JP2019518159A - 導管のための速度が制限されたタービン - Google Patents

導管のための速度が制限されたタービン Download PDF

Info

Publication number
JP2019518159A
JP2019518159A JP2018555899A JP2018555899A JP2019518159A JP 2019518159 A JP2019518159 A JP 2019518159A JP 2018555899 A JP2018555899 A JP 2018555899A JP 2018555899 A JP2018555899 A JP 2018555899A JP 2019518159 A JP2019518159 A JP 2019518159A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
turbine
turbine unit
conduit
fluid
unit
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP2018555899A
Other languages
English (en)
Inventor
ランビネ,ジル
Original Assignee
サーブ イノベーションズ
サーブ イノベーションズ
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 サーブ イノベーションズ, サーブ イノベーションズ filed Critical サーブ イノベーションズ
Publication of JP2019518159A publication Critical patent/JP2019518159A/ja
Pending legal-status Critical Current

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
    • F03B15/00Controlling
    • F03B15/02Controlling by varying liquid flow
    • F03B15/04Controlling by varying liquid flow of turbines
    • F03B15/06Regulating, i.e. acting automatically
    • F03B15/18Regulating, i.e. acting automatically for safety purposes, e.g. preventing overspeed
    • 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
    • F03B11/004Valve arrangements
    • 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
    • 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
    • F03B3/04Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/10Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with axial admission
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/10Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with axial admission
    • G01F1/115Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with axial admission with magnetic or electromagnetic coupling to the indicating device
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/10Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with axial admission
    • G01F1/12Adjusting, correcting, or compensating means therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00Application
    • F05B2220/20Application within closed fluid conduits, e.g. pipes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00Application
    • F05B2220/70Application in combination with
    • F05B2220/706Application in combination with an electrical generator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00Control
    • F05B2270/10Purpose of the control system
    • F05B2270/101Purpose of the control system to control rotational speed (n)
    • F05B2270/1011Purpose of the control system to control rotational speed (n) to prevent overspeed
    • 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

Abstract

ロータ(3)を含むタービンユニット(13)を備える、導管のためのタービン(1)であって、タービンユニット(13)のための速度制限デバイスを備え、前述の速度制限デバイスが、タービンユニット(13)のロータ(3)の回転速度を制限するために、ロータ(3)を通って流れる流体の流量を制限するようにタービンユニット(13)に接続された少なくとも一つの可撓性要素(5)を備えることを特徴とする、導管のためのタービン(1)。【選択図】図1

Description

本発明は、ロータを含むタービンユニットを備える、導管のための電力生成タービンと、速度制限システムとに関する。本発明はまた、導管のためのそのようなタービンによって電気的に駆動されるセンサを備えるシステムに関する。
流体の流れのエネルギーの一部を電気エネルギーに変換するために、液圧又は空気圧の流体を移送する導管内にタービンが配置される場合、導管内を流れる流体が大幅な速度変動を示す状況が生じる。具体的には、管は、火災安全基準(fire safety standards)を満たすために、また、消火栓の流量に相当する流量を受け入れることができるように、流量の相当な増大を許容することができなければならない。しかし、タービンが大幅な速度変動を被ると、幾つかの問題が生じる。限られた速度範囲に対してタービンが設計されている場合、タービンは、過度に高い速度で流れる流れによって損傷する可能性がある。他方では、起こりえる流体の過速度に耐えるためにタービンが過度に複雑に設計される場合、これは、タービンのための非常に高額な追加費用を伴う。さらに、タービンは、殆どの時間、通常の速度又は低い速度での流体流量によって動作するので、また、いかなる状況でも、そのような過度の速度において有意義な生成量を得ることはないので、この過度に複雑な設計は、道理に合わない。これらの相反する制約の間での妥協案を見いだそうとする試みは、従来技術においては満足な解決法を提供していない。
したがって、本発明の全般的な目的は、従来技術の解決法の欠点を克服すると同時に前述の制約に対処することができる、導管のためのタービンの解決法を提案することである。
より具体的には、本発明の目的は、単純且つ安価であり、また、おそらく短い期間に、具体的には消火栓の動作時に、大幅な速度変動を示し得る流量で流体が循環し得る導管での使用に適した、導管ためのタービンを提供することである。
この目的のために、本発明は、ロータを含むタービンユニットを備える、導管のための電力生成タービンであって、タービンユニットのロータの回転速度を制限するために、ロータを通過する流体の流量を制限するようにタービンユニットに接続された少なくとも一つの可撓性要素を含む速度制限デバイスを備えることを特徴とする、導管のための電力生成タービンに基づく。この目的のために、少なくとも一つの可撓性要素は、ロータを通過する流体の流量が制限され得るか又は制限され得ないように、タービンユニットが移動することを可能にする場合もあればしない場合もある。
タービンユニットとの少なくとも一つの可撓性要素の接続は、流体の推力(スラスト力)が所定の閾値を上回る場合に流体によりタービンユニット上で生成される推力がタービンユニットを少なくとも一つの可撓性要素に逆らって特に流体の流動軸に沿って移動させることができるような接続であり得る。
タービンユニットと少なくとも一つの可撓性要素との間の接続は、タービンユニットのロータの回転速度が所定の速度閾値を下回る場合に前述の可撓性要素がタービンユニットを通常動作中にその初期位置に保つような接続であり得る。
少なくとも一つの可撓性要素は、タービンユニットの通常動作の安定性を維持するために、タービンユニットとのその組立て中に予め応力をかけられてもよく、通常動作中、タービンユニットのロータの回転速度は、所定の速度閾値を下回る。
ロータの所定の速度閾値は、毎分1,000回転以上4,000回転以下であり得る。
タービンユニットは、流体を移送する導管又はタービンボディの内側に位置決めされるように設計されてもよく、また、タービンユニットが導管又はタービンボディに対して柔軟に移動可能であるように、少なくとも一つの可撓性要素の一部分は、タービンユニットに接続されてもよく、別の部分は、導管又はタービンボディと接続するように設計されてもよい。
タービンユニットは、流体のための取入れ端部、及び流体のための吐出し端部を有することができ、また、タービンユニットは、具体的には線形ばねである少なくとも一つの可撓性要素のための少なくとも一つの後方止め部を備えることができ、可撓性要素の第1の端部は、後方止め部上に固定され、可撓性要素の第2の端部は、導管又はタービンボディに固定される。
導管のためのタービンは、タービンボディを備えることができ、このタービンボディ内にタービンユニットが配置され、前述のタービンユニットは、タービンボディの内表面と協働する外表面を有する非回転部を含むことができる。
タービンユニットが過回転動作中に流体の推力の影響下で少なくとも一つの可撓性要素に逆らって移動されたときに、タービンボディ内を流れるより大量の流体がタービンユニットのロータの外側を通過することを可能にするために、タービンユニットの前部が、タービンユニットが通常の移動されていない動作状態にあるときのタービンボディの断面よりも大きい断面を持つゾーンに配置されるように、タービンボディの内部容積が長手方向において変化する断面を備え得る。
タービンユニットが過回転動作しているときに、タービンボディの内表面とタービンユニットの非回転部の外表面との間を流れる流体の流量は、増大し得る。
タービンユニットの通常動作中、タービンユニットの非回転部は、上流の導管から出る流体の全部がタービンユニットのロータを通過するように、タービンボディ又は導管の表面に当接し得る。
タービンボディは、前方及び後方の二つのセミボティで構成されてもよく、少なくとも一つの可撓性要素は、一方ではタービンユニットに接続され、他方ではタービンボディの後方セミボティに接続されてもよく、タービンボディの内表面は、流体の推力の影響下で前述のユニットが通常動作から過回転動作に又は過回転動作から通常動作に切り替わるときに、タービンユニットの運動を案内するように、タービンユニットの輪郭成形された外表面と接触してもよい。
タービンボディは、上流の導管に対する接続デバイスを形成する第1の前方ディスクと、下流の導管に対する接続デバイスを形成する第2の後方ディスクとを含む、二つのディスクを備えることができる。
本発明はまた、導管内を流れる流体の少なくとも一つの特性を測定するためのシステムであって、導管を通過する流体の少なくとも一つの特性値を測定することが可能な少なくとも一つのセンサを備えること、及び、少なくとも一つのセンサが、前述の少なくとも一つのセンサに電力を供給するために前述の導管のためのタービンに電気的に接続されることを特徴とする、システムに関する。
本発明のこれらの目的、特徴、及び利点は、非限定的な例として提供される以下の特定の実施形態に関する説明全体にわたって、添付の図面を参照しながらより詳細に説明される。
本発明の一つの実施形態による、通常動作中のタービンの部分的に開かれた斜視図である。 本発明の実施形態による、通常動作中のタービンの長手方向断面図である。 本発明の実施形態による、通常動作中のタービンの取入れ口の正面図である。 本発明の実施形態による、通常動作中のタービンの吐出し口の背面図である。 本発明の実施形態による、過回転動作中のタービンの部分的に開かれた斜視図である。 本発明の実施形態による、過回転動作中のタービンの長手方向断面図である。 本発明の実施形態による、通常動作中のタービンの概略的且つ機能的な長手方向断面図である。 本発明の実施形態による、過回転動作中のタービンの概略的且つ機能的な長手方向断面図である。 導管内を循環する流体の流量に応じた本発明の実施形態によるタービンの電力生成の漸進的変化を示す図であり、したがって本発明の効果を示す図である。
説明を容易にするために、慣例により、長手方向は、タービンの軸の方向に対して使用され、形容詞「前方の」及び「後方の」は、タービンを通る流体の流れの方向において考慮される。
図1から4は、通常の動作における、本発明の一つの実施形態によるタービン1を示す。タービン1は、タービンユニット13を含み、且つ、少なくとも一つの可撓性要素4を備える。
タービンユニット13は、発電機6の固定子を取り囲み且つ環状構成で配置された、非回転部2で構成される。タービンユニット13はまた、中央に配置されたロータ3を備え、このロータは、誘導子型ロータを含み、その永久磁石は、タービンの羽根9の周辺上に配置される。最後に、タービンユニット13は、発電機6の固定子の電気接続端子をタービンボディ11の外側に電気的に接続する、以下で説明される電気接続手段19を備える。
非回転部2は、その周辺上で輪郭成形された外表面10を備える。非回転部2は、可撓性要素4の端部が当接するか接続される、少なくとも一つの後方止め部14を備える。本実施形態によれば、外表面10は、前面から後面までほぼその全長にわたって延在するリブ18を備える。リブ18の後端部は、上述の後方止め部14を形成する。以下で説明されるように、これらのリブ18間に流体のための通路が作られる。この目的のために、外表面10の形状は、そのような流れを促進するように輪郭成形される。
本実施形態によれば、タービン1はまた、タービンユニット13の周りに配置されたタービンボディ11を備える。タービンボディ11は、タービンの組立てを容易にするために、ねじ及びボルトにより中央周辺部上で互いに固定される、前方及び後方の二つのセミボティによって形成される。このタービンボディ11は、ロータ3の回転軸と一致する軸とともに、円筒対称性を有する。タービンボディ11の内部容積は、長手方向において変化する寸法を持つ断面を有する。
この実施形態では、複数の弾性要素4、即ち長手方向に配向された線形ばねが、タービンユニットの周りに均等に配置される。これらのばねのそれぞれの第1の端部は、リブ18によって形成された後方止め部14上に固定され、第2の端部は、タービンボディの後面に向かってタービンボディ11に固定される。これらの可撓性要素4は、タービンユニット13がタービンボディ11と組み立てられるときに、予め応力をかけられた態様で取り付けられる。変形形態として、可撓性要素は、異なる形態であってもよく、且つ/又は、異なる数及び構成を有してもよい。したがって、可撓性要素は、円形のハウジング内のウェーブスプリング、又はガスアクチュエータ、等であってもよい。
タービン1は、図7及び8に示されるように、管路内に配置されるように意図されている。この実施形態によれば、タービンボディ11は、その端部の近傍に、前方ディスク7及び後方ディスク8の二つのディスクを備えて、それらがそれぞれ上流の導管27及び下流の導管28に固定され得るように接続デバイスを形成する。これらの接続デバイスは、ナット及びボルトによる固定のための開口部を特に備える。そのような組立体では、タービンユニット13の軸は、流体流導管の中心軸と一致する。したがって、タービン1は、流体を循環させるための管の一区間内に、具体的には、配水導管などの長距離輸送又は流体の分配を対象とした導管内に配置される。タービンボディ11は、封じ込めの完全性が維持されること、具体的には、圧力、封止、及びタービンユニット13を通過する流体のための最小限の通り抜け断面が維持されることを可能にする。
したがって、タービンユニットは、完全に導管内に配置される。したがって、タービンユニットは、この実施形態では、導管の続きを形成して結局のところ導管の一部分を形成するタービンボディ11により、完全に導管内に配置される。
図1から4に示された、タービン1の通常の動作中、タービンユニット13の非回転部2の前部は、タービンボディ11の前部、具体的には前方ディスク7に当接する。この当接位置は、可撓性要素4によって及ぼされる圧迫により、安定的に保たれる。空き空間17が、タービンユニットの後ろでタービンユニットの外側体とタービンボディ11との間に存在して、次に説明されるように、タービンユニット13の後方運動を可能にする。
実際に、本実施形態によるタービン1の動作について説明する。
本発明によるタービン1の概念は、より大量の流体がロータの外側を流れることを可能にしてタービンユニットが過度に強い強制力を被るのを防ぐために、異常な高速流の間に所定の閾値を上回る流体による推力をタービンユニットが受けたときにタービンユニットが移動できるようにすることである。このようにして、タービンユニットは、生成すべき最大限の所望の電気エネルギーとタービンユニットに求められる単純性及び費用制約条件とに対応する、選択された最高速度に制限される流れになおもさらされる。したがって、少なくとも一つの可撓性要素とタービンユニットとを組み合わせることにより、タービンの速度を制限するためのデバイスが形成される。
したがって、タービンユニット13は、意図された二つの動作モード、即ち、図1から4及び7を参照して説明される通常動作と、図5、6及び8に示される過回転動作とに応じて、タービンボディ11に対して特徴的な二つの位置に着くことができる。タービンユニット13は、上流の導管27から出る流体の流速が通常の速度範囲内にあるとき、即ち特定の閾値未満であるときに、通常動作状態にある。この閾値を超えると、タービンユニット13は、可撓性要素によって及ぼされる反対方向の保持力を上回る、流体によりタービンユニット13の前面に及ぼされる推力の影響下で、過回転動作にシフトする。したがって、可撓性要素の選択は、タービンの通常動作から過回転動作への移行に対して閾値を決定することを可能にし、したがって、タービンユニット内の流体に対して最大速度又は流量閾値を確立すること、並びにタービンのロータの最大速度を確立することを、間接的に可能にする。本実施形態では、タービンユニット13は、流体の流れによって引き起こされる軸方向の推力がばねの予応力値を超えてばねを圧縮した場合に、タービンボディ11に対して上流から下流への方向に並進的に移動する。この運動は、タービンの長手軸と一致する、流体の流動軸に沿って起こる。
具体的には、本実施形態によるタービンは、50mmから2,000mmの間、好ましくは50mmから500mmの間の直径を持つ導管内に挿入されるように構成される。これらの用途では、タービンをその通常動作からその過回転動作へ移行させる閾値を1m/s以上3m/s以下の流体流速に対して設定することが有意義である。この閾値は、タービンユニット13のロータ3に受け入れられ得る最高速度に依存して選択され、この最高速度は、好ましくは、導管の直径に応じて、おおよそ毎分1千回転から4千回転の間の値未満に維持されるべきである。
本発明の実施形態では、一つの特徴的な位置から隣の特徴的な位置へのタービンユニットの移行、つまり、通常動作から過回転動作への及び過回転動作から通常動作へのタービンユニットの移行は、タービンユニット13の外表面上に配置されたリブ18とタービンボディ11の内表面との協働を通じて、流体の流動軸に沿って案内される。実際には、これらのリブ18は、タービンユニットが移動するときに、この内表面に当接し続け、且つ、この表面に接触して摺動する。この協働は、タービンユニットが径方向に維持されることを可能にし、且つ、タービンユニットが移動するときにタービンユニットを案内するのに役立つ。図5及び6は、タービンユニットの最大過回転動作を示す。この位置は、タービンユニット13の後方外表面上の止め部により、タービンボディ11上で安定的に保たれる。この目的のために、タービンユニット13の後方外表面の形状、及びタービンボディ11の内表面の形状は、タービンユニットの周囲全体にわたって止め部を形成してこの位置を径方向及び軸方向に安定的に保つ当接を可能にするように、調和する。次いで、ばねは、最大限まで圧縮される。この変位された位置は、流体の流量が高いままである限り、安定し続ける。この流量が通常値に戻り次第、タービンユニットは、復帰力を働かせてタービンユニットを前部が当接した通常動作に再配置するばねの作用の下で、自動的にその通常動作に戻る。
本実施形態によれば、通常動作中、上流の導管27から出る流体の全部が、図7の矢印Rで示されるように、タービン1を通過し、したがってロータ3の羽根9の回転に関与する。タービンユニット13の前部は、ロータが配置されている中央空間以外に流体の通路のための空間を少しも残すことなく、前方ディスク7に当接している。過回転動作中、タービンユニット13の前部は、移動されて、タービンボディのより大きな断面部の近傍に位置決めされ、それにより、タービンユニット13の外側のその表面とタービンボディ11との間の空間が解放されて、図8の矢印8で示されるように、この空間を通って流体の一部が流れる。より具体的には、この流体は、通路を形成するリブ18によって区切られた空間を通って、タービンユニット13の周りを流れる。したがって、この動作原理は、図7及び8によって概略的に示される。これらの空間(及び通路)の幾何形状は、過度に高い流体流速が生じた場合にロータの外側での十分な流体流量を可能とするように、決定される。一代替実施形態では、上流の導管27から出る流体の一部は、過度に高い流体流量が生じた場合に、タービンユニットの周りの通路以外の任意のバイパスチャネルにより、タービン11のロータ3を通過することなく、タービン11を通過することができる。例えば、バイパスチャネルは、流体によって及ぼされる特定の推力を超えてのみ開く弁によって閉じられるバイパスチャネルが、タービンユニットの内側に配置され得る。各弁の開口は、少なくとも一つの可撓性要素に応じる。この場合、タービンユニットは移動せず、固定される。
有利には、タービン1は、少量の電力を生成することを可能にし、これは、導管を通過する流体の少なくとも一つの特性値、例えば流体のpH、温度、流速、化学成分、及び/又は性質を測定する一つ以上のセンサなどの、過度の要求をしないデバイスに電力を供給するのに適応する。本明細書において説明される実施形態によれば、電力供給手段は、発電機6の電気端子をタービンボディ11の外側に接続する二本の電線によって形成される。これらの二本の電線は、タービンボディ11の外側に配置される電線の部分がタービンユニット13の運動とは無関係であり続けるように、配置される。したがって、本発明はまた、導管を通過する流体の少なくとも一つの特性値を測定することが可能な少なくとも一つのセンサを含む、導管内を流れる流体の少なくとも一つの特性を測定するためのシステムに関し、この少なくとも一つのセンサは、具体的には速度制限デバイスを備える前述のような導管のためのタービンに、電気的に接続される。
前述のようなタービンの速度を制限するためのデバイスは、上述の従来技術の欠点を克服することを可能にし、したがって、特に消火栓の動作中に導管を通過する流体のいかなる大幅な速度変動にも対処するためにタービンを特に複雑に設計する必要なしに、タービンが導管のために実装されることを可能にする。選択された解決法はまた、過剰な費用を不要にし、且つ、低流量の流体に基づいて少量の電気エネルギーを生成するように適合されまた縮小した流速範囲内でなおも動作するタービンを得ることを可能にして、その基準状態の前後でタービンが動作条件内に留まることを可能にして、良好な電気生成量を確保する。
図9は、本発明の一つの実施形態によるタービンの電力生成曲線31を、タービンが設置された導管内を循環する流体の流量の関数として、例として示す。比較として、図は、同じサイズであるが本発明のデバイスのようなバイパスデバイスが装備されないタービンの電力生成曲線32を示す。低い流体流量では、二つの曲線は重なり合い、二つのタービンは、同じ電力を生成する。流量が、この示された例ではおおよそ3l/sである閾値を上回ると、曲線32は上昇を続け、対応するタービンは、その取入れ閾値を上回る流量をタービンが受けることにより、急速に劣化する恐れが確実にある。対照的に、本発明の実施形態によるタービンは、タービンに対する最大許容流量に対応する値において、安定して非常に少しずつ増大する電力生成を示す。この安定化は、タービンの外側の流体流量の一部のバイパス期間に相当する。
当然ながら、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではない。具体的には、タービンユニットは、任意の他の幾何形状を採用することができる。さらに、少なくとも一つの可撓性要素とのタービンユニットの協働は、異なるものであってもよく、また、タービンユニットの運動は、必ずしも並進運動ではなく、異なるタイプのものであってもよい。タービンボディ11は、移動可能なタービンユニットを有して全体が形成されることを可能にして、いつでも既存の導管に接続できるという点で、有利である。しかし、一変形形態として、タービンユニット及びその一つ以上の可撓性要素は、タービンボディを必要とせずに、既存の導管内に直接配置されてもよい。さらに、流体の一部は、通常動作中にもタービンの外側を流れてもよいが、過回転動作中には、より大量の流体がタービンの外側を流れる。

Claims (15)

  1. ロータ(3)を含むタービンユニット(13)を備える、導管のための電力生成タービン(1)であって、前記タービンユニット(13)の前記ロータ(3)の回転速度を制限するために、前記タービンユニット(13)のための速度制限デバイスを備え、前記デバイスが、前記ロータ(3)を通過する流体の流量を制限するように、前記タービンユニット(13)に接続された少なくとも一つの可撓性要素(4)を含むことを特徴とする、電力生成タービン(1)。
  2. 前記タービン(1)が、タービンユニット(13)を備え、前記タービンユニット(13)が、発電機(6)の固定子を取り囲む、環状構成で配置された非回転部(2)を含み、前記少なくとも一つの可撓性要素(4)が、前記非回転部(2)に接続されることを特徴とする、請求項1に記載の導管のための電力生成タービン(1)。
  3. 前記タービンユニット(13)との前記少なくとも一つの可撓性要素(4)の接続が、前記流体により前記タービンユニット(13)上で生成される前記推力が所定の閾値を上回る場合に、前記推力が前記タービンユニット(13)を前記少なくとも一つの可撓性要素(4)に逆らって特に前記流体の流動軸に沿って移動させることができるような接続であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の導管のための電力生成タービン(1)。
  4. 前記タービンユニット(13)と前記少なくとも一つの可撓性要素(4)との間の接続が、前記タービンユニット(13)の前記ロータの回転速度が所定の速度閾値未満である場合に前記可撓性要素が前記タービンユニット(13)を通常動作中にその初期位置に保つような接続であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の導管のための電力生成タービン(1)。
  5. 前記少なくとも一つの可撓性要素(4)が、前記タービンユニット(3)の通常動作の安定性を維持するために、前記タービンユニット(13)とのその組立て中に予め応力をかけられ、前記通常動作中、前記タービンユニット(13)の前記ロータの回転速度が、所定の速度閾値を下回ることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の導管のための電力生成タービン(1)。
  6. 前記ロータの前記所定の速度閾値が、毎分1,000回転以上4,000回転以下であることを特徴とする、請求項4又は5に記載の導管のための電力生成タービン(1)。
  7. 前記タービンユニット(13)が、流体を移送する導管又はタービンボディ(11)の内側に位置決めされることが可能であること、及び、前記タービンユニット(13)が前記導管又は前記タービンボディ(11)に対して柔軟に移動可能であるように、前記少なくとも一つの可撓性要素(4)の一部分が、前記タービンユニット(13)に接続され、別の部分が、前記導管又は前記タービンボディ(11)に接続されることが可能であることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の導管のための電力生成タービン(1)。
  8. 前記タービンユニット(13)が、前記流体のための取入れ端部、及び前記流体のための吐出し端部を有すること、及び、前記タービンユニット(13)が、具体的には線形ばねである少なくとも一つの可撓性要素(4)のための少なくとも一つの後方止め部(14)を備え、前記可撓性要素(4)の第1の端部が、前記後方止め部(14)上に固定され、前記可撓性要素(4)の第2の端部が、前記導管に又は前記タービンボディ(11)に固定されることを特徴とする、請求項7に記載の導管のための電力生成タービン(1)。
  9. 内部に前記タービンユニット(13)が配置されるタービンボディ(11)を備えること、及び、前記タービンユニット(13)が、前記タービンボディ(11)の内表面と協働する外表面(10)を有する非回転部(2)を含むことを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の導管のための電力生成タービン(1)。
  10. 前記タービンユニット(13)が過回転動作中に前記流体の前記推力の影響下で前記少なくとも一つの可撓性要素(4)に逆らって移動されたときに、前記タービンボディ内を流れるより大量の前記流体が前記タービンユニット(13)の前記ロータ(3)の外側を通過することを可能にするために、前記タービンユニット(13)の前部が、前記タービンユニット(13)が移動されていない通常の動作状態にあるときの前記タービンボディ(11)の断面よりも大きい断面を持つゾーンに配置されるように、前記タービンボディ(11)の内部容積が長手方向において変化する断面を有することを特徴とする、請求項9に記載の導管のための電力生成タービン(1)。
  11. 前記タービンユニット(13)が過回転動作しているときに、前記タービンボディ(11)の前記内表面と前記タービンユニット(13)の前記非回転部(2)の前記外表面(10)との間を流れる前記流体の流量が増大することを特徴とする、請求項10に記載の導管のための電力生成タービン(1)。
  12. 前記タービンユニット(13)の通常動作中、前記タービンユニット(13)の非回転部(2)が、上流の導管(7)から出る前記流体の全部が前記タービンユニット(13)の前記ロータ(3)を通過するように、タービンボディ(11)又は導管の表面に当接することを特徴とする、請求項7から11のいずれか一項に記載の導管のための電力生成タービン(1)。
  13. 前記タービンボディ(11)が、前方及び後方の二つのセミボティで構成されること、前記少なくとも一つの可撓性要素(4)が、一方では前記タービンユニット(13)に接続され、他方では前記タービンボディ(11)の後方セミボティに接続されること、及び、前記タービンボディ(11)の内表面が、前記流体の前記推力の影響下で前記タービンユニットが通常動作から過回転動作に又は過回転動作から通常動作に切り替わるときに、前記タービンユニット(13)の運動を案内するように、前記タービンユニット(13)の輪郭成形された外表面と接触することを特徴とする、請求項9から12のいずれか一項に記載の導管のための電力生成タービン(1)。
  14. 前記タービンボディ(11)が、上流の導管(27)に対する接続デバイスを形成する第1の前方ディスク(7)と、下流の導管(28)に対する接続デバイスを形成する第2の後方ディスク(8)とを含む、二つのディスクを備えることを特徴とする、請求項9から13のいずれか一項に記載の導管のための電力生成タービン(1)。
  15. 導管内を流れる流体の少なくとも一つの特性を測定するためのシステムであって、前記導管を通過する流体の少なくとも一つの特性値を測定することが可能な少なくとも一つのセンサを備え、少なくとも一つのセンサが、前記少なくとも一つのセンサに電力を供給するために請求項1から14のいずれか一項に記載の導管のための電力生成タービン(1)に電気的に接続されることを特徴とする、システム。

JP2018555899A 2016-04-26 2017-04-25 導管のための速度が制限されたタービン Pending JP2019518159A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1653675A FR3050483B1 (fr) 2016-04-26 2016-04-26 Turbine pour conduite avec limitation de vitesse
FR1653675 2016-04-26
PCT/EP2017/059713 WO2017186667A1 (fr) 2016-04-26 2017-04-25 Turbine pour conduite avec limitation de vitesse

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2019518159A true JP2019518159A (ja) 2019-06-27

Family

ID=56119647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018555899A Pending JP2019518159A (ja) 2016-04-26 2017-04-25 導管のための速度が制限されたタービン

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11092131B2 (ja)
EP (1) EP3449118B1 (ja)
JP (1) JP2019518159A (ja)
CN (1) CN109219699B (ja)
AU (1) AU2017257201A1 (ja)
CA (1) CA3022418A1 (ja)
FR (1) FR3050483B1 (ja)
WO (1) WO2017186667A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020105327A1 (de) 2020-02-28 2021-10-07 PYDRO GmbH Verfahren zur Druckverlustregulierung für Systeme in fluidführenden Rohrleitungen
FR3118482A1 (fr) * 2020-12-24 2022-07-01 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Dispositif de génération de puissance électrique comportant un rotor et un stator
CN113374614B (zh) * 2021-07-28 2023-05-26 东方电气集团东方电机有限公司 一种水轮机进水阀门

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6246126B1 (en) * 1996-10-22 2001-06-12 Germaine Van Der Veken Hooded wind power engine
JP2001234844A (ja) * 2000-02-11 2001-08-31 Jozef Adriaenssens エネルギ発生装置
WO2006035119A1 (fr) * 2004-09-27 2006-04-06 Cismac Electronique Turbine a helice etant inseree dans une canalisation transportant un fluide
US20080022920A1 (en) * 2006-07-10 2008-01-31 Patent-Treuhand-Gesellschaft Fur Elektrische Gluhlampen Mbh Energy transducer module and light apparatus
US20180291761A1 (en) * 2015-05-27 2018-10-11 Hydrospin Monitoring Solutions Ltd. Energy generating system and method

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1252427B (ja) * 1964-05-28
US3613451A (en) * 1969-10-24 1971-10-19 Bendix Corp Mass flowmeter
US3813940A (en) * 1972-12-18 1974-06-04 Sperry Rand Corp Flow meter with a bypass
AT359941B (de) * 1979-01-18 1980-12-10 Buchelt Benno Wasserturbine
DE10160916A1 (de) * 2001-12-12 2003-07-03 Aloys Wobben Strömungsrohr und Wasserkraftwerk mit einem solchen Strömungsrohr
WO2006016012A1 (fr) * 2004-07-09 2006-02-16 Cismac Electronique Turbine a deux helices inserable dans une canalisation sous pression trasnportant un fluide
US7385303B2 (en) * 2005-09-01 2008-06-10 Roos Paul W Integrated fluid power conversion system
CN103775139B (zh) 2012-10-26 2015-09-23 中航商用航空发动机有限责任公司 涡轮发动机的间隙控制系统及涡轮发动机的间隙控制方法
FR3002283B1 (fr) * 2013-02-18 2015-02-27 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de determination de la pression de gaz d'echappement en amont du turbocompresseur et du debit traversant sa turbine
ITMC20130058A1 (it) * 2013-09-26 2015-03-27 Faggiolati Pumps S P A Impianto generatore di energia elettrica

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6246126B1 (en) * 1996-10-22 2001-06-12 Germaine Van Der Veken Hooded wind power engine
JP2001234844A (ja) * 2000-02-11 2001-08-31 Jozef Adriaenssens エネルギ発生装置
WO2006035119A1 (fr) * 2004-09-27 2006-04-06 Cismac Electronique Turbine a helice etant inseree dans une canalisation transportant un fluide
US20080022920A1 (en) * 2006-07-10 2008-01-31 Patent-Treuhand-Gesellschaft Fur Elektrische Gluhlampen Mbh Energy transducer module and light apparatus
US20180291761A1 (en) * 2015-05-27 2018-10-11 Hydrospin Monitoring Solutions Ltd. Energy generating system and method

Also Published As

Publication number Publication date
FR3050483B1 (fr) 2020-02-07
EP3449118A1 (fr) 2019-03-06
FR3050483A1 (fr) 2017-10-27
US20190136826A1 (en) 2019-05-09
US11092131B2 (en) 2021-08-17
WO2017186667A1 (fr) 2017-11-02
CA3022418A1 (fr) 2017-11-02
AU2017257201A1 (en) 2018-11-15
CN109219699A (zh) 2019-01-15
CN109219699B (zh) 2020-10-30
EP3449118B1 (fr) 2021-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2019518159A (ja) 導管のための速度が制限されたタービン
JP2012112320A (ja) 水流発電装置
JP2005171877A (ja) 小型水力発電機
KR20050074360A (ko) 배관에 흐르는 물의 유량과 유속을 보존하는 수력발전장치
CN104395562B (zh) 用于流体机械的螺丝冷却装置
CN105156156A (zh) 透平减压动力装置和透平减压机组
US20210033063A1 (en) A Pipe-Flow Driven Electric Power Generator Device
KR20200028795A (ko) 양식장을 이용한 소수력 발전 시스템
RU2746822C2 (ru) Турбогенераторное устройство для производства электрической энергии, способы его установки и эксплуатации
CN104564178A (zh) 减压膨胀透平发电机组
JP4758797B2 (ja) 水力発電用フランシス水車
CA2729202C (en) Hydro-generator soft start
JP2004234431A (ja) 弁の自動制御装置
CN204402581U (zh) 减压膨胀透平发电机组
KR200400556Y1 (ko) 배관에 흐르는 물의 유량과 유속을 보존하는 수력발전장치
CN220769615U (zh) 一种输水管道自平衡发电装置
CN218971873U (zh) 水阀总成及燃气热水器
JP2007255317A (ja) 水力発電用フランシス水車
EP2435747B1 (en) Turbulator
NL2014861B1 (en) Insertable turbine for insertion into a fluid conduit, and fluid conduit.
KR20200028260A (ko) 관형 소수력 발전장치
RU16367U1 (ru) Прямоточная гидротурбина (варианты)
CN117628700A (zh) 一种微压热水机
JP2008261249A (ja) 水栓用発電機及び水栓装置
WO2015087174A1 (en) Hydraulic motor arrangement

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200423

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210326

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210406

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20210630

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20211207