RU2359149C1

RU2359149C1 - Vortex straight-flow turbine for using energy of flow of rivers and tides

Info

Publication number: RU2359149C1
Application number: RU2007137454/06A
Authority: RU
Inventors: Евгений Александрович Бурмистров (RU); Евгений Александрович Бурмистров
Original assignee: Евгений Александрович Бурмистров
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2009-06-20
Also published as: RU2007137454A

Abstract

FIELD: power engineering. ^ SUBSTANCE: invention relates to small power engineering for transforming the flow of rivers and tides into angular kinetic energy on free-flow link hydroelectric power plants. The hydro-turbine consists of a hollow carrying shaft-cylinder with adjustable ballast, which makes it possible for the hydro-turbine to be fully submerged into water or bring it to the surface. On the shaft-cylinder are placed semi-cylinder arms, to whose ends are attached annular containers with ballast, which ensure neutral buoyancy of the hydro-turbine. On the shaft-cylinder are mounted equally along its length several discs or flat cylinders with grooves on the rims, to which are attached arms. Arms have the shape of the lateral sides of the hollow cylinder, cut-off longitudinally, thus, so that the discs are inscribed on the inner ends of the arms. A central hole is formed between the discs, of the surface carrying shaft-cylinder and the inner ends of the arms, through which communicate all vane spaces. As a result the flow goes through the entire turbine, touching the arms, which are located on the rear from the flow of the turbine end. The outer ends of the arms are tightened by rings-hoops and will form a multibladed cylinder, whose base is fully closed with the containers of ballast, tightly joined with the ends of the arms and hollow carrying shaft-cylinder. ^ EFFECT: hydro-turbine has a high coefficient of efficiency and is simple to produce. ^ 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам малой энергетики.The invention relates to small energy devices.

Известна безнапорная гирляндная гидроэлектростанция для использования энергии течений рек и приливов, в которой в качестве преобразователя энергии поступательного движения водного потока в кинетическую энергию вращения используется вихревая прямоточная гидротурбина, состоящая из полого несущего вала-цилиндра с регулируемым балластом, позволяющим гидротурбине погружаться в воду полностью или всплывать из нее на поверхность, на котором размещены лопасти-полуцилиндры, к торцам которых прикреплены кольцевые емкости с балластом, обеспечивающим нейтральную плавучесть гидротурбине (RU 2305792 С2, 10.09.2007). Известная гидротурбина является наиболее близкой к описываемому изобретению.A non-pressure garland hydroelectric power station is known for using the energy of river flows and tides, in which a direct-flow vortex hydraulic turbine consisting of a hollow carrier shaft-cylinder with an adjustable ballast is used as a transducer of the translational motion of the water flow into the kinetic energy of rotation, allowing the turbine to submerge completely or float into the water from it to the surface on which the blades are semicylinders, to the ends of which annular tanks with ballast are attached, echivayuschim neutral buoyancy hydroturbine (RU 2305792 C2 10-09-2007). Known hydroturbine is closest to the described invention.

Основным недостатком этой гидротурбины является то, что в ней активно работают только половина лопастей, находящихся на стороне, встречной к потоку, что снижает КПД гидротурбины.The main disadvantage of this hydraulic turbine is that only half of the blades located on the side facing the flow are actively working in it, which reduces the efficiency of the hydraulic turbine.

Задачей изобретения является повышение КПД.The objective of the invention is to increase efficiency.

Технический результат достигается тем, что в вихревой прямоточной гидротурбине, состоящей из полого несущего вала-цилиндра с регулируемым балластом, позволяющим гидротурбине погружаться в воду полностью или всплывать из нее на поверхность, на котором размещены лопасти-полуцилиндры, к торцам которых прикреплены кольцевые емкости с балластом, обеспечивающим нейтральную плавучесть гидротурбине, согласно изобретению на несущий вал-цилиндр устанавливаются равномерно по его длине несколько дисков или плоских цилиндров с пазами на ободе, в которые крепятся лопасти, имеющие вид боковой поверхности полого цилиндра, отсеченной продольной плоскостью, таким образом, чтобы диски были вписаны во внутренние концы лопастей, образуя свободное центральное пространство между дисками, поверхностью несущего вала-цилиндра и концами лопастей, а их наружные концы, стянутые узкими кольцами-обручами, образовали многолопастной цилиндр, основания которого полностью закрыты емкостями с балластом, обеспечивающим нейтральную плавучесть гидротурбине, жестко соединенными с торцами лопастей и полым несущим валом-цилиндром.The technical result is achieved by the fact that in a swirl straight-flow turbine, consisting of a hollow bearing shaft-cylinder with an adjustable ballast, allowing the turbine to immerse completely in water or float out of it onto a surface on which there are half-cylinder blades, to the ends of which ring-shaped containers with ballast are attached providing neutral buoyancy of the turbine, according to the invention, several disks or flat cylinders with grooves on the rim are installed uniformly along the bearing shaft-cylinder along its length, which are attached blades, having the form of a side surface of a hollow cylinder, cut off by a longitudinal plane, so that the disks are inscribed in the inner ends of the blades, forming a free central space between the disks, the surface of the bearing shaft-cylinder and the ends of the blades, and their outer ends, tightened narrow hoop rings, formed a multi-vane cylinder, the bases of which are completely closed by containers with ballast, providing neutral buoyancy to the turbine, rigidly connected to the ends of the blades and hollow bearing shaft-cylinder.

Все межлопастные емкости соединяются между собой через центральную полость, находящуюся между дисками, поверхностью несущего вала-цилиндра и внутренними концами лопастей. Вследствие этого встречный водный поток, проходя между лопастями, попадает в эту полость, а из нее уже на лопасти, находящиеся на обратной от потока стороне гидротурбины.All inter-blade containers are interconnected through a central cavity located between the disks, the surface of the bearing shaft-cylinder and the inner ends of the blades. As a result of this, the oncoming water flow, passing between the blades, enters this cavity, and from it already onto the blades located on the side of the hydraulic turbine on the back of the stream.

Таким образом, происходит вовлечение всех лопастей гидротурбины в полезный производственный процесс, повышающий ее КПД. Кроме того, использование балластных емкостей по всей площади торцов гидротурбины (а не части их, как в прототипе) позволяет снизить их габариты и повысить обтекаемость торцов гидротурбины, что также приведет к увеличению КПД гидротурбины.Thus, all the blades of the hydraulic turbine are involved in a useful production process that increases its efficiency. In addition, the use of ballast tanks over the entire area of the ends of the turbine (and not part of them, as in the prototype) can reduce their dimensions and increase the streamlining of the ends of the turbine, which will also lead to an increase in the efficiency of the turbine.

Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

на фиг.1 изображен общий вид гидротурбины с вырезом посередине;figure 1 shows a General view of a turbine with a cutout in the middle;

на фиг.2а - поперечное сечение гидротурбины, имеющее вид вихря, и направления движений потока;on figa is a cross section of a turbine, having the form of a vortex, and the direction of flow;

на фиг.2б - лопасти гидротурбины в поперечном сечении для большой глубины погружения;on figb - blades of a turbine in cross section for a large depth of immersion;

на фиг.2в - лопасти гидротурбины в поперечном сечении для большой (справа) и малой (слева) глубины погружения.on figv - blades of a turbine in cross section for a large (right) and small (left) depth of immersion.

Конструктивно гидротурбина выполнена следующим образом. На несущем валу-цилиндре 1 крепятся диски 2 с пазами 2а, в которые монтируются внутренние концы лопастей 3. Такая технология крепления позволяет использовать в качестве лопастей 3 гибкие плоскости, чтобы была возможность свободного доступа к местам креплений, их загиба и образования цилиндрических поверхностей путем закрепления наружных концов узкими кольцами-обручами 4. На торцы лопастей 3 крепятся балластные емкости 5, жестко соединенные с несущим валом-цилиндром 1. Эти емкости 5 могут быть выполнены в виде конусов, цилиндров, полусфер и других форм, создающих минимальное торможение гидротурбине потоком, обтекающим ее торцы.Structurally, the turbine is made as follows. On the main shaft-cylinder 1, discs 2 are mounted with grooves 2a in which the inner ends of the blades 3 are mounted. This fastening technology allows the use of flexible planes as blades 3 so that there is free access to the fastening points, their bending and the formation of cylindrical surfaces by fixing outer ends with narrow hoop rings 4. On the ends of the blades 3 are attached ballast tanks 5, rigidly connected to the bearing shaft-cylinder 1. These tanks 5 can be made in the form of cones, cylinders, hemispheres, etc. GIH forms that create minimal inhibition hydroturbine flow around its ends.

Из фиг.2а видно, что поток, проходя вдоль С-образной лопасти 3, как со встречной, так и с тыльной сторон турбины, создает в изгибе вращающий момент гидротурбине. В этом состоит принцип действия гидротурбины. В зависимости от скорости течения и глубины погружения гидротурбины в целях повышения ее КПД возможны исполнения гидротурбин с разным числом и длиной лопастей. Как показано на фиг.2б, у гидротурбины всего 4 лопасти, но они имеют длину дуги АВС более половины полуцилиндра АВ. При этом их радиус O_IA=O_IB больше радиуса АС лопасти гидротурбины, если бы ее центр находился на ободе диска 2. Это дает возможность сделать наружную ширину входа в межлопастное пространство СД соизмеримой с шириной входа в центральную полость СД. Такая конструкция гидротурбины применима при большой глубине погружения. Если же глубина мала, то используют гидротурбину с короткими лопастями 3, но с наибольшим входным отверстием. Как показано на фиг.2в, слева от вертикали АВ центры O₁ лопастей 3 расположены на ободе диска 2 и их радиус равен диаметру диска 2. С правой же стороны от вертикали центры расположены на окружности, радиус которой больше радиуса диска 2. Если в первом варианте наружная ширина входа будет равна ширине входа в центральную полость, то во втором варианте при том же количестве лопастей 3 она превышает ее. В последнем случае в центральной полости будет избыточное давление, превышающее давление с тыльной стороны гидротурбины. Разница давлений приведет к увеличению скорости потока, исходящего из гидротурбины, что также увеличит вращающий момент ее.From Fig. 2a, it can be seen that the flow passing along the C-shaped blade 3, both from the opposite and from the back of the turbine, creates a torque in the bend of the turbine. This is the principle of operation of a hydraulic turbine. Depending on the speed of the current and the depth of immersion of the turbine in order to increase its efficiency, it is possible to design hydroturbines with different numbers and lengths of blades. As shown in figb, the turbine has only 4 blades, but they have an arc length of ABC more than half of the half-cylinder AB. Moreover, their radius O _I A = O _I B is greater than the radius of the AC of the turbine blade, if its center were on the rim of disk 2. This makes it possible to make the outer width of the entrance to the interscapular space of the SD comparable with the width of the entrance to the central cavity of the SD. This design of a hydraulic turbine is applicable for large immersion depths. If the depth is shallow, then use a turbine with short blades 3, but with the largest inlet. As shown in FIG. 2c, to the left of the vertical AB the centers O _{1 of the} blades 3 are located on the rim of the disk 2 and their radius is equal to the diameter of the disk 2. On the right side of the vertical, the centers are located on a circle whose radius is greater than the radius of the disk 2. If in the first variant, the outer width of the entrance will be equal to the width of the entrance to the Central cavity, then in the second embodiment, with the same number of blades 3, it exceeds it. In the latter case, there will be excess pressure in the central cavity in excess of the pressure on the back of the turbine. The pressure difference will lead to an increase in the flow rate coming from the hydraulic turbine, which will also increase its torque.

Вихревая прямоточная гидротурбина данной конструкции имеет высокий КПД, более проста в изготовлении и может быть использована в качестве преобразователя энергии в безнапорной гирляндной гидроэлектростанции.The direct-flow vortex turbine of this design has a high efficiency, is simpler to manufacture, and can be used as an energy converter in a pressureless daisy-chain hydroelectric power station.

Claims

Direct-flow vortex turbine for using the energy of river and tidal flows, consisting of a hollow supporting shaft-cylinder with adjustable ballast, allowing the turbine to fully immerse in water or to float out of it onto a surface on which half-cylinder blades are placed, to the ends of which ring-shaped containers with ballast are attached providing neutral buoyancy to the hydraulic turbine, characterized in that several disks or flat cylinders with grooves on both sides are mounted uniformly along the bearing shaft-cylinder de, in which the blades are attached, having the form of a side surface of a hollow cylinder, cut off by a longitudinal plane, so that the disks are inscribed in the inner ends of the blades, forming a free central space between the disks of the surface of the bearing shaft-cylinder and the ends of the blades, and their outer ends, tightened by narrow hoop rings, they formed a multi-vane cylinder, the bases of which are completely closed by containers with ballast, providing neutral buoyancy to the turbine, rigidly connected to the ends of the blades her and the hollow supporting shaft-cylinder.