MD659Z - Hidrocentrală - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la hidroenergetică, în special la hidrocentrale ce utilizează energia cinetică a fluxului de apă.Hidrocentrala conţine o platformă (1), amplasată pe două flotoare (7), (8) şi fixată articulat pe o bază de ţărm. Pe platformă (1) sunt amplasate un generator electric (24), o pompă hidraulică (23), un multiplicator (19) şi un rotor (9) cu palete (13) cu profil hidrodinamic, la periferia căruiasunt amplasate nişte ghidaje (16), (17), (18).Fiecare paletă (13) esteacoperită cu înveliş hidrodinamic şi constituită din module, formate din submodule cu nervuri. Paletele (13) sunt dotate pe ambele părţi ale învelişului cu nişte guri de aspiraţie amplasate pe înălţimea paletelor (13) în zona bordului de atac şi zona adiacentă bordului de fugă. Gurile de aspiraţie sunt executate în formă de deschizături unite între ele pe fiecare parte a paletei prin nişte canale separate longitudinale. Canalele longitudinale la extremitatea bordului de fugă sunt unite cu nişte canale verticale.

Description

Invenţia se referă la hidroenergetică, în special la hidrocentrale ce utilizează energia cinetică a fluxului de apă.

Este cunoscută o staţie hidraulică, care conţine o platformă, amplasată pe două flotoare şi ancorată de mal cu posibilitatea reglării poziţiei sale faţă de nivelul fluxului de apă printr-o structură metalică de cadru şi tiranţi, dotaţi cu reglatori de întindere, conţinând, de asemenea, plasaţi pe platformă şi legaţi cinematic unul cu altul, un generator electric, o pompă hidraulică, un multiplicator şi o turbină, care include un arbore vertical legat cu multiplicatorul şi de care sunt fixate radial bare orizontale cu palete cu profil hidrodinamic. Pe platformă sunt instalate două ghidaje pentru orientarea paletelor în funcţie de direcţia de curgere a apei pentru zonele aval şi amonte de interacţiune paletă-fluid [1].

Dezavantajul constă în aceea că, deşi paletele se orientează la direcţia de curgere a apei, eficienţa conversiei energiei cinetice a fluxului de apă este redusă, deoarece momentul de torsiune la arborele rotorului turbinei se sumează din momentele de torsiune formate doar de paletele ce interacţionează cu fluxul de apă, aflate doar în zonele amonte şi aval ale rotorului turbinei. Totodată construcţia centralei nu permite poziţionarea paletelor în funcţie de zona de interacţiune paletă-fluid şi de viteza de curgere a fluxului de apă, ce conduce la diminuarea eficienţei conversiei. Acest dezavantaj diminuează eficienţa conversiei, deoarece la depăşirea de către viteza de curgere a apei a unui anumit prag, creşte rezistenţa hidraulică la rotirea paletelor.

Problema pe care o rezolvă invenţia constă în sporirea eficienţei conversiei potenţialului hidroenergetic disponibil al fluxului prin diminuarea influenţei negative a efectului de separare a stratului limită la interacţiunea paletă-fluid şi, respectiv, în creşterea cantităţii de energie hidraulică convertită anual şi diminuarea costului acesteia.

Problema se rezolvă prin aceea că hidrocentrala conţine o platformă, amplasată pe două flotoare şi fixată articulat pe o bază de ţărm, pe platformă fiind amplasate un generator electric, o pompă hidraulică şi un multiplicator, cu care este legat un ax vertical, la capătul căruia este montat un rotor cu palete cu profil hidrodinamic, la periferia rotorului fiind amplasate nişte ghidaje. Paletele sunt montate în rotor pe osii cu posibilitatea rotirii în jurul acestora, poziţionându-se sub un unghi de atac variabil, determinat de profilul ghidajelor; fiecare paletă este acoperită cu înveliş hidrodinamic şi constituită din module, formate din submodule cu nervuri, modulele fiind separate între ele cu nişte ecrane pentru direcţionarea curgerii fluidului spre coarda acestora, totodată paletele sunt dotate pe ambele părţi ale învelişului cu nişte guri de aspiraţie, amplasate pe înălţimea paletelor în zona bordului de atac şi zona adiacentă bordului de fugă; gurile de aspiraţie sunt executate în formă de deschizături unite între ele pe fiecare parte a paletei prin nişte canale longitudinale separate pentru circulaţia lichidului între zona bordului de atac şi zona bordului de fugă; canalele longitudinale de pe fiecare parte profilată a submodulelor la extremitatea bordului de fugă sunt unite cu nişte canale verticale.

Canalele longitudinale pot fi amplasate câte două pe fiecare flanşă a submodulelor, iar canalele verticale pot fi executate în formă de ţevi perforate.

Paletele pot fi fixate imobil în rotor sub un unghi de atac constant, iar gurile de aspiraţie, canalele longitudinale ce le unesc şi canalele verticale pot fi amplasate doar pe partea superioară a paletelor.

Dotarea rotorului cu palete cu profil hidrodinamic sorbant cu guri de aspiraţie localizate în zona bordului de atac şi în zona adiacentă bordului de fugă permite absorbirea unei anumite cantităţi de lichid prin deschizăturile în învelişul paletei din zona bordului de atac şi zona bordului de fugă, fapt care diminuează influenţa efectului de separare a stratului limită la interacţiunea paletă-fluid.

Astfel, diminuarea influenţei negative a efectului de separare a stratului limită la curgerea fluidului de-a lungul coardei paletei conduce la creşterea coeficientului de performanţă hidrodinamică Cρ a paletei şi, respectiv, a eficienţei conversiei.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-4, care reprezintă:

- fig. 1, schema principală a hidrocentralei, vedere frontală;

- fig. 2, vederea de ansamblu a paletei cu ecrane pentru diminuarea curgerii fluidului pe înălţimea acesteia;

- fig. 3, construcţia paletei cu profil hidrodinamic sorbant: a) submodul, b) paletă;

- fig. 4, vederea 3D a paletei cu profil hidrodinamic sorbant.

Hidrocentrala (fig. 1) conţine o platformă 1 fixată articulat pe o bază de ţărm prin intermediul unei structuri de rezistenţă 2 şi al tiranţilor 3 şi 4, amplasaţi paralel la planul de simetrie al structurii de rezistenţă 2 de ambele părţi ale ei, cât şi al tiranţilor 5 şi 6 legaţi de două flotoare 7, 8, amplasate pe de o parte a rotorului 9. Ultimul este constituit din arborele central 10 cu ax vertical, fixate imobil de el un număr impar de bare orizontale 11, la extremitatea cărora sunt montate osii 12 cu palete 13 cu profil hidrodinamic cu posibilitatea rotirii acestora în jurul osiilor 12. Pe capătul osiilor 12 sunt montate câte o tijă 14, dotată cu două corpuri de rotaţie 15, amplasate perpendicular pe coarda paletelor 13. Corpurile de rotaţie 15 angrenează sub acţiunea forţelor hidrodinamice cu suprafaţa ghidajelor 16 amplasate în zona amonte a rotorului, ghidajelor 17 amplasate în zona aval şi ghidajelor 18 amplasate în zona de tranziţie amonte-aval. Corpurile de rotaţie 15 sunt montate în tijele 14 în canale longitudinale cu posibilitatea deplasării lor în direcţie longitudinală perpendicular pe coarda paletelor 13. Ghidajele 16 şi 17 au profil în arc de cerc cu razele corespunzător R1 şi R2, iar ghidajul 18 are profil rectiliniu.

Pe platforma 1 este instalat un multiplicator 19, arborele conducător al căruia este cuplat cu arborele central 10 al rotorului cu pale cu profil hidrodinamic 13. Arborele condus al multiplicatorului 19 prin intermediul transmisiilor prin curea (sau lanţ) 20, 21 şi 22 este legat cinematic cu pompa hidraulică 23 şi, respectiv, cu generatorul electric 24 cu magneţi permanenţi cu turaţie joasă.

Paletele 13 sunt asamblate din module 25, formate fiecare din submodule 26 cu nervuri, numărul submodulelor fiind determinat de înălţimea h a modulului 25. Spaţiul interior al submodulelor 26 este umplut cu material expandat 27, iar paletele 13 sunt acoperite cu înveliş hidrodinamic 28 din material compozit. Înălţimea modulelor 25 se determină din relaţia unde ν este viteza de curgere a fluxului, iar conturul periferic al ecranelor 32 este echidistant profilului paletelor egal cu (0,02…0,06) l, unde l este lungimea coardei paletei. Modulele 25 sunt fixate rigid pe osiile 29 prin intermediul penelor inelare cu proeminenţe laterale 30 şi, suplimentar, pe osiile 31, iar între modulele 25 şi pe părţile inferioară şi superioară ale paletei sunt instalate ecrane 32 pentru direcţionarea curgerii fluidului de-a lungul coardei paletei.

Paletele 13 (fig. 1) au profil hidrodinamic sorbant, fiecare fiind dotată pe ambele părţi ale învelişului hidrodinamic 28 (fig. 3a) cu guri de aspiraţie 33 şi 34 a lichidului sub presiune, amplasate în zona bordului de atac al paletei pe înălţimea acesteia şi cu guri de aspiraţie 35 şi 36, amplasate în zona adiacentă bordului de fugă.

Gurile de aspiraţie 33 şi 34 şi, respectiv, 35 şi 36 sunt executate în formă de deschizături în învelişul hidrodinamic 28 al paletei, unite între ele pe fiecare parte a paletei prin canale longitudinale separate 37 şi 38 pentru circulaţia lichidului între zona bordului de atac şi zona bordului de fugă. Canalele longitudinale 37 şi 38, ce unesc gurile de aspiraţie 33 şi 34 cu gurile de aspiraţie 35 şi 36, sunt amplasate câte două pe ambele flanşe ale fiecărui submodul 26, totodată canalele longitudinale 37 şi 38 de pe fiecare parte profilată a submodulelor 26 la extremitatea bordului de fugă sunt unite cu nişte canale verticale 39, executate în formă de ţevi perforate.

În cazul în care paletele 13 (fig. 1) sunt fixate imobil în rotorul 9 sub un unghi de atac constant, gurile de aspiraţie 33 (fig. 3a) şi 35, canalul longitudinal 37 ce le uneşte şi canalele verticale 39 sunt amplasate doar pe partea superioară a paletei 13.

Hidrocentrala funcţionează în modul următor.

Rotorul 9 (fig. 1) cu paletele 13 este amplasat în fluxul de apă al râului. Poziţia lor faţă de nivelul apei râului este asigurată de forţa Arhimede, care acţionează asupra flotoarelor 7 şi 8 şi asupra părţii submersibile a paletelor 13. Poziţia verticală a axei rotorului 9 este asigurată prin reglarea lungimii tiranţilor 3 şi 4, iar poziţia platformei 1 în raport cu direcţia de curgere a fluxului de apă se asigură cu ajutorul tiranţilor 5 şi 6, legaţi cu structura de rezistenţă 2, în care sunt montate imobil flotoarele 7 şi 8.

Fluxul de apă în curgere cu viteza ν interacţionează cu paletele 13 cu profil hidrodinamic, dezvoltând forţe hidrodinamice direcţionate astfel încât impun paletele 13 să se rotească în jurul axului central al rotorului 9, aplicând acestuia un anumit moment de torsiune sumar M, format prin contribuţia fiecărei palete.

Poziţionarea mecanică a paletelor 13 faţă de direcţia de curgere a fluxului de apă se realizează prin intermediul tijelor 14, fixate imobil pe osiile 12 ale paletelor 13, şi ale corpurilor de rotaţie 15, care sub acţiunea forţelor hidrodinamice se rostogolesc prin contact pe suprafaţa ghidajelor 16, 17 şi 18, orientând astfel fiecare paletă 13 sub un anumit unghi de atac α. Momentul de torsiune şi mişcarea de rotaţie dezvoltate de forţele hidrodinamice aplicate paletelor 13 se transmit de la axul central al rotorului 9 prin intermediul multiplicatorului 19 şi transmisiilor prin curea (sau lanţ) 20, 21 şi 22 către generatorul electric 24 şi pompa hidraulică 23.

La interacţiunea fluxului de apă cu paletele 13 (fig. 1) cu profil hidrodinamic sorbant, dotate pe ambele părţi ale învelişului hidrodinamic 28 (fig. 3b) cu gurile de aspiraţie 33 şi 34 a lichidului sub presiune amplasate în zona bordului de atac şi cu gurile de aspiraţie 35 şi 36 amplasate în zona adiacentă bordului de fugă, o anumită parte a fluidului se absoarbe prin gurile de aspiraţie şi circulă prin canalele longitudinale 37 şi 38 între zonele bordului de fugă şi de atac. Absorbţia fluidului sub diferită presiune prin gurile de aspiraţie (fig. 4) amplasate în zonele bordului de atac şi de fugă conduce la diminuarea influenţei negative a fenomenului de separare a stratului limită la curgerea fluidului de-a lungul coardei paletelor. Astfel, diminuarea influenţei negative a acestui fenomen stimulează majorarea coeficientului de performanţă hidrodinamică Cρ a paletelor şi, respectiv, creşterea eficienţei de conversie a potenţialului energetic disponibil al curenţilor de apă în energie utilă.

1. MD 3845 G2 2009.02.28

Claims (3)

1. Hidrocentrală, care conţine o platformă (1), amplasată pe două flotoare (7), (8) şi fixată articulat pe o bază de ţărm, pe platformă (1) fiind amplasate un generator electric (24), o pompă hidraulică (23) şi un multiplicator (19), cu care este legat un ax vertical, la capătul căruia este montat un rotor (9) cu palete (13) cu profil hidrodinamic, la periferia rotorului (9) fiind amplasate nişte ghidaje (16), (17), (18), caracterizată prin aceea că paletele (13) sunt montate în rotor (9) pe osii (12) cu posibilitatea rotirii în jurul acestora, poziţionându-se sub un unghi de atac variabil, determinat de profilul ghidajelor (16), (17), (18); fiecare paletă (13) este acoperită cu înveliş (28) hidrodinamic şi constituită din module (25), formate din submodule (26) cu nervuri, modulele (25) fiind separate între ele cu nişte ecrane (32) pentru direcţionarea curgerii fluidului spre coarda acestora, totodată paletele (13) sunt dotate pe ambele părţi ale învelişului (28) cu nişte guri de aspiraţie (33), (34), (35), (36), amplasate pe înălţimea paletelor (13) în zona bordului de atac şi zona adiacentă bordului de fugă; gurile de aspiraţie (33), (34), (35), (36) sunt executate în formă de deschizături unite între ele pe fiecare parte a paletei prin nişte canale separate longitudinale (37), (38) pentru circulaţia lichidului între zona bordului de atac şi zona bordului de fugă; canalele longitudinale (37), (38) de pe fiecare parte profilată a submodulelor (26) la extremitatea bordului de fugă sunt unite cu nişte canale verticale (39).

2. Hidrocentrală, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că canalele longitudinale (37), (38) sunt amplasate câte două pe fiecare flanşă a submodulelor (26), iar canalele verticale (39) sunt executate în formă de ţevi perforate.

3. Hidrocentrală, conform revendicărilor 1 şi 2, caracterizată prin aceea că paletele (13) sunt fixate imobil în rotor (9) sub un unghi de atac constant, iar gurile de aspiraţie, canalele longitudinale ce le unesc şi canalele verticale sunt amplasate doar pe partea superioară a paletelor (13).