочую площадь. В нашей установке нет ни одной лопатки, которая бы не работала в каждый отдельно взятый момент или противодействовала работе остальных. Лопасти расположены двумя рядами, каждый из которых является рабочим. На развороте – лопасти также работают.

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

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

Третье. Мы задействовали два вала. В отличие от всех существующих турбин, где так или иначе присутствует форма винта, правда в некоторых случаях несколько видоизменённая, мы ушли от этой формы. Объясню почему. Винт обязывает нас соблюдать точность изготовления, нужны и особо прочные материалы из-за высоких оборотов вращения турбин. В нашей же конструкции использование двух валов со множеством рабочих лопаток позволяет сосредоточить всю механическую энергию на цепи (тросе, фале, ленте и т.д.), что автоматически снимает с нас обязанность точности и особой прочности изготовления лопаток, валов и прочих элементов.

Четвёртое. Форма установки, а также преимущество, описанное в п.2 (лопатки под 45 градусов, не останавливающие поток) позволяют говорить о блочном строительстве наших станций. Мы имеем возможность ставить наши станции вплотную друг к другу по длине, ширине или глубине реки. Тем самым мы можем говорить о блочном строительстве БГЭС (ВЭС) любой необходимой потребителю мощности: и для небольшого потребителя (десятки КВт у.м. ), и для среднего (сотни КВт у.м.), и для большого (МВт-ы ГВт-ы) – реки-то в России длинные, а конструкция позволяет максимально использовать любую реку наиболее эффетивно – только размеры блоков изменяй…

Отметьте: в нашей установке частота вращения валов – всего 30-60 оборотов в минуту. Согласитесь, совсем немного мы сместили акценты: два вала вместо одного + множество одновременно работающих лопастей вместо одной = в итоге получаем малые обороты при большой мощности, позволяющих нам не соблюдать особую точность и отказаться от каких-то особых материалов при изготовлении конструкции + возможность эффективного использования свободного течения рек.

Всё вместе взятое позволило нам получить значительные преимущества при позиционировании нашей установке на рынке источников энергии.

Актуальность внедрения подобных конструкций – очевидна:

Во-первых, на фоне истощения, уже в обозримом будущем, рентабельных запасов невозобновляемых энергоносителей – нефти и газа.

Мы используем возобновляемый источник энергии – движение воды в реках, причем движение свободное, без плотин и дамб.

Отмечу, что эта же конструкция, изготовленная из более лёгких материалов – например, пластмассы, позволит использовать и энергию ветра.

Во-вторых, с точки зрения состояния сегодняшней экономики России: у нас нет возможности вкладывать деньги в долгосрочные проекты со сроком окупаемости 10-15 лет.

В нашем случае нет необходимости единовременно вкладывать большие средства в строительство станций. Здесь применяется блочная система. Достаточно найти денег на строительство первой партии установок (1-5 блоков), а остальные строить, когда уже первые введены в эксплуатацию.

В-третьих, экологическая сторона вопроса. Сегодня уже все понимают, насколько важно для людей сохранять экологическую безопасность той территории, где они проживают. 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 Вам проекте мы используем лишь свободное течение рек, именно поэтому нам нет необходимости перегораживать всю реку, достаточно использование 1-10% течения, что в свою очередь никак не будет влиять ни на движение водной фауны (количество оборотов на валу установки – всего 30-60 об./мин.), ни, к слову сказать, на судоходство.

В-четвёртых, не мало важный вопрос – капитальные вложения на 1 кВт уст. мощности. На сегодняшний день имеется достаточное количество, казалось бы, перспективных проектов в области энергетики, единственным недостатком которых является высокая себестоимость получаемой электроэнергии.

Свои деньги сегодня умеет считать каждый. Поэтому наша установка и в этом случае является оптимальной: стоимость 1 кВт установленной мощности здесь – не более 1000 евро.

В-пятых, с точки зрения сложности изготовления конструкции. Следует учитывать и этот вопрос. Сегодня в России осталось не так уж и много работающих предприятий, тем более не много квалифицированных рабочих, а тем более – современного оборудования.

Наша установка создавалась именно в расчёте на эти условия. Одна из опытных конструкций изготавливалась на предприятии коммунального хозяйства. Т.е. для её изготовления не требуется специального оборудования, как впрочем, и высокой квалификации специалистов.

В-шестых, очень актуален на сегодня вопрос развития энергетики России, где генерирующие объекты и линии электропередач становятся самостоятельными хозяйствующими субъектами.

В нашем случае мы, строго в духе данной программы, имеем возможность автономной эксплуатации наших станций даже в очень удалённых от существующих ЛЭП населённых пунктов.

Три установки в одном каркасе

Конструкция ГЭБ представляет собой систему (два ряда) лопастей прямоугольной формы (плоская пластинка), оси которых делят их на две неравные части, большая из которых всегда (за счет действия потока) находится за осью дальше по потоку. Тем самым достигается минимальное ее вращение вокруг своей оси и, следовательно, наименьшие турбулентные завихрения.

Оси лопастей 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 2/3 боковые и глухую нижнюю стенки, что не препятствует поступлению дополнительной воды из окружающего потока через верх и 1/3 боковых стенок установки.

В одном каркасе рационально размещать как минимум три установки. Положение лопастей по отношению к основному потоку регулируется неподвижными направляющими для цепи и подвижными для большей из сторон лопасти. Меняя расстояние между подвижной направляющей для лопасти и неподвижной для цепи, мы задаем необходимый угол поворота между лопастью и направлением основного потока от 0о до 45о, тем самым либо добиваясь оптимального режима работы установки, либо останавливая ее полностью.

Таким образом, поток воздействует на лопасть фактически перпендикулярно, под углом 90о. 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, тем самым постоянно удерживая цепь в перпендикулярном положении относительно направления основного потока.

Учитываем глубину реки

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 оборудования: сельскохозяйственной техники, отслужившей свой срок, автотранспорта и прочего подходящего «железа». А это многократно удешевляет изготовление первого изделия, которое за два-три месяца не только окупит как свое изготовление, но и заработает на следующее (при сегодняшних тарифах на электроэнергию 20 кВт x 24 часа x 30 дней x 0,48 руб. (тариф региона) = 7000 руб. в месяц).

Геометрические размеры такой детали, как звездочка (рабочее колесо), для любых размеров установок желательно выдерживать в пределах не более 500 350 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 и, соответственно, прочность цепи подбираются в зависимости от ширины и глубины реки, а количество штук установок на длину реки – от необходимой мощности потребления.

Под принятые характеристики изготавливается соответствующий корпус, желательно из трубы, для получения дополнительной плавучести. Каркас делается разборным, что позволяет собирать его на месте эксплуатации без привлечения грузоподъемных механизмов.

Размеры блоков не ограничены и выбираются в зависимости от необходимой мощности и размеров реки. В качестве примера возьмем блок шириной 1200 мм, глубиной 700 мм и длиной 1250 мм. Получается объем 1 м3, что позволяет разместить в нем 3 установки с 17 лопастями в каждой, имеющие, в свою очередь, ширину 150 мм и глубину 500 мм, т.е. каждая площадью 0,075 м2. Так как две лопасти всегда будут находиться на поворотах, то общая рабочая площадь одной установки – 1,125 м2, а сумма 3 установок в одном каркасе (1 м2 потока) – 3,375 м2!

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 разделенного на секции потока движущейся среды (в нашем случае – реки).

Используем подручные средства

Данную установку можно изготавливать из любых подручных материалов. Дерево, пластмасса, алюминий, железо, титан – все что угодно, что «по карману». От этого будут зависеть только сроки эксплуатации вашей установки. На выработку электроэнергии это никак не повлияет. Кстати, в настоящее время вообще не существует конструкций, допускающих выбор материалов для изготовления.

Следует обратить внимание на то, что число оборотов установки довольно низкое (45/60), да и работает она постоянно в воде, т.е. износ материалов будет минимальным. Что же касается вопросов о заиливании установки, зарастании ее водорослями и т.д., то бревна, крупные ветки и прочий крупногабаритный мусор можно отвернуть сеткой. Все же остальное пройдет через нее как по конвейеру.

В зимний период применим давно используемый плотогонами способ поднятия теплых нижних слоев воды с помощью нескольких бревен перед установкой, имеющих на одном конце груз, а на другом – поплавок. Вода, поднимаясь, размоет во льду необходимую майну.

Помимо установки рассматриваемых размеров (длина – 1250 мм, ширина – 1200 мм, глубина – 700 мм, итого – 1 м3 занимаемого объема реки), возможны любые другие комбинации размеров. Например, для ручья – уменьшенная глубина. В этом случае необходимая мощность набирается за счет количества установок вдоль длины ручья. Ведь скорость в ручьях значительно выше, и при скорости потока, скажем, V = 10 м/сек с каждого кубического метра можно снять: at = 10 х 10: 0,2 = 500 м/сек; F = 1000 х 500 = 500000 н; P = 500000 х 0,63 = 315000 н или N =315 кВт.

Для изготовления рассматриваемой установки необходимо следующее количество материалов:

каркас (деревянный брусок 50 x 50 мм): длина 1250 x 8 шт = 10000 мм x – 50 x 50 = 0,025м3; ширина – 1200 x 8 x 50 x 50 = 0,024 м3; глубина – 700 x 4 x 50 x 50 = 0,007 м3. Итого на изготовление корпуса – 0,056 м3;

лопасти – 17 шт. x З уст. = 51 шт. x 150 x 500 x 20 = 0,0765 м3; –

обшивка дна и 2/3 боковых стенок – (1250 + 500 + 500) x 1200 x 20 = – 0,054 м3.

Всего: корпус – 0,056 + лопасти – 0,0765 + обшивка – 0,054 = 0,1865 = 0,2 м3.

Кроме того, валы – 1,6 м x 3 уст. = 4,8 пог. м; трубы диаметром 25 50 мм; звездочки – 12 штук (материал – сталь, дюраль, дерево). И, наконец, направляющие – 4 уголка + 4 трубки x 1000 мм x 3 уст. = 24 погонных метра.

Стоимость перечисленных материалов – 2000 5000 руб. + работа – 10000 15000 руб., всего = 20000 рублей.

Стоимость электрогенератора составляет 500 5000 руб. за 1 кВт мощности вместе с регулирующей аппаратурой. Итого: 10000 100000 руб.

Полная стоимость установки мощностью 20 кВт будет не более 50000 120000 рублей, т.е. не более 5000 рублей за 1 кВт установленной мощности.

Материалоемкость одного киловатта нашей установки в зависимости от используемых материалов на изготовление будет варьироваться от нескольких сот грам (пластмасса) до 2-З кг (сталь) на 1 кВт уст. мощности.

Сроки изготовления измеряются в зависимости от технической подготовленности изготовителя – от нескольких дней до нескольких месяцев.

Сроки монтажа зависят от того, о какой установке идет речь. Если мы говорим о переносной установке для туристов, охотников, рыбаков и т.д., то на ее развертывание и установку в реку (вместе с надуванием наплавного понтона) потребуется полчаса – час. Если же мы имеем в виду ГЭС мощностью в несколько МВт или ГВт для крупного города или промышленного предприятия, то на монтаж уйдет 1 3 года. Это зависит от того, кто и как станет монтировать установку, какие средства будут на это отпущены и от других вопросов, никак не связанных с самой конструкцией.

Что же касается эксплуатационных потребностей, то никаких особых навыков тут не требуется.

Схема гидроэнергоблока Ленёва

На двух шкивах крутится цепь. Как на велосипеде. Только в неё, с равными промежутками встроены "подшипники". В них свободно вращаются лопасти. Одна "половина" чуть больше другой, чтоб сама лопасть держалась параллельно потоку воды. Как флюгер. Две цепи (верхняя и нижняя) обеспечивают ровное движение этого забора. Но вся фишка в отклоняющем рельсе, (жирным чёрным) из-за него лопасть встаёт под углом, он - как хвост воздушному змею. И напор воды заставляет всю конструкцию врашаться, причём работают и передняя и задняя шеренги. Стоит мысленно прокрутить "рисунок" по часовой стрелке - будет понятно.

Источник: http://rodonews.ru/news_1286642067.html