RU2417329C2 - Активная гидравлическая турбина - Google Patents

Активная гидравлическая турбина Download PDF

Info

Publication number
RU2417329C2
RU2417329C2 RU2009119021/06A RU2009119021A RU2417329C2 RU 2417329 C2 RU2417329 C2 RU 2417329C2 RU 2009119021/06 A RU2009119021/06 A RU 2009119021/06A RU 2009119021 A RU2009119021 A RU 2009119021A RU 2417329 C2 RU2417329 C2 RU 2417329C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blades
rotor
shaft
turbine
springs
Prior art date
Application number
RU2009119021/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009119021A (ru
Inventor
Илья Николаевич Чулков (RU)
Илья Николаевич Чулков
Original Assignee
Илья Николаевич Чулков
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 Илья Николаевич Чулков filed Critical Илья Николаевич Чулков
Priority to RU2009119021/06A priority Critical patent/RU2417329C2/ru
Publication of RU2009119021A publication Critical patent/RU2009119021A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2417329C2 publication Critical patent/RU2417329C2/ru

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к свободноструйным турбинам. Активная гидравлическая турбина содержит ротор 1 с горизонтальным валом 2 и выдвигающимися с помощью пружин лопастями 3, расположенными вокруг него, и устройство, задвигающее лопасти после выхода из рабочей зоны. Турбина снабжена установленными в лопастях 3 электромагнитными защелками 26 и пьезоэлементами 8, и устройством для передачи вырабатываемого лопастями тока. Устройство, задвигающее лопасти 3 после выхода из рабочей зоны, содержит электромагнитный элемент 25, установленный неподвижно на валу 2 с возможностью взаимодействия после выхода из рабочей зоны с подпружиненными электромагнитными защелками 26, пружины которых установлены в роторе 1 с возможностью взаимодействия с лопастями 3. Ротор 1 свободно установлен на неподвижном валу 2 с возможностью вращения вокруг него. Изобретение направлено на повышение КПД и расширение эксплуатационных возможностей. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к свободноструйным турбинам, и может быть использовано в качестве турбогенератора-движителя транспортного средства и турбогенератора в условиях медленного течения рабочей среды.
Известно Колесо Пельтона (Рыжков К.В. 100 великих изобретений. М.: Вече, 2005, с.210), содержащее колесо, жестко соединенное с горизонтальным валом и лопатками, расположенными вокруг него и устройство для подачи воды сильной струей. Лопатки выполнены вогнутыми с острым ребром посередине для разрезания струи воды.
Устройство было удобно там, где имелась возможность создать сильный напор воды. При этом условии КПД был очень высок и приближался к 85%.
Недостатком является необходимость дополнительного условия работы - высокого напора воды, что обусловливает необходимость устройства для стабильной подачи воды под напором.
При сильном напоре воды повышается кавитация, а в условиях медленного течения воды устройство не эффективно.
Устройство энергию рабочей среды использует лишь частично, а именно для вращения турбины, самостоятельно не вырабатывая ток, что снижает КПД.
Кроме того, устройство невозможно использовать в качестве движителя транспортного средства, т.к. лопатки не задвигаются, после выхода из рабочей зоны, повышая потери энергии на сопротивление встречному потоку, что может вызвать их поломку. Это снижает КПД и сужает эксплуатационные возможности.
Известна также безнапорная активная гидротурбина по заявке на изобретение №2006105932, F03B 1/00, принятая за прототип и содержащая горизонтальный вал и расположенные параллельно оси вала радиальные лопасти. Каждая лопасть содержит несколько лопастных элементов, подвижно соединенных между собой и валом посредством шарниров с возможностью одностороннего отклонения лопастей встречным потоком или копиром в сторону, противоположную вращению турбины, и возвращения лопастей пружинами или копиром в развернутое положение пред входом в рабочую зону. Вал жестко соединен с лопастями и вращается вместе с ними.
Однако устройство использует энергию рабочей среды лишь частично, а именно для вращения турбины, самостоятельно не вырабатывая ток, что снижает КПД.
Устройство нельзя использовать в качестве движителя транспортного средства, т.к. лопасти не задвинутся при рабочей скорости (высокой) транспортного средства и турбина, вращаясь навстречу потоку рабочей среды, создаст давление на лопасти вне рабочей зоны, почти равное давлению на лопасти в рабочей зоне, что сведет КПД почти к нулю. Это сужает эксплуатационные возможности.
Сила упругости пружин, задвигающих лопасти после выхода из рабочей зоны, будет меньше сопротивления рабочей среды, и лопасти останутся открытыми, что повысит сопротивление вращению турбины, снижая КПД, и создаст встречный вращению движителя паразитный турбулентный поток.
Для применения копира, задвигающего лопасти после выхода из рабочей зоны, необходимо мощное устройство, преодолевающее сопротивление рабочей среды, которое можно установить только вне турбины, что увеличивает ее габариты и загромождает транспортное средство, ограниченное в пространстве, или другое помещение. Такой копир предусматривает большое количество подвижных механических связей и узлов, требующих смазки и усложняющих конструкцию, что снижает надежность и усложняет обслуживание.
Даже при традиционном использовании турбины, вращающейся потоком рабочей среды, пружины, управляющие лопастями, со временем растягиваются и не могут надежно удерживать их, например, в закрытом положении после выхода из рабочей зоны. Это увеличивает сопротивление потоку, рабочей среды, снижая КПД. Использование силы упругости пружин вместе с силой собственного веса лопастей для задвигания последних возможно лишь при низкой угловой скорости турбины.
Задачей полезной модели является повышение КПД и расширение эксплуатационных возможностей.
Активная гидравлическая турбина содержит ротор с горизонтальным валом и выдвигающимися с помощью пружин лопастями, расположенными вокруг него, и устройство, задвигающее лопасти после выхода из рабочей зоны.
В отличие от прототипа она снабжена установленными в лопастях электромагнитными защелками и пьезоэлементами, устройством для передачи вырабатываемого лопастями тока, а устройство, задвигающее лопасти после выхода из рабочей зоны, содержит электромагнитный элемент, установленный неподвижно на валу с возможностью взаимодействия после выхода из рабочей зоны с подпружиненными электромагнитными защелками, пружины которых установлены в роторе с возможностью взаимодействия с лопастями, при этом ротор свободно установлен на неподвижном валу с возможностью вращения вокруг него.
Электромагниты в электромагнитных защелках установлены с возможностью поворота.
Снабжение каждой лопасти пьезоэлементом обеспечивает выработку тока лопастями. В результате каждая лопасть является генератором тока, что позволяет максимально использовать энергию рабочей среды, повышает КПД. Это позволяет использовать устройство в качестве турбогенератора и турбогенератора-движителя транспортного средства, что расширяет эксплуатационные возможности. При этом в качестве рабочей среды можно использовать воду, воздух и частичное погружение в воду. Турбогенератор можно использовать в качестве тягового винта воздушного транспортного средства.
Наличие устройства для передачи вырабатываемого лопастями тока позволяет довести его до потребителя.
Наличие неподвижного вала, на котором установлен ротор с возможностью свободного вращения, позволяет закрепить жестко на валу неподвижный электромагнитный элемент устройства, задвигающего лопасти после выхода из рабочей зоны, повышая надежность конструкции.
Наличие неподвижного вала позволяет выполнить в нем каналы для подведения охлаждающей среды внутрь пустотелого ротора и вывести наружу с другого конца вала нагретый охладитель. Это позволяет использовать в качестве рабочей среды утилизируемый горячий пар и газ, который ранее выбрасывался в атмосферу, что расширяет эксплуатационные возможности устройства.
Электромагнитное устройство, задвигающее лопасти после выхода из рабочей зоны, позволяет надежно закрыть лопасти и удержать в этом положении после выхода из рабочей зоны даже при сильном давлении рабочей среды, действующей навстречу вращению турбины, если использовать ее в качестве движителя транспортного средства. При этом сопротивление рабочей среде минимально после выхода из рабочей зоны, что повышает скорость движения транспортного средства. Часть электроэнергии, вырабатываемой лопастями, используют для работы электромагнитного устройства, что удобно и экономично.
Наличие подпружиненных электромагнитных защелок, пружины которых установлены в роторе с возможностью взаимодействия с лопастями, обеспечивают работоспособность турбины.
Установка электромагнитов в защелках с возможностью поворота позволяет поворачиваться электромагнитам встречно магнитному потоку электромагнитного элемента. Это ускоряет реагирование электромагнитов в защелках, увеличивая скорость закрытия лопасти после выхода из рабочей зоны, а также снижает ток, текущий по обмотке электромагнитных защелок, за счет использования магнитного потока с максимально короткими магнитными силовыми линиями.
Устройство представлено на чертежах.
Фиг.1. Гидравлическая турбина. Общий вид.
Фиг.2. Гидравлическая турбина с выдвинутой лопастью.
Фиг.3. Сечение А-А на Фиг.1, увеличено.
Фиг.4. Сечение В-В на Фиг.1, увеличено.
Фиг.5. Сечение С-С на Фиг.1
Фиг.6. Сечение D-D на Фиг.1, увеличено.
Фиг.7. Лопасть в разрезе, увеличено.
Фиг.8. Фрагмент лопасти на Фиг.7, увеличено.
Фиг.9. Электромагнитный элемент с валом, уменьшено.
Фиг.10. Вид А на фиг.9.
Гидравлическая турбина содержит герметичный пустотелый ротор 1, установленный на неподвижном горизонтальном валу 2 с возможностью вращения вокруг него. На роторе 1 радиально по окружности закреплены выдвигающиеся лопасти 3 с помощью шарниров 4, фиг.1-5. Каждая лопасть 3 содержит основание 5, например, из кованого титана, на котором послойно плотно уложены: асбестовая прокладка 6, внутренний электроконтакт 7, пьезокерамический элемент 8, внешний электроконтакт 9, асбестовая прокладка 10 и подвижная (прогибающаяся под давлением рабочей среды) мембрана 11, например из бериллиевой бронзы, которая прижимает вышеуказанные слои к основанию 5 винтами 12. Герметичность внутри лопасти 3 обеспечивает уплотнительная прокладка 13, например, из алюминия, фиг.7, 8. Электроконтакты 7 и 9 выполнены, например, из электролитической меди или бериллиевой бронзы и подключены к гибкому двухжильному электропроводу, не показано.
Ротор 1 свободно установлен на валу 2 с помощью двух втулок 14 и 15. Устройство для передачи вырабатываемого тока выполнено, например, в виде коллекторов (пластин) 16 и 17, закрепленных соответственно на втулках 14 и 15, и щеточных пар 18 и 19, контактирующих с коллекторами соответственно 16, 17, фиг.1, 2, 5. К пьезоэлементам 8 присоединены провода (не показано), проходящие внутри лопастей 3 к валу 2 и далее соединенные с коллекторными пластинами 16, 17.
Щеточные пары 18 и 19 удерживаются в щеткодержателях соответственно 20 и 21, закрепленных на рычагах соответственно 22 и 23, фиг.5-6.
Момент силы от ротора 1 через зубчатые колеса 24 передается электрогенератору (не показано) при варианте работы турбины в качестве турбогенератора. При варианте работы турбины в качестве движителя-турбогенератора для транспортного средства момент силы от одного или двух двигателей (не показано) к ротору 1 также передается через зубчатые колеса 24.
Устройство, задвигающее лопасти после выхода из рабочей зоны содержит электромагнитный элемент 25, установленный на валу 2 с возможностью взаимодействия после выхода из рабочей зоны с подпружиненными электромагнитными защелками 26, установленными в лопастях 3, пружины 27 которых установлены в роторе 1 с возможностью взаимодействия с лопастями 3. Электромагнитные защелки 26, поворачиваются на угол 55°. Каждая лопасть 3 содержит по две пружины 27, работающие на сжатие (без нагрузки пружины 27 растянуты). Пружина 27 с одной стороны упирается в лопасть, а с другой - в стопор 28, фиг 3, 4, 6, 7. Электромагнитный элемент 25 выполнен в форме полукруга и жестко закреплен в средней части неподвижного вала 2, фиг 3, 9, 10. Пружина 27 установлена таким образом, что в свободном состоянии обеспечивает открытие лопасти 3 примерно на 5°.
На фиг.1 пунктирной линией 29 показана наружная стенка водного или воздушного транспортного средства или гидроэлектрического помещения, а пунктирной линией 30 показан уровень рабочей среды.
Каждая электромагнитная защелка 26 имеет по две пружины 31 с каналом для проводов, подводящих питание к электромагнитным защелкам 26.
Все электроузлы устройства связаны в общую электрическую цепь (не показано).
При использовании в качестве рабочей среды горячего пара и газа для охлаждения устройства подают охлаждающую среду через каналы, выполненные в валу (не показано).
Устройство работает в двух режимах: турбогенератора-движителя для транспортного средства и турбогенератора.
При работе турбины в качестве турбогенератора-движителя, например, для водного транспортного средства вал турбины располагают перпендикулярно направлению движения транспортного средства. Ротор является ведущим по отношению к рабочей среде.
Один или два двигателя (не показано) передают вращение ротору 1, который, захватывая лопастями воду, перемещает транспортное средство, выполняя функцию гребного колеса. При выходе лопасти 3 из рабочей зоны ее электромагнитные защелки 26, взаимодействуя с магнитным полем неподвижного электромагнитного элемента 25, начинают притягиваться к нему и задвигаются. При непосредственном подходе лопасти 3 к электромагнитному элементу 25 магнитное поле усиливается, суммируя силовые линии электромагнитов защелки 26 и элемента 25. Лопасть 3 полностью прижимается к ротору 1 (задвигается), преодолевая силу воздействия пружин 27 и рабочей среды, в зоне сильного воздействия электромагнитного элемента 25, фиг.3. По мере прохождения верхнего полукруга (электромагнитного элемента 25) лопастью 3 сила взаимодействия магнитных полей защелок 26 и электромагнитного элемента 25 постепенно ослабевает. Лопасть 3 начинает выдвигаться силою воздействия пружин 27, напором воды и собственным своим весом сначала на 5-10°, максимально выдвигаясь в нижней точке на 90°. При взаимодействии магнитных полей защелки 26 и элемента 25 электромагнит защелки 26 поворачивается встречно магнитному потоку электромагнитного элемента 25, увеличивая скорость закрытия лопасти 3. При выходе лопасти 3 из зоны взаимодействия магнитных полей, пружины 31 возвращают электромагнит защелки 26 в исходное положение.
При вращении лопастей 3 под действием рабочей среды периодически прогибаются мембраны 11, воздействующие на пьезоэлементы 8, которые вырабатывают электрический ток. Далее электрический ток по проводам через коллекторы 16 и 17 передается щеточным парам соответственно 18 и 19 и через них к потребителю или преобразовывается при необходимости в электроток другого качества.
Работа турбины в качестве турбогенератора аналогична вышеописанной, но ротор 1 является ведомым по отношению к рабочей среде, и вращается в направлении ее движения.

Claims (2)

1. Активная гидравлическая турбина, содержащая ротор с горизонтальным валом и выдвигающимися с помощью пружин лопастями, расположенными вокруг него, и устройство, задвигающее лопасти после выхода из рабочей зоны, отличающаяся тем, что она снабжена установленными в лопастях электромагнитными защелками и пьезоэлементами, и устройством для передачи вырабатываемого лопастями тока, а устройство, задвигающее лопасти после выхода из рабочей зоны, содержит электромагнитный элемент, установленный неподвижно на валу с возможностью взаимодействия после выхода из рабочей зоны с подпружиненными электромагнитными защелками, пружины которых установлены в роторе с возможностью взаимодействия с лопастями, при этом ротор свободно установлен на неподвижном валу с возможностью вращения вокруг него.
2. Активная гидравлическая турбина по п.1, отличающаяся тем, что электромагниты в электромагнитных защелках установлены с возможностью поворота.
RU2009119021/06A 2009-05-19 2009-05-19 Активная гидравлическая турбина RU2417329C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009119021/06A RU2417329C2 (ru) 2009-05-19 2009-05-19 Активная гидравлическая турбина

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009119021/06A RU2417329C2 (ru) 2009-05-19 2009-05-19 Активная гидравлическая турбина

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009119021A RU2009119021A (ru) 2010-11-27
RU2417329C2 true RU2417329C2 (ru) 2011-04-27

Family

ID=44057249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009119021/06A RU2417329C2 (ru) 2009-05-19 2009-05-19 Активная гидравлическая турбина

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2417329C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018203773A1 (ru) * 2017-05-03 2018-11-08 Геворг Сережаевич НОРОЯН Турбина (варианты)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD4235C1 (ru) * 2012-09-06 2014-01-31 Технический университет Молдовы Гидравлическая турбина
WO2014133574A1 (en) * 2013-02-27 2014-09-04 Mehboob Lakhani Compact wind and water turbine
MD659Z (ru) * 2013-04-18 2014-02-28 Технический университет Молдовы Гидростанция

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018203773A1 (ru) * 2017-05-03 2018-11-08 Геворг Сережаевич НОРОЯН Турбина (варианты)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009119021A (ru) 2010-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6310406B1 (en) Magneto hydro dynamical tidal and ocean current converter
RU2417329C2 (ru) Активная гидравлическая турбина
US7960851B2 (en) Power generator and method for generating power
JP6609297B2 (ja) エネルギープラント及びエネルギープラントの部品
CN103089548A (zh) 垂直轴风轮连杆组合变桨距风力发电装置
RU88071U1 (ru) Активная гидравлическая турбина
CN203130355U (zh) 气动式波浪能发电装置
CN107370335B (zh) 一种旋转式磁流体发电机
GB2542205A (en) Hydraulic wind engine
JP2013217361A (ja) 可変翼水車発電装置
CN107829880A (zh) 一种风能、潮流能发电装置
CA2911184A1 (en) Suspension rotary water pressure energy conversion power output device
Samad et al. Marine power technology—wave energy
Zhao et al. Design and experiment of an indirect wave power generation device using magnetic lead screw
CN107124071B (zh) 一种集成式海流能量收集装置
CN111765036A (zh) 一种涡轮式介电弹性体水力能发电机
Karthikeyan et al. Review of air turbines for wave energy conversion
KR101121012B1 (ko) 풍력발전용 원통형 풍차
KR101377878B1 (ko) 발전장치
ENERGY Ocean energy
CN107893737A (zh) 一种风力发电机的机头定位装置
WO2016127810A1 (zh) 空气压缩装置及发电设备
KR101346169B1 (ko) 플랩 러더형 조류 발전기
WO2015185913A1 (en) Water current power generation systems
CN113513439A (zh) 一种具有保护功能的水利发电装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120520