CZ23692U1 - Vodní náporová obtoková turbína - Google Patents

Description

Vodní náporová obtoková turbína

Oblast techniky

Technické řešení se týká vodní náporové obtokové turbíny, která pracuje na principu kinematiky rotačního stroje s oběžnými křídly a která je určena především pro jednoduchou instalaci do vodních toků bez nutnosti výstavby jezů, přehrad a nebo jiných nenávratných stavebních zásahů nepříznivě ovlivňujících ekologii, topografii vodních toků a jejich přirozené prostředí.

Dosavadní stav techniky

Převážná většina známých vodních motorů a turbin potřebuje ke své funkci zvýšení vodní hladiny potřebné k získání spádové potenciální energie vody, kterou pak mohou tyto motory a turbiny konvertovat na energii mechanickou. Tento požadavek vede k nutnosti budování rozsáhlých staveb na vodních tocích, které nenávratně mění svůj přirozený vzhled a funkci, negativně ovlivňují faunu a floru a případně omezují lodní dopravu. Největší vodní díla, jako je například Asuán v Egyptě, Itaipú v Brazílii, Tři soutěsky v Číně, dostatečně dokumentují negativní dopady těchto staveb na životní prostředí včetně přesunu vysokého množství obyvatel a deformací těchto toků a jejich dopady na úbytek vody a degeneraci prostředí v jejich následném pokračování. Tyto změny provázejí každou větší či menší stavbu přehrady nebo jezu a jsou ve velké většině případů nevratné.

Z uvedených důvodů se v historii objevila celá řada provedení vodních strojů, jako jsou například všeobecně známá vodní kola především na spodní vodu, která nevyžadují v podstatě žádný spád vodního toku. Jejich nevýhody spočívají však v tom, že pro předpokládaný výkon vyžadují konstrukci větších rozměrů a velký zastavěný prostor s omezenou mobilitou a nelze je instalovat do vodního toku v celku pod hladinu. Dále existují i jiné vodní stroje, avšak jejich konstrukce prakticky v drtivé většině případů vyžaduje větší či menší spád vodního toku a tudíž i periferní zařízení k nim včetně výstavby umělých hrází, náhonových nebo prítočných kanálů, což už podstatněji zasahuje do přirozené povahy vodních toků a přispívá k jejich narušení.

Účelem technického řešení je vytvořit taková zařízení, která by umožňovala získávat energii z říčních toků s minimální devastací řek a jejich okolí a přesto by byla schopná využít kinetickou energii proudění vody v říčních korytech po celé délce toku bez nutnosti umělého navýšení vodního spádu, přičemž instalace těchto zařízení by byla možná téměř v kterémkoli místě vodního toku připouštěla jejich reinstalaci v případech regulace říčních koryt a nebo jiných úprav toku a jeho okolí. Jako vhodný prostředek k dosažení tohoto cíle se ukazuje využití kinematické části rotoru rotačního stroje s oběžnými křídly, který je popsán v českém patentovém dokumentu č. 290702, jehož konstrukce umožňuje v upravené formě použití i pro funkci vodního stroje, zejména pak pro instalaci drobných vodních děl.

Podstata technického řešení

Shora uvedené nedostatky stávajících provedení vodních strojů ve velké míře odstraňuje a účel technického řešení splňuje vodní náporová obtoková turbína, sestávající z rotační části turbíny s oběžnými křídly otočně uloženými na centrální hřídeli, která jsou unášena excentricky uloženým prstencem opatřeným radiálně uspořádanými průniky, ve kterých jsou jednotlivá oběžná křídla kluzně uložena a kde je točivý moment vyváděn propojením prstence s výstupní hřídelí podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že rotační část turbíny s oběžnými křídly je vertikálně uložena v otevřeném pouzdru, které je tvořeno protilehlými plotnami vzájemně napevno spojenými v místě rotační části rotačního stroje částečně zakřivenou stěnou a před rotační částí proti směru proudu vodního toku náběhovou stěnou navazující na částečně zakřivenou stěnu, přičemž spojovací hrana náběhové stěny a částečné zakřivené stěny je umístěna v rovině dané osou centrální hřídele a její průsečnice s plotnami a která je rovnoběžná se směrem proudu

- 1 CZ 23692 U1 vodního toku a přičemž otevřené pouzdro je uloženo v základovém bloku pevně umístěném ve vodním toku. A nebo je otevřené pouzdro připevněno k plavidlu.

Rotační části turbíny jsou umístěny zrcadlově ve dvojici příčně ke směru proudu vodního toku.

Na výstupní hřídel je napojen generátor elektrického proudu.

Výhody vodní náporové obtokové turbíny podle technického řešení spočívají především v tom, že celé zařízení lze instalovat poměrně jednoduchým způsobem buď napevno v říčním toku bez nároků na výstavbu hrází a jiných úprav zvyšujících rozdílnost hladin a spádu vody potřebných k funkci známých zařízení a postačuje v tomto případě pouhý tlak vodního sloupce v běžném vodním toku. Zařízení je možné též umístit na boční či čelní části plavidla, které po zakotvení ve vodním toku a nebo i při vlastní plavbě může při obtoku tělesa plavidla plnit svou funkci pro generování elektrické energie.

Přehled obrázků na výkresech

Na připojených výkresech jsou pro bližší objasněni technického řešení zobrazeny základní konstrukční prvky vodní náporové obtokové turbíny, kde obr. 1 představuje ve vertikálním řezu A-A rotační část turbíny a její uložení v otevřeném pouzdru a obr. 2 znázorňuje v příčném řezu B-B rotační část turbíny a částečně zakřivenou stěnu otevřeného pouzdra.

Na obr. 3 je v příčném řezu znázorněno umístěni rotační části turbíny na plotně a spolu s tvarem částečně zakřivené stěny a s napojením na náběhovou stěnu a obr. 4 představuje shodné umístění rotační části turbíny s alternativně upravenými průniky oběžných křídel unášecím prstencem.

Obr. 5 představuje zrcadlové umístění rotačních částí turbíny a tomuto umístění odpovídající provedení náběhových stěn.

Na obr. 6 je znázorněna v bočním pohledu vodní obtoková náporová turbína a její napojení na generátor elektrického proudu a obr. 7 představuje zařízení dle obr. 6 v půdorysném pohledu.

Přiklad provedení technického řešení

Na obr. 1 je v lomeném řezu A-A zřejmého z obr. 2 patrná rotační část 1 turbíny vertikálně uložená v otevřeném pouzdru 2 mezi plotnami 2.1. 2.2 a kde je celé zařízení uloženo v ose centrální hřídele 1.2 v pevném základovém bloku 4 umístěném ve vodním toku. Rotační část 1 je tvořena centrální hřídelí 1.2 napevno ukotvené, na které jsou otočně uložena oběžná křídla 1.1 turbíny, která jsou pomocí unášecího prstence 1.3 propojena s výstupní hřídelí 1.5. Celé zařízení je potopeno ve vodním toku.

Obr. 2 znázorňuje v příčném řezu B-B patrného z obr. 1 rotační část 1 turbíny, kde jsou patrná oběžná křídla 1.1, která jsou otočně uložena na centrální hřídeli 1.2 a unášena pomocí unášecího prstence 1.3. který protínají v místech průniků 1.4.

Na obr. 3 je v příčném řezu a v půdorysném pohledu patrná celková konfigurace rotační části 1 turbíny s částečně zakřivenou stěnou 3, která v místě spojovací hrany 3.2 navazuje na náběhovou stěnu 3.1, která usměrňuje vodní tok ve směru s tak, aby směřoval pouze na jednu polovinu rotační části 1 turbíny, kde jsou oběžná křídla 1,1 vysouvána do maximální polohy vně a kde tuto zónu vymezuje rovina daná osou centrální hřídele 1.2 a průsečnicí p této roviny s plotnou 22, kde průsečnice p je rovnoběžná se směrem s proudu vodního toku.

Obr. 4 představuje v příčném řezu a v půdorysném pohledu celkovou konfiguraci rotační části 1 turbíny shodnou s obr. 3, kde jsou však průniky 1.4 oběžných křídel 1.1 unášecím prstencem L3 alternativně opatřeny otočně uloženými lištami 1.6, mezi nimiž je oběžné křídlo 1.1 kluzně uloženo.

-2CZ 23692 U1

Na obr. 5 je v příčném řezu a půdorysném pohledu znázorněno zrcadlové provedení, kde jsou rotační části 1 turbíny umístěny vedle sebe příčně ke směru s proudu vodního toku a k této konfiguraci jsou tvarově přizpůsobeny částečně zakřivená stěna 3 a náběhová stěna 3.1.

Obr. 6 představuje v bočním pohledu a částečném řezu rotační část 1 turbíny umístěnou pod hladinou h vodního toku a její napojení na generátor 5 elektrického proudu umístěným nad hladinou h vodního toku a jejich uchycení na pilonech 6, 6.1 v základovém bloku 4.

Na obr. 7 je v půdorysném pohledu znázorněno celé zařízení, kde je patrná rotační část 1 napojená na generátor 5 elektrického proudu, přičemž toto zobrazení vychází z konfigurace znázorněné na obr. 6.

Základním rysem funkce obtokové turbíny je jednostranné prime působení tlaku vody na vysunutá oběžná křídla 1.1 turbíny a tím je vytvářen točivý moment rotační části 1 turbíny, který je dále přenášen pomocí výstupní hřídele 1.5 na generátor 5 elektrického proudu, případně na jiný stroj vyžadující vstup točivého momentu.

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Vodní náporová obtoková turbína, sestávající z rotační části (1) turbíny s oběžnými křídly (1.1) turbíny otočně uloženými na centrální hřídeli (1.2), která jsou unášena excentricky uloženým prstencem (1.3) opatřeným radiálně uspořádanými průniky (1.4), ve kterých jsou jednotlivá oběžná křídla (1.1) turbíny kluzně uložena a kde je točivý moment vyváděn propojením unáŠecího prstence (1.3) s výstupní hřídelí (1.5), vyznačující se tím, že rotační část (1) turbíny s oběžnými křídly je vertikálně uložena v otevřeném pouzdru (2), které je tvořeno protilehlými plotnami (2.1, 2.2) vzájemně napevno spojenými v místě rotační části (1) rotačního stroje částečně zakřivenou stěnou (3) a před rotační částí (1) proti směru (s) proudu vodního toku náběhovou stěnou (3.1) navazující na částečně zakřivenou stěnu (3), přičemž spojovací hrana (3.2) náběhové stěny (3.1) a částečné zakřivené stěny (3) je umístěna v rovině dané osou centrální hřídele (1.2) a její průsečnice (p) s plotnami (2.1, 2.2) a která je rovnoběžná se směrem (s) proudu vodního toku a přičemž otevřené pouzdro (2) je uloženo v základovém bloku (4) pevně umístěném ve vodním toku, a neboje otevřené pouzdro (2) připevněno k plavidlu.
2. 2. Vodní náporová turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že rotační části (1) turbíny jsou umístěny zrcadlově ve dvojici příčně ke směru (s) proudu vodního toku.
3. 3. Vodní náporová obtoková turbína podle nároků la2, vyznačující se tím, že na výstupní hřídel (1.5) je napojen generátor (5) elektrického proudu.