BG109645A - Zero head water turbine - Google Patents
Zero head water turbine Download PDFInfo
- Publication number
- BG109645A BG109645A BG109645A BG10964506A BG109645A BG 109645 A BG109645 A BG 109645A BG 109645 A BG109645 A BG 109645A BG 10964506 A BG10964506 A BG 10964506A BG 109645 A BG109645 A BG 109645A
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- turbine
- blades
- shaft
- water turbine
- common
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Description
Област на техникатаTechnical field
Настоящото изобретение се отнася до безнапорна водна турбина за получаване на механична енергия, чрез преобразуване на кинетичната енергия на морските и океанските приливи и отливи, водните вълни, речните течения, както и на други безнапорни флуидни потоци. Получената механична енергия се използва за производство на електричество, изпомпване на вода, компресиране на газообразни и течни флуиди, за развъртане на маховици и за други устройства за преобразуване и съхранение на енергия.The present invention relates to an unpressurized water turbine for the production of mechanical energy by converting the kinetic energy of sea and ocean tides, water waves, river currents, and other unpressurized fluid flows. The resulting mechanical energy is used to produce electricity, pump water, compress gaseous and liquid fluids, deploy flywheels, and other energy conversion and storage devices.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
Не е новост използването на кинетичната енергия на естествено движещите се в природата флуиди: течащата вода на реките, морските и речните течения за полезна работа. От хиляди години речните и други водни течения въртят водни колела, които трансформират енергията на потока в механична енергия на вала на колелото. Независимо, че агрегати, задвижвани от водни колела са отдавана познати в практиката, и в наши дни има редица патенти, които усъвършенстват не само самите първични преобразователи на енергия, но и системи и агрегати с включени в тях такива преобразователи.It is not a novelty to use the kinetic energy of naturally moving fluids: the flowing water of rivers, sea and river currents for useful work. For thousands of years, river and other water currents have been rotating water wheels that transform the flow energy into mechanical energy of the wheel shaft. Although water-wheel-driven units are widely known in the art, there are a number of patents these days that improve not only the primary energy converters themselves, but also systems and units with such converters included.
От патент на Канада № СА20042484293 е известна вертикалноосева турбина за безнапорни водни течения. Тази и всички други вертикалноосеви водни турбини, най-често са разположени под водата близо до повърхността й. Известно е, че водното течение на повърхността е с най-голяма скорост, но тя бързо спада с увеличаване на дълбочината. На дъното скоростта е практически нулева. А хоризонталните сили, които въздействат на лопатите на вертикално осевите турбини са •· •· • ·· • ·· ·· · • « · · • · · · · · • · · · • · • ·From Canada Patent No. CA20042484293, a vertical axis turbine for non-pressure water currents is known. This and all other vertical axis water turbines are most often located below the water near its surface. It is known that the surface water flow is at the highest velocity, but it decreases rapidly with increasing depth. At the bottom, the speed is practically zero. And the horizontal forces acting on the blades of the vertical axial turbines are: · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
3.3.
пропорционални на квадрата на скоростта, което означава, че ако в горния край на лопатите на вертикалноосевите турбини скоростта на водата е около 1.4 пъти по-голяма, в сравнение с тази в долната част на лопатата, то хоризонталното натоварване на горния край на лопатите ще бъде около два пъти по-голямо, отколкото върху долния й край. Тази разлика предизвиква силно несиметрични натоварвания в лопатите, което има нежелани механични последици. По принцип всички турбини, чиито валове са вертикално в потока изпитват такива нежелани натоварвания не само на лопатите си, но и на валовете им, както и на цялата конструкция, която поддържа турбината.proportional to the square of the velocity, which means that if the top speed of the blades of the vertical axial turbines is water velocity about 1.4 times higher than that of the lower part of the blade, then the horizontal load on the upper edge of the blades will be about twice as large as on its lower end. This difference causes highly asymmetrical loads in the blades, which has undesirable mechanical consequences. In principle, all turbines whose shafts are vertically in the flow experience such unwanted loads not only on their blades but also on their shafts, as well as on the whole structure that supports the turbine.
В патентна публикация № W02006030190 е предложена вертикално осева Дариус турбина, чиито лопати са периферно разположени по обиколката на ротора и могат да се усукват по време на въртенето. Тази, и всички други видове Дариус машини, се въртят благодарение на аеродинамичната / хидродинамичната сила, образуваща се при обтичането на роторните лопати, които имат напречни профили, наподобяващи самолетни крила.Patent Publication No. W02006030190 proposes a vertically axial Darius turbine whose blades are circumferentially spaced about the circumference of the rotor and can be twisted during rotation. This, and all other types of Darius machines, rotate due to the aerodynamic / hydrodynamic force generated by the rotation of the rotor blades, which have transverse profiles that resemble airplane wings.
На същия принцип работят и хеликалните турбини, описани в патент на САЩ № US2001000197.Helical turbines described in US Patent No. US2001000197 work in the same way.
Недостатъците на турбини, съгласно последните две цитирани публикации, както и на всички други подобни са, че те са неефективни при ниски скорости на потока и затова не се предвиждат да работят на морски вълни, например, където скоростта на водата при повдигане и спускане на вълната е ниска. При това - два пъти за един вълнови период скоростта е нула (в най-горната и най-долната точка).The disadvantages of turbines according to the last two cited publications, and of all the others, are that they are ineffective at low flow rates and are therefore not intended to operate at sea waves, for example, where the speed of the water when raising and lowering the wave is low. In this case - twice in one wave period the speed is zero (at the highest and the lowest point).
♦ · ·· ·· · · ·
Техническа същност на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION
Цел на настоящото изобретение е да се създаде безнапорна водна турбина, която да е ефективна при ниски скорости на обтичащия я флуид, да изпитва малки натоварвания на лопатите, вала и цялата поддържаща я конструкция и да бъде с ниска себестойност.It is an object of the present invention to provide a pressureless water turbine that is efficient at low speeds of the fluid flowing around it, to test low loads on the blades, shaft and all its supporting structure and to be of low cost.
Основната цел е постигната чрез безнапорна водна турбина, с една или повече периферно монтирани лопати на общ вал, характеризираща се с това, че валът е разположен хоризонтално и е напречно на течението, а всяка лопата наподобява кухо самолетно крило, което е отворено в издължената му част, при което лопатите са хеликално усукани около мислена цилиндрична повърхнина, описвана при въртенето на вътрешната страна на лопатите от към роторния вал на турбината.The main objective is achieved by a non-pressure water turbine with one or more peripherally mounted blades on a common shaft, characterized in that the shaft is horizontally and transversely flowing, and each blade resembles a hollow aircraft wing which is open in its elongated part in which the blades are helically twisted around a thought cylindrical surface, described by rotating the inside of the blades from the rotor shaft of the turbine.
В едно предпочитано изпълнение, броят на лопатите е нечетен и те са еднакви и симетрично монтирани около вертикалния вал на турбината.In one preferred embodiment, the number of blades is odd and they are uniformly and symmetrically mounted around the vertical shaft of the turbine.
В друго предпочитано изпълнение, броят на лопатите е четен, като диаметрално противоположно на всяка куха лопата симетрично е монтирана плътна лопата, наподобяваща хеликално усукано самолетно крило.In another preferred embodiment, the number of blades is even, with a solid blade symmetrically opposed to each hollow blade symmetrically mounted resembling a helically twisted airplane wing.
В друго предпочитано изпълнение, турбината може да е съставена от множество отделни коаксиални ротори с различни диаметри, монтирани на един общ вал.In another preferred embodiment, the turbine may be composed of a plurality of separate coaxial rotors of different diameters mounted on one common shaft.
В друго предпочитано изпълнение, турбината може да е съставена от множество отделни коаксиални ротори с различни диаметри, монтирани на два коаксиални вертикални вала.In another preferred embodiment, the turbine may be composed of a plurality of separate coaxial rotors of different diameters mounted on two coaxial vertical shafts.
В друго предпочитано изпълнение лопатите на турбината могат да имат променливи ширини и профили по дължината си.In another preferred embodiment, the turbine blades may have variable widths and length profiles.
····· ·· · * « · · • · · · · · ··· • · · · · · · · ···· • · · ···· ···· ··· ·· · · ····· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ····
5.5.
Предимствата на безнапорната водна турбина, съгласно изобретението, се състоят в постигането на висока степен на преобразуване на кинетичната енергия на флуидния поток в полезна механична енергия при ниски скорости на водния поток, при осцилиращи водни течения, като приливи и отливи и морските вълни, ефективната й работата при по-висока турбулентност на течението и възможностите й за изграждане на инсталации с множество такива турбини (модули), разположени, една до друга, една след друга, една под друга в течението, както и с различни комбинации на описаните им разположения. Хоризонтално разположеният вал на турбината, напречно на течението, дава възможност всички усилия върху лопатите, в резултат от съпротивата им на водния поток, да се преобразуват предимно във въртящ момент на вала на турбината и по-малко да натоварват него и самите турбинни лопати. С хоризонталното разположение на вала, силно се намалява несиметричното натоварване на лопатите по дължината им.The advantages of a pressureless water turbine according to the invention are to achieve a high degree of conversion of the kinetic energy of the fluid stream into useful mechanical energy at low water flow velocities, with oscillating water flows such as ebb and flow, and its effective the operation at higher turbulence of the stream and its possibilities for the construction of installations with multiple such turbines (modules), arranged side by side, one after the other, one below the other in the stream, as well as with different combos nations of the placements they describe. The horizontally positioned turbine shaft, transversely to the stream, enables all efforts on the blades, as a result of their resistance to the water flow, to be converted mainly to the torque of the turbine shaft and to less load the turbine blades themselves. With the horizontal position of the shaft, the asymmetrical loading of the blades along their length is greatly reduced.
Инсталациите с модули от турбини, съгласно изобретението, са със по-ниска себестойност за единица преобразувана мощност, защото мощността на всяка турбина е пропорционална на масата й, следователно приблизително и на себестойността. А турбините с малки диаметри се въртят по-бързо, което намалява загубите при мултипликация на оборотите им, а така също дава възможност да се елиминират мултипликаторите, при което валът на турбината е куплиран директно с ниско оборотен елекгрогенератор / алтернатор.Installations with turbine modules according to the invention have a lower cost per unit of converted power, because the power of each turbine is proportional to its mass, and therefore approximately, to the cost. And small-diameter turbines rotate faster, reducing losses at multiplying their speeds, and also eliminating multipliers, whereby the turbine shaft is coupled directly to a low-speed power generator / alternator.
Ниското челно съпротивление на безнапорна водна турбина, съгласно изобретението, позволява тя да се монтира и на съществуващи опори, като различни видове мостове, кейови стени, понтони и други конструкции и съоръжения и плаващи платформи.The low frontal resistance of a non-pressure water turbine according to the invention allows it to be mounted on existing supports such as various types of bridges, pier walls, pontoons and other structures and structures and floating platforms.
Безнапорната водна турбина, съгласно изобретението, може да намери приложение в рамките на група такива турбини с обща трансмисия ·· · · · · · · · • · · · · · · · · · · · • ·· · · ·· · · · · · · • · · ···· ···· • · · · · · · ·· · ·The unpressurized water turbine according to the invention can find application within a group of such general-purpose turbines. · · · · · · · · · · · · · · · · · · • · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
6.6.
и общ електрогенератор/ алтернатор, например. Така допълнително ще се поевтини цената на получавана енергия.and a generic generator / alternator, for example. This will further reduce the cost of energy received.
Такава група турбини, свързани с електрогенератори, представлява безнапорна хидроелектроцентрала. Тя има редица екологични предимства, на които тук не се спирам. Само ще отбележа, че ерозията по речните брегове, на малки и големи реки, най-често е предизвикана от бързите течения. За течащите от запад на изток реки в северните ширини, кориолисовите сили допълнително усилват теченията покрай десните им брегове. Такъв е случаят и с дълги участъци от река Дунав, където тя непрекъснато се измества на юг, защото водното течение ерозира южния бряг по-интезивно от северния. Ако по такива, и други подобни, места се направят хидроцентрали, съгласно изобретението, ще могат да се постигнат едновременно две синергични цели:Such a group of turbines connected to power generators is an unprecedented hydroelectric power plant. It has a number of environmental benefits that I do not dwell on here. I will only note that erosion along river banks, small and large rivers, is most often caused by fast currents. For rivers running from west to east in the northern latitudes, coriolis forces further intensify the currents along their right shores. This is also the case with long stretches of the Danube River, where it is constantly shifting south because the watercourse erodes the southern shore more intensely than the north. If hydroelectric power stations are made according to the invention in such and similar places, two synergistic goals can be achieved simultaneously:
• да бъде отклонено ерозиращото течение към хидроелектроцентралата и така • част от неговата кинетична енергия ще се оползвотори, вместо да ерозира бреговете, дигите и да се наводняват околоречните площи при високи водни нива.• to divert the erosion flow to the hydroelectric power plant and thus • some of its kinetic energy will be utilized instead of eroding the coasts, dykes and flooding the river areas at high water levels.
Инвестиционните вложения за строителните и монтажните работи при инсталирането на водни електроцентрали, с турбини, съгласно изобретението са ниски не само поради ниската себестойност на турбините, но и защото не е нужно да се изграждат, водохващания, бентове или язовирни стени, напорни тръбопроводи и т.н.. Същевременно стова се избягват и редица екологични проблеми.Investments for construction and installation work for the installation of hydroelectric power plants with turbines according to the invention are low not only because of the low cost of the turbines, but also because they do not need to be constructed, water mains, dams or dams, pressure pipelines, etc. At the same time, a number of environmental problems are avoided.
Ниските капиталови разходи за изграждането на хидроцентрали, с турбини, съгласно изобретението, оперативните им удобства и екологичните им преимущества, ги правят подчертано конкурентна инвестиция за всякакви хидроенергийни обекти, където кинетичната енергия на свободно течащата вода се използва за получаване на електрическа енергия.The low capital costs of constructing hydropower plants with turbines according to the invention, their operational facilities and their environmental benefits make them a highly competitive investment for any hydropower site where the kinetic energy of free-flowing water is used to generate electricity.
·· ·· ··· ·· ·
Кратко пояснение на приложените чертежиBrief explanation of the accompanying drawings
Фигура 1 представлява схематично изображение на една трилопатна безнапорна водна турбина, съгласно изобретението.Figure 1 is a schematic representation of a three-blade unmanned water turbine according to the invention.
Фигура 2 показва понтонна инсталация за хидроелектроцентрала с две турбини, съгласно изобретението.Figure 2 shows a pontoon installation for a two-turbine hydropower plant according to the invention.
Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of carrying out the invention
На фиг.1 и 2 съответно са дадени два примера. На фигура 1 е показана една безнапорна водна турбина 1, съгласно изобретението, монтирана под понтон.Figures 1 and 2 give two examples respectively. Figure 1 shows a non-pressure water turbine 1 according to the invention, mounted under a pontoon.
На фигура 2 показана една двутурбинна инсталация, монтирана под понтонна платформа, закотвена с въжета 4 към котвите 5 на дъното.Figure 2 shows a two-turbine installation mounted under a pontoon platform anchored by ropes 4 to the anchors 5 at the bottom.
Използването на турбината съгласно изобретението като конвертор на кинетичната енергия на воден поток може да намери широко проложение в различни устройства, в които се преобразува енергията на воден поток в друг вид полезна енергия.The use of the turbine according to the invention as a converter of kinetic energy of water flow can find wide application in various devices in which the energy of water flow is converted to other useful energy.
Еднопосочното въртене на турбината, съгласно изобретението, при осцилиращи водни течение, като например на приливите и отливите и морските вълни, правят турбината сравнително проста и надеждна машина, която може да работи в широк диапазон от скорости на потока и при висока турбуленция в него. Последното позволява турбинните ротори да се монтират недалеч един от друг в рамките на една инсталация. Препоръчителните разстояния между тях са около един роторен диаметър.The unidirectional rotation of the turbine according to the invention with oscillating water flows, such as tides and sea waves, make the turbine a relatively simple and reliable machine that can operate in a wide range of flow rates and with high turbulence therein. The latter allows the turbine rotors to be installed close to each other within a single installation. The recommended distances between them are about one rotor diameter.
Оптималните ъгли на усукване на лопатите на турбината, съгласно изобретението, са дадени в долната таблица:The optimum angles of rotation of the turbine blades according to the invention are given in the table below:
·· ·· ··· ·· ·
8.8.
Основни съотношения на размерите на лопатите на турбината, съгласно изобретението.Basic dimensions of the turbine blades according to the invention.
Основни съотношения на дебелините на напречните профилите между отворените кухи и плътните лопати при турбини, съгласно изобретението:General ratios of the thicknesses of the transverse profiles between open hollow and dense turbine blades according to the invention:
Всеки елемент на турбината е евтин и може да бъде произведен от нескъпи материали и с несложни технологии. Роторните лопати се произвеждат от стъклопласти, фибропласти или метали. В случаите на използване на турбината за производство на електричество, електрогенераторите, куплирани директно към турбината, или през мултипликатор на оборотите, могат да бъдат електромагнитни синхронни машини с регулируемо възбуждане, без четки и контактни колектори и без скъпи постоянни магнити, произвеждани от сплави с редкоземни метали.Each element of the turbine is inexpensive and can be manufactured from inexpensive materials and with simple technologies. Rotor blades are made of fiberglass, fiberglass or metal. In the case of using the turbine to produce electricity, the electricity generators purchased directly to the turbine or through a speed multiplier can be electromagnetic synchronous machines with adjustable excitation, without brushes and contact manifolds, and without expensive permanent magnets made from rare earth alloys metals.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG109645A BG109645A (en) | 2006-08-07 | 2006-08-07 | Zero head water turbine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG109645A BG109645A (en) | 2006-08-07 | 2006-08-07 | Zero head water turbine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BG109645A true BG109645A (en) | 2008-02-29 |
Family
ID=39271543
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BG109645A BG109645A (en) | 2006-08-07 | 2006-08-07 | Zero head water turbine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
BG (1) | BG109645A (en) |
-
2006
- 2006-08-07 BG BG109645A patent/BG109645A/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kirke | Developments in ducted water current turbines | |
Lago et al. | Advances and trends in hydrokinetic turbine systems | |
US8070444B2 (en) | Turbine with coaxial sets of blades | |
Elghali et al. | Marine tidal current electric power generation technology: State of the art and current status | |
US20130177424A1 (en) | Screw turbine and method of power generation | |
Akimoto et al. | Drag-type cross-flow water turbine for capturing energy from the orbital fluid motion in ocean wave | |
US11549480B2 (en) | Floating drum turbine for electricity generation | |
US8002523B2 (en) | Turbine system and method for extracting energy from waves, wind, and other fluid flows | |
KR101049421B1 (en) | Tidal power systems | |
US9284941B2 (en) | Natural energy extraction apparatus | |
BG109645A (en) | Zero head water turbine | |
SK287751B6 (en) | Flow turbine with pivoted blades | |
EP2961979B1 (en) | Modular floating pier with integrated generator of energy from renewable sources | |
Barbarelli et al. | Engineering Design Study on an Innovative Hydrokinetic Turbine with on Shore Foundation | |
Wang et al. | Experimental research on energy extraction characteristics for half-rotating impeller tidal turbine | |
Vocadlo et al. | Hydraulic kinetic energy conversion (HKEC) systems | |
BG109629A (en) | Hybrid vertical-axis fluid turbine | |
US10738755B1 (en) | Hydrostatic pressure turbines and turbine runners therefor | |
Fischer et al. | Converting energy from ocean currents | |
JP2012241702A (en) | Underwater power generating device | |
KR20120031984A (en) | Power generation system that combines hydropower and wind power | |
RU2413091C2 (en) | Horizontal vane hydroelectric power station | |
Coiro | Development of innovative tidal current energy converters: from research to deployment | |
Barbarelli et al. | Innovative on-Shore System recovering Energy from Tidal Currents | |
RU2164622C1 (en) | River-bottom power station |