Creation and substantiation of the matrix for model series of tubular propeller turbines for small hydropower plants

Abstract

Статтю присвячено подальшому розвитку малої гідроенергетики на базі надійних і дешевих нерегульованих трубних пропелерних гідротурбін з жорстко зафіксованими робочими і напрямними лопатями. Такі турбіни використовуються переважно на низьконапірних малих ГЕС. Основним їх недоліком є неможливість регулювання генерованої потужності. Однак у статті запропоновано рішення, які цей недолік зводять до мінімуму. Створено матрицю модельних рядів трубних пропелерних гідротурбін, на основі якої підприємства зможуть налагоджувати випуск технічно й екологічно обґрунтованої номенклатури таких машин. Матриця складається з чотирьох модельних рядів, кожен з яких містить шість моделей турбін (лише другий модельний ряд – сім моделей). Вся матриця містить 25 моделей турбін, але у випадку потреби її можна розширити в бік збільшення або зменшення. Принцип створення матриці полягає в тому, що кожен її модельний ряд є геометричною прогресією зі знаменником 21/2. У якості початку та членів геометричної прогресії виступають діаметри робочих коліс турбін. Методику створення матриці модельних рядів трубних пропелерних гідротурбін можна розповсюдити й на інші типи турбін. Запропоновано також технічно й екологічно обґрунтовані правила комплектування машинних майданчиків низьконапірних малих ГЕС потужності до 200 кВт моделями турбін зі створеної матриці. Згідно з наведеними рекомендаціями на одній ГЕС повинно бути встановлено не менш, ніж дві різні суміжні турбіни з одного модельного ряду. Найкращий варіант – три різні суміжні турбіни з одного модельного ряду, але для детальнішого обґрунтування вибору кількості турбін ще буде потрібно виконати техніко-економічний аналіз. Це буде тематикою наших наступних досліджень. Використання науково-практичних результатів, викладених у статті, дозволить покращити технічні характеристики малих ГЕС з трубними пропелерними турбінами та звести до мінімуму їх можливий негативний вплив на життєдіяльність річкової флори і фауни у нижніх б’єфах.

The paper is devoted to further development of small hydropower on the basis of reliable and cheap unregulated tubular propeller hydroturbines with rigidly fixed operating and guide blades. Such turbines are used mainly at low-pressure small hydroelectric power stations. Their main drawback is the impossibility of generated power regulation. However, solutions that minimize this shortcoming are proposed in this paper. Matrix of 4 model series of tubular propeller hydroturbines has been created. The nomenclature of turbines presented in this matrix is aimed at improving technical characteristics of small hydropower plants and reducing their negative impact on the environment. The rules for equipping machine platforms of low-pressure small hydroelectric power plants with capacity up to 200 kW with models of turbines from the created matrix are proposed, and their technical and environmental justification is performed. According to the recommendations given in the paper, at least two different adjacent turbines from the same model line should be installed at one HPP. The best option is three different adjacent turbines from the same model series, but technical and economic analysis should be performed for more detailed justification of the choice of the number of turbines. This is the subject of our further investigations. The application of scientific and practical results presented in the paper will improve technical characteristics of small hydropower plants with tubular propeller turbines and minimize their possible negative impact on the life of river flora and fauna in lower basin.