CZ304399B6

CZ304399B6 - Precesní kapalinová turbína s generátorem

Info

Publication number: CZ304399B6
Application number: CZ2012-397A
Authority: CZ
Inventors: Ladislav Chmela; Miroslav Sedláček
Original assignee: Moravská vysoká škola Olomouc, o.p.s.
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2014-04-16
Also published as: CZ2012397A3

Abstract

Řešením je precesní kapalinová turbína s generátorem, zahrnující stator (1) se vstupním otvorem (3) kapaliny a s výstupním otvorem (4) kapaliny. Ve statoru (1) je na hřídeli (5) uložen odvalovací rotor (2), tvořený tělesem rotačního tvaru. Hřídel (5) je uložena pro umožnění krouživého odvalování rotoru (2) po vnitřní stěně statoru (1) a precesního pohybu volného konce hřídele (5), který kapalinotěsně vyčnívá ze statoru (1). Na volném konci hřídele (5) je upevněn magnet (6), proti kterému je uspořádána cívka (7), jejíž tvar kopíruje dráhu magnetu (6).

Description

(57) Anotace:

Precesní kapalinová turbína s generátorem

Oblast techniky

Vynález se týká precesní kapalinové turbíny s generátorem, zahrnující stator se vstupním otvorem kapaliny a s výstupním otvorem kapaliny, přičemž ve statoru je na hřídeli uložen odvalovací rotor, tvořený tělesem rotačního tvaru, a hřídel je uložena pro umožnění krouživého odvalování rotoru po vnitřní stěně statoru a precesního pohybu volného konce hřídele, který kapalinotěsně vyčnívá ze statoru.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy tekutinové stroje, které mají stator se vstupním otvorem kapaliny a s výstupním otvorem kapaliny a ve statoru je na přidržovacím zařízení uložen bezlopatkový odvalovací rotor, tvořený tělesem rotačního tvaru. Přidržovací zařízení je upraveno pro umožnění krouživého odvalování rotoru po vnitřní stěně statoru. Po přivedení tekutiny do statoru proudící tekutina způsobí, že se rotor dotkne vnitřní stěny statoru a začne se po vnitřní stěně statoru krouživě odvalovat. Alespoň část hřídele rotoru tedy koná precesní pohyb. Takové stroje se proto také někdy nazývají precesní stroje.

Z českého patentu CZ 284 483 a z evropského patentu EP 1 015 760 B1 je znám odvalovací tekutinový stroj, sestávající ze zásobníku tekutiny, opatřeného přítokem a nejméně jednou výstupní tryskou, přičemž v oblasti výstupní trysky je na přidržovacím zařízení uložen nejméně jeden odvalovací rotor, tvořený tělesem rotačního tvaru. Odvalovací rotor je uložen tak, že se může volně odvalovat podél vnitřní stěny výstupní trysky.

Na stejném principu pracují i tekutinové stroje podle českého užitného vzoru č. 7606 a evropského patentu EP 1 082 538 Bl, podle českého patentu CZ 294 708, podle českého užitného vzoru 17908 a českého užitného vzoru číslo 18890.

Společným problémem všech známých odvalovacích, resp. precesních turbín je, jak získanou mechanickou energii převést na energii elektrickou.

U jednoho z výhodných provedení podle již zmíněného českého patentu CZ 284 483 a evropského patentu EP 1 015 7670 Bl se navrhuje instalovat přímo do rotoru soustavu magnetů a na jejich úrovni ve stěně výstupní trysky pak instalovat soustavou magnetických cívek. Při odvalování rotoru dochází k relativnímu pohybu mezi magnety a cívkami, což vede k indukci elektrického proudu. Instalace magnetů přímo do rotoru se ukázala jako nepraktická, protože soustava magnetických cívek ve stěně výstupní trysky pak musí být izolována od protékající kapaliny a vzdálenost mezi magnety a cívkami proto nemůže být optimální.

Řešení podle evropského patentu číslo EP 2 171 260 Bl navrhuje umístit odvalovací rotor otočně na hřídeli, jejíž druhý konec je připojen ke statoru neotočně s možností úhlového vychýlení, přičemž uvnitř rotoru je mezi rotor a hřídel zařazen generátor/asynchronní elektromotor. Toto provedení nedokáže využít precesní pohyb rotoru.

Cílem řešení je navrhnout takovou konstrukční úpravu precesní kapalinové turbíny, aby bylo možné efektivně přeměnit mechanickou energii rotoru turbíny na energii elektrickou, a to s využitím precesního pohybu hřídele rotoru.

-1 CZ 304399 B6

Claims

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle se dosahuje precesní kapalinovou turbínou s generátorem, která zahrnuje stator se vstupním otvorem kapaliny a s výstupním otvorem kapaliny, přičemž ve statoru je na hřídeli uložen odvalovací rotor, tvořený tělesem rotačního tvaru, a hřídel je uložena pro umožnění krouživého odvalování rotoru po vnitřní stěně statoru a precesního pohybu volného konce hřídele, který kapalinotěsně vyčnívá ze statoru, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na volném konci hřídele je upevněn magnet, proti kterému je uspořádána cívka, jejíž tvar kopíruje dráhu magnetu.

Precesní kapalinová turbína s generátorem podle vynálezu umožňuje využít precesní pohyb hřídele rotoru k přeměně mechanické energie rotoru turbíny na energii elektrickou.

Hřídel je uložena pro umožnění krouživého odvalování rotoru po vnitřní stěně statoru a precesního pohybu volného konce hřídele podle výhodného provedení tak, že je hřídel v oblasti mezi magnetem a rotorem uložena v kapalinotěsném kulovém kloubu.

Podle výhodného provedení je kolem volného konce hřídele na statoru turbíny uspořádána skříň generátoru, která nese cívku.

Podle dalšího výhodného provedení je cívka toroidní cívka.

Podle jiného výhodného provedení je cívka tvořena množinou jednotlivých vinutí.

Pro dosažení co nejvyšší účinnosti cívka alespoň částečně obklopuje magnet.

Podle dalšího výhodného provedení je stator upevněn na konstrukci v proudu kapaliny, přičemž vstupní otvor kapaliny je orientován proti směru proudění. Proudem kapaliny může být mořské nebo říční proudění, ale i proudění v čistírnách odpadních vod, v potrubích apod.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je schematicky zobrazena precesní kapalinová turbína s magnetem a cívkou podle vynálezu. Na obr.
2 až 5 jsou různé příklady provedení cívky. Na obr. 6 je schematicky zobrazena precesní kapalinová turbína s generátorem, která je na konstrukci umístěna horizontálně v mořském nebo říčním proudění.

Příklady provedení vynálezu

Precesní kapalinová turbína s generátorem v provedení podle obr. 1 má stator J_ se vstupním otvorem 3 kapaliny a několika výstupními otvory 4 kapaliny, přičemž vnitřní plášť statoru i má tvar konfuzoru, který se zužuje ve směru od vstupního otvoru 3 kapaliny k výstupnímu otvoru 4 kapaliny.

Ve statoru i je na hřídeli 5 pevně uložen odvalovací rotor 2, tvořený tělesem rotačního tvaru. Odvalovací rotor 2 může mít jakýkoliv rotačně symetrický tvar, přičemž nejsou nutné žádné lopatky, takže povrch je zcela hladký. Na volném konci hřídele 5 je upevněn magnet 6.

Hřídel 5 je v oblasti mezi magnetem 6 a rotorem 2 uložena v kapalinotěsném kulovém kloubu 9 pro umožnění krouživého odvalování rotoru 2 po vnitřní stěně statoru 1 a pro umožnění precesního pohybu volného konce hřídele 5, který vyčnívá ze statoru 1.

-2CZ 304399 B6

Na statoru 1 turbíny je kolem vyčnívajícího volného konce hřídele 5 uspořádána skříň 10 generátoru. Protože je kulový kloub 9 kapalinotěsný, neproniká ze statoru 1 turbíny do skříně 10 generátoru žádná kapalina.

Ve skříni 10 generátoru je v minimálním odstupu od trajektorie magnetu 6 upevněna cívka 7, jejíž tvar kopíruje dráhu magnetu 6. Magnet 6 spolu s cívkou 7 tvoří generátor elektrického proudu.

Vinutí cívky 7 je vyvedeno do elektrického výstupu 8.

Cívka 7 může být toroidní cívka s jedinou sekcí vinutí, nebo s množinou jednotlivých vinutí. Cívka 7 také může být tvořena sadou vodičů s usměrňovacím prvkem.

Cívka 7 podle příkladu provedení z obr. 2 je tvořena toroidní cívkou 7, jejíž všechny závity mají vždy stejný úhel ke směru pohybu magnetu 6. Toroidní cívka 7 je v tomto příkladném provedení řešena jako jedna sekce vinutí, přičemž začátek a konec toroidní cívky 7 je vyveden jako elektrický výstup 8. Magnetické siločáry magnetického pole magnetu 6 v jeden okamžik protínají vždy stejnou intenzitou stejný počet závitů toroidní cívky 7, proto bez ohledu na aktuální pozici rotujícího magnetu 6 je možno z elektrického výstupu 8 odebírat stabilně stejnosměrný elektrický