BG3701U1 - Роторна система с двукратна турбина и дефлектор за добив на електроенергия от руслово водно течение - Google Patents

Abstract

Полезният модел се отнася до плаваща или стационирана роторна система с двукратна турбина и дефлектор за добив на електроенергия от руслово водно течение, включваща единична секция, направена от свързани към корпус двукратна турбина (1) и един или повече електрогенератора (2). Корпусът се състои от поне четири тела на корпуса, а именно горно тяло на корпус (3), долно тяло на корпуса (4), и странични тела на корпуса (5, 6) с вътрешни дефлекторни повърхнини (5а, 6а), като към поне едно от тези тела е свързана двукратната турбина (1), при което вътрешните дефлекторни повърхнини (5а и 6а) са подходящо оформени, така че да насочват водния поток по най-благоприятен начин за атакуване на лопатките на двукратната турбина (1). Роторната система може да включва поне една двойка, разположени в линия, напречна на течението, роторни системи с единична секция, свързани с един или повече електрогенератора, като едната от роторните системи във всяка сдвоена секция е с огледална конструкция по отношение на вертикална равнина успоредна на страничните тела на корпуса спрямо другата роторна система в същата секция.

Description

Област на техниката

Полезният модел се отнася до система за добив на електроенергия чрез използване на водна маса за произвеждане на електричество, в частност чрез използване на речен поток. Такива системи са руслови водноелектрически централи на течащи води, използващи, например, течението на река за електропроизводство.

Предшестващо състояние на техниката

Известна е роторна система за добив на електроенергия от патент US 4,084,918, която е предназначена за добив на електроенергия от движението на въздушни потоци, чрез една или две огледално разположени двукратни турбини с дефлектори на въздушния поток или една двукратна турбина с хоризонтална и една двукратна турбина с вертикална ос. Недостатък на това решение е, че то е предназначено за добив на електроенергия от въздушни потоци, а не от руслови течащи води. Не може да плава и няма възможност за регулиране на входящия и изходящия поток.

Друга подобна система за генериране на електрическа енергия от флуиден поток е системата, показана в американски патент US 2003/0133782 А1. Тя отново е предназначена за добив на електроенергия от въздушни потоци чрез двукратна турбина и дефлектор на въздушния поток, като има и входящи и изходящи клапи, които са синхронно управляеми от вятъра.

Никоя от споменатите по-горе системи не е предназначена за добив на електроенергия от водни потоци, особено от руслови течащи води.

Известна е система за добив на електроенергия от воден поток от патент ЕР 3150846, която включва тяло с разположени на него двукратни турбини в последователност, като осите им са успоредни една на друга, и в същото време перпендикулярни на течението на водата. Профилът на тялото е с U-образно напречно сечение, съответно в тялото е образуван улей, с долен корпус и два странични корпуса, като на страничните корпуси са разположени турбините. Използването на двукратни турбини е доказано, че извлича по-голямо количество електроенергия от водния поток и коефициента на полезно действие е по-голям спрямо много от другите видове турбинни колела.

Основният недостатък на едно такова решение е, че при използването за задвижването на роторната система от воден поток с по-малки скорости, добивът на електроенергия е сравнително малък. Оттам и ефикасността на цялата система е ниска.

За да се създаде роторна система за добив на електроенергия от руслов воден поток - например от течението на река, при която скоростта на този воден поток да бъде увеличена, за да се увеличи добива на електроенергия, обикновено се организира пад на водния поток, чрез бент, намалява се сечението, през което изтича потока, или се организира речен канал с определен наклон. Тези методи са сравнително скъпи, понеже се изисква коригиране на речните течения и са широко разпространени при по-малки реки, при които няма корабоплаване. При големите плавателни реки съоръженията от този тип са много скъпи, и за да не се възпрепятства речния транспорт по тях е необходимо да се използват шлюзови съоръжения, или от основното корито на реката да се отклоняват допълнителни изкуствени канали, в които се организира водния електродобив.

Техническа същност на полезния модел

Задача на настоящия полезен модел е да се създаде система, при която да бъдат взети мерки скоростта на водния поток да бъде увеличена, за да се увеличи добива на електроенергия.

Тази задача се решава, като се създава плаваща или стационирана роторна система с двукратна турбина и дефлектор на флуиден поток за добив на електроенергия от руслово водно течение, с корпус, играещ ролята на дефлектор на руслов воден поток, съгласно настоящия полезен модел, която се различава от познатите до момента системи с начина на оформяне на дефлектора, който може да плава и носи върху себе си турбината и електрогенератора. Такъв тип роторна система е особено подходяща, но не само, за големи плавателни реки или изкуствени канали.

3922 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 06.1/15.06.2020

По-специално роторната система за добив на електроенергия с двукратна турбина и дефлектор на флуиден поток, съгласно полезния модел, включва един или повече електрогенератора, свързани директно или чрез трансмисия с турбина за трансформиране на въртеливото й движение в електрическа енергия. Електрогенераторите са разположени върху корпус, в чийто улей е разположена турбината. Възможно е корпусът да е свързан с турбината директно или с единия или повече електрогенератора. Също така е възможно оста на двукратната турбина да е свързана, чрез лагерни възли с корпуса директно или чрез единия или повече електрогенератора. Турбината представлява двукратно турбинно колело с пет или повече на брой лопатки, свързани към него. Корпусът се състои от поне четири тела, а именно долно тяло на корпуса с долна профилна повърхнина, две странични тела на корпуса с вътрешни дефлекторни повърхнини и горно тяло на корпуса. Двукратната турбина е свързана директно или индиректно с поне единия от горното тяло на корпуса и/или долното тяло на корпуса. Двете вътрешни дефлекторни повърхнини на двете горно и долно тяло на корпуса са скосени в двата си противоположни края, оформяйки заедно трапецовидни улеи преди и след турбината, като по-широката основа на трапецовидните улеи е в двата края на дефлектора, в които постъпва и се оттича флуидният поток, а по-малката им основа е непосредствено преди и след турбината. Вътрешните дефлекторни повърхнини на двете странични тела на корпуса са оформени по начин, че да насочват водния поток по начин за най-благоприятно атакуване на лопатките на турбината. Вътрешната дефлекторна повърхнина на едно от страничните тела на корпуса се простира косо от страничната периферия на корпуса до областта на точка на външната обиколка на турбината откъм входящата част на корпуса, която точка е разположена на тангентата към външната обиколка, напречна на страните на корпуса. Вътрешната дефлекторна повърхнина на другото странично тяло на корпуса се простира от противоположната странична периферия на корпуса до областта на точка на външната обиколка на турбината откъм изходящата част на корпуса. В задната си част вътрешните повърхнини на страничните тела на корпуса се простират от споменатите области на точки на външната обиколка на турбината, до съответните странични периферии на корпуса.

Във вътрешността си страничните тела на корпуса и долното тяло на корпуса се състоят от една или повече кухини, всяка от които има една и съща или различна форма.

За предпочитане е кухините в телата на корпуса да се състоят от еднакви или различни по форма обеми, при което всеки от обемите в кухините е снабден с поне един отвор, свързан със средства за поне частично запълване или изпразване на обемите с флуид. За да се регулира пълненето с флуид в отделните обеми, те са разделени един от друг с поне частична стена. Възможно е също така да бъдат разделени и с цялостна стена помежду им, тоест обемите да бъдат херметически затворени и разделени един от друг обеми. Тези обеми за предпочитане са подходящо оребрени, което способства издръжливостта на хидростатично налягане. Ако е необходимо кухините могат също да имат поне по един отвор на повърхността си, който да осигурява достъп за средства за поне частично запълване или изпразване на обемите с флуид.

В друг вариант на изпълнение в кухините на телата на корпуса са поставени една или повече тръби с еднакъв или различен диаметър, които са закрепени в кухините посредством опорни ребра, при което всяка от тръбите в кухините е снабдена с поне един отвор, свързан със средства за поне частично запълване или изпразване на тръбите с флуид. Ако е необходимо кухините могат също да имат поне по един отвор на повърхността си, който да осигурява достъп за средства за поне частично запълване или изпразване на тръбите с флуид. В този вариант на изпълнение, кухините са отворени, като по този начин те се пълнят с флуид от речния поток и хидростатичното налягане оказва натиск само на тръбите.

В друг вариант на изпълнение на роторната система в някои от кухините на горното тяло на корпуса и/или долното тяло на корпуса и/или страничните тела на корпуса има една или повече тръби, а в останалите тела на корпуса има херметически затворени обеми.

Регулирането на постъпващия и напускащия дефлектора флуиден поток е възможно да се осъществява от регулиращи клапи, разположени на двата края на корпуса, от входящата и изходящата страна на улея на корпуса. Тези клапи са задвижвани ръчно или автоматизирано - при стационирането на системата и/или дистанционно, чрез познати средства за осъществяване на такива движения в процеса

3923 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 06.1/15.06.2020 на работа. Клапите представляват плочи, шарнирно свързани с долното тяло на корпуса.

При работа вследствие на завъртането на турбината възникват реактивни сили, които се стремят да завъртят цялата система. Това от своя страна обуславя необходимостта да се вземат мерки за предотвратяване на завъртането на системата, например ако корпусът на системата има средства за закотвяне, и системата бъде закотвена. Във вариант на изпълнение, за да се предотврати завъртането е възможно да се изгради фундамент, към който да се закрепи роторната система. Роторната система може да бъде закотвена по начин, позволяващ нейната плаваемост, или да бъде стационарно закрепена към допълнителна конструкция. Друга възможност, която е предпочитана, е да се предотврати завъртането, като се вземе поне една двойка роторни системи с единична секция, свързани с един или повече електрогенератора, като едната от роторните системи във всяка сдвоена секция е с огледална конструкция по отношение на вертикална равнина успоредна на страничните тела на корпуса спрямо другата роторна система в същата секция. По този начин възникващите реактивни сили ще бъдат равни по големина, но с противоположна посока, което ще доведе до тяхното уравновесяване и мерките за закотвяне на сдвоения вариант ще са по-лесни. Двукратните турбини могат да бъдат свързани с общ или отделни един или повече електрогенератора.

За да се увеличи добива на електроенергия е възможно две или повече сдвоени роторни системи за добив на електроенергия с двукратна турбина и дефлектор на флуиден поток да бъдат стекирани последователно. По този начин количеството добита електроенергия ще се умножи по броя на стекираните системи. Тези системи могат да бъдат с директно задвижван електрогенератор или електрогенератор с трансмисия на всяко турбинно колело или движението от всяко турбинно колело е изведено да завърта общ вал, който върти поне един по-голям електрогенератор.

Роторните системи за добив на електроенергия с двукратна турбина и дефлектор на флуиден поток могат да бъдат позиционирани по начин оста на турбинното колело да бъде вертикална или хоризонтална. Роторните системи с хоризонтална ос на двукратната турбина представляват завъртени на 90° роторни системи. При тях е възможно да бъдат взети мерки електрогенератора да не бъде потопен, като например чрез свързване с удължена трансмисия. Роторните системи с хоризонтална ос на турбинното колело е възможно да бъдат стекирани вертикално. Този вид стекиране е удачен при добив на електроенергия от по-дълбоки реки или при добив на електроенергия от морски течения.

Пояснение на приложените фигури

На фиг. 1.1 е представен изглед отпред на една единична секция с едно турбинно колело и един електрогенератор на роторната система с двукратна турбина и дефлектор на флуиден поток за добив на електроенергия от руслово водно течение, съгласно полезния модел.

На фиг. 1.2 е представен хоризонтален разрез по линията А-А на устройството, показано на фиг. 1.1.

На фиг. 1.3 е представен вертикален разрез по линията В-В на устройството, показано на фиг. 1.1.

На фиг. 1.4 е представен изглед в перспектива на устройството, показано на фиг. 1.1.

На фиг. 2.1 е представен изглед отпред на една двойна секция с две турбинни колела и два електрогенератора на роторната система с двукратна турбина и дефлектор на флуиден поток за добив на електроенергия от руслово водно течение, съгласно полезния модел.

На фиг. 2.2 е представен хоризонтален разрез по линията А-А на устройството, показано на фиг. 2.1.

На фиг. 2.3 е представен вертикален разрез по линията В-В на устройството, показано на фиг. 2.1.

На фиг. 2.4 е представен изглед в перспектива на устройството, показано на фиг. 2.1.

На фиг. 3 е представена роторната система, съгласно полезния модел, със стекирани пет двойни секции с по две турбинни колела, всяко от тях, свързано с по един електрогенератор.

На фиг. 4 е представена роторната система, съгласно полезния модел, със стекирани пет двойни секции с по две турбинни колела, всички свързани с един общ електрогенератор, задвижван чрез трансмисия, направена от вал и зъбни двойки, която трансформира въртеливото движение от всички турбини на роторната система във въртеливо движение на вала, за създаване на електрическа енергия в електрогенератора, съгласно полезния модел.

3924 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 06.1/15.06.2020 Примерно изпълнение на полезния модел

Обикновено, поради сравнително ниската линейна скорост на водния поток, турбината при роторни системи за добив на електроенергия получава малка периферна скорост, което води до относително малка ъглова скорост на въртене. Тази ъглова скорост е недостатъчна за ефективното задвижване директно на електрогенератор, или на електрогенератор задвижван през трансмисия от турбината. Това обуславя използването на дефлектор на флуидния поток, благодарение на който се извлича по-голямо количество енергия от водния поток. Съгласно предпочитан вариант на полезния модел роторната система с двукратна турбина и дефлектор за добив на електроенергия от руслово водно течение се състои от двукратна турбина 1, лагерувана към дефлектора или присъединена към него директно или чрез електрогенератора 2, който може да има или няма трансмисия. Във варианта с лагерни възли е възможно те да бъдат разположени на горното тяло на корпуса 3 и долното тяло на корпуса 4, или само на един от тях.

Около двукратната турбина 1 е разположен дефлектора, имащ за цел да увеличи скоростта на водния поток и да насочи водния поток по най- благоприятен начин за атакуване на лопатките на двукратната турбина 1. Дефлекторът се състои от горно тяло на корпус 3, долно тяло на корпус 4 и две странични тела на корпуса 5 и 6. Всичките тела на корпуса на дефлектора имат поне по една херметически затворена кухина, непозволяващи да навлезе вода и даващи възможност цялата система да не потъва. Като алтернативно решение е възможно системата да няма херметически затворени обеми, да не плава и да бъде стационарно захваната директно или чрез допълнителна конструкция за дъното или брега на река или речен канал.

Вътрешните повърхнини 5а и 6а на страничните тела на корпуси 5 и 6 са подходящо оформени, така че да насочват водния поток по най-благоприятен начин за атакуване на лопатките на двукратната турбина 1. По-специално вътрешната дефлекторна повърхнина 5 а на един от страничните тела на корпуси 5 се простира косо от страничната периферия на корпуса до областта на точка на външната обиколка на турбината откъм входящата част на корпуса, която точка е разположена на тангентата към външната обиколка, напречна на страните на корпуса. Вътрешната дефлекторна повърхнина 6а на другото странично тяло на корпус 6 се простира от противоположната странична периферия на корпуса до областта на точка на външната обиколка на турбината откъм изходящата част на корпуса. В задната си част вътрешните повърхнини на страничните тела на корпуса 5а и 6а се простират от споменатите области на точки на външната обиколка на турбината, до съответните странични периферии на корпуса.

Към долното тяло на корпус 4 на дефлектора, от входящата и изходящата страна на улея на корпуса, са прикрепени предна 7 и задна 8 клапи, чрез които е възможно да се регулира входящото и изходящото количество флуидния поток. Клапите 7 и 8 представляват плочи, шарнирно свързани с долното тяло на корпус 4, и приспособени с възможност за регулиране на входящия и изходящия воден поток. Това регулиране може да се осъществява еднократно при монтаж на системата или да бъде променяно в процеса на работа в зависимост от променящата се скорост на водния поток със средства известни в техниката, както ръчно, така и автоматизирано.

Въртенето на едно двукратно колело предизвиква наличието на реактивен момент, който ще доведе до завъртането на системата, ако не се вземат мерки за преодоляването на този реактивен момент. Затова като основен работен вариант ще се използва роторна система за добив на електроенергия със сдвоени секции, при която има поне една двойка роторни системи с единична секция, свързани с един или повече електрогенератора 2, като едната от роторните системи във всяка сдвоена секция е с огледална конструкция по отношение на вертикална равнина, успоредна на страничните тела на корпуса спрямо другата роторна система в същата секция. Тоест има две огледално разположени двукратни турбини 1 и два огледално разположени дефлектора, състоящи се от горен 3, долен 4 и две странични 5 и 6 тела на корпуса, като върху долните тела на корпуса са захванати предната 7 и задната клапи 8, които регулират входния и изходния флуиден поток.

За увеличаване добива на електроенергия е възможно да се използват две или повече сдвоени секции I, при които всяка двукратна турбина 1 задвижва отделен електрогенератор 2 или комплект трансмисия - електрогенератор 2.

3925 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 06.1/15.06.2020

Като алтернативен вариант на използване е възможно въртеливото движение на всички или няколко двукратни турбини 1, чрез зъбни двойки 9 и вал 10 или чрез друг начин на предаване да задвижва поне един електрогенератор 2 или комплект трансмисия-електрогенератор 2.

Друго алтернативно решение, е използването на стекирани сдвоени една или повече секции с двукратни турбини 1 с хоризонтално разположени оси на въртене. Ако са повече от една такива секции, то те могат да се стекират хоризонтално. При тях въртеливото движение на всички или няколко двукратни турбини 1, чрез зъбни двойки 9 и вал 10 или чрез друг начин на предаване задвижва поне един електрогенератор 2 или комплект трансмисия-електрогенератор 2. Такъв вариант с вертикално стекирани роторни системи с хоризонтални оси е възможно да се използва както в по-дълбоки реки, така и за добив на електроенергия от морски течения.

Claims (9)

1. Претенции

   1. Роторна система с двукратна турбина и дефлектор за добив на електроенергия от руслово водно течение, включваща единична секция, направена от свързани към корпус двукратна турбина (1) и един или повече електрогенератора (2), разположени върху корпуса, двукратната турбина (1) е свързана директно или чрез трансмисия с единия или повече електрогенератора (2), за трансформиране на въртеливото движение на двукратната турбина (1) в електрическа енергия, като двукратната турбина (1) е разположена в улей на корпус, и е свързана с корпуса директно или чрез единия или повече електрогенератора (2), при което двукратната турбина (1) се състои от турбинно колело и пет или повече на брой лопатки, свързани към турбинното колело, характеризираща се с това, че корпуса се състои от поне четири тела на корпуса, а именно горно тяло на корпус (3), долно тяло на корпуса (4), и странични тела на корпуса (5, 6) с вътрешни дефлекторни повърхнини (5а, 6а), при което двукратната турбина (1) е свързана с поне единия от горното тяло на корпуса (3) и/или долното тяло на корпуса (4), и при което вътрешната дефлекторна повърхнина (5а) на един от страничните тела на корпуса (5) се простира косо от страничната периферия на корпуса до областта на точка на външната обиколка на турбината откъм входящата част на корпуса, която точка е разположена на тангентата към външната обиколка, напречна на страните на корпуса, а вътрешната дефлекторна повърхнина (6а) на другото странично тяло на корпуса (6) се простира от противоположната странична периферия на корпуса до областта на точка на външната обиколка на турбината откъм изходящата част на корпуса, като в задната си част вътрешните повърхнини на страничните тела на корпуси (5а и 6а) се простират от споменатите области на точки на външната обиколка на турбината, до съответните странични периферии на корпуса, като повърхнините на горното тяло на корпуса (3) и на долното тяло на корпуса (4), които са с лице към двукратната турбина (1) са двустранно скосени съответно към входната и изходната част на корпуса.
2. 2. Роторна система за добив на електроенергия съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че оста на двукратната турбина (1) е свързана чрез лагерни възли с корпуса или директно към вала на единия или повече електрогенератора (2), или директно към вала на трансмисия на единия или повече електрогенератора (2).
3. 3. Роторна система за добив на електроенергия съгласно всяка от предходните претенции, характеризираща се с това, че на двата края на долното тяло на корпуса (4), от входящата и изходящата страна на улея на корпуса, са разположени предна клапа (7) и задна клапа (8), представляващи плочи, шарнирно свързани с долното тяло на корпуса (4).
4. 4. Роторна система за добив на електроенергия съгласно всяка от предходните претенции, характеризираща се с това, че горното тяло на корпуса (3), долното тяло на корпуса (4) и страничните тела на корпуса (5, 6) са кухи и включват една или повече херметически затворени кухини, имащи поне по един отвор за постъпване на флуид.
5. 5. Роторна система за добив на електроенергия съгласно претенция 4, характеризираща се с това, че в кухините на горното тяло на корпуса (3) и/или долното тяло на корпуса (4) и/или страничните тела на корпуса (5, 6) са поставени една или повече тръби с еднакъв или различен диаметър, които са херметически затворени в двата си края, и са закрепени в кухините посредством опорни ребра, при което всяка от тръбите в кухините е снабдена с поне един отвор за контролирано постъпване на флуид,

   3926 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 06.1/15.06.2020 който отвор е свързан със средства за поне частично запълване или изпразване на тръбите с флуид.
6. 6. Роторна система за добив на електроенергия съгласно претенция 4, характеризираща се с това, че кухините на горното тяло на корпуса (3) и/или долното тяло на корпуса (4) и/или страничните тела на корпуса (5, 6) се състоят от еднакви или различни по форма херметически затворени и разделени един от друг обеми, които са оребрени с поне едно опорно ребро между две противоположни стени на всеки от обемите, при което всеки от обемите в кухините е снабден с поне един отвор, свързан със средства за поне частично запълване или изпразване на обемите с флуид.
7. 7. Роторна система за добив на електроенергия съгласно всяка от предходните претенции, характеризираща се с това, че корпусът на системата има средства за закотвяне.
8. 8. Роторна система за добив на електроенергия съгласно претенции от 1 до 6, характеризираща се с това, че е стационарно закрепена към допълнителна носеща конструкция.
9. 9. Роторна система за добив на електроенергия със сдвоени секции, характеризираща се с това, че включва поне една двойка разположени в линия, напречна на течението, роторни системи с единична секция съгласно претенции 1-8, свързани с един или повече електрогенератора, като едната от роторните системи във всяка сдвоена секция е с огледална конструкция по отношение на вертикална равнина, успоредна на страничните тела на корпуса спрямо другата роторна система в същата секция.