Одним из недостатков классической ГЭС является необходимость сооружения плотины для получения высокого напора воды. Использование вместо турбины ортогонального горизонтального ротора позволяет обойтись без нее.
Конструкция и принцип действия генератора на ортогональном роторе
Внешне ротор напоминает обыкновенную турбину и, по сути, является ее разновидностью. Главное отличие в конструкции лопаток – у турбины они закреплены неподвижно, а в ортогональном роторе устроены по принципу клапанов. Будучи повернуты к потоку одной стороной, они под его воздействием поворачиваются на 90° и полностью открываются, а другой – закрываются.
Лопатки закреплены на вращающемся валу или прикрепленных к нему рамках. По мере вращения ротора вектор приложения силы потока к поверхности лопатки постоянно меняется, что приводит к ее цикличному открыванию и закрыванию. При движении ротора с одной его стороны лопатки всегда направлены перпендикулярно потоку и принимают на себя его давление, которое преобразовывается в крутящий момент. С противоположной стороны они в это время открыты – поток жидкости свободно проходит между лопатками, не мешая их движению и не тормозя вращение ротора.
Таким образом ротор постоянно вращается на валу, будучи помещенным в любую текучую среду – жидкую или газообразную. Установив на него простейший передаточный механизм в виде ременной передачи, можно привести в движении вал электрогенератора. Данная конструкция применяется как для создания гидрогенераторов, так и ветрогенераторов.
Характеристики и область применения ротора
В отличие от вертикальных турбин, горизонтальный ротор не нуждается в потоке большой интенсивности и может приводиться в движение даже при слабом течении среды. То есть, нет необходимости искать реки с бурными потоками или сооружать высокие плотины. Однако из-за постоянного трения скорость вращения ротора в любом случае будет невелика, что обуславливает низкий КПД такого рода устройств.
Горизонтальное расположение ортогонального ротора и простота конструкции позволяют создавать простые и дешевые установки, для монтажа которых требуется минимальное количество инженерных работ. На основе данной технологии можно даже сооружать мобильные установки, пригодные для использования туристами. Однако расчеты показывают, что при создании ГЭС промышленной мощности использование ортогональных роторов не дает никаких преимуществ по сравнению с вертикальными турбинами.