CZ18330U1 - Hydraulická vírová turbína - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká úpravy konstrukce hydraulické vírové turbíny používané zejména pro říční toky s kolísavým spádem.

Dosavadní stav techniky

U běžných konstrukcí vírových turbín vtéká kapalina kolem tělesa turbíny, obtéká výztužné lopatky a vtéká bez rotační složky do oběžného kola, kde se urychluje a získává rotační složku tak, že za oběžným kolem rotuje proti směru jeho otáčení a vstupuje do savky. V savce má kapalina jistou rotační složku, která se zmenšuje účinkem třecích sil. Tato rotační složka způsobuje v pro10 storu osy rotace snížení tlaku, takže je zde nebezpečí vzniku copu, a to buď copu vyplněného vzduchovými bublinami nebo kavitujícího copu. Vznik copu v savce turbíny snižuje její účinnost a vyvolává v systému nízkofrekvenční tlakové pulsace, které zvyšují hluk a způsobují rozkmitání systému. Proto je možno tyto turbíny využívat pouze pro nízké spády, kde je rotační složka v savce turbíny přijatelná.

Tento nedostatek je řešen známou dvoustupňovou turbínou s tzv. kaskádovou mříží, popsanou například ve spise CZ 1993-2928 AI. Podle tohoto řešení má turbína dvě oběžná kola, která jsou umístěna na samostatných hřídelích spojených s generátory. Kapalina vytékající z prvního oběžného kola rotuje za tímto oběžným kolem proti směru jeho rotace a vstupuje s touto rotační složkou do druhého oběžného kola, čímž způsobuje jeho rotaci proti smyslu otáčení prvního kola. Z druhého oběžného kola již vystupuje kapalina bez rotační složky, takže lze pro konstrukci použít klasickou savku. Tímto dvoustupňovým prouděním se zabrání vzniku kavitujícího copu v savce turbíny, avšak za cenu složitější konstrukce.

Z hlediska konstrukčního bývá turbína, popsaná například v CZ 10767 Ul, opatřena převodovkou, za kterou je napojen generátor, nebo je opatřena prstencovým motorem, dle konstrukce po25 psané ve spise WO 03023223, popřípadě pro kaskádové turbíny ve spise WO 2007/017629. Prstencový motor je v podstatě složen z rotoru, který je tvořen přímo oběžným kolem turbíny opatřeným obvodovým kroužkem. Stator rotoru tvoří prstenec, opatřený vinutím. Nevýhodou tohoto prstencového motoru jsou velké třecí síly, vznikající prouděním kapaliny v tenké mezeře mezi rotorem a statorem. Důsledkem působení těchto třecích sil jsou hydraulické ztráty, které mají za následek snížení hydraulické účinnosti turbíny někdy o více než 10 %.

Tento nepříznivý stav je v některých případech řešen umístěním prstencového motoru uvnitř tělesa turbíny, kam je zabráněno přístupu kapaliny ucpávkou, jak je patrné například ze spisu CA 2172179. Odstranění třecích sil mezi statorem a prstencem rotoru je konstrukčně složité a k přenosu kroutícího momentu je při relativně nízkých otáčkách turbíny potřeba co největšího průměru rotoru motoru. To je spojeno se zvyšováním stavebních rozměrů tělesa turbíny, a tedy se zvýšením její hmotnosti, stavebních rozměrů a výrobních nákladů.

Úkolem předkládaného řešení je představit takovou konstrukční úpravu hydraulické vírové turbíny, která by při umístění pohonu uvnitř nábojového tělesa zajišťovala celkové snížení stavebních rozměrů turbíny a zároveň umožňovala výkonovou regulaci bez použití frekvenčního měniče.

Podstata technického řešení

Stanoveného cíle je dosaženo technickým řešením, kterým je hydraulická vírová turbína sestávající ze statorového tělesa, v němž je vytvořena tvarovaná komora pro uložení alespoň jednoho oběžného kola tvořeného jednak dutým nábojovým tělesem, které je v komoře uchyceno pomocí výztužných lopatek, a jednak vlastním nábojem, uchyceným na pohonné hřídeli a opatřeným sadou minimálně dvou lopatek, kde pohonná hřídel je vyvedena do vnitřní dutiny nábojového tělesa. Podstatou řešení je, že ve vnitřní dutině nábojového tělesa je uložen minimálně jeden, s

- 1 CZ 18330 Ul výhodou dva a více sériově řazených diskových motorů, jejichž rotory jsou uchyceny na pohonné hřídeli a statory jsou upevněny zevnitř k plášti nábojového tělesa.

Další podstatou řešení je, že diskové motory jsou z hlediska elektrického zapojení řazeny sériově či paralelně.

Popis obrázků na připojených výkresech

Konkrétní příklady provedení technického řešení jsou schematicky znázorněny na připojených výkresech, kde:

obr. 1 je vertikální řez jednostupňovou vírovou turbínou, obr. 2 je vertikální řez dvoustupňovou vírovou turbínou.

ío Příklady provedení technického řešení

Vírová turbína v základním jednostupňovém provedení podle obr. 1 je tvořena statorovým tělesem 1, v němž je vytvořena tvarovaná komora 2 pro uložení oběžného kola 3. Oběžné kolo 3 je tvořeno dutým nábojovým tělesem 31, které je v komoře 2 uchyceno pomocí výztužných lopatek 4, a vlastním nábojem 32, uchyceným na pohonné hřídeli 8 a opatřeným sadou minimálně tří lopatek 33· Pohonná hřídel 8 je přes těsnicí ucpávku 7 vyvedena do vnitřní dutiny 34 nábojového tělesa 31, kde je uložena v ložiskách 5. Ve vnitřní dutině 34 je uložen jeden, s výhodou sada dvou a více sériově řazených diskových motorů 6. Rotory 6£ diskových motorů 6, vytvořené s výhodou ve formě kotoučů opatřených neznázorněnými permanentními magnety, jsou uchyceny na pohonné hřídeli 8 a statory 62 jsou upevněny zevnitř k plášti nábojového tělesa 31· Z hlediska elektrického zapojení je možno diskové motory 6 řadit sériově či paralelně, čímž je umožněna jednoduchá regulace výkonu turbíny pomocí vypínání jednotlivých sekcí.

Popsané provedení není jediným možným využitím technického řešení, když diskové motory 6 je možno zabudovat i do nábojových těles 3£ dvoustupňových hydraulických vírových turbín, kde mezi oběžná kola 3 je vložena nerotující lopatková mříž 9, jak je znázorněno na obr. 2.

Průmyslová využitelnost

Úpravu podle technického řešení je možno uplatnit u všech jednostupňových či dvoustupňových hydraulických vírových turbín, kde je nutno zajistit jejich výkonovou regulaci v závislosti na změně spádu, tedy výšky hladiny.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (2)

1. 30 1. Hydraulická vírová turbína sestávající ze statorového tělesa (1), v němž je vytvořena tvarovaná komora (2) pro uložení alespoň jednoho oběžného kola (3) tvořeného jednak dutým nábojovým tělesem (31), které je v komoře (2) uchyceno pomocí výztužných lopatek (4), a jednak vlastním nábojem (32), uchyceným na pohonné hřídeli (8) a opatřeným sadou minimálně dvou lopatek (33), kde pohonná hřídel (8) je vyvedena do vnitřní dutiny (34) nábojového tělesa (31),

   35 vyznačující se tím, že ve vnitřní dutině (34) nábojového tělesa (31)je uložen minimálně jeden, s výhodou dva a více sériově řazených diskových motorů (6), jejichž rotory (61) jsou uchyceny na pohonné hřídeli (8) a statory (62) jsou upevněny zevnitř k plášti nábojového tělesa (31).
2. 2. Hydraulická vírová turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že diskové

   40 motory (6) jsou z hlediska elektrického zapojení řazeny sériově či paralelně.

   2 výkresy . 7 .

   CZ 18330 Ul

   OBR. 1

   Konec dokumentu