CZ35771U1 - Zařízení pro výrobu elektrické energie - Google Patents

Zařízení pro výrobu elektrické energie Download PDF

Info

Publication number
CZ35771U1
CZ35771U1 CZ202139460U CZ202139460U CZ35771U1 CZ 35771 U1 CZ35771 U1 CZ 35771U1 CZ 202139460 U CZ202139460 U CZ 202139460U CZ 202139460 U CZ202139460 U CZ 202139460U CZ 35771 U1 CZ35771 U1 CZ 35771U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
impeller
water
generator
blades
shaft
Prior art date
Application number
CZ202139460U
Other languages
English (en)
Inventor
Viktor Korbel
Viktor Ing. Korbel
Original Assignee
Výzkumné a vývojové centrum obnovitelných zdrojů a elektromobility s.r.o.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Výzkumné a vývojové centrum obnovitelných zdrojů a elektromobility s.r.o. filed Critical Výzkumné a vývojové centrum obnovitelných zdrojů a elektromobility s.r.o.
Priority to CZ202139460U priority Critical patent/CZ35771U1/cs
Publication of CZ35771U1 publication Critical patent/CZ35771U1/cs

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/02Casings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/08Machine or engine aggregates in dams or the like; Conduits therefor, e.g. diffusors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00Other machines or engines
    • F03B17/06Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/061Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially in flow direction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Description

Zařízení pro výrobu elektrické energie
Oblast techniky
Technické řešení se týká zařízení pro výrobu elektrické energie majícího oběžné kolo z vodní turbíny typu Kaplan a generátor pro výrobu elektrické energie, které je určené pro instalaci do potrubního vedení vody.
Dosavadní stav techniky
V současné době existuje celá řada vodních turbín, jejichž oběžná kola jsou přímo jejich hřídelí, nebo s pomocí převodových mechanismů, spřažena s generátory pro výrobu elektrické energie. Oběžné kolo vodní turbíny převádí kinetickou energii vody, nebo tlakovou energii vody, na mechanickou energii, která je posléze v generátoru přeměněna na energii elektrickou.
Pro použití vodních turbín musí být splněny určité předpoklady, mezi které patří dostatečný zástavbový prostor, aby bylo možné vodní turbínu umístit do provozní šachty umožňující provoz a servis a aby bylo možné umístit generátor v blízkosti vodní turbíny, dále musí být k dispozici vodní zdroj s dostatkem vody, aby byla vodní turbína dostatečně zásobena vodou s tlakovou energií, nebo s kinetickou energií.
Zatímco u větších vodních děl pro akumulaci dostatku vody k výrobě elektrické energie se při stavbě hrází počítá se šachtami pro vodní turbíny a se strojovnami generátorů, tak u menších vodních děl se musí využívat přirozeného terénu, aby byl omezený zástavbový prostor efektivně využit.
To je problematické, protože stavba velkých vodních děl je velikým zásahem do krajiny, což má vliv na obyvatele a přírodu. Řešit rostoucí energetickou spotřebu stavbou velkých vodních děl není perspektivním řešením. Stavba malých vodních děl pro především lokální zásobování elektrickou energií je mnohem smysluplnější, ale zase je limitována příhodnými podmínkami pro stavbu malých vodních elektráren. Počet míst vhodných pro stavbu malých elektráren je konečný, mnohá místa jsou vyloučena kvůli ochraně vodních toků a přírody.
Aby bylo možné obsazovat vodním elektrickým zdrojem lokality, které jsou na první pohled málo vhodné, či dokonce nevhodné, probíhá intenzivní výzkum a vývoj v oblasti vodních turbín a generátorů.
Jsou známé vodní turbíny dělené podle polohy na vodní turbíny s horizontálním uložením v provozní šachtě, s vertikálním uložením v provozní šachtě, či podle orientace proudění, a to s axiálním prouděním, s tangenciální prouděním, s radiálním prouděním, nebo s diagonálním prouděním. Vodní turbíny jsou u odborné veřejnosti rozděleny především podle konstrukce, přičemž se parametry jednotlivých konstrukcí neustále zdokonalují, aby bylo dosaženo nejvyšší možné účinnosti provozu.
Velice rozšířená je tzv. Francisova turbína, která se používá zejména u větších vodních děl, kde je instalována u paty přehrady vodního díla. Francisova turbína je velice účinná, ale vyžaduje stabilní zásobování vodou, je proto vhodná pro střední a větší vodní toky se středními spády od 40 m do 600 m. Při obráceném provozuje možněji použít jako vodní čerpadlo, takže je vhodná i pro použití u přečerpávacích elektráren.
Druhou velice rozšířenou vodní turbínou je tzv. Kaplanova turbína, která je vhodná pro použití u menších spádů od 1 m do 70 m vodních toků. Kaplanovu turbínu je možné nainstalovat jak vodorovně, tak horizontálně, přičemž dokáže pracovat i v podmínkách s nestálým průtokem vody,
- 1 CZ 35771 UI protože má nastavitelné lopatky, které se v oběžném kole natáčejí pro udržování stabilního počtu otáček oběžného kola v reakci na aktuální stav průtoku vody.
Nevýhody Kaplanovy turbíny spočívají v tom, že i když dokáže pracovat v podmínkách s nestálým průtokem vody, je limitována startovací hltností stroje. Navíc vyžaduje vhodnou lokalitu z hlediska vodního zdroje, aby mohla být použita v malé vodní elektrárně.
Úkolem technického řešení je vytvořit zařízení pro výrobu elektrické energie, které by bylo možné instalovat podle současného vyhodnocení do nevhodných lokalit s vodními zdroji, zejména do lokalit s malým zástavbovým prostorem a do lokalit s malými průtoky vody, kde není možné budovat šachty vodních elektráren.
Podstata technického řešení
Vytčený úkol je vyřešen pomocí zařízení pro výrobu elektrické energie vytvořené podle níže uvedeného technického řešení.
Zařízení pro výrobu elektrické energie má v základním provedení oběžné kolo pro zisk mechanické energie z protékající vody, jehož lopatky mají nastavitelný náklon vůči protékající vodě, např. podobně jako tomu je v Kaplanově turbíně. Současně je střed oběžného kola osazen hřídelem pro přenos mechanické energie z oběžného kola. Zařízení dále má v základním provedení generátor pro přeměnu mechanické energie na elektrickou energii. Hřídel oběžného kola je spřažený s generátorem pro příjem mechanické energie z hřídele oběžného kola.
Podstata technického řešení spočívá v tom, že generátor a hřídel oběžného kola mají společné opláštění vytvářející vodotěsné pouzdro. Vodotěsné pouzdro chrání generátor před zaplavením vodou, aby mohl být generátor vložen přímo do potrubního vedení vody a nemusel mít žádnou strojovnu. Sestava vodotěsného pouzdra a oběžného kola je uzpůsobena pro fixaci do vnitřku vodního potrubí. Současně jsou elektrické kabely generátoru svedeny na vstupy čtyřkvadrantního frekvenčního měniče. Čtyřkvadrantní frekvenční měnič přináší tu výhodu, že generátor může produkovat elektrickou energii se střídavým elektrickým napětím mimo předepsanou hodnotu frekvence, neboť čtyřkvadrantní frekvenční měnič dokáže frekvenci střídavého elektrického napětí modulovat na požadovaných 50 Hz. Generátor může produkovat elektrickou energii i při malém, nebo naopak enormním průtoku vody, což je výhodné oproti stávajícím vodním turbínám, které musí být zastaveny, nebo výkonově omezeny, při nevyhovujících průtocích vody. Umístěním generátoru do vodotěsného pouzdra je dosaženo výhody, že je možné vynalezené zařízení instalovat do jednoduchých potrubních vedení vody, aniž by musely být budovány technické prostory vodního díla pro klasickou vodní turbínu a její generátor. Navíc je protékající vodou odnášeno odpadní teplo z generátoru, takže generátor je udržován v optimálních provozních podmínkách.
Ve výhodném provedení zařízení jsou generátor a hřídel oběžného kola spojeny napřímo, nebo přes převodovku uloženou ve vodotěsném pouzdru. Spojení napřímo zjednodušuje konstrukci zařízení v nejvyšší možné míře. Spojení přes převodovku sice konstrukci zařízení v podstatě komplikuje, avšak převodovka rozšiřuje možný rozsah regulace otáček, což je výhodné zejména u velkých strojů.
Je výhodné provedení zařízení, ve kterém je oběžné kolo opatřeno alespoň jedním odstředivým regulátorem mechanicky spřaženým s lopatkami pro nastavení náklonu lopatek odstředivou silou z odstředivého regulátoru. V případě použití odstředivého regulátoru je náklon lopatek samočinně nastaven počtem otáček oběžného kola za jednotku času, neboť dle počtu otáček oběžného kola za jednotku času se úměrně mění odstředivá síla, která nastavuje lopatky. Jedná se o přírodní zákonitost, kterou není potřeba žádným způsobem řídit. To je výhodné z důvodu, že oproti současným řešením využívajícím hydraulické pístnice, je toto řešení provozně jednodušší,
-2 CZ 35771 UI samočinné, nepoužívá hydraulický olej, čímž je eliminováno riziko úniku oleje do vodního toku as tím spojená ekologická zátěž. Další výhodou jsou nižší pořizovací náklady, oproti hydraulickým řešením známým z Kaplanových turbín patřících do současného stavu techniky.
S výhodou je střed oběžného kola na straně vytékající vody opatřen deflektorem se zakulaceným povrchem. Deflektor napomáhá usměrnit vodu vystupující za lopatky oběžného kola. Voda má menší tendenci k turbulentnímu chování a s menším odporem pokračuje potrubním vedením vody směrem dál od oběžného kola.
Je výhodné, pokud je prostor uvnitř deflektoru se zakulaceným povrchem použit pro uložení odstředivého regulátoru. Prostor deflektoru se zakulaceným povrchem je ideální k využití pro odstředivý regulátor, protože na opačné straně oběžného kola se nachází hřídel, eventuálně převodovka, a generátor, což znamená velice omezené množství zástavbového prostoru pro odstředivý regulátor na straně zařízení před oběžným kolem.
S výhodou je čelo vodotěsného pouzdra zašpičatělé. Zašpičatělé čelo vodotěsného pouzdra napomáhá odtlačit vodu ze středu potrubního vedení kjeho stěnám, čímž se snižuje výskyt turbulencí vedoucích ke ztrátám energie. Vodotěsné pouzdro klade nižší hydrodynamický odpor proudící vodě.
V dalším výhodném provedení technického řešení je k vodotěsnému pouzdru upevněna alespoň jedna vodicí plocha, jejíž tvar šroubovice v podstatě kopíruje vývrt hlavně palné zbraně pro roztočení vody a její zrychlení ve vodovodním potrubí při jeho vnitřní stěně před vstupem do oběžného kola. Vodicí plocha roztočí vodu, která má díky působení odstředivé síly tendenci se tlačit ke stěně potrubního vedení vody. Vzhledem k fyzikálním vlastnostem vody, musí zákonitě stoupnout tlak vody, nebo rychlost proudění vody, při stěně potrubního vedení, které posléze působí na konce lopatek oběžného kola, čímž je přenos energie z vody do oběžného kola maximalizován oproti dosavadnímu stavu techniky.
Rovněž je výhodné provedení technického řešení, ve kterém je za oběžným kolem uspořádána alespoň jedna savka pro navození hydrodynamického efektu. Hydrodynamický efekt umožňuje rekuperaci části energie vody opouštějící lopatky oběžného kola tím, že změnou průřezu potrubního vedení vody na větší průřez dojde k takovému chování vody, aby voda zaplavila větší objem rozšířeného potrubí savky, avšak díky své setrvačnosti proudění je to pro vodu těžko proveditelné, čímž vzniká podtlak, který se přenáší na lopatky oběžného kola, a to podporuje jeho otáčení.
Mezi výhody technického řešení patří minimální požadavky na zástavbový prostor, protože není vyžadována strojovna generátoru, ani šachta vodní turbíny. Oboje zastane potrubní vedení vody, které se může nacházet kdekoliv, např. mezi zdrojem pitné vody a městskou úpravnou pitné vody, či se může potrubní vedení vody vybudovat na velice malém prostoru a malých spádech u vodních toků, kde nepřipadá v úvahu výstavba vodní elektrárny. Jediným požadavkem je vytvořit přístup ke stávajícímu potrubnímu vedení, aby mohlo být zařízení vloženo do potrubního vedení. Rovněž je možné nainstalovat vynalezené zařízení do potrubních vedení stávajících vodních děl a vodních elektráren, kdy je voda k elektrárně vedena i několik kilometrů dlouhým potrubním vedením pro zajištění dostatečného spádu vody.
Další výhodou technického řešení je to, že doposud se v reakci na aktuální průtok vody upravoval chod a výkon Kaplanovy turbíny natočením lopatek oběžného kola, aby jeho otáčky zůstaly na předepsané frekvenci (v tuzemsku 50 Hz) pro zachování parametrů kvality vyráběné elektrické energie. Tento zavedený postup technické řešení zcela převrací, neboť díky použití čtyřkvadrantního frekvenčního měniče může oběžné kolo vynalezeného zařízení být provozováno vzhledem k aktuálnímu průtoku vody mimo předepsanou frekvenci otáček, neboť frekvence vygenerovaného střídavého elektrického napětí je před předáním do elektrické sítě modulována čtyřkvadrantním frekvenčním měničem na předepsanou frekvenci. To znamená, že oběžné kolo
-3 CZ 35771 UI může mít otevřené lopatky pro co nejvyšší hltnost, a tím pádem pro co nejvyšší výkon, ačkoliv to znamená, že jeho počet otáček nebude na standardizované hodnotě.
Objasnění výkresů
Uvedené technické řešení bude blíže objasněno na následujících vyobrazeních, kde:
obr. 1 znázorňuje zjednodušený řez potrubním vedením vody osazeným zařízením podle technického řešení v nejjednodušším provedení, obr. 2 znázorňuje zjednodušený řez potrubním vedením vody osazeným zařízením podle technického řešení s vodícími plochami pro roztočení vody, obr. 3 znázorňuje zjednodušený řez potrubním vedením vody osazeným zařízením podle technického řešení s vodícími plochami pro roztočení vody a se savkou pro vytvoření podtlaku v oblasti za lopatkami oběžného kola.
Příklad uskutečnění technického řešení
Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení technického řešení na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde popsána.
Na obr. 1 je znázorněno zařízení ve svém základním příkladu uskutečnění. Zařízení je uloženo v potrubním vedení 5 vody, kde vodotěsné pouzdro 4 leží ve středové ose potrubního vedení 5 a zabírá pouze část průřezu potrubního vedení 5, aby jej mohla voda obtékat při stěnách potrubního vedení 5. Oběžné kolo 1 zcela zabírá průřez potrubního vedení 5, aby voda byla nucena protékat skrz nevyobrazené lopatky oběžného kola 1.
Vodotěsné pouzdro 4 je v potrubním vedení 5 fixováno pomocí několika nevyobrazených paprskových vzpěr, které kladou minimální odpor proudící vodě, avšak dokáží fixovat vodotěsné pouzdro 4 na středové ose potrubního vedení 5. Paprskové vzpěry mohou být k vodotěsnému pouzdru 4 připevněny šroubovými spoji, háky apod. Odborník na spojovací materiál a technologii spojování bude schopen navrhnout i další typy fixačních spojů.
V jiných příkladech uskutečnění technického řešení bude odborník schopen navrhnout např. rám, který bude pasovat do potrubního vedení 5, a který bude držet vodotěsné pouzdro 4 na středové ose potrubního vedení 5. Pro technické řešení je důležitá myšlenka uložení strojních částí zařízení do potrubního vedení 5, přičemž způsob, jak bude zařízení v potrubním vedení 5 fixováno není pro elementární pochopení a vytvoření si ucelené představy o technickém řešení zásadní.
Vodotěsné pouzdro 4 je z nerezové oceli, přičemž je sešroubováno z masivních dílů, aby bylo odolné vůči splaveným pevným předmětům, které se mohou do potrubního vedení 5 nasát. Pro lepší ochranu vodotěsného pouzdra 4 a pro lepší rozrážení proudící vody je vodotěsné pouzdro 4 opatřeno masivním ocelovým zašpičatělým čelem 8, které chrání vodotěsné pouzdro 4 zařízení před mechanickým poškozením a snižuje jeho hydrodynamický odpor.
Uvnitř vodotěsného pouzdra 4 je uložen generátor 3, který je spřažen s hřídelem 2 oběžného kola 1. Hřídel 2 oběžného kola roztáčí rotor generátoru 3, načež se na elektrických kontaktech generátoru 3 začne indukovat střídavé elektrické napětí. Elektrické napětí je nevyobrazeným kabelovým vedením odvedeno přes čtyřkvadrantní frekvenční měnič do elektrické sítě ke spotřebě.
-4 CZ 35771 UI
Kabelové vedení je vedeno skrz vodotěsné pouzdro 4, a dále mimo potrubní vedení 5. Teplo z generátoru 3 se volně šíří skrz ocel vodotěsného pouzdra 4 do obtékající vody. To umožňuje dlouhodobě držet maximální přípustný výkon generátoru 3, aniž by hrozilo přehřátí.
Hřídel 2 oběžného kola 1 je ve vyobrazených příkladech připojen ke generátoru 3 napřímo, protože generátor 3 je možné roztáčet a přibržďovat uvnitř proudící vody pomocí elektrického napětí přiváděného ze čtyřkvadrantního frekvenčního měniče. Rovněž je možné podle aktuální instalace vyrobit zařízení s převodovkou ležící mezi generátorem 3 a hřídelem 2 oběžného kola L Převodovka mění silový poměr, zejména pokud je jedna ze strojních části nepoměrně větší než druhá. Výpočty ukázaly, že oběžné kolo 1 pro menší průtoky vody dokáže obsluhovat generátory 3 dimenzované pro roztáčení většími oběžnými koly 1, přičemž pomalejší otáčky generátoru 3 způsobené silovými převody v převodovce jsou z hlediska generovaného střídavého elektrického napětí vykompenzovány ve čtyřkvadrantním frekvenčním měniči.
Oběžné kolo 1 je tvořeno otočným středem upevněným ke konci hřídele 2, z něhož paprskovitě vystupují lopatky. Lopatky jsou vytvarovány pro tlakové působení vody na jejich povrch, které vede k roztáčení hřídele 2 oběžného kola L Velice blízkým řešením pro snazší pochopení oběžného kola 1 technického řešení může být např. oběžné kolo z Kaplanovy turbíny.
Lopatky oběžného kola 1 j sou nastavitelné, tzn., že j e možné j e natáčet proti proudící vodě tak, aby tlakové působení vody zasahovalo různě velkou plochu podle otáček oběžného kola L Aby natáčení lopatek bylo optimální a zcela samočinné, tak je oběžné kolo 1 na svém čele ležícím za lopatkami vztaženo k proudění vody, opatřeno odstředivým regulátorem 6. Odstředivý regulátor 6 podle počtu otáček oběžného kola 1 za jednotku času natáčí přes nevyobrazený mechanismus lopatky oběžného kola 1 vůči proudící vodě. Odborníkovi jsou známé různé odstředivé regulátory 6, podstatné je, aby podle aktuální odstředivé síly naklápěl lopatky požadovaným způsobem.
Na zadní straně osy oběžného kola 1 je umístěn deflektor 7 se zakulaceným povrchem. Zakulacený povrch deflektoru 7 napomáhá vodě odtékat, aby se zbytečně nevířila. Deflektor 7 je rovněž z nerezové oceli. Uvnitř prostoru deflektoru 7 je uložen odstředivý regulátor 6.
Na obr. 2 je znázorněno zařízení opatřené v oblasti před oběžným kolem j. vodícími plochami 9. Vodicí plochy 9 mají za úkol roztočit proudící vodu okolo středové osy potrubního vedení 5, aby se otáčející voda působením odstředivé síly tlačila ke stěnám potrubního vedení 5. To má několik pozitivních účinků. Za prvé klesá hydrodynamický odpor u středového vodotěsného pouzdra 4, za druhé voda u stěn potrubního vedení 5 zrychluje, čímž předává více energie do lopatek oběžného kola 1, a za třetí voda nabere setrvačnost, která opět zefektivňuje přenos energie do lopatek oběžného kola 1.
Vodicí plochy 9 jsou z nerezového plechu a jejich tvar, který je v podstatě podobný vývrtu hlavně palné zbraně, vykazuje stoupání v poměru 2,5:1.
Na obr. 3 je znázorněno zařízení, které je oproti předchozím dvěma příkladům uskutečnění opatřeno navíc savkou 10 v oblasti za oběžným kolem L Savka 10 za oběžným kolem 1 díky fyzikálním zákonitostem kapalin a setrvačnosti vody vytváří podtlak, který napomáhá odtrhávat vodu od lopatek oběžného kola 1, čímž je posunut kavitační efekt vířící vody, jenž nezasahuje materiál lopatek.
Savka 10 vytváří dva odtokové kanály, a to vnější odtokový kanál, kam se voda díky setrvačnosti tlačí přednostně, a poté středový odtokový kanál, kam se voda tlačí při velkém průtoku vody oběžným kolem L Plechy vytvářející savku JO jsou uspořádány rozbíhavě, aby se průřez savky 10 postupně zvětšoval, zmenšovala se rychlost proudící vody, a tak se vytvořil podtlak.
Vynalezené zařízení využívá čtyřkvadrantní frekvenční měnič. Tato součást technického řešení má primární úkol, kterým je převádění různých frekvencí elektrického napětí generovaného
- 5 CZ 35771 UI v generátoru 3 při různých otáčkách oběžného kola 1 závisejících na momentálních průtocích vody potrubním vedením 5 na standardní hodnotu frekvence, která v tuzemských distribučních sítí elektrické energie činí 50 Hz. Čtyřkvadrantní frekvenční měnič tedy dokáže téměř z jakýchkoliv otáček rotoru generátoru 3 vytvořit elektrickou energii s parametry vhodnými k odběru elektrickou sítí.
Čtyřkvadrantní frekvenční měnič stojí samostatně, mimo části zařízení uložené v potrubním vedení, neboť se jedná o elektrické zařízení, které je potřeba mít na bezpečném místě. Čtyřkvadrantní frekvenční měnič může být uložen v elektrickém připojovacím pilíři, nebo v jeho blízkosti, z důvodu minimální zástavbové potřeby.
V rámci technického řešení je možné řídit chod vynalezeného zařízení čtyřkvadrantním frekvenčním měničem. Tato elektrická součást technického řešení dokáže otočit tok elektrické energie a upravit činnost generátoru 3, tak, že se chová jako elektromotor. Pokud je čtyřkvadrantní frekvenční měnič připojen k jednotce uživatelského rozhraní, např. k počítači, ovládacímu displeji apod., je možné elektrickým přibrzďováním, nebo zrychlováním, měnit počet otáček generátoru 3 a oběžného kola 1 nezávisle na průtoku vody. Dokonce je možné zcela obrátit chod zařízení a vytvořit z něj vodní čerpadlo, což je vhodné u přečerpávacích vodních elektráren, dále při zacpání potrubního vedení 5 nánosy apod.
Čtyřkvadrantní frekvenční měnič zjednodušuje konstrukci strojních částí technického řešení uložených ve vodotěsném pouzdru 4 tím, že nahrazuje otáčkoměry a jiná měřidla, neboť požadované informace z měření dokáže extrahovat z parametrů střídavého elektrického napětí generátoru 3.
Průmyslová využitelnost
Zařízení pro výrobu elektrické energie podle technického řešení nalezne uplatnění v oblasti výroby elektrické energie pomocí vodních zdrojů.

Claims (8)

  1. NÁROKY NA OCHRANU
    1. Zařízení pro výrobu elektrické energie mající oběžné kolo (1) pro zisk mechanické energie z protékající vody, jehož lopatky mají nastavitelný náklon, přičemž střed oběžného kola (1) je osazen hřídelem (2) pro přenos mechanické energie z oběžného kola (1), dále mající generátor (3) pro přeměnu mechanické energie na elektrickou energii spřažený s hřídelem (2), vyznačující se tím, že generátor (3) a hřídel (2) oběžného kola (1) mají společné opláštění vytvářející vodotěsné pouzdro (4), že sestava vodotěsného pouzdra (4) a oběžného kola (1) je uzpůsobena pro fixaci do vnitřku potrubního vedení (5) vody, a současně jsou elektrické kabely generátoru (3) svedeny na vstupy čtyřkvadrantního frekvenčního měniče.
  2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že generátor (3) a hřídel (2) oběžného kola (1) jsou spojeny napřímo, nebo přes převodovku uloženou ve vodotěsném pouzdru (4).
  3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že oběžné kolo (1) je opatřeno alespoň jedním odstředivým regulátorem (6) mechanicky spřaženým s lopatkami oběžného kola (1) pro nastavení náklonu lopatek odstředivou silou z odstředivého regulátoru (6).
  4. 4. Zařízení podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že střed oběžného kola (1) na straně vytékající vody je opatřen deflektorem (7) se zakulaceným povrchem.
  5. 5. Zařízení podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že uvnitř deflektoru (7) se zakulaceným povrchem je prostor pro uložení odstředivého regulátoru (6).
  6. 6. Zařízení podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že čelo (8) vodotěsného pouzdra (4) je zašpičatělé.
  7. 7. Zařízení podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že k vodotěsnému pouzdru (4) je upevněna alespoň jedna vodicí plocha (9), mající tvar šroubovice pro roztočení vody a její zrychlení v potrubním vedení (5) vody před jejím vstupem mezi lopatky oběžného kola (1).
  8. 8. Zařízení podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že za oběžným kolem (1) je uspořádána alespoň jedna savka (10) pro navození hydrodynamického efektu.
CZ202139460U 2021-12-13 2021-12-13 Zařízení pro výrobu elektrické energie CZ35771U1 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ202139460U CZ35771U1 (cs) 2021-12-13 2021-12-13 Zařízení pro výrobu elektrické energie

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ202139460U CZ35771U1 (cs) 2021-12-13 2021-12-13 Zařízení pro výrobu elektrické energie

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ35771U1 true CZ35771U1 (cs) 2022-02-03

Family

ID=80224810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ202139460U CZ35771U1 (cs) 2021-12-13 2021-12-13 Zařízení pro výrobu elektrické energie

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ35771U1 (cs)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100488297B1 (ko) 해류를 이용한 발전 설비
KR101041539B1 (ko) 유속 유량 조절형 초저낙차 수차의 구조
US4306157A (en) Underwater slow current turbo generator
NO157960B (no) Turbinsett med en generator som mater et nett med konstant frekvens.
AU2011245011A1 (en) Unidirectional hydro turbine with enhanced duct, blades and generator
EA014951B1 (ru) Система генерирования электроэнергии с использованием энергии потока воды
KR20040041680A (ko) 수력발전소의 제너레이터
GB2312711A (en) A hydroelectric power system
JP4077793B2 (ja) 送り管及び該送り管を有する水力発電所
JP6168269B2 (ja) 流体機械および流体プラント
WO2011048466A1 (en) Underwater apparatus for obtaining electrical energy from river and sea streams
CZ35771U1 (cs) Zařízení pro výrobu elektrické energie
AU2017230919B2 (en) An energy generating arrangement powered by tidal water and a method for providing such an arrangement
KR20160046744A (ko) 수력발전장치
RU2508467C2 (ru) Погружная моноблочная микрогидроэлектростанция
KR20040033160A (ko) 임펠러식 수차를 이용한 조류력 발전장치
CZ2021560A3 (cs) Zařízení pro výrobu elektrické energie a způsob řízení chodu zařízení
KR102220554B1 (ko) 와류방지 가이드 베인을 구비하는 관류형 방수식 영구자석 동기 발전시스템
KR101844363B1 (ko) 수직감속기관류형 터빈 및 이를 이용한 수력발전시스템
KR101022346B1 (ko) 수력발전장치
KR20110021234A (ko) 풍력 또는 수력발전기의 수직회전자
KR20150125821A (ko) 소수력발전 시스템
RU2362905C2 (ru) Гидропривод
JP2001263217A (ja) フロート型水車発電機
JP2012241702A (ja) 水中発電装置

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20220203