RO130697A0 - Hidro tornada electrică - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o hidrotornadă electrică, destinată utilizării în domeniul hidroenergetic, pentru producerea energiei electrice, prin mărirea vitezei lineare a apei râului, fără construirea de baraj sau aducţiune. Hidrotornada electrică, conform invenţiei, este o construcţie hidrotehnică, pe un mal (1) al unui râu, ce măreşte o viteză (v) lineară a apei, schimbând direcţia de curgere printr-un perete (5) al tornadei, aşezat în unghi mai mic de 90°, pe o distanţă de 10...15 m de la mal (1), producând un debit de apă cu o viteză (v) mărită, denumit canalul (6) tornadei, v=x/ΔT, şi o turbină (8) imersată plutitoare, aşezată în canalul (6) tornadei, plutind cu o axă în poziţie verticală, sub nivelul apei, suspendată pe o platformă (7) plutitoare, iar prin nişte pale curbate, fixate cu rotoare pe axă, preia presiunea apei, care generează mişcarea de rotaţie, producând forţa hidroenergetică, iar partea superioară a axei, deasupra apei, transmite mişcarea de rotaţie a turbinei (8) către un generator (11) electric, în faţa turbinei (8) şi lateral având un deviator (9) al direcţiei apei, format dintr-o parte dreaptă, care se aşază în amonte, pentru blocarea apei, în consens asupra palelor, şi dintr-o parte care urmăreşte curbura turbinei (8) şi protejează palele de turbulenţe, astfel fiind asigurată mişcarea de rotaţie a turbinei (8), iar printr-un sistem (10) de transmisie a rotaţiei, rotaţia turbinei (8) se transmite de la axa turbinei (8) la generatoare (11), ori prin fulii cu curele de transmisie, ori prin roţi dinţate, fiind de preferat folosirea generatoarelor (11) cu rotaţie mică de 120...240 rot/min, iar pentru protejarea turbinei (8) de obiectele care plutesc şi trebuie deviate se foloseşte un deviator (12) al materialului turbulent şi plasă de protecţie pentru peşti, care se fixează pe nişte stâlpi (4) de rezistenţă, într-un unghi care să permită alunecarea materialul turbulent.

Description

Titlul invenției : HIDRO TORNADA ELECTRICA”- HTE”

Producerea energiei electrice, prin marirea vitezei apei unui rau, fara construirea de baraj peste rau, sau aductiune din amont, sau roata cu pale.

Autorul invenției; Prof.Ludovic Sosnak ^Page I ¹

OBSERVAȚII IMPORTANTE - FEZABILITATE.

Energia uriașa, potențiala a râurilor, este valorificata actual, in procentaj neînsemnat, prin hidrocentrale, cu construirea barajelor peste rau. Este costisitor, închide râul si intervine in ecosistemul fluvial si a mediului ///

Teoria si Tehnologia noua pe care o denumesc Hidro Tornada Electrica, salveaza viata râurilor, eliminând toate inconveniente produse de baraje. Se bazeaza pe doua principii fundamentale:

1. ) Marirea vitezei de curgere a apei râului, printr-o construcție hidrotehnica la malul râului, pe care o numesc: Hidro Tornada.

2. ) Realizarea unei turbine care sa prezinte, cea mai mare suprafața, supusa presiunii apei in canalul de curgere cu viteza mărită: Turbina imersata-plutitoare.

Hidro Tornada Electrica, protejează râul si mediul, eliminând toate problemele create de construirea barajelor. Astfel Hidro Tornada Electrica, este soluția optima, pentru transformarea energiei uriașe, purtate de râurile lumii in energie electrica:

Nu afecteaza ecosistemele râurilor si nu produce efecte ireversibile. Cursul de apa i-si pastreaza caracteristicile naturale care astfel, deține habitate sanatoase si ecosisteme acvatice funcționale : purificarea apei, atenuarea inundațiilor si secetei, incarcarea pânzelor freatice, reglarea microclimatului, protecție împotriva eroziunii malurilor, menținerea si imbunatatirea zonelor de recreație, menține producția de peste, navigarea râurilor este libera, fara ecluze etc.

Hidro Tornada Electrica nu are nici-un effect asupra climei si asigura independenta energetica.

Nu modifica in nici-un fel resursele de apa, ele i-si pastreaza in conținu, debitul natural. Nu produce colmatare.

Potențialul hidroenergetic nu este epuizat. NU are nevoie de un debit de exploatare, astfel ramane intact debitul salubru si servitute, necesar asigurării condițiilor de viata ale ecosistemelor acvatice existente.

Prin construirea Hidro Tornadelor Electrice se creaza o adevarata industrie, locuri de munca, energie mai ieftina, stimulând sectoarele economiei, producând efecte economice mai mari si fara distrugerea mediului!!!

Construirea Hidro Tornadelor Electrice este mai ieftina decât celelalte moduri de producere a energiei electrice, poate deveni energia inepuizabila a omenirii, râurile lumii curg de mii de ani si asa va fi si peste zeci, sute de mii de ani.

Hidro Tornadele Electrice, pot fi construite in special, in zonele de câmpie ale râurilor si astfel ar asigura si irigarea terenurilor agricole.

Aceste centrale, se pot construi in serie si monta, aproape oriunde, pe malul râului.

CV 2 O 1 5 - - 0 0 5 2 2 2 2 -07- 2015

TEORIA HIDRO TORNADEI ELECTRICE

Analiza generala - studiul teoriei:

Este o teorie si tehnologie, pentru producerea energiei electrice, folosind energia rezultata din marirea vitezei de curgere a apei unui rau, fara construire de baraj peste rau, sau prin aductiune.

Posibilitatea măririi vitezei apei curgătoare a unui rau s-a născut prin observația fenomenelor naturale de mărire a vitezei lineare a apei, desfasurandu-se intr-un moment dat, pe rau, fara nici-o intervenție a unor factori externi. Pe rau, se produc frecvent fenomene naturale, prin care se mărește viteza linear - naturala a apei râului. Asemenea fenomene sunt: Vârtejurile, in care viteza apeiv₂este cu mult mai mare decât viteza linearavi,

Page | 2

Formarea vitezei mărite v₂ a apei râului, in vârtej.

Schimbarea direcției cursului apei, sub un unghi anume, fata de curgerea lineara, aparuta in urma unui obiect aflat in cursul apei, determina o curgere mai rapida a apei in jurul obiectului. v₂

Marirea vitezei v₂ a apei râului, in urma schimbării direcției curgerii.

Deformarea liniei malului, fata de linia de curgere a apei, determina parcurgerea unei distante mai mari de către apa, dar in același interval de timp : ΔΤ

ί\- 2 Ο 1 5 - - 0 0 5 2 2 2 2 -07- 2015

Astfel, in concluzie, in urma acestor observații, se impun următoarele deducții :

- Construirea unei structuri hidrotehnice, care mărește viteza lineara a apei râului, dar nu închide râul, ca barajul hidrocentralelor, ci se aseaza pe mal, pana la o distanta de 10-20m de la mal, lasand restul râului total liber.

- Realizarea unei turbine^ care sa prezintă o suprafața cat mai mare, supusa presiunii P a apei, așezata in curegrea apei.

Toate experiențele si inovațiile hidrokynetice- realizate pana in present- au putere mica, deoarece folosesc, numai viteza de curgere linear-naturala a apei râului. ( Vezi : Materiale documentare, 5 exemple.)

Hidro Tornada Electrica, descrisa in prezenta lucrare, este prima care demonstrează si folosește posibilitatea de mărire a vitezei lineara a apei unui rau, pentru producția energiei electrice, cu putere mare, fara construirea barajului peste rau, sau aductiune din amont.

Determinarea forței produsa de apa râului:

O suprafața S așezata perpendicular pe direcția de curgere a apei, va prelua o putere mecanica maxima: P_mOx a presiunii apei :

	..Î77T7T...............
V	S --------►

Suprafața S, așezata perpendicular pe curentul apei, preia presinea maxima a apei. Definițiile cu ajutorul carora obținem relația de calcul :

Puterea Peste marimea fizica ce indica viteza de variație, adica viteza de consum a energiei ΔΣ si viteza de efectuare a lucrului mechanic :

ΔΣ

P =----------t

LF.d

P =------== F.v tt

Adică, in mișcarea de translație a apei curgătoare, avem relația :

P = F. v

Forța de presiune F, este marimea fizica, ce indica acțiunea presiunii dinamice a lichidului p/'asupra suprafeței palei S a hidroturbinei :

(λ- 2 Ο 1 5 - - 005222 2 -07- 2015

Presiunea dinamica a lichidului curgător p_d este egala cu semiprodusul dintre densitatea lichidului “psi pătratul vitezei de curgere a apei v²

Page | 4

Avem relația de calcul a puterii maxime, cedata de apa, palei hidroturbinei :

Pmax = —- p · V³. S

Prin urmare, puterea obtinuta depinde de:

Viteza apei care actioneaza asupra turbinei.

Marimea suprafeței turbinei.

Deoarece, apa unui rau de obicei curge cu viteza mica, energia electrica produsa, este neînsemnata din punct de vedere industrial.

Structura hidrotehnica, cu care putem marii viteza apei o numesc Hidro Tornada Electrica, si asta reprezintă principiul invenției. Funcționarea Hidro Tornadei Electrice se bazeaza pe doua componente principale:

I. ) Hidro tornada.

II. ) Turbina imersata - plutitoare.

HIDRO TORNADA.

Teoria hidro tornadei.

Hidro Tornada este o construcție hidrotehnica, pe malul unui rau, care un anumit debit de apa „Q, din rau, dirijează spre interiorul râului,pe o suprafața „Si,mai mare, producând o viitura si la ieșire din viitura, pe o suprafataS2 de apa mai mica, accelerează viteza lineara, „ν^, la viteza mărită „v₂ a apei râului.

Aceasta apa, cu viteza „v₂ accelerata, se va dirija, spre o hidroturbina imersata, iar puterea turbinei racordata la generatoare electrice, se obține Hidro Toranada Electrica.

Vezi fig. nr.1/9 : „Așezarea Hidro Tornadei Electrice, pe malul raului.( vedere de sus) : Malul râului.

: Hidro tornada - Produce efectul de mărire o vitezei apei râului.

: Platforma plutitoare si hala de producție - Aici sunt instalațiile de funcționare.

: Turbina imersata-plutitoare - Preia presiunea apei si realizează forța de lucru.

: Generatoare electrice - Sunt acționate de turbina imersata.

Vi : Viteza de curgere linear - naturala a apei râului.

v₂ : Viteza mărită a apei râului de către hidro tornada.

'57

Ο 1 5 - - 0 0 5 2 2 2 2 -07- 2015

Hidro Tornada Electrica, ocupa 10m-20m din cursul apei, restul râului este absolut liber si nefolosit. La costruirea si forma unei hidro tornade, pornim de la teoria lui Bernoulli:

Mărirea vitezei apei unui rau.

Conform teoriei lui Bernoulli, daca un debit de apa „Q in At, dintr-un cilindru cu diametrul mai mare, se va deplasa intr-un cilindru cu diametrul mai mic, atunci in cilindrul mai mic, viteza apei se accelerează.

Page | 5

Qi= O₂

0,1 = Si . Vi .At Q2 ⁼ S2. V2. At

Sj. Vi v₂= -----------S₂

Daca analizam, funcționarea teoremei lui Bernoulli in apa unui rau, observam ca nu produce aceasi efecte. Nu este valabil in apa unui rau.

• Teorema lui Bernoulli este valabila intr-un sistem închis.

• Cursul apei unui rau, constituie un sistem deschis.

Dar, pornind de la aceasta teorema si bazandune pe efectele naturale, observate pe rau, prin care se produce marirea vitezei lineare a apei, putem realiza o construcție pe malul râului, care accelerează viteza lineara a apei.

Procedând la secțiunea longitudinala, prin teorema lui Bernoulli, ne apropiam de efectele naturale produse pe un rau, in urma carora, se mărește viteza apei.

Obținerea hidro tornadei, prin secționarea teoremei lui Bernoulli.

^- 2 0 1 5 -- 0 0 5 2 2 - ₇ , 2 2 -17- 2115 V

Secționând longitudinal AAj teorema lui Bernoulii, realizam exact forma fenomenului natural, desfasurat pe un rau, privind marirea vitezei lineare a apei.

De aici deriva o construcție hidrotehnica pe malul râului, care cu un anumit debit de apa Q, cu o viteza v/', determina un șuvoi de apa, unde acest debit Q, v-a curge cu o viteza v₂, mai mare decât v a apei râului si asta o numesc : hidro tornada.

Pentru mărire vitezei lineare a apei râului, conform experiențelor efectuate, este valabila ^Page I ⁶ următoarea deducție - teorema :

Apa unui rau, i-si mărește viteza v/', daca realizam o construcție hidrotehnica deschisa, pe o suprafața Si mai mare, cu un anume debit Q, care va fi dirijat, spre interiorul râului, pe o suprafața deschisa S₂ mai mica, atunci acest debit Q de apa, va curge cu o viteza “v₂ mai mare.

Vezi fig, nr. 2/9 : Hidro Tornada pe malul râului.! vedere de sus) : Malul râului.

: Peretele hidro tornadei - Construcție hidrotehnica, care dirijează debitul de apa.

: Canalul tornadei - Culoarul de apa, format de apa cu viteza mărită v₂. In acest canal se imerseaza turbina.

v₂ : Viteza lineara a apei râului.

v₂ : Viteza mărită a apei râului de către hidro tornada.

Acest fenomen natural, produce o forța F, asupra unei turbine, destul de considerabila, pentru a fi justificata, construirea unei centrale electrice cu putere destul de mare.

Folosirea fenomenului descoperit, de mărire a vitezei lineare a apei unui rau, necesita o serie de specificații, care au fost stabilite si prin experiențe effectuate pe râul Mureș:

Forma geometrica a hidro tornadei.

Vezi fig. nr. 3/9: Forma geometrica a hidro tornadei.

Experiențele au artat, ca la construirea hidro tornadei, un factor important este unghiul a format, intre peretele hidro tornadeiAC si malul apeiAD:

Avem dreptunghiul ABCD in care :

diagonala AC formează peretele hidro tornadei, triunghiurile : ABC = ACD , de unde rezulta ca: volumele : Vj = V₂, principiul vaselor comunicante, oglinda apei este aceasi. Unghiul a este unghiul tornadei, care se naște, intre peretele tornadei-diagonala AC si malul apei AD, experiențele au aratat: cu cat este mai mare unghiul a, cu atat se mărește mai mult viteza apei.

Prin urmare, viteza apei depinde, de unghiul a si de unitatea de timp ΔΤ, in care apa curge linear pe distanta liniei malului AD . Cu cat unghiul este mai mare cu atat distanta AD este mai mica , prin urmare si unitatea de timp ΔΤ, este mai mica, dar diagonala AC , este din ce in ce mai mare, fata de distanta AD, dar, apa trebuie sa o parcurgă in aceasi unitate de timp ΔΤ, prin urmare viteza se va mari.

Aceasta recunoaștere, duce la variația vitezei apei, de unde, putem alege construirea optima a unei hidro tornade, dela 0° -90°.

In raport cu marirea unghiului, se mărește si viteza apei.

t\- 2 Ο 1 5 - - 005222 2 -07- 2015

Variația vitezei apei unui rau, in raport cu unghiul tornadei.

Page | 7

Efectul unghiului tornadei a, asupra vitezei vi a apei râului.

In graficul de mai sus, putem observa factorii, care determina modificarea vitezei apei râului. X : Este lungimea segmentului, pe care apa o parcurge, cu viteza lineara vi OA : Segmentul liniei malului, fata de care se mărește unghiul a, unde acest unghi este O, iar viteza apei va fi cea lineara, cu care curge râul in mod natural: X

La 0° avem : OA = X, iar ....... = ΔΤ este unitatea de timp in care curge apa natural

Vi pe segmentai X.

^X1

La 30° avem: OB = Χ_υ iar ------ = ΔΤι

Vi

La 45°avem : OC' = X₂, iar

X₂

-------- = δτ₂

Vi

X₃

La 80° avem : OD' = X₃, iar -------- = ΔΤ₃

(Λ- 2 Ο 1 5 - - 005222 2 -07- 2015

Observam, ca in raport de marirea unghiului tornadei a, se micșorează distanta pe care ar parcurge apa in mod natural si in același timp, se micșorează si unitatea de timp ΔΤ necesara parcurgerii acestei distante.

proiecția OB'< OA, proiecția OC' < OB', proiecția OD' < OC'

Lungimea segmentului de parcurs, pe care apa este oblgata sa curgă, nu se schimba , adica : OA = OB - OC = OD = X (devine proiecția pe linia malului)

Prin urmare apa este obligata, ca intr-o unitate de timp ΔΤ, mereu micșorată, sa parcurgă aceasi distanta, deci i-si va mari viteza vi, in raport cu marimea unghiului tornadei a :

- Adica in timp mai scurt, apa trebuie sa parcurgă o distanta, pe care o parcurge in mod natural in timp mai lung, prin urmare, va curge mai repede. Asta este principiul hidro tornadei.

Determinarea vitezei apei, generata de hidro tornada.

Pornim de la relația :

di = O₂

a.) In acest caz avem :

X X₂

Page | 8

Vi v₂

Vi. X₂

V₂₌--------X

b.) Conform unitatii de timp ΔΤ avem :

X

ΔΤ =------Vi

X₂ v₂= —ΔΤ

Proiectarea si construirea hidro tornadei.

Stabilirea parametrilor la construirea unei Hidro Tornade Electrice, pornește de la planul geometric a hidro tornadei.

Vezi fig. nr. 3/9 : Forma geometrica a hidro tornadei. (plan geometric)

1: Malul râului.

: Unghiul hidro tornadei - De valoarea acestui unghi, depinde marirea vitezei apei.

: Peretele hidro tornadei - Este deviatorul cursului de apa si produce schimbarea direcției de curgere a apei râului, in urma caruia, apa curge mai repede.

: Canalul cu viteza mărită - In aceasta zona se formează un șuvoi de apa cu viteza mărită a apei.

Λ' 2 Ο 1 5 - - 0 0 5 2 2 2 2 -07- 2015 : Linia curburii apei - Este o linie care se naște la schimbarea direcției de curgere, marcheaza devierea apei.

Χ/ΔΤ : Este distanta pe care apa cu viteza lineara, ar parcurge-o, intr-o unitate de timp, fara deviere.

Xf ΔΤ : Este distanta mărită pe diagonala AC, pe care apa este obligata sa o parcurgă in aceas unitate de timp, prin urmare va curge mai repede. ^Page I ⁹

Vi : Viteza lineara a apei râului.

v₂ : Viteza mărită a apei râului de către hidro tornada.

Pentru exemplificare, privind stabilirea formei si proiectarea unei hidro tornade, luam următoarele date :

- a = 80°, este unghiul, care stabilește direcția liniei si dimensiunea, de a lungul careia, se aseaza peretele tornadei.

- vi= 0,5m/sec, viteza apei lineare a râului ( Mureșul curge cu 0,5m/sec)

- X = l,5m, distanta pe care apa ar parcurge-o in mod natural, in lipsa peretelui tornadei

X₂ = 10,5m, este distanta, pe care apa este obligata sa o parcurgă in urma devierii prin peretele tornadei.

Din aceste date, putem calcula :

Unitatea de timp ΔΤ , necesara apei cu viteza lineara v/', sa parcurgă distanta X Viteza mărită a apei, de către hidro tornada : v₂

Din formulele prezentate mai sus, pentru determinarea vitezei apei, vom avea :

0,5m/sec. 10,5m v₂ -............................= 3,5m/sec l,5m

Sau conformAT :

l,5m

ΔΤ =...............= 3sec

0,5m/sec

10,5m v₂ =........... = 3,5m/sec

3sec

In realitate, valoarea acestei viteze, este mai redusa si acest fenomen se datoreaza activitatii unor factori, cu effect de franare asupra desfășurării vitezei apei :

- reacția apei la contactul cu peretele tornadei,

- vârtejurile formate in contrasens la schimbarea direcției de scurgere,

- densitatea neuniforma a apei,

- dispersarea neuniforma a impurităților mecanice,

- precipitații, puterea vântului

Astfel, la o viteza v₂, calculata la 3,5m/sec, se poate conta, pe o viteza de:

2,8- 3,0m/sec.

A- 2 Ο 1 5 - - 0 0 5 2 2 2 2 -07- 2015

Construirea hidro tornadei, pe malul râului.

întreaga construcție a hidro tornadei, ocupa o suprafața de 25-50m², pe oglinda apei. La asta se adauga amenajarea malului, afferent accesibilității centralei electrice, care se poate realiza pe o suprafața de cca. 50m². Aici se instalează si racordarea la rețea electrica.

Vezi: fig. nr. 4/9 : Construirea hidro tornadei, pe malul râului. ( plan orizontal)

Fig. nr. 5/9 : Construirea hidro tornadei pe malul râului. ( secțiunea AA -plan vertical, ^Page ' ¹⁰ secțiunea BB - plan orizontal.) : Malul râului.

: Parapet de rezistenta - Se construiește pe linia malului din beton armat. Este o structura de care se ancoreaza pontonul de acces, la centrala electrica si alte utilitati de racordare.

: Pontonul de acces - Construit din plutitoare, asamblate de la mal pana la centrala electrica. Se ridica si coboare, conform nivelului apei.

: Stâlpi de rezistenta - Se construiesc din beton armat, infipti in solul albiei, pentru a asigura montarea si menținerea panourilor, care formează peretele hidro tornadei . Asigura rezistenta la presiunea debitului de apa, care i-si schimba direcția de curgere : Peretele hidro tornadei - Este deviatorul cursului de apa si produce schimbarea direcției de curgere a apei râului, in urma caruia, apa curge mai repede.

Trebuie sa fie etanș construit, deoarece acest perete devieaza direcția de curgere a apei si fisurile scad din debitul de apa, prin urmare va scade si viteza. Este supus, unei presiuni considerabile a apei si se realizează din material rezistent : placa de beton, tabla cu rame metalice, fibre de sticla cu rame metalice. Materialul folosit se alege, conform puterii hidro tornadei electrice. Peretele hidro tornadei, se realizează in asa fel, ca sa fie posibil, montarea deasupra lui a altor panouri, in caz de ridicarea nivelului apei. Astfel, peretele hidro tornadei, va menține mereu un debit de apa sufficient, pentru formarea vitezei mărite si formarea canalului tornadei la valoarea proiectata.

: Canalul tornadei - Este un debit de apa, care si-a modificat direcția si are o viteza de curgere ma mare. In acest canal se aseaza turbina. Acest volum de apa, cu viteza mărită, produce presiune asupra palelor, care astfel, produc o forța considerabila si construirea hidro tornadei electrice este justificata.

: Centrala electrica - Aici se găsesc toate instalațiile de functionae.

: Turbina imersata-plutitoare. Generează puterea hidroenergetica, (vezi fig.nr.6/9) : Deviatorul materialului turbulent si plasa de protecție, pentru pești - Pe suprafața apei, plutesc diferite obiecte, care trebuie deviate, pentru a nu intra in turbina. La fel trebuie protejați peștii, sa nu fie răniți de palele turbinei. Dar in realitate apa care intra la turbina, curge uniform mai departe si riscul rănirii peștilor este foarte redus. Acest deviator se fixeaza pe stâlpul din mal si pe stâlpul de langa centrala electrica, intr-un unghi, care sa permite alunecarea materialului turbulent in afara turbinei.

: Ecluza : In peretele tornadei se prevede o ecluza. Are rolul de reglare a debitului de apa, care va fi directionat spre turbina. Pe timpul asezarii turbinei in apa, ecluza deschisa reduce viteza apei si se poate manevra mai bine. La fel se procedează si la eventualele reparații, sau când apa cu viteza mărită trebuie redusa din diferite motive.

^2 0 1 5 -- 005222 2 -07- 2015

TURBINA IMERSATA PLUTITOARE.

Pentru, obținerea unei forte cat mai mari, este necesar sa fie supuse presiunii P a apei râului, cat mai multe pale. Turbina imersata - plutitoare, are aceasta caracteristica.

Caracteristicile principale ale turbinei imersate-plutitoare :

Axa turbinei este perpendiculara pe suprafața apei.

- Turbina se gaseste in întregime sub nivelul apei.

In fata turbinei si lateral, se construiește un deviator spre direcția de intrare a apei in contrasens cu direcția de înaintare a palelor/ in amont)

Debitul de apa, dirijata de Hidro tornada, cu viteza mai mare, este condusa spre palele turbinei.

Apa cu viteza mărită, va produce o presiune puternica asupra palelor si antrenează in mișcare de rotatie turbina.

Greutatea turbinei este susținuta de un plutitor gol, fixat in jurul axei turbinei.

Axa turbinei, in partea superioara si inferioara, este fixata intr-un cadru, prin rulmenți.

Palele, sunt montate înclinate, pe suprafețele plutitorului si devieaza apa spre partea inferioara a turbinei, astfel, se elimina turbulentele produse in momentul acțiunii apei, ce se intampla in cazul unei suprafețe perpendiculare.

Partea superioara a axei, este deasupa apei si permite montarea fuliei de translație a mișcării de rotatie a turbinei.

Mișcarea de rotatie a turbinei imersate-plutitoare.

Turbina este așezata vertical, sub oglinda apei in canalul tornadei. Din amont se montează in fata turbinei un deviator, pentru a devia, doar intr-un sens presiunea apei asupra palelor. In aceasta situație se realizează mișcarea de rotatie a turbinei.

In jurul axei turbinei, se montează un plutitor in forma de cilindru, care disloca cantitatea de apa necesara, pentru plutirea turbinei. Astfel, in mod practic turbina plutește, sub nivelul apei, fara greutate. Aceasta structura, reduce rezistenta opusa de turbina , pentru mișcarea de rotatie, nu se pierde forța din presiunea apei.

La o turbina construita cu 6 pale, apa exercita presiune asupra 4 pale, iar datorita dispersiei apei in toate direcțiile la ieșirea din hidro tornada, presiunea ajunge si pe a cincea pala. Astfel turbina imersata-plutitoare, generează cu mult mai multa forța, decât turbinele hidrokynetice, existente pana in present, cu pale mai puține, supuse presiunii.

Vezi fig. nr. 6/9: Turbina imersata plutitoare, (plan vertical, plan orizontal, tridimens.)

Turbina imersata-plutitoare, este motorul, care generează puterea necesara, transmisa generatorului electric.

: Pale turbina. - Asupra palelor, se exercita presiunea apei.

: Plutitorul. - In apa, are rolul de suspendare a turbinei, la linia de plutire.

: Axa turbinei - Preia puterea generata de turbina. Este in poziție perpendiculara fata de oglinda apei.

cV 2 Ο 1 5 -- Ο Ο 5 2 2 2 2 -07- 2015 ; Cadrul de fixare a turbinei. - Se construiește din material metalic si are rolul de fixare a axei, pe care sunt montate palele, iar prin rulmenți, se asigura mișcarea de rotatie. Acest cadru, are o structura verticala si una orizontala. Partea orizontala, se fixeaza pe platforma plutitoare, in asa fel, incat întreaga turbina sa fie imersata.

: Fulia de translație a rotației turbinei. - Este montata pe partea superioara a p_age | 12 axei, care se gaseste in spațiul halei de producție. Transmite spre generator puterea turbinei.

: Deviatorul direcției apei. - Este format din doua parti. O parte dreapta, care se aseaza in amont, pentru blocarea apei, in contrasens asupra palelor. Partea doua, urmărește curbura turbinei si protejează palele de turbulente. Astfel este asigurata mișcarea de rotatie a turbinei.

: Peretele hidro tornadei. - Produce viteza mărită a apei râului, pe care o directioneaza spre palele turbinei. (vezi fig. nr. 4/9 si 5/9)

Vezi fig.nr. 7/9: Schema de montare, turbina imersata-plutitoare.

: Axa turbinei - Preia puterea generata de turbina. Este in poziție perpendiculara fata de oglinda apei. Axa este fixata in partea superioara si inferioara, in carcase cu rulmenți, asigurând astfel mișcarea de rotatie a turbinei. In jurul axei se montează plutitorul. In partea superioara si inferioara a plutitorului, pe axa, se fixeaza bucșele rotoarelor, care astfel asigura transmiterea puterii, preluate de pale, direct asupra axei turbinei.

: Plutitorul -. Se confecționează in raport cu greutatea turbinei, din material metalic, fibre de sticla. Se montează in jurul axei turbinei, astfel se asigura o exercitare uniforma a greutății, asupra plutitorului si se realizează un plan orizontal al turbinei, cu axa perpendiculara pe oglinda apei. Plutitorul trebuie sa fie etanș, sa nu pătrundă apa in el.

: Fulia de transmisie - Fulia de transmisie a mișcării de rotatie a turbinei, se montează, pe partea superioara a axei, care este in afara apei si se gaseste in spațiul de producție. Aceasta fulie se realizează, conform rotației necesare generatorului. De puterea turbinei depinde, daca, sistemul de transmisie a mișcării de rotatie, se realizează prin roti dintate, sau fulii cu curea de transmisie.

: Rotoare cu bucșa - Se executa, din metal la marimea si forma, suprafeței superioare si inferioare a plutitorului, avand in centru bucșa, prin care se fixeaza direct pe axa. La extremități este prevăzut cu, un dispozitiv de fixare, a ramei palelor. Astfel, rotoarele realizează un corp comun intre pale si axa turbinei. Acest dispozitiv, susține toata puterea generata de turbina si de acea rezistenta lui trebuie sa fie adecvata la sarcina respectiva.

: Dispozitiv de fixare - Esteasezat, la extremitățile rotoarelor, avand plăcute orientate spre rama palelor. De aceste plăcute, se fixeaza ramele palelor, cu șuruburi, in partea superioara si inferioara.

: Pala turbinei - Este de indicat ca palele sa fie curbate, astfel suprafața supusa presiunii se mărește si apa este ghidata spre centrul palei, unde se realizează momentul forței. Palele se montează înclinate in jurul plutitorul, astfel apa va fii directionata, înspre partea inferioara a turbinei si nu se produc turbulente . Pala, printr-o rama metalica, se fixeaza pe rotorul cu bucșa, care este prins pe axa turbinei, astfel forța palei se transmite direct pe axa turbinei.

: Rama palei - Se executa din metal, pentru a asigura rezistenta, susținând curbura palei. De rama se fixeaza pala, cu șuruburi. Aceasta rama se montează, prin dispozitivul de fixare, pe rotoare.

Ar 2 Ο 1 5 - - 00522-

2 -07- 2015 :Unghiul palei - Pala se orientează in unghi, la montarea pe rotoare. In aso fel, ca partea superioara sa fie inclinata spre direcția de intrare a apei, iar partea inferioara spre direcția de ieșire. Astfel, apa se va scurge continuu de pe pala si nu se produc turbulente.

Presiunea maxima exercitata asupra turbinei.

Avem relația de calcul a puterii maxime, cedata de apa, palei hidroturbinei:

Pmax =-----p . V³. S

Page | 13

Deoarece, presiunea apei nu se exercita in mod egal, asupra fiecărei pale, procentul de presiune se determina in raport cu unghiul sub care se afla pala in canalul tornadei.

Experiențele effectuate cu machete au dat următoarele valori :

Stabilirea valorii presiunii apei, preluata de fiecare pala.

Nr pala	Presiunea preluata de pala %	Randamentul de lucru lll // Lr
1	100%	Lr = 100%
II	70%	Lr =70%
III	10%	Lr = 10%
IV	0	Lr =0
V	40%	Lr = 40%
VI	80%	Lr = 80%
Total media	60%	Lr = 60%

(Τ 2 ο 1 5 - - 0 0 5 2 2 2 2 -07- 2015

VI

-Prin urmare randamentul unei turbine imersate - plutitoare, este 60% .

Turbine , construite pana in present, ar avea randament mai mic, deoarece sub presiunea apei au pale mai puține.(Vezi: Material documentar, 5 exemple, sau :Turbine hidrokynetice)

Se pot monta doua turbine in canalul tornadei si astfel puterea se dublează. Pana acum avem stabilit, pentru relația de calcul a forței F:

Viteza v₂ mărită a apei, prin hidro tornada ,

Turbina imersata-plutitoare, cu cea mai mare suprafața S, aflata sub presiunea apei,

- Valoarea presiunii, preluate de fiecare pala a turbinei. Adică randamentul de lucru Lb fiecărei pale.

Insa, in rotatia turbinei, generata de presiunea apei, intervine la transmisia mișcării de rotatie, momentul forței M si la stabilirea valorii forței obținute, trebuie luat in calcul si raportul dintre raza turbinei si punctual de aplicare a forței pe axa turbinei.

Valoarea forței obținute, transmise generatorului.

Momentul forței este punctul in care forța F generate de turbina, actioneaza asupra axei, unde este montata fulia de translație a mișcării de rotatie.

Vom obține o forța cu atat mai mare, cu cat diferența intre raza fuliei si distanta de acționare a presiunii apei, asupra palei, este mai mare.

---------------------------►!

Stabilirea valorii momentului forței M

Avem următoarele date :

O : Axa turbinei.

Rtur: Raza turbinei.

r : Raza fuliei de translație a mișcării de rotatie a turbinei.

D_pa : Diametrul turbinei.

M_f : Momentul forței, punctul de acționare, unde presiunea apei, produce forța F, asupra palei, fata de diametrul palei D_pa.

4-2015-- 00522^{2 2} -02- 2015

Astfel, avem următoarea relație de calcul:

Prin urmare, relația de calcul, pentru forța F_max, care se transmite generatorului si stabilește puterea Hidro Tornadei Electrice, va fi :

Fmax----- P · V2 · Sp_a . Mf . L_r

Unde :

—p : Densitatea apei ( 1000 ) v₂ ³ : Viteza apei mărită de hidro tornado

S_pa : Suprafața palei.

Mf : Momentul forței.

L_r : Randamentul de lucru a palei.

Exemplu, pentru stabilirea puterii Hidro Tornadei Electrice in KW.

Sa luam următoarele valori:

- p = 1000 v₂ = 2,8m/sec

Spa (la un diametru de 6,Om a turbinei) = 5,2m²

- M_f=6

L_r : palal = 100%, pala2=70%, pala3=10%, pala 4=0, pala5=40%, pala 6=80%

In Standare Internațional, unitatea de măsură a puterii este wat, adica :

J N . m mm kgm² w ₌ —. ₌ ---------= kg.-—..... =--------s s s² s s³

Prin urmare puterea Hidro Tornadei Electrice o vom avea in wat.

Efectuam următorul calcul, pentru forța fiecărei pale :

Fmax = P · v₂ ³. s_pa . M_f. L_r = 500.2,8m/sec³. 5,2m². 6 = 342.451W = 342KW

Vom calcula, conform randamentului de lucru, puterea obtinuta de fiecare pala si puterea maxima a Hidro Tornadei Electrice :

ί\- 2 Ο 1 5 - - 0 0 5 2 2

2 -07- 2015

Nr. paleta	Viteza apei V23	Randamentul de lucru Lr	Putere in KW
1	2,5m/sec	100%	342,OKW
II	2,5m/sec	70%	239.4KW
III	2,5m/sec	10%	34,2KW
IV	Om/sec	0	0
V	2,5m/se	40%	136.8 KW
VI	2,5m/sec	80%	273,6KW
Total			1.026KW

Deci, cu ο singura turbina de 6,Om diametru si o hidro tornada de 11,Om, obținem o Hidro Tornada Electrica de 1MW. Iar întreaga construcție ocupa doar 17,Om de la mal.

Dar, se pot proiecta si Hidro Tornade Electrice, cu putere mai mare : 2MW, 4MW etc., sau monta in serie.

HIDRO TORNADA ELECTRICA.

Hidro Tornada Electrica, montata pe malul râului.

La orce putere proiectata, Hidro Tornada Electrica, are aceasi componente principale:

Vezi fig. nr 8/9 : Hidro Tornada Electrica, construita pe malul raului.f plan orizontal) : Malul râului. Este de preferat o porțiune, unde apa, are o curgere mai constanta.

: Parapetul de sprijin. Este o construcție din beton armat, realizat in linia malului, pe o distant de 4 - lOm, paralel cu curgerea apei. Pe acest parapet se toarna stâlpii de racordare a pontonului plutitor, la căpătui caruia, se fixeaza centrala electrica cu turbina.

: Pontonul plutitor. Se realizează o cale prin care se poate ajunge, de la mal la uzina electrica si care, urca sau coboara, conform nivelului apei. Poate sa fie din plutitoare separate si o structura de rezistenta.

: Stâlpi de rezistenta. In urma stabilirii unghiului peretelui tornadei a, pe diagonala, ce determina poziția si lungimea peretelui tornadei, se montează stâlpi de rezistenta, de care se fixeaza peretele tornadei si pontonul plutitor,precum si centrala electrica. Ele trebuie sa răspunde unei presiuni considerabile, de acea este bina sa fie construiti, din beon armat, sau la centrale mai mici din țevi metalice.

: Peretele tornadei. Este o suprafața compacta, ce se sprijină pe stâlpii de rezistenta si este înfipta in solul râului. Peretele tornadei trebuie sa fie construit etanș, sa nu permite infiltrarea apei, deoarece numai astfel poate asigura coordonarea debitului Q, pe lungimea peretelui si sa formeze canalul tornadei cu viteza mărită v₂. In general, se poate realiza din panouri separate, prevăzute cu rame de ghidare, intre stâlpii de rezistenta. Fiecare panou trebuie sa se sprijine de stâlpii de rezistenta, suprapunandu-se spre direcția de curgere a apei. Astfel se închide etanș toata suprafața peretelui.

: Canalul tornadei. Aici curge apa cu viteza mărită.

: Platforma plutitoare si centrala electrica. întreaga structura a centralei electrice se montează pe o platform plutitoare, care sa asigure o plutire corespunzătoare si urmărește nivelul apei. Poate fii realizata din fibre de sticla sau tabla.

(χ- 2 Ο 1 5 - - 005222 2 -07- 2015

Aici sunt montate : turbina, instalațiile electrice, piese mecanice, panoul de control, sistemul de transmisie a mișcării de rotatie a turbinei, podul rulant, pentru imersarea sau reparația turbinei, atelier de întreținere.

: Turbina imersata - plutitoare. Se realizează prin tehnologia existenta pentru construirea turbinelor. Dimensiunile turbinei sunt determinate de puterea necesara: 1KW - mai multi MW. Se proiectează in asa fel, ca greutatea proprie sa fie susținuta de plutitorul ^Page I ¹⁷ turbinei, montat pe axa, pentru a se obține, plutirea ei sub nivelul apei. In aceasta situație turbina, da cel mai bun randament. Turbina imersata-plutitoare generează puterea, preluata de presiunea apei si o transmite generatorului,prin sistemul de transmisie a mișcării de rotatie.

: Deviatorul direcției apei. Este format din doua parti. O parte dreapta, care se aseaza in amont, pentru blocarea apei, in contrasens asupra palelor. Partea doua, urmărește curbura turbinei si protejează palele de turbulente. Astfel este asigurata mișcarea de rotatie a turbinei. Poate fi executat din tabla sau fibre de sticla. Nu este supus unei presiuni deosebite.

: Sistemul de transmisie a rotației . Rotatia turbinei se transmite de la axa turbinei la generatoare, or prin fulii cu curele de transmisie or prin roti dintate. Diametrele fuliilor sau a roților dintate, se stabilesc in asa fel, ca generatorul sa primească rotatia necesara, producerii curentului electric stabilit (la puterea proiectata.) : Generatoarele electrice. Este de preferat folosirea generatoarelor cu rotatie mica :

120 - 240 rotatii/minut/Low rotation ) Astfel de generatoare se fabrica in mai multe tari : Germania, China, Danemarca, Polonia etc. In cazul a mai multor generatoare, care la putere de 100KW - 500KW au greutate mare, se montează in ambele parti ale turbinei, ca linia de plutire sa păstreze orizontalitatea. Ele se aleg conform puterii proiectate.

: Deviatorul materialului turbulent si plasa de protecție, pentru pești. Pe suprafața apei, plutesc diferite obiecte, care trebuie deviate, pentru a nu intra in turbina. La fel trebuie protejați peștii, sa nu fie răniți de palele turbinei. Dar in realitate apa care intra la turbina, curge uniform mai departe si riscul rănirii peștilor este foarte redus. Acest deviator se fixeaza pe stâlpul din mal si pe stâlpul de langa centrala electrica, intr-un unghi, care sa permite alunecarea materialului turbulent in afara turbinei.

: Ecluza . In peretele tornadei se prevede o ecluza. Are rolul de reglare a debitului de apa, care va fi directionat spre turbina. Pe timpul asezarii turbinei in apa, ecluza deschisa reduce viteza apei si se poate manevra mai bine. La fel se procedează si la eventualele reparații, sau când apa cu viteza mărită trebuie redusa din diferite motive.

: Bordul de racordare la rețea. Este o construcție închisa si acoperita, unde se montează instalația electrica, necesara racordării curentului, produs de generatoare, la o rețea, conform standardelor existente.

Funcționarea hidro tornadei electrice.

Producerea energiei electrice la puteri mai mari, printr-o structura hidrotehnica, care nu închidă râul prin baraj, dar care mărește viteza apei lineara a râului, este posibila, prin Hidro Tornada Electrica prezentata.

Vezi fig. nr. 9/9 : Hidro Tornada Electrica -in funcțiune/ plan vertical, plan orizontal)

Așezarea turbinei (4) in canalul tornadei (6, desen nr.4/9), se realizează cu ajutorul podului rulant (7). Se deschide ecluza (13, fig. nr.8/9), pentru a micșora viteza apei si imersarea turbinei sa fie posibila, la locul prevăzut. Turbina, se fixeaza pe platforma plutitoare (1), prin (X- 2 Ο 1 5 - - Ο Ο 5 2 1 2 2 -07- 2015 ^Ζ cadru metalic (3). Se completează platforma deasupra turbinei, ramanand doar axa, deasupra platformei.

Centrala electrica (8), prevăzută cu toate instalațiile de funcționare, se montează, pe platforma plutitoare (1). Pe partea superioara a axei turbinei, se montează fulia de transmisie a rotației turbinei, cuplata cu sistemul de transmisie (5). De aici, forța generata de turbina, se directioneaza spre generatoare (6). Astfel generatoarele sunt acționate in mișcarea de rotatie, ^Page I ¹⁸ la turatia stabilita si produc energie electrica. Generatoarele sunt montate in jurul turbinei sau, central, deasupra axei turbinei si racordate la rețea, Hidro Tornada Electrica, produce energie electrica in conținu, fara sa depinde de nivelul apei, sau îngheț : turbina, fiind sub nivelul de îngheț.

Aplicabilitate,

Energia electrica , produsa de Hidro Tornadele Electrice, este in totalitate nepoluanta, ocrotește râurile si mediul. Este mai ieftina decât alte moduri de producere a energiei electrice.

Este inepuizabila!!! Râurile vor curge mereu.

Energia electrica, produsa de Hidro Tornade Electrice, se poate racorda la rețea naționala de electricitate. Fiind inepuizabila, ecologica, ieftina, ar contribui in mod considerabil, la dezvoltarea economiei.

Pot beneficia de energie electrica, mai ieftina si total nepoluanta, generata de Hidro Tornade Electrice :

Toate localitățile, aflate lingă un rau.

Unitățile economice, in apropierea râurilor.

Termo centralele de încălzire publica.

Pensiuni turistice, structuri de recreație - sport si turism, aflate in apropierea râurilor.

Se pot folosi la irigații

Se pot construi pe malul amenajat a Hidro Tornadei Electrice, spatii de recreație, turistice, sportive.

Claims (5)

1. REVENDICĂRI :

   REVENDICARE 1 : HIDRO TORNADA ELECTRICA.

   Este o construcție Hidroenergetica, fara baraj peste rau, care datorita peretelui hidro tornadei, așezat sub un unghi fata de mal, pe o distanta de 10-12m - lasand râul total liber - ^Page I ¹⁹ produce un canal de apa cu viteza mărită in care se imerseaza turbina plutitoare, cu axa verticala pe oglinda apei, iar palele curbate, supuse presiunii apei, generează forța necesara generatorului, pentru producerea energiei electrice si toata centrala electrica, este așezata pe o platforma plutitoare, urmând nivelul apei.

   - Astfel Hidro Tornada Electrica, este soluția optima, pentru transformarea energiei uriașe, purtate de râurile lumii in energie electrica.

   REVENDICARE
2. 2 : HIDRO TORNADA.

   Hidro Tornada, este o construcție hidrotehnica, la malul râului, care devieaza direcția de curgere a apei râului, prin peretele tornadei, așezat intr- un unghi de 80° fata de mal si astfel, accelerează înaintarea apei, producând un debit de apa cu viteza mărită, dirijata spre interiorul râului, formând canalul tornadei cu viteza mărită.

   - Secționând longitudinal AAi teorema lui Bernoulii, realizam exact forma geometrica a fenomenului desfasurat pe un rau, privind marirea vitezei lineare a apei.

   REVENDICARE
3. 3 : TURBINA IMERSATA-PLUTITOARE.

   Turbina, așezata in canalul tornadei, plutește cu axa verticala, sub nivelul apei, suspendata de un plutitor, montat in jurul axei, iar prin palele curbate, fixate cu rotoare pe axa, preia presiunea apei si generând mișcarea de rotatie, produce forța hidroenergetica, transmisa generatorului electric.

   Caracteristici :

   - In fata turbinei si lateral, are un deviator, montat spre direcția de intrare a apei.

   - Pezinta suprafața mare supusa presiunii apei.

   - Plutind in apa este fara greutate.

   - Fiind sub nivelul apei, iarna nu prezinte probleme.

   REVENDICARE
4. 4 : TEOREMA, MARIREA VITEZEI LINEARE A APEI UNUI RAU.

   Apa unui rau, i-si mărește viteza lineara v/', daca realizam o construcție hidrotehnica deschisa, care devieaza direcția de curgere a apei, pe o suprafața S/' mai mare, cu un anume debit Q, si se dirijează , spre o suprafața deschisa S₂ mai mica, atunci acest debit Q de apa, i-si accelerează viteza si va curge cu o viteza v₂ mai mare.

   REVENDICARE
5. 5 : FORMULE , PENTRU RELAȚIA DE CALCUL A VITEZEI MĂRITE, INTR-UN RAU.