RU2424444C1 - Hydraulic flow energy conversion method and vortex hydraulic turbine for its implementation - Google Patents

Hydraulic flow energy conversion method and vortex hydraulic turbine for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2424444C1
RU2424444C1 RU2010104418/06A RU2010104418A RU2424444C1 RU 2424444 C1 RU2424444 C1 RU 2424444C1 RU 2010104418/06 A RU2010104418/06 A RU 2010104418/06A RU 2010104418 A RU2010104418 A RU 2010104418A RU 2424444 C1 RU2424444 C1 RU 2424444C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
flow
vortex
rotor
hydraulic
Prior art date
Application number
RU2010104418/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Михайлович Мосалёв (RU)
Сергей Михайлович Мосалёв
Виктор Павлович Сыса (RU)
Виктор Павлович Сыса
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева"
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 Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" filed Critical Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева"
Priority to RU2010104418/06A priority Critical patent/RU2424444C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2424444C1 publication Critical patent/RU2424444C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Landscapes

  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

FIELD: power industry. ^ SUBSTANCE: hydraulic flow energy conversion method consists in the fact that conversion is performed by changing the translational movement of flow to rotational movement of liquid and rotor of hydraulic turbine in the volume isolated from the main flow. At that first stage - owing to cutting off water flow to turbine and gradual narrowing of water line for the purpose of translational movement speed increase. At the second stage - owing to arranging water rotation simultaneously about two axes lying in perpendicular planes: rotation about hydraulic turbine rotor axis, and toroid-shaped vortex process at the bottom of restricted volume. At the third stage - owing to shaping accelerated ascending rotational-translational flow intended to spin the rotor and performing recuperative function. ^ EFFECT: higher efficiency of conversion of hydraulic flow energy, simpler design, smaller overall dimensions of turbine, and higher efficiency of the device. ^ 5 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к гидроэнергетике и может быть использовано для преобразования кинетической энергии потоков рек, каналов, сбрасываемой воды в природных и техногенных системах в механическую или электрическую энергию.The invention relates to hydropower and can be used to convert the kinetic energy of river flows, channels, discharged water in natural and man-made systems into mechanical or electrical energy.

Известен способ преобразования энергии потоков в механическую или электрическую энергию и русловая гидроустановка, реализующая его, принятые за прототип (см. патент RU №2084692, F03B 3/00, 13/00, 20.07.97 г.). Преобразование энергии руслового потока в механическую или электрическую энергию осуществляется путем изменения поступательного потока во вращательное движение жидкости и преобразователя энергии гидроустановки, причем данное изменение движения осуществляют образованием двух вихрей противоположного направления вращения, при глубине потока, не превышающей трехкратно линейные размеры гидроустановки, обеспечивают совпадение скоростей вихрей и потока с внешних боковых сторон вихрей, а при глубине потока, превышающей трехкратно линейные размеры гидроустановки, обеспечивают противоположное направление скоростей вихрей и потока с внешних боковых сторон вихрей.There is a method of converting the energy of flows into mechanical or electrical energy and a channel hydraulic installation that implements it, adopted as a prototype (see patent RU No. 2084692, F03B 3/00, 13/00, 20.07.97). The conversion of the energy of the channel stream into mechanical or electrical energy is carried out by changing the translational flow into the rotational motion of the fluid and the energy converter of the hydraulic installation, and this change of movement is carried out by the formation of two vortices of the opposite direction of rotation, at a depth of flow not exceeding three times the linear dimensions of the hydraulic installation, ensure the coincidence of the speeds of the vortices and flow from the outer sides of the vortices, and with a depth of flow exceeding three times the line nye hydro dimensions, provide the opposite direction of the vortices and flow rates from the outer sides of the vortices.

В русловой гидроустановке, содержащей каркас с двумя вертикально расположенными полыми телами вращения, выполненными в виде полых цилиндров, и размещенные в последних валы отбора мощности с установленными друг над другом двумя лопастными турбинами, при этом валы установлены с возможностью вращения в противоположных направлениях, каждый цилиндр снабжен внутренней стенкой, выполненной в виде трубы переменного сечения, закрепленной с образованием сужающегося кверху канала, валы выполнены трубчатыми и закреплены на внутренних осях, связанных с каркасом, лопасти верхних и нижних турбин расположены симметрично оси вращения и прикреплены к наружным боковым поверхностям валов и цилиндров соответственно, причем к последним прикреплены под острым углом, при этом стенки цилиндра, трубы и вала жестко связаны между собой с образованием единой системы ротора, а для обеспечения противоположного вращения роторов лопасти их турбин ориентированы в разные стороны.In a channel hydraulic installation comprising a frame with two vertically arranged hollow bodies of revolution made in the form of hollow cylinders and placed in the last power take-off shafts with two blade turbines mounted on top of each other, while the shafts are mounted for rotation in opposite directions, each cylinder is equipped with the inner wall, made in the form of a pipe of variable cross section, fixed with the formation of a channel tapering upwards, the shafts are made tubular and fixed on the internal axes, the connection data with the frame, the blades of the upper and lower turbines are located symmetrically to the axis of rotation and are attached to the outer side surfaces of the shafts and cylinders, respectively, and the latter are attached at an acute angle, while the walls of the cylinder, pipe and shaft are rigidly interconnected with the formation of a single rotor system, and to ensure the opposite rotation of the rotors, the blades of their turbines are oriented in different directions.

Недостатками прототипа являются сложность и большие габаритные размеры конструкции, недостаточно эффективное использование динамического напора набегающего гидропотока за счет высоких энергетических потерь и низкой способности к рекуперации кинетической энергии потока и, как следствие, низкий КПД.The disadvantages of the prototype are the complexity and large overall dimensions of the structure, insufficiently efficient use of the dynamic pressure of the oncoming hydraulic flow due to high energy losses and low ability to recover the kinetic energy of the flow and, as a result, low efficiency.

Предлагаемым изобретением решается задача: повышение эффективности преобразования энергии гидропотока, упрощение конструкции, уменьшение габаритных размеров турбины, повышение КПД устройства.The proposed invention solves the problem: increasing the efficiency of energy conversion of hydroflow, simplifying the design, reducing the overall dimensions of the turbine, increasing the efficiency of the device.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании эффективной вихревой гидротурбины, реализующей предлагаемый способ за счет формирования рекуперативного вихревого потока при снижении габаритных размеров гидротурбины.The technical result obtained by carrying out the invention is to create an effective vortex turbine that implements the proposed method by forming a regenerative vortex flow while reducing the overall dimensions of the turbine.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе преобразования энергии гидропотока, заключающемся в том, что преобразование осуществляется путем изменения поступательного движения потока во вращательное движение жидкости и ротора гидротурбины, причем данное изменение движения осуществляется образованием двух вихрей противоположного направления вращения, новым является то, что преобразование осуществляется путем изменения поступательного движения потока во вращательное движение жидкости и ротора гидротурбины в ограниченном от основного потока объеме, на первом этапе - за счет отсечения потока воды к турбине и постепенного сужения водовода с целью увеличения скорости поступательного движения, на втором этапе - за счет организации вращения воды одновременно вокруг двух осей, лежащих в перпендикулярных плоскостях: вращения вокруг оси ротора гидротурбины, и вихревого процесса торообразной формы в основании ограниченного объема, на третьем этапе - за счет формирования ускоренного восходящего вращательно-поступательного потока, направленного на раскручивание ротора и выполняющего рекуперативную функцию.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed method of converting the energy of the hydroflow, which consists in the fact that the conversion is carried out by changing the translational motion of the flow into rotational motion of the fluid and the rotor of the turbine, moreover, this change in motion is carried out by the formation of two vortices in the opposite direction of rotation, new is that the conversion is carried out by changing the translational motion of the flow into the rotational motion of the fluid and the hydra rotor oturbines in a volume limited from the main flow, at the first stage - due to cutting off the water flow to the turbine and gradual narrowing of the water conduit in order to increase the speed of translational motion, at the second stage - due to the organization of water rotation simultaneously around two axes lying in perpendicular planes: rotation around the axis of the rotor of the hydraulic turbine, and a vortex process of a toroidal shape at the base of a limited volume, in the third stage - due to the formation of an accelerated ascending rotational-translational flow, directing nnogo unwinding on a rotor and performing a regenerative function.

Кроме того, преобразование может быть осуществлено с возможностью формирования вращения в виде множества дополнительных радиальных вихревых потоков, приводящих к эффективному перераспределению гидропотока.In addition, the transformation can be carried out with the possibility of forming rotation in the form of many additional radial vortex flows, leading to an effective redistribution of hydraulic flow.

Этот способ преобразования энергии гидропотока реализуется в вихревой гидротурбине, содержащей каркас с вертикально расположенной полой емкостью, в которой размещены валы отбора мощности с установленными друг над другом двумя лопастными турбинами, соосными оси вращения, и внутренняя стенка, выполненная в виде трубы переменного сечения с образованием сужающегося кверху канала, в которой новым является то, что вертикальная полая емкость установлена неподвижно и выполнена в виде стакана с формой дна в виде полуторовой поверхности, образующей в дне осевое сквозное отверстие, в верхней части стакана, на его периферии, установлен сопловый ввод с входным раструбом, параллельным направлению движения основного гидропотока, первая лопастная турбина, расположенная на одном уровне с сопловым вводом, выполнена радиальной, вторая лопастная турбина выполнена осевой.This method of converting the energy of a hydroflow is realized in a vortex hydraulic turbine containing a frame with a vertically arranged hollow tank, in which power take-off shafts are installed with two bladed turbines mounted on top of each other, coaxial with the axis of rotation, and an inner wall made in the form of a pipe of variable cross section with the formation of a tapering upward of the channel, in which it is new that the vertical hollow container is fixed and made in the form of a glass with the shape of the bottom in the form of a half surface, the image The axial through hole at the bottom, at the top of the glass, at its periphery, has a nozzle inlet with an inlet parallel to the direction of movement of the main hydraulic flow, the first blade turbine located at the same level as the nozzle inlet is made radial, the second blade turbine is made axial.

Лопасти первой турбины могут быть оснащены вихреобразующими поверхностями, а противолежащая поверхность стакана - отражающим кольцевым поясом.The blades of the first turbine can be equipped with vortex-forming surfaces, and the opposite surface of the glass with a reflective ring belt.

Стенка вертикального стакана может быть выполнена с переменным сечением с образованием конфузорной, узкой цилиндрической и диффузорной частей.The wall of the vertical glass can be made with a variable cross-section with the formation of confusor, narrow cylindrical and diffuser parts.

Осуществление преобразования путем изменения поступательного движения потока во вращательное движение жидкости и ротора гидротурбины в ограниченном от основного потока объеме в виде вертикального стакана, установленного неподвижно на каркасе, позволяет:The implementation of the transformation by changing the translational motion of the flow into the rotational motion of the fluid and the rotor of the turbine in a volume limited from the main flow in the form of a vertical cup mounted motionless on the frame allows:

- во-первых, усилить динамические процессы при преобразовании энергии гидропотока за счет ограничения границ вихревых потоков и направленного их формирования и перераспределения;- firstly, to strengthen the dynamic processes when converting the energy of the hydroflow by limiting the boundaries of the vortex flows and their directed formation and redistribution;

- во-вторых, снизить потери гидравлической энергии поступающего и полученных потоков жидкости;- secondly, to reduce the loss of hydraulic energy of the incoming and received fluid flows;

- в-третьих, легко придавать потоку жидкости вращательный характер движения;- thirdly, it is easy to give the fluid flow a rotational character of motion;

- в-четвертых, упростить конструкцию и габаритные размеры гидротурбины.- fourthly, to simplify the design and overall dimensions of the turbine.

Отсечение на первом этапе преобразования потока воды, движущегося к турбине, постепенное сужение водовода и выполнение для этого в верхней части стакана, на его периферии, соплового ввода с входным раструбом, параллельным направлению основного гидропотока, позволяет:Cutting off at the first stage of converting the flow of water moving to the turbine, gradually narrowing the water conduit and performing for this purpose a nozzle inlet with an inlet socket parallel to the main hydraulic flow in the upper part of the glass, on its periphery, allows:

- во-первых, отсечь при помощи входного раструба необходимый слой гидропотока, обеспечивающий раскручивание ротора гидротурбины и обладающий наиболее высокими динамическими характеристиками в сечении общего потока;- firstly, to cut off with the help of the inlet socket the necessary layer of hydroflow, which ensures the spinning of the rotor of the turbine and has the highest dynamic characteristics in the cross section of the total flow;

- во-вторых, увеличить скорость движения поступающего в стакан потока;- secondly, increase the speed of movement of the flow entering the glass;

- в-третьих, обеспечить форму поступающего потока, близкую к форме естественно сжимающейся струи, что поддерживает безотрывность течения внутри сопла и параллельноструйность в выходном сечении;- thirdly, to ensure the shape of the incoming stream, close to the shape of a naturally compressible jet, which supports the continuity of the flow inside the nozzle and parallelism in the output section;

- в-четвертых, обеспечить ввод жидкости с малыми потерями и устойчивый режим истечения без кавитации;- fourthly, to ensure the introduction of fluid with low losses and a stable flow regime without cavitation;

- в-пятых, получить за счет периферийного ввода жидкости по направлению движения основного гидропотока (тангенциального или близкого к тангенциальному) закручивающий эффект в потоке, способствующий эффективному раскручиванию ротора и переходу ко второму этапу преобразования.- fifthly, due to the peripheral injection of fluid in the direction of movement of the main hydroflow (tangential or close to tangential), a swirling effect in the flow contributes to the effective spinning of the rotor and the transition to the second stage of conversion.

Организация на втором этапе преобразования вращения жидкости и ротора гидротурбины и выполнение для этого первой лопастной турбины, расположенной на одном уровне с сопловым вводом, радиальной позволяет:The organization at the second stage of conversion of the rotation of the liquid and the rotor of the turbine and the execution for this of the first blade turbine located at the same level as the nozzle inlet, radial allows you to:

- во-первых, получить вращающийся вертикальный столб жидкости по всей высоте полого стакана;- firstly, to obtain a rotating vertical column of liquid along the entire height of the hollow glass;

- во-вторых, осуществлять раскручивание ротора от набегающего потока при поддержке центробежных сил, действующих на него;- secondly, to carry out the unwinding of the rotor from the oncoming flow with the support of centrifugal forces acting on it;

- в-третьих, использовать накопленную при прохождении через сопловый ввод кинетическую энергию с высокой эффективностью;- thirdly, to use the kinetic energy accumulated when passing through the nozzle inlet with high efficiency;

- в-четвертых, получать на турбине значительную полезную мощность без использования напора, равного расстоянию между рабочим колесом гидротурбины и нижним уровнем гидростанции.- fourthly, to obtain significant useful power on the turbine without using a pressure equal to the distance between the impeller of the turbine and the lower level of the hydroelectric station.

Формирование вихревого процесса торообразной формы в основании ограниченного объема и выполнение с этой целью объема в виде стакана с формой дна в виде полуторовой поверхности, образующей осевое сквозное отверстие в дне, позволяет:The formation of a vortex process of a toroidal shape at the base of a limited volume and the execution for this purpose of a volume in the form of a glass with the shape of the bottom in the form of a half surface, forming an axial through hole in the bottom, allows you to:

- во-первых, сформировать в зоне полуторовой поверхности круговое вращательное течение за счет разности скоростей верхнего и нижнего слоев водяного столба в стакане, обусловленной различными условиями движения этих слоев: нижние слои, находящиеся под большим давлением, испытывают трение при контакте о дно стакана и вращаются медленнее, верхние слои вращаются свободно, контактируя только с атмосферным воздухом над зеркалом гидропотока, что и приводит к появлению вращательного торового потока;- firstly, to form a circular rotational flow in the zone of one and a half surface due to the difference in speeds of the upper and lower layers of the water column in the glass, due to different conditions of movement of these layers: the lower layers under high pressure experience friction upon contact about the bottom of the glass and rotate slower, the upper layers rotate freely, contacting only with atmospheric air above the hydroflow mirror, which leads to the appearance of a rotational torus flow;

- во-вторых, получить за счет вышеизложенного двойное вращение воды вокруг осей, лежащих в перпендикулярных плоскостях;- secondly, due to the foregoing, to obtain a double rotation of water around axes lying in perpendicular planes;

- в-третьих, подготовить условия для перехода к следующему этапу преобразования - формированию центрального ускоренного восходящего вращательно-поступательного потока, на который дополнительно воздействует расположенный ниже сквозного отверстия в дне стакана слой гидропотока, слабо подверженный вихревому движению и имеющий более высокое давление;- thirdly, to prepare the conditions for the transition to the next stage of transformation - the formation of a central accelerated ascending rotational-translational flow, which is additionally affected by a hydroflow layer located below the through hole in the bottom of the glass, which is slightly susceptible to vortex movement and has a higher pressure;

- в-четвертых, активизировать в целом динамические процессы в потоке жидкости, воздействующей на ротор гидротурбины.- fourthly, to intensify the overall dynamic processes in the fluid flow acting on the rotor of a turbine.

Формирование ускоренного восходящего вращательно-поступательного потока, направленного на раскручивание ротора, и выполнение второй лопастной турбины осевой позволяет:The formation of an accelerated ascending rotational-translational flow, aimed at spinning the rotor, and the execution of the second axial vane turbine allows you to:

- во-первых, сформировать за счет неравномерности условий вращения нижних и верхних слоев столба жидкости в стакане поток-вихрь вдоль центральной оси ротора, обладающий ускорением поступательного движения;- firstly, to form due to the uneven rotation conditions of the lower and upper layers of the liquid column in the glass, the flow-vortex along the Central axis of the rotor, with acceleration of translational motion;

- во-вторых, направить часть внутренней энергии вихревого потока на преобразование в кинетическую энергию его поступательного движения вдоль оси вихря (ротора);- secondly, to direct part of the internal energy of the vortex flow to the conversion into kinetic energy of its translational motion along the axis of the vortex (rotor);

- в-третьих, использовать ускоренное вращательно-поступательное движение восходящего потока - вихря для дополнительного раскручивания ротора посредством лопастей осевой турбины;- thirdly, use the accelerated rotational-translational motion of the upward flow - vortex for additional spinning of the rotor by means of the blades of an axial turbine;

- в-четвертых, таким образом, реализовать рекуперативную функцию восходящего потока, что приводит к повышению КПД гидротурбины.- fourthly, thus, to implement the regenerative function of the upward flow, which leads to increased efficiency of the turbine.

Формирование дополнительных радиальных вихревых потоков и оснащение для этого лопастей верхней турбины вихреобразующими поверхностями, а противолежащей поверхности стакана - отражающим кольцевым поясом, позволяет:The formation of additional radial vortex flows and equipping the blades of the upper turbine with vortex-forming surfaces, and the opposite surface of the glass with a reflective ring belt, allows you to:

- во-первых, повысить коэффициент использования энергии напора набегающего потока, в том числе энергии слабых потоков;- firstly, to increase the utilization rate of the free-flow head energy, including the energy of weak flows;

- во-вторых, усилить использование действия центробежных сил за счет формирования реактивных радиальных вихревых жгутов, взаимодействующих с отражающим кольцевым поясом;- secondly, to strengthen the use of the action of centrifugal forces due to the formation of reactive radial vortex tows interacting with a reflective ring belt;

- в-третьих, стимулировать эффективное перераспределение полной энергии набегающего гидропотока;- thirdly, to stimulate the effective redistribution of the total energy of the incident hydraulic flow;

- в-четвертых, сформировать третью область вращения в виде дополнительных ускоренных радиальных вихревых потоков, совпадающих по количеству с количеством лопастей первой турбины и способствующих раскручиванию гидротурбины;- fourthly, to form a third region of rotation in the form of additional accelerated radial vortex flows, coinciding in number with the number of blades of the first turbine and contributing to the unrolling of the turbine;

- в-пятых, увеличить кинетическую энергию поступательного и вращательного движения центрального восходящего потока и «прокачать» большее количество жидкости через центральную трубу переменного сечения, а соответственно, и рекуперативную способность турбины и ее КПД.fifthly, increase the kinetic energy of the translational and rotational movements of the central upward flow and “pump” a larger amount of liquid through the central pipe of variable cross-section, and, accordingly, the regenerative ability of the turbine and its efficiency.

Выполнение стенки вертикального стакана с переменным сечением с образованием конфузорной, узкой цилиндрической и диффузорной частей позволяет:The execution of the wall of a vertical glass with a variable cross-section with the formation of confusor, narrow cylindrical and diffuser parts allows you to:

- во-первых, сформировать скачкообразный по скорости и давлению режим вращательно-поступательного перемещения жидкости внутри вертикального стакана;- firstly, to form a mode of rotational-translational movement of fluid inside the vertical glass, jump-like in speed and pressure;

- во-вторых, активизировать процесс образования вращательного движения в зоне полуторовой поверхности.- secondly, to intensify the process of formation of rotational motion in the area of one and a half surface.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема вихревой гидротурбины; на фиг.2 - схема установки соплового ввода и входного раструба; на фиг.3 - схема размещения на лопастях первой турбины вихреобразующих поверхностей и противолежащего отражающего кольцевого пояса; на фиг.4 - схема взаимодействия вихревого потока и поверхностей отражающего кольцевого пояса; на фиг.5 - схема, поясняющая принцип реализации способа; на фиг.6 - схема выполнения стенки вертикального стакана с переменным сечением.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a diagram of a vortex turbine; figure 2 - installation diagram of the nozzle input and the inlet socket; figure 3 - layout on the blades of the first turbine of the vortex-forming surfaces and the opposite reflective annular zone; figure 4 is a diagram of the interaction of the vortex flow and the surfaces of the reflecting annular belt; figure 5 is a diagram explaining the principle of the method; figure 6 - diagram of the walls of the vertical glass with a variable cross-section.

Вихревая гидротурбина для реализации данного способа преобразования энергии гидропотока состоит из неподвижной вертикальной полой емкости, установленной на каркасе, который закреплен на стационарной или наплавной платформе (на чертежах не показаны), и выполненной в виде стакана 1 с формой дна в виде полуторовой поверхности 2, образующей в дне осевое сквозное отверстие 3. Причем стакан 1 может быть установлен как на уровне зеркала основного потока, так и ниже в зависимости от динамики течения слоев воды в общем потоке. В верхней части стакана 1, на его периферии, установлен сопловый ввод 4 с входным раструбом 5, параллельным направлению движения основного гидропотока. На одном уровне с сопловым вводом 4 установлена первая лопастная турбина 6, выполненная радиальной и оснащенная рабочими лопастями 7. По центру турбины 6 располагается жестко соединенный с ней цилиндрический стакан 8, внутри которого помещена вторая лопастная турбина 9, выполненная осевой и установленная на валу 10, который в свою очередь жестко связан посредством радиальных перемычек 11 со стаканом 8. Турбины 6 и 9, стакан 8, вал 10 образуют единую жесткую систему ротора. Вал 10 связан с генератором электрической энергии (на чертежах не показан). Ниже цилиндрического стакана 8, соосно с ним, с гарантированным зазором «а» на радиальных перемычках 12, связанных со стенкой стакана 1 размещена внутренняя стенка 13, выполненная в виде трубы переменного сечения с образованием сужающегося кверху канала 14.A vortex hydraulic turbine for implementing this method of converting the energy of a hydroflow consists of a stationary vertical hollow tank mounted on a frame, which is mounted on a stationary or floating platform (not shown in the drawings), and made in the form of a glass 1 with the shape of the bottom in the form of a half surface 2, forming in the bottom there is an axial through hole 3. Moreover, the cup 1 can be installed both at the mirror level of the main stream and lower depending on the dynamics of the flow of water layers in the general stream. In the upper part of the glass 1, on its periphery, a nozzle inlet 4 is installed with an inlet socket 5 parallel to the direction of movement of the main hydraulic flow. At the same level as the nozzle inlet 4, the first vane turbine 6 is installed, made radial and equipped with working blades 7. In the center of the turbine 6 there is a cylindrical cup 8 rigidly connected to it, inside which a second vane turbine 9 is placed, made axial and mounted on the shaft 10, which, in turn, is rigidly connected by means of radial jumpers 11 to the glass 8. The turbines 6 and 9, glass 8, shaft 10 form a single rigid rotor system. The shaft 10 is connected to an electric energy generator (not shown in the drawings). Below the cylindrical glass 8, coaxially with it, with a guaranteed clearance "a" on the radial lintels 12 connected with the wall of the glass 1, an inner wall 13 is made, made in the form of a pipe of variable cross section with the formation of a channel 14 tapering upwards.

Лопасти 7 первой турбины 6 могут быть оснащены вихреобразующими поверхностями 15, а противолежащая поверхность стакана 1 - отражающим кольцевым поясом 16. Отражающий кольцевой пояс 16 в данном случае располагается в кольцевой выемке 17, выполненной в верхней части стакана 1, и представляет собой ступенчатую кольцевую поверхность 18 с неравными размерами ступенчатых поверхностей, расположенных под различными углами к радиусу стенки вертикального стакана 1.The blades 7 of the first turbine 6 can be equipped with vortex-forming surfaces 15, and the opposite surface of the glass 1 with a reflective ring belt 16. The reflective ring belt 16 in this case is located in the ring recess 17 made in the upper part of the glass 1, and is a stepped ring surface 18 with unequal dimensions of the stepped surfaces located at different angles to the radius of the wall of the vertical glass 1.

Стенка вертикального стакана 1 может быть выполнена в виде поверхности переменного сечения, содержащей конфузорную 19, узкую цилиндрическую 20 и диффузорную 21 части.The wall of the vertical glass 1 can be made in the form of a surface of variable cross section, containing confuser 19, narrow cylindrical 20 and diffuser 21 parts.

Способ преобразования энергии гидропотока реализуется в вихревой гидротурбине следующим образом. Вихревая гидротурбина устанавливается в гидропотоке на стационарной или наплавной платформе (на чертежах не показаны) таким образом, чтобы сопловый ввод 4 с входным раструбом 5 были параллельны направлению основного течения. Причем расположение по глубине вихревой гидротурбины определяется исходя из структуры и мощности гидропотока в конкретном сечении русла. Набегающий поступательно движущийся гидропоток отсекается раструбом 5 и приобретает дополнительную кинетическую энергию в сопловом вводе 4. Активизированный гидропоток приводит во вращение радиальную гидротурбину 6 с рабочими лопастями 7. Одновременно с ней начинает вращаться вторая осевая турбина 9, связанная с первой турбиной 6 посредством стакана 8 и радиальных перемычек 11. Поток, поступающий через периферийно расположенный сопловый ввод 4 (тангенциальный или близко к тангенциальному), получает при поступлении внутрь вертикального стакана 1 дополнительную вращательную составляющую. Во вращательное движение вовлекается весь столб жидкости, находящийся между стенкой стакана 1 и внутренней стенкой 13, размещенной на радиальных перемычках 12, и на который действует центробежная сила. Однако слои воды, находящиеся внизу и вверху вертикального стакана 1, находятся в различных условиях. Нижние слои, находящиеся под давлением, испытывают трение при контакте о дно стакана 1 и вращаются медленнее. Верхние слои вращаются свободно, контактируя с верхним слоем воды или же напрямую с атмосферой. Таким образом, верхний слой вращается быстрее, испытывая более значительную центробежную силу. Поэтому в столбе воды, в нижней его части появляется круговое движение, окончательно сформированное формой полуторовой поверхности 2. Таким образом, формируется двойное вращение W1 и W2 вокруг разных осей.The method of converting the energy of the hydroflow is implemented in a vortex turbine as follows. The vortex hydraulic turbine is installed in the hydraulic flow on a stationary or floating platform (not shown in the drawings) so that the nozzle inlet 4 with the inlet 5 are parallel to the direction of the main flow. Moreover, the location along the depth of the vortex turbine is determined based on the structure and power of the hydroflow in a particular section of the channel. The oncoming progressively moving hydroflow is cut off by the bell 5 and acquires additional kinetic energy in the nozzle inlet 4. The activated hydroflow drives the radial hydroturbine 6 with the working blades 7. At the same time, the second axial turbine 9 starts to rotate, connected to the first turbine 6 via the nozzle 8 and radial jumpers 11. The stream entering through a peripherally located nozzle inlet 4 (tangential or close to tangential) receives when entering vertical c Akana 1 additional rotational component. The entire column of liquid, which is located between the wall of the glass 1 and the inner wall 13, located on the radial jumpers 12, and on which the centrifugal force acts, is involved in the rotational movement. However, the water layers located at the bottom and top of the vertical glass 1 are in different conditions. The lower layers under pressure experience friction upon contact with the bottom of the cup 1 and rotate more slowly. The upper layers rotate freely, in contact with the upper layer of water or directly with the atmosphere. Thus, the top layer rotates faster, experiencing more significant centrifugal force. Therefore, in the column of water, in its lower part, a circular motion appears, finally formed by the shape of one and a half surface 2. Thus, a double rotation of W 1 and W 2 around different axes is formed.

Проследим за жидкостью, двигающейся по траектории АВСД при участии ее одновременно в 2-х вращениях. Участвуя во вращении W1, в точке А жидкость приобретает линейную скорость V. На эту же жидкость действует вращение W2. Следовательно, вращающаяся масса жидкости, продвигаясь мимо точки В, подходит к точке С. При этом происходит ускорение угловой скорости вращения. В итоге мгновенные линейные скорости движения жидкости в точке С и в точке А будут равны и будут отличаться только направлением. Далее, двигаясь по спирали, мимо точки D, вода возвращается в точку А и имеет линейную скорость V с добавкой ΔV, возникающей за счет вращения W2. Вода, совершив цикл по АВСD, вернувшись в А, получает постоянную добавку ΔV. Таким образом, по оси гидротурбины формируется восходящий вращающийся ускоренный поток жидкости, движение которого вверх поддерживается давлением нижнего слоя воды, которое распространяется через центральное отверстие 3, и напором нижних слоев вихревого столба, образующегося в сужающемся канале внутренней стенки 13. Движение водяного потока становится упорядоченным, и поступательное движение осуществляется только вдоль единственной оси координат - оси ротора, дополнительно раскручивая осевую турбину 9. Таким образом, реализуется рекуперативный режим циркуляции потока воды внутри гидротурбины.Let’s track the fluid moving along the trajectory of the ASD with its simultaneous participation in 2 rotations. Participating in the rotation of W 1 , at point A, the fluid acquires a linear velocity V. The rotation of W 2 acts on the same fluid. Therefore, the rotating mass of liquid, moving past point B, approaches point C. In this case, the angular velocity of rotation is accelerated. As a result, the instantaneous linear velocities of the fluid at point C and at point A will be equal and will differ only in direction. Then, moving in a spiral, past point D, water returns to point A and has a linear velocity V with the addition of ΔV, which arises due to the rotation of W 2 . Water, having completed a cycle on ABCD, returning to A, receives a constant additive ΔV. Thus, an ascending rotating accelerated fluid flow is formed along the axis of the hydraulic turbine, the upward movement of which is supported by the pressure of the lower layer of water, which propagates through the central hole 3, and by the pressure of the lower layers of the vortex column formed in the narrowing channel of the inner wall 13. The movement of the water flow becomes ordered, and translational movement is carried out only along a single coordinate axis - the axis of the rotor, further spinning the axial turbine 9. Thus, the river is realized the operative mode of circulation of the water flow inside the turbine.

При оснащении лопастей 7 первой турбины 6 вихреобразующими поверхностями 15, а противолежащей поверхности стакана 1 отражающим кольцевым поясом 16, располагающимся в кольцевой выемке 17, формируются дополнительные радиальные вихревые потоки жидкости. Часть потока, воздействующая на лопасти 7, «срывается», ускоряется и закручивается, подвергаясь действию центробежной силы, вихреобразующими поверхностями 15. Таким образом, формируется множество ускоряющихся мини-вихревых потоков по числу лопастей, которые реактивно взаимодействуют с противолежащей поверхностью стакана 1 - отражающим кольцевым поясом 16, располагающимся в кольцевой выемке 17, выполненной в верхней части стакана 1. Мини-вихри одновременно вращаются вокруг оси ротора, «катясь» по ступенчатой кольцевой поверхности 18 с неравными размерами ступенчатых поверхностей. Таким образом, появляется дополнительная реактивная составляющая движения, способствующая раскручиванию ротора. Лопасти 7 турбины 6, вращаясь, постоянно подпитывают эти мини-вихри и вовлекают в движение внутри стакана 1 новые порции жидкости снаружи, увеличивая расход при создающемся на входе в стакан 1 разрежении. Причем наличие разности давления между внешней средой и во внутреннем вращающемся потоке в стакане 1 эту рекуперативную функцию поддерживает.When the blades 7 of the first turbine 6 are equipped with vortex-forming surfaces 15, and the opposite surface of the glass 1 with a reflective annular belt 16 located in the annular recess 17, additional radial vortex fluid flows are formed. The part of the flow acting on the blades 7 “breaks off”, accelerates and twists, under the action of centrifugal force, by the vortex-forming surfaces 15. Thus, a lot of accelerating mini-vortex flows are formed by the number of blades that reactively interact with the opposite surface of the glass 1 - a reflective ring belt 16, located in the annular recess 17, made in the upper part of the glass 1. Mini-vortices simultaneously rotate around the axis of the rotor, "rolling" along the stepped annular surface 18 with unequal the size of the stepped surfaces. Thus, an additional reactive component of the movement appears, contributing to the spinning of the rotor. The blades 7 of the turbine 6, while rotating, constantly feed these mini-vortices and engage new portions of liquid from the outside inside the glass 1, increasing the flow rate when a vacuum is created at the entrance to the glass 1. Moreover, the presence of a pressure difference between the external environment and in the internal rotating stream in the glass 1 supports this regenerative function.

Если стенка вертикального стакана 1 выполнена в виде поверхности переменного сечения, то при поступлении вращающейся жидкости в конфузорную часть 19 и узкую цилиндрическую часть 20 происходит ускорение ее движения при снижении давления. На выходе из цилиндрической части 20 поток достигает максимальной скорости. Далее при условии возрастающего давления более активно начинает формироваться круговое движение в области полуторовой поверхности 2.If the wall of the vertical cup 1 is made in the form of a surface of variable cross section, then when the rotating fluid enters the confuser part 19 and the narrow cylindrical part 20, its movement accelerates with a decrease in pressure. At the exit of the cylindrical portion 20, the flow reaches maximum speed. Further, under the condition of increasing pressure, circular motion more actively begins to form in the region of one and a half surface 2.

Таким образом, в вихревой гидротурбине, реализующей предлагаемый способ, осуществляется эффективное преобразование энергии гидропотока за счет формирования рекуперативного вихревого потока при снижении габаритных размеров гидротурбины.Thus, in a vortex turbine that implements the proposed method, the energy of the hydroflow is efficiently converted through the formation of a regenerative vortex flow while reducing the overall dimensions of the turbine.

Claims (5)

1. Способ преобразования энергии гидропотока, заключающийся в том, что преобразование осуществляется путем изменения поступательного движения потока во вращательное движение жидкости и ротора гидротурбины, причем данное изменение движения осуществляется образованием двух вихрей противоположного направления вращения, отличающийся тем, что преобразование осуществляется путем изменения поступательного движения потока во вращательное движение жидкости и ротора гидротурбины в ограниченном от основного потока объеме, на первом этапе - за счет отсечения потока воды к турбине и постепенного сужения водовода с целью увеличения скорости поступательного движения, на втором этапе - за счет организации вращения воды одновременно вокруг двух осей, лежащих в перпендикулярных плоскостях, вращения вокруг оси ротора гидротурбины и вихревого процесса торообразной формы в основании ограниченного объема, на третьем этапе - за счет формирования ускоренного восходящего вращательно-поступательного потока, направленного на раскручивание ротора и выполняющего рекуперативную функцию.1. The method of converting the energy of the hydroflow, which consists in the fact that the conversion is carried out by changing the translational motion of the flow into rotational motion of the fluid and the rotor of the turbine, and this change in motion is carried out by the formation of two vortices of the opposite direction of rotation, characterized in that the conversion is carried out by changing the translational motion of the flow in the rotational movement of the fluid and the rotor of the turbine in a volume limited from the main flow, in the first stage by cutting off the water flow to the turbine and gradually narrowing the water conduit in order to increase the speed of translational motion, in the second stage - by organizing the rotation of water simultaneously around two axes lying in perpendicular planes, rotation around the axis of the rotor of the turbine and a vortex process of a toroidal shape at the base of a limited volume, in the third stage - due to the formation of an accelerated ascending rotational-translational flow, aimed at spinning the rotor and performing a regenerative function . 2. Способ преобразования энергии гидропотока по п.1, отличающийся тем, что преобразование осуществляется с возможностью формирования вращения в виде множества дополнительных радиальных вихревых потоков, приводящих к эффективному перераспределению энергии гидропотока.2. The method of converting the energy of a hydroflow according to claim 1, characterized in that the conversion is carried out with the possibility of forming rotation in the form of a multitude of additional radial vortex flows, leading to an effective redistribution of the energy of the hydroflow. 3. Вихревая гидротурбина, содержащая каркас с вертикально расположенной полой емкостью, в которой размещены валы отбора мощности с установленными друг над другом двумя лопастными турбинами, соосными оси вращения, и внутренняя стенка, выполненная в виде трубы переменного сечения с образованием сужающегося кверху канала, отличающаяся тем, что вертикальная полая емкость установлена неподвижно и выполнена в виде стакана с формой дна в виде полуторовой поверхности, образующей в дне осевое сквозное отверстие, в верхней части стакана на его периферии установлен сопловый ввод с входным раструбом, параллельный направлению движения основного гидропотока, первая лопастная турбина, расположенная на одном уровне с сопловым вводом, выполнена радиальной, вторая лопастная турбина выполнена осевой.3. A vortex hydraulic turbine containing a frame with a vertically arranged hollow tank, in which power take-off shafts are installed with two blade turbines mounted on top of each other, coaxial with the axis of rotation, and an inner wall made in the form of a pipe of variable cross section with the formation of a channel narrowing upwards, characterized in that the vertical hollow container is fixedly mounted and made in the form of a glass with the shape of the bottom in the form of a half surface, forming an axial through hole in the bottom, in the upper part of the glass on its A nozzle inlet with an inlet socket is installed in the periphery, parallel to the direction of movement of the main hydraulic flow, the first blade turbine located at the same level as the nozzle inlet is made radial, the second blade turbine is made axial. 4. Вихревая гидротурбина по п.3, отличающаяся тем, что лопасти первой турбины оснащены вихреобразующими поверхностями, а противолежащая поверхность стакана - отражающим кольцевым поясом.4. The vortex hydraulic turbine according to claim 3, characterized in that the blades of the first turbine are equipped with vortex-forming surfaces, and the opposite surface of the glass is equipped with a reflective annular belt. 5. Вихревая гидротурбина по п.3 или 4, отличающаяся тем, что стенка вертикального стакана выполнена с переменным сечением с образованием конфузорной, узкой цилиндрической и диффузорной частей. 5. Vortex turbine according to claim 3 or 4, characterized in that the wall of the vertical glass is made with a variable cross-section with the formation of confusor, narrow cylindrical and diffuser parts.
RU2010104418/06A 2010-02-08 2010-02-08 Hydraulic flow energy conversion method and vortex hydraulic turbine for its implementation RU2424444C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010104418/06A RU2424444C1 (en) 2010-02-08 2010-02-08 Hydraulic flow energy conversion method and vortex hydraulic turbine for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010104418/06A RU2424444C1 (en) 2010-02-08 2010-02-08 Hydraulic flow energy conversion method and vortex hydraulic turbine for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2424444C1 true RU2424444C1 (en) 2011-07-20

Family

ID=44752606

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010104418/06A RU2424444C1 (en) 2010-02-08 2010-02-08 Hydraulic flow energy conversion method and vortex hydraulic turbine for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2424444C1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102606372A (en) * 2012-04-01 2012-07-25 沈福康 Hydraulic power engine
RU2462612C1 (en) * 2011-07-04 2012-09-27 Виктор Михайлович Лятхер Orthogonal power generating unit to convert energy of water or air flows
WO2013129957A1 (en) * 2012-02-29 2013-09-06 Potapov Yuriy Semenovich Method and apparatus for producing energy and vehicle using said method and apparatus
RU2506686C2 (en) * 2012-03-23 2014-02-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" Method of electric power generation to supply automatic controls of pipelines
WO2014031038A2 (en) * 2012-08-22 2014-02-27 Shvedov Vladimir Tarasovich Power plant for converting energy from a fluid medium into mechanical energy
WO2016147019A1 (en) * 2015-03-16 2016-09-22 Istvan Magai Hydrokinetic machine
RU191393U1 (en) * 2018-05-08 2019-08-05 Общество с ограниченной ответственностью "Алгоритм" Underwater Vortex Hydro Generator
RU2699838C2 (en) * 2013-08-05 2019-09-11 Пол Стивен КОУРИС Electric power generation device and electric power generation system

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2462612C1 (en) * 2011-07-04 2012-09-27 Виктор Михайлович Лятхер Orthogonal power generating unit to convert energy of water or air flows
WO2013129957A1 (en) * 2012-02-29 2013-09-06 Potapov Yuriy Semenovich Method and apparatus for producing energy and vehicle using said method and apparatus
RU2506686C2 (en) * 2012-03-23 2014-02-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" Method of electric power generation to supply automatic controls of pipelines
CN102606372A (en) * 2012-04-01 2012-07-25 沈福康 Hydraulic power engine
CN102606372B (en) * 2012-04-01 2015-05-27 陕西理工学院 Hydraulic power engine
WO2014031038A2 (en) * 2012-08-22 2014-02-27 Shvedov Vladimir Tarasovich Power plant for converting energy from a fluid medium into mechanical energy
WO2014031038A3 (en) * 2012-08-22 2014-04-24 Shvedov Vladimir Tarasovich Power plant for converting energy from a fluid medium into mechanical energy
RU2699838C2 (en) * 2013-08-05 2019-09-11 Пол Стивен КОУРИС Electric power generation device and electric power generation system
WO2016147019A1 (en) * 2015-03-16 2016-09-22 Istvan Magai Hydrokinetic machine
RU191393U1 (en) * 2018-05-08 2019-08-05 Общество с ограниченной ответственностью "Алгоритм" Underwater Vortex Hydro Generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2424444C1 (en) Hydraulic flow energy conversion method and vortex hydraulic turbine for its implementation
KR101383849B1 (en) Omni-directional wind turbine
CA2667672C (en) Wind power installation and method for generation of electric power from ambient air in motion
US9322385B1 (en) Hydro vortex enabled turbine generator
RU2124142C1 (en) Wind-driven electric plant
JP5019290B2 (en) Hydroelectric power generation method using low-pressure turbine and its hydroelectric generator
CN102084123B (en) Water turbines with mixers and ejectors
CN101813006A (en) Multi-stage jet-type reaction force disc generating system
JP2014512489A (en) Hydro turbine and hydro power generator
AU2011216558B2 (en) Turbine with radial inlet and outlet rotor for use in bidirectional flows
CN107237718A (en) A kind of multi-stage impeller tumbler for absorbing tide energy
KR970001117B1 (en) Fluid energy apparatus
CN109441691B (en) Mixed-flow water turbine with tail water pipe and rectifying plate
RU2462612C1 (en) Orthogonal power generating unit to convert energy of water or air flows
RU2362904C1 (en) Flow accelerator (versions)
KR102039700B1 (en) Hihg-power generating vortex windmill wing
CN207920767U (en) Wave energy converting device
RU2642706C2 (en) The wind-generating tower
CN103306736A (en) Power turbine and power machine of the power turbine
CN105863930A (en) Small-size integrated water turbine generator set
US20150275913A1 (en) Hydraulic Turbines with Exit Flow Direction Opposite to its Inlet Flow Direction
RU99080U1 (en) FLOW ACCELERATOR
CN114412689B (en) Long-rotating-shaft hydroelectric generation system
KR102655634B1 (en) Vortex dynamic power generation structure
TWI772994B (en) Vortex dynamic power generation structure

Legal Events

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

Effective date: 20200209