Эжектроная мини ГЭС - конструкция и принцип работы

В основу идеи эжектроной ГЭС легли принципы работы двух насосов: эжектора и эрлифта.

Эжектор — это струйный насос, он работает за счет рабочей струи жидкости. Эрлифт — эмульсионный насос, который работает за счет подъема вверх водовоздушной эмульсии. Общее устройство станции вы можете увидеть на рисунке.

Много хороших качеств имеется у гидроэлектростанций. Но плотина - основная часть любой ГЭС - сводит почти на нет все ее достоинства. 

Ведь чтобы построить эту железобетонную громаду, даже при современной технике требуются многие годы. А сколько при этом расходуется строительных материалов и людского труда?

С эксплуатацией таких плотин опять-таки связаны многие неудобства. К примеру, речной транспорт при прохождении шлюзов теряет много драгоценного времени. Большие убытки несет сельское хозяйство, потому что в зону затопления попадают многие тысячи гектаров плодородной земли.

Раз плотина мешает, нужно ее убрать. Но представить себе ГЭС без плотины оказалось не так-то просто. Пришлось посоветоваться с папой. Он тоже не энергетик, но раньше изучал принципы работы судовых электростанций. И вот какие инженерные решения мы в конце концов нашли.

В основу идеи эжектроной ГЭС легли принципы работы двух насосов: эжектора и эрлифта.

Эжектор - это струйный насос, он работает за счет рабочей струи жидкости. Эрлифт - эмульсионный насос, который работает за счет подъема вверх водовоздушной эмульсии. Общее устройство станции вы можете увидеть на рисунке.

Два ствола, уходящие вертикально вниз на 15-20 метров, соединены внизу дугообразной перемычкой. Получаются как бы два сообщающихся сосуда. Первый ствол - эжекторный. Он имеет воздухозаборник, диффузор, обратный конус. Это ускорительный канал. 

Второй ствол - эрлифтный или нагнетательный. Его верхний конец на 5-10 метров выше первого и служит для подъема водовоздушной эмульсии выше основного уровня водоема.

Рис.1. Схема эжекторной мини ГЭС:
1 - пневмотурбина, 2 - гидротурбина, 3 - дополнительная гидротурбина.

Для запуска эжекторной мини ГЭС нужно откачать воду из сообщающихся стволов. После этого открываем заслонку. На массу падающей воды будет действовать ускорение свободного падения. Кинетическая энергия падающей воды заменит давление рабочей струи, необходимое для работы эжек-торного устройства. 

Диффузорный, или ускорительный, канал необходим для увеличения этой энергии.

При падении воды в диффузоре создается разрежение и из воздухосборника будет засасываться воздух. В обратном конусе образуется водовоздушная эмульсия. Попав в нижнюю часть нагнетательного ствола, мельчайшие пузырьки воздуха будут устремляться вверх, чем создадут дополнительную тягу для нагнетания воды. Эта тяга поможет поднять воду в нагнетающем стволе на более высокий уровень.

Будет перекачиваться большое количество воздуха, поэтому в воздухозаборнике установлена пневмотурбина с электрогенератором. В гидроконусе надо установить гидротурбину с вертикальным расположением ротора и с электрогенератором, как на традиционной ГЭС. Из эрлифтного ствола, поднятая на высоту и освободившаяся от воздуха, вода будет снова падать вниз. Здесь я предлагаю установить еще одну турбину с электрогенератором.

Глубинный вариант в отличие от берегового имеет всего один ствол - эжекторный. Нагнетательный ствол здесь отсутствует, вместо него эжектор снизу закрывает невозвратный клапан. При откачке воды из эжекторного ствола перед запуском электростанции этот клапан плотно прижат давлением извне.

После пуска, как только давление в эжекторном стволе превысит наружное давление воды, клапан откроется и будет пропускать водовоздушную эмульсию непосредственно в воду.

Для строительства стволов лучше всего, на мой взгляд, пользоваться подземными реактивными снарядами инженера М. Циферова. Такие снаряды не только будут быстро вести проходку стволов, но и одновременно упрочнят их стенки. А это позволит обойтись меньшим слоем железобетона для облицовки, удешевит и ускорит строительство.