CZ306587B6

CZ306587B6 - Precesní kapalinová turbína

Info

Publication number: CZ306587B6
Application number: CZ2016-572A
Authority: CZ
Inventors: Miroslav Sedláček
Original assignee: ÄŚeskĂ© vysokĂ© uÄŤenĂ technickĂ© v Praze, Fakulta stavebnĂ, Katedra konstrukcĂ pozemnĂch staveb; P.F - Economy consulting, spol. s r.o.
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2017-03-15
Also published as: CZ2016572A3; RU2731502C1; CN109952427A; ZA201900969B; BR112019004687A2; WO2018050132A1; CN109952427B; EP3513057B1; EP3513057A1

Abstract

Precesní kapalinová turbína zahrnuje zásobník (8) kapaliny se vstupním otvorem (3) kapaliny a s výstupním otvorem (4) kapaliny. V zásobníku (8) kapaliny je mezi vstupním otvorem (3) kapaliny a výstupním otvorem (4) kapaliny uspořádána dýza (1) statoru. V dýze (1) statoru je uspořádán bezlopatkový odvalovací rotor (2), tvořený tělesem rotačního tvaru s hřídelí (9). Odvalovací rotor (2) je uložen na přidržovacím zařízení (6) pro umožnění krouživého odvalování rotoru (2) po vnitřní stěně dýzy (1) statoru. Odvalovací rotor (2) je mechanismem (5) propojen s generátorem (7) elektrického proudu. V zásobníku (8) kapaliny je nad rotorem (2) uspořádána vzduchová komora (10), která je na spodním konci otevřená, a do vzduchové komory (10) zasahuje hřídel (9) rotoru (2). Ve vzduchové komoře (10) je uspořádán generátor (7) elektrického proudu, který je mechanizmem (5) propojen s hřídelí (9) rotoru (2).

Description

Precesní kapalinová turbína

Oblast techniky

Vynález se týká precesní kapalinové turbíny, zahrnující zásobník kapaliny se vstupním otvorem kapaliny a s výstupním otvorem kapaliny a v zásobníku kapaliny je mezi vstupním otvorem kapaliny a výstupním otvorem kapaliny uspořádána dýza statoru a v dýze statoru je uspořádán bezlopatkový odvalovací rotor, tvořený tělesem rotačního tvaru s hřídelí, přičemž odvalovací rotor je uložen na přidržovacím zařízení pro umožnění krouživého odvalování rotoru po vnitřní stěně dýzy statoru a odvalovací rotor je mechanizmem propojen s generátorem elektrického proudu.

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 BI 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 Evropského patentu ER 1 082 538 Bl, podle českých patentů CZ 294 708 a CZ 302 361 a podle českých užitných vzorů č. 7606, č. 17908 ač. 18890.

Společnou nevýhodou všech známých odvalovacích, resp. precesních strojů/turbín je, že neřeší ztráty vznikající precesním pohybem hřídele v kapalině ani jednoduchou a spolehlivou ochranu generátoru elektrického proudu proti vniknutí vody.

Podstata vynálezu

Uvedený problém řeší precesní kapalinová turbína, zahrnující zásobník kapaliny se vstupním otvorem kapaliny a s výstupním otvorem kapaliny a v zásobníku kapaliny je mezi vstupním otvorem kapaliny a výstupním otvorem kapaliny uspořádána dýza statoru a v dýze statoru je uspořádán bezlopatkový odvalovací rotor, tvořený tělesem rotačního tvaru s hřídelí, přičemž odvalovací rotor je uložen na přidržovacím zařízení pro umožnění krouživého odvalování rotoru po vnitřní stěně dýzy statoru a odvalovací rotor je mechanizmem propojen s generátorem elektrického proudu, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že v zásobníku kapaliny je nad rotorem uspořádána vzduchová komora, která je na spodním konci otevřená, a do vzduchové komory zasahuje hřídel rotoru. Ve vzduchové komoře je uspořádán generátor elektrického proudu, který je mechanizmem propojen s hřídelí rotoru.

Výhodou konstrukce podle vynálezu je, že generátor elektrické energie může být uspořádán pod hladinou kapaliny, aniž by musel být nákladně izolován proti vniknutí vody. Další výhodou je významné zvýšení účinnosti precesní kapalinové turbíny, protože podstatná část hřídele rotoru

- I CZ 306587 B6 a kompletní mechanizmus, propojující odvalovací rotor s generátorem elektrického proudu, pracují ve vzduchové komoře a jejich pohyb tedy není brzděn protékající kapalinou.

Podle výhodného provedení je do vzduchové komory zaústěn přívod tlakového vzduchu a na spodním okraji vzduchové komory může být uspořádán snímač hladiny kapaliny pro ovládání přívodu tlakového vzduchu.

Podle dalšího výhodného provedení je přívod tlakového vzduchu připojen ke kompresoru.

Aby bylo možné turbínu provozovat na libovolně vysokém spáduje podle výhodného provedení ke vstupnímu otvoru připojeno přívodní potrubí.

Při instalaci turbíny v proudu řeky je výhodné, když je ke vstupnímu otvoru připojen nástavec, jehož vstupní otvor je trychtýřovitě rozšířen aje orientován proti proudu řeky, přičemž výstupní otvor ze zásobníku kapaliny je orientován po proudu řeky.

Pro pozitivní ovlivnění funkce rotoru a zvýšení stability turbíny je výhodné, když je množství kapaliny ve spodní části zásobníku kapaliny větší, než v jeho horní části. U výhodného provedení se tedy vzduchová komora směrem k odvalovacímu rotoru zužuje.

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je schematicky zobrazen první příklad provedení precesní kapalinové turbíny podle vynálezu. Na obr. 2 je provedení s přívodem tlakového vzduchu do vzduchové komory. Na obr. 3 je provedení s přívodním potrubím na vstupním otvoru. Na obr. 4 je výhodné provedení pro instalaci do mořského nebo říčního proudu. Na obr. 5 je provedení se specifickým tvarem vzduchové komory.

Příklady uskutečnění vynálezu

Precesní kapalinová turbína podle obr. 1, zahrnující zásobník 8 kapaliny se vstupním otvorem 3 kapaliny a s výstupním otvorem 4 kapaliny. V zásobníku 8 kapaliny je mezi vstupním otvorem 3 kapaliny a výstupním otvorem 4 kapaliny uspořádána dýza 1 statoru. V dýze 1 statoru je uspořádán bezlopatkový odvalovací rotor 2 s hřídelí 9. Odvalovací rotor 2 může mít jakýkoliv rotační tvar.

Odvalovací rotor 2 je uložen na přidržovacím zařízení 6. Přidržovací zařízení 6 může být tvořeno libovolným známým mechanizmem, který umožní krouživé odvalování rotoru 2 po vnitřní stěně dýzy 1 statoru. U provedení z obr. 1 je přidržovací zařízení 6 tvořeno tyčovitou podpěrou, která je pevně spojená se dnem rotoru 2 a na opačné straně je zakončena kulovým kloubem, uloženým v opěře 19.

V zásobníku 8kapaliny je nad rotorem 2 v kapalině alespoň částečně ponořena vzduchová komora 10, která je na spodním konci otevřená, takže funguje na principu známého potápěčského zvonu či kesonu. Vzduchová komora 10 je v zásobníku 8 kapaliny zavěšena na ramenech 16 a ve vzduchové komoře je na držáku 17 upevněn generátor 7 elektrického proudu. Elektrický proud, vyráběný generátorem 7, je odváděn vodiči 20 elektrického proudu.

Do vzduchové komory 10 zasahuje hřídel 9 rotoru 2.

Mechanizmus 5, propojující odvalovací rotor 2 s generátorem 7 elektrického proudu, může být tvořen libovolným známým mechanizmem pro převod precesního pohybu hřídele 9 odvalovacího

-2CZ 306587 B6 rotoru 2 na rotační pohyb hřídele 18 generátoru 7 elektrického proudu, například schematicky zobrazeným klikovým mechanizmem.

Do zásobníku 8 kapaliny se vstupním otvorem 3přivádí kapalina, která protéká dýzou ] statoru a odtéká výstupním otvorem 4. Protékající kapalina způsobí, že se rotor 2 začne krouživě odvalovat po vnitřní stěně dýzy 1 statoru a osa 9 rotoru 2 tedy koná precesní pohyb.

Protože se podstatná část hřídele 9 rotoru 2 a kompletní mechanizmus 5 pohybují ve vzduchové komoře 10, není jejich pohyb brzděn protékající kapalinou. Výsledkem takové konstrukce je podstatné zvýšení účinnosti precesní kapalinové turbíny. Navíc je generátor 7 elektrické energie uspořádán mimo kapalinu a nemusí tedy být příliš nákladně chráněn proti vniknutí vody, i když je umístěn pod vodní hladinou.

Provedení podle obr. 2 se od provedení podle obr. 1 liší tím, že je do vzduchové komory 10 zaústěn přívod 11 tlakového vzduchu, který je připojen ke kompresoru 13 a na spodním okraji vzduchové komory 10 je uspořádán snímač 12 hladiny kapaliny pro ovládání přívodu 11 tlakového vzduchu. Přiváděný tlakový vzduch v kombinaci se snímačem 12 hladiny kapaliny může eliminovat kolísání hladiny ve vzduchové komoře 10, způsobené případnou ztrátou vzduchu. Ostatní funkce tohoto provedení i všech dále popisovaných provedení jsou analogické popsané funkci provedení podle obr. 1.

Provedení podle obr. 3 se od provedení podle obr. 2 liší pouze tím, že ke vstupnímu otvoru 3 je připojeno přívodní potrubí 14, které umožňuje, že turbína může pracovat na libovolně vysokém spádu.

Provedení podle obr. 4 se od provedení podle obr. 2 liší v tom, že ke vstupnímu otvoru 3 je připojen nástavec 15. jehož vstupní otvor je trychtýřovitě rozšířen a je orientován proti proudu kapaliny, přičemž výstupní otvor 4 ze zásobníku 8 kapaliny je orientován po proudu kapaliny. Toto provedení je určeno pro instalaci do proudu vody.

Provedení podle obr. 5 se od provedení podle obr. 2 liší v tom, že vzduchová komora 10 se směrem k odvalovacímu rotoru 2 zužuje. U tohoto provedení je tedy množství kapaliny ve spodní části zásobníku 8 kapaliny vetší než v jeho horní části, což pozitivně ovlivňuje stabilitu zásobníku 8 kapaliny a funkci rotoru 2.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Precesní kapalinová turbína, zahrnující zásobník (8) kapaliny se vstupním otvorem (3) kapaliny a s výstupním otvorem (4) kapaliny a v zásobníku (8) kapaliny je mezi vstupním otvorem (3) kapaliny a výstupním otvorem (4) kapaliny uspořádána dýza (1) statoru a v dýze (1) statoru je uspořádán bezlopatkový odvalovací rotor (2), tvořený tělesem rotačního tvaru s hřídelí (9), přičemž odvalovací rotor (2) je uložen na přidržovacím zařízení (6) pro umožnění krouživého odvalování rotoru (2) po vnitřní stěně dýzy (1) statoru a odvalovací rotor (2) je mechanizmem (5) propojen s generátorem (7) elektrického proudu, vyznačující se tím, že v zásobníku (8) kapaliny je nad rotorem (2) uspořádána vzduchová komora (10), která je na spodním konci otevřená, a do vzduchové komory (10) zasahuje hřídel (9) rotoru (2) a ve vzduchové komoře (10) je uspořádán generátor (7) elektrického proudu, který je mechanizmem (5) propojen s hřídelí (9) rotoru (2).
2. Precesní kapalinová turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že do vzduchové komory (10) je zaústěn přívod (11) tlakového vzduchu.

-3 CZ 306587 B6
3. Precesní kapalinová turbína podle nároku 2, vyznačující se tím, že na spodním okraji vzduchové komory (10) je uspořádán snímač (12) hladiny kapaliny pro ovládání přívodu (11) tlakového vzduchu.
4. Precesní kapalinová turbína podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že přívod (11) tlakového vzduchuje připojen ke kompresoru (13).
5. Precesní kapalinová turbína podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se t í m , že ke vstupnímu otvoru (3) je připojeno přívodní potrubí (14).
6. Precesní kapalinová turbína podle kteréhokoliv z předchozích nároků laž4, vyznačující se tím, že ke vstupnímu otvoru (3) je připojen nástavec (15), jehož vstupní otvor je trychtýřovitě rozšířen a je orientován proti proudu kapaliny, přičemž výstupní otvor (4) ze zásobníku (8) kapaliny je orientován po proudu kapaliny.
7. Precesní kapalinová turbína podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se t í m , že vzduchová komora (10) se směrem k odvalovacímu rotoru (2) zužuje.