CZ24439U1 - Unášeč tekutinové odvalovací turbíny - Google Patents

Description

Technické řešení se týká unášeče tekutinových turbín v podobě odvalovacích tekutinových strojů, které se skládají z válcového nebo kónického statoru, ve kterém je uložen na hřídeli rotor osově symetrického tvaru, který může po vnitřní straně statoru obíhat.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy tekutinové turbíny odvalovacího principu, které sestávají ze statoru, který má obyčejně podobu konfuzoru a rotorem je těleso osově symetrického tvaru, velmi často podoby polokoule nebo komolého kuželu. Například dle českého patentu č. 284 483 o názvu Odvalovací tekutinový stroj a dle Evropského patentu EP 1 015 760 Bl o názvu Rolling Fluid Machine, je známa vodní turbína, která se skládá ze zásobníku tekutiny opatřeného přítokem a nejméně jednou výstupní tryskou, přičemž v oblasti výstupní trysky je na přidržovacím zařízení uložen odvalovací rotor osově symetrického tvaru. Tento stroj může fungovat jako vodní turbína, když voda, která obtéká rotor, tento rotor vychýlí k vnitřní stěně výstupní trysky a začne jej ve výstupní trysce - ve statoru - odvalovat. Rovněž řešení odvalovacího fluidního motoru v provedení podle českého UV 7 606 o názvu Hydromotor a Evropského patentu EP 1 082 538 Bl o názvu Hydraulic Motor může být využito k výrobě energie. Rovněž tak řešení podle českého patentu č. 294 708 o názvu Odvalovací kapalinová turbína představuje vodní motor odvalovacího typu, který má navíc v místech vzájemného dotyku rotoru a statoru uspořádány hydraulické kanály, které zároveň plní funkci ozubeného převodu a tím zamezují prokluzování rotoru uvnitř statoru. Rovněž podle české přihlášky vynálezu č. PV 2007-520 s názvem Tekutinová turbína a podle českého užitného vzoru č. 17 908 a patentu č. 302 396 s názvem Tekutinová turbína existuje řešení odvalovací turbíny, kdy hřídel, na jejímž jednom konci je uspořádán rotor, je instalována neotočným způsobem s možností úhlového vychylování všemi směry, přičemž generátor elektrické energie je uložen v rotoru a roztáčen tak, že s rotorem je spojen buď rotor generátoru, nebo stator generátoru. Podle české přihlášky vynálezu č. PV 2008-382 a vydaného užitného vzoru č. 18 890 a patentu ě. 302 309 s názvem Odvalovací tekutinová turbína je známo řešení, kdy hřídel, na které je uspořádán rotor, jev místech průchodu čelní stěnou statoru opatřena kulovým kloubem a přenos kroutícího momentu z precesně se pohybující a otáčející se hřídele na generátor je uskutečňován pomocí pružného válcového elementu. Podle českého patentu č. 302 361 je známo řešení, kdy hřídel rotoru je uspořádána v unášeči, kterýje pevně spojen s hřídelí například generátoru elektrické energie, čímž dochází k odebírání energie z oběhů - z precese - rotoru. Podle českého užitného vzoru č. 20 067 s názvem Tekutinové odvalovací čerpadlo je známo řešení, kdy hřídel, na které je uspořádán rotor, je uložena v unášeči, aby turbína mohla fungovat jako čerpadlo.

Turbíny, které jsou stručně zmíněny v předchozím, a u kterých nastává precesní pohyb hřídele a rotoru, a které mají rotor uspořádán ve výstupní trysce - ve statoru - pomocí přidržovacího zařízení, které je instalováno pod rotorem, nebo které je tvořeno kulovým kloubem uspořádaným ve víku skříně turbíny, přičemž obě tato přidržovací zařízení umožňují precesní otáčení rotoru s hřídelí kolem jejich podélné osy, a používají k přenosu kroutícího momentu nějaký unášeč, tak mají základní nevýhodu v tom, že unášeč je vždy pevně spojen s hřídelí adaptéru - generátoru elektrické energie - a není možné snadno měnit jeho nastavení.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny unášečem tekutinové odvalovací turbíny, která sestává ze statoru ve kterém je umístěn rotor, propojený hřídelí přes unášeč s generátorem, podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že unášeč je tvořen z jednoho kusu závitové tyče, jejíž kotvicí část je zašroubovaná do hřídele generátoru a je opatřena ramenem zahnutým od podélné osy turbíny a generátoru pod úhlem 90’ ± 15°, přičemž rameno je v dotyku s koncern hřídele rotoru.

- 1 CZ 24439 Ul

V provedení je rameno unášeče od středu svojí délky zahnuté ve tvaru části kružnice, s poloměrem odpovídajícím jedné polovině délky ramena unášeče, proti směru obíhání hřídele rotoru.

Rameno unášeče je s výhodou ohnuto od středu svojí délky proti směru obíhání hřídele rotoru pod úhlem 5° až 85°, přičemž obě částí takto upraveného ramene unášeče jsou rovné.

Hřídel rotoru může být na svém konci v délce odpovídající délce ramena unášeče opatřena zeslabením a/nebo rozšířením.

Hřídel rotoru je ve výhodném provedení na svém konci v délce odpovídající délce ramena unášeče opatřena vybráním pro vedení ramena unášeče.

Stanoveného cíle se dosahuje tím způsobem, že unášeč je tvořen závitovou tyčí, která je ohnutá pod úhlem 90° ±15°. Hřídel rotoru odvalovací turbíny, která prochází víkem statoru pomocí kulového kloubu, a která koná za tímto víkem statoru precesní pohyb, je na svém konci upravena do odpovídajícího průměru a v místech tohoto odpovídajícího průměru se dotýká ramene unášeče. Kotvicí část unášeče je zašroubována do závitového otvoru do odpovídající hloubky do hřídele generátoru elektrické energie, který je pomocí upínacího zařízení ukotven v určité vzdálenosti od víka statoru, a je aretována pojistnou maticí a rameno unášeče je rovné.

Podle výhodného provedení má unášeč své rameno od středu svojí délky zahnuté ve tvaru části kružnice, s poloměrem odpovídajícím jedné polovině délky ramena unášeče, proti směru obíhání hřídele rotoru.

Podle jiného výhodného provedení je rameno unášeče ohnuto od středu svojí délky proti směru obíhání hřídele pod úhlem 5 až 85 stupňů, přičemž obě dvě části takto upraveného ramene unášeče jsou rovné.

Podle jiného výhodného provedení může být hřídel rotoru na svém konci v délce odpovídající délce ramena unášeče zeslabena anebo rozšířena do požadovaného průměru.

Podle dalšího výhodného provedení může být hřídel rotoru na svém konci upraveném do odpovídajícího průměru opatřena vybráním pro vedení ramena unášeče.

Cílem navrhovaného technického řešení je taková úprava unášeče odvalovací turbíny, aby unášeč umožňoval jednoduché nastavení jeho výšky mezi hřídelí generátoru a hřídelí rotoru, aby umožňoval snadný rozběh odvalovací turbíny s unášeěem, a aby byl cenově co nejméně náročný. Výhodou navrhovaného řešení je malá náročnost na technické vybavení pro výrobu unášeče. Další výhodou je jednoduchost, která eliminuje možnosti poruchy složitého technického zařízení. S jednoduchostí řešení je také spojena nízká ekonomická náročnost výroby. Pro různé varianty strojů jc navíc možná vysoká variabilita přizpůsobení unášeče tak, aby jeho tvar byl optimální. Objasnění obrázků na výkresech

Napojení hřídele generátoru na odvalovací turbínu podle tohoto technického řešení je blíže popsáno pomocí nákresů. Jednotlivé obrázky znázorňují:

Obr, 1 - Celkový pohled na turbínu s precesní hřídelí a unášeěem

Obr. 2a - Unášeč tvořený závitovou tyčí

Obr. 2b - Unášeč s hřídelí rotoru v půdorysu

Obr. 3a - Rameno unášeče zahnuté do kruhového oblouku

Obr. 3b - Rameno unášeče zalomené pod určitým úhlem

Obr. 4a - Konec hřídele rotoru upravený do menšího průměru

Obr, 4b - Konec hřídele rotoru upravený do širšího průměru

Obr. 4c - Konec hřídele rotoru upravený do širšího průměru s vybráním pro vedení ramena unášeče.

CZ 24439 Ul

Příklady uskutečnění technického řešení

Na obr. 1 je znázorněn celkový pohled na unášeč instalovaný na odvalovací turbíně podle technického řešení, kde unášeč 5 je kotvicí částí unášeče 10 zašroubován do hřídele 7 generátoru 8, který je fixován pomocí upínacího zařízení 9 v určité výšce nad víkem 15 skříně turbíny 14. Rotor 2 je proudící kapalinou odvalován ve statoru 1, což vede k precesnímu pohybu hřídele 3, která prochází víkem 15. pomocí kulového kloubu 4. Část 6 hřídele 3 je na svém průměru zmenšena o cca Ví původního průměru hřídele 3 a opírá se o rameno 11 unášeče 5. Výkon turbíny je tak pomocí precesního pohybu hřídele 3 přenášen na generátor elektrické energie 8 cestou unášeče 5 bez jakýchkoli ztrát.

Na obr. 2a je znázorněn detail provedení unášeče 5 včetně všech jeho součástí. V homí části je kotvicí část unášeče IQ, která se zašroubovává do hřídele 2 generátoru 8 elektrické energie. Pojistná matice 12 unášeče 5 zajistí jeho výškové nastavení. Rameno unášeče U se opírá o konec hřídele rotoru 6 a zajišťuje přenos výkonu turbíny na generátor elektrické energie 8.

Obr. 2b znázorňuje půdorys unášeče 5 a jedno z možných provedení ramene unášeče _1L Zde je znázorněno opírání hřídele rotoru 3 respektive zúženého konce hřídele rotoru 6 o přímé rameno unášeče 11.

Provedení vyobrazené na obr. 3a znázorňuje půdorys unášeče 5 a další z možných provedení ramene unášeče H· Zde je znázorněno opírání hřídele rotoru 3 respektive zúženého konce hřídele rotoru 6 o zaoblené rameno unášeče 1_1 s určitým radiusem.

Provedení vyobrazené na obr. 3b znázorňuje půdorys unášeče 5 a další z možných provedení ramene unášeče H· Zde je znázorněno opírání hřídele rotoru 3 respektive zúženého konce hřídele rotoru 6 o zahnuté rameno unášeče 11 pod určitým úhlem.

Provedení podle obr. 4 znázorňuje různé varianty zakončení 6 hřídele rotoru 3, které navazuje na rameno unášeče 11. Obr. 4a zobrazuje úpravu hřídele rotoru 3 do menšího průměru konce hřídele

6. Obr. 4b zobrazuje úpravu hřídele rotoru 3 do širšího průměru konce hřídele 6. Obr. 4c zobrazuje úpravu hřídele rotoru 3 do širšího průměru konce hřídele 6 s vybráním pro vedení ramene unášeče 1_L

Celé zařízení vodní miniturbíny, jehož je navrhovaný unášeč součástí, sestává ze základních Částí rotoru 2, statoru 1 a generátoru. Odvalovací princip popsaný v dosavadním stavu techniky způsobuje rotační pohyb hřídele 3, která předává tento pohyb přes unášeč 5 generátoru elektrické energie 8. Z generátoru 8 je odebírána energie pro přímou spotřebu neboje akumulována pro pozdější využití.

Průmyslová využitelnost

Unášeč podle technického řešení je úspěšně využitelný především při konstrukci odvalovacích turbín pro velmi nízké spády, kdy stator i rotor mají velký průměr a tím otáčení hřídele rotoru je velmi pomalé. Generátory elektrické energie, které jsou pomaluběžné a jsou nainstalovány v určité výšce nad koncem hřídele rotoru, mají dostatečně silnou hřídel, aby do ní mohl být vyroben závitový otvor, do kterého je pak unášeč zašroubován a jeho výškové nastavení je zajištěno aretovací maticí. V případě potřeby, například při změně průtoku a tím potřebě zmenšit nebo zvětšit mezeru mezi rotorem a statorem změnou výškového nastavení rotoru, je možné jednoduchým způsobem unášeč částečným zašroubováním do hřídele nebo vyšroubováním z hřídele generátoru nastavit do nové požadované polohy.

Claims (5)

1. Unášeč (5) tekutinové odvalovací turbíny sestávající ze statoru (1) ve kterém je umístěn rotor (2), propojený hřídelí (3) přes unášeč (5) s generátorem (8), vyznačující se tím, že je tvořen z jednoho kusu závitové tyče, jejíž kotvicí část (10) je zašroubovaná do hřídele (7) generátoru (8) a je opatřena ramenem (11) zahnutým od podélné osy turbíny a generátoru pod úhlem 90° ± 15°, přičemž rameno (11) je v dotyku s koncem (6) hřídele (3) rotoru (2).

2. Unášeč (5) podle nároku 1, vyznačující se tím, že rameno (11) unášeče (5) je od středu svojí délky zahnuté ve tvaru části kružnice, s poloměrem odpovídajícím jedné polovině délky ramena (11) unášeče (5), proti směru obíhání hřídele (3) rotoru (2).

3. Unášeč (5) podle nároku 1, vyznačující se tím, že rameno (11) unášeče (5) je ohnuto od středu svojí délky proti směru obíhání hřídele (3) rotoru (2) pod úhlem 5° až 85°, přičemž obě části takto upraveného ramene (11) unášeče (5) jsou rovné.

4. Unášeč (5) podle nároku 1, vyznačující se tím, že hřídel (3) rotoru (2) je na svém konci (6) v délce odpovídající délce ramena (11) unášeče (5) opatřen zeslabením a/nebo rozšířením.

5. Unášeč (5) podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že hřídel (3) rotoru (2) je na svém konci (6) v délce odpovídající délce ramena (11) unášeče (5) opatřen vybráním (13) pro vedení ramena (11) unášeče (5).