SK592012A3 - Horizontálna vodná turbína - Google Patents

Abstract

Horizontálna vodná turbína je umiestnená mimo vodného toku, pozostáva zo segmentov, pomocou ktorých je kvapalina usmerňovaná na lopatky (4) turbíny obežného kolesa (5), ktoré je spojené ramenami s prevodovkou (7) a generátorom (8). Kvapalina je privádzaná potrubím (1) do delených segmentov (3), ktorých dĺžka a veľkosť sú prispôsobené vodným pomerom. V delených segmentoch (3) sa nachádzajú usmerňovacie dýzy (2).

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka horizontálnej vodnej turbíny pre používané rozsahy mernej energie.

Doterajší stav techniky

Doposiaľ známe a používané vodné turbíny sa podľa výšky spádu vody rozdeľujú na 3 druhy: Vodné turbíny pre malé spády napr. Kaplánova turbína, Vodné turbíny pre Stredné spády napr. Francisova turbína. Vodné turbíny pre vysoké spády napr. Peltonová turbína Doposiaľ nie je známy typ vodnej turbíny, ktorý by bol použiteľný pre všetky výšky spádov.

U vodných turbín používaných pre vysoké spády, nie je pri ich neregulovanej prevádzke v každom okamžiku účinná a plne zahltená každá obežná lopatka. Z tohto dôvodu sú doposiaľ pre veľké spády používané turbíny a ich obežné kolesa o väčších rozmeroch. Doteraz známe riešenie Peltonovej turbíny je maximálne 6 dýzové. Všetky tieto turbíny potrebujú pomerne veľké množstvo vody aby boli prevádzky schopné, a preto sa nevyužívajú celoročne ale len v špičkách.

Podstata vynálezu

Vyššie uvedené nevýhody odstraňuje horizontálna vodná turbína v rozsahu mernej energie, ktorá pozostáva z obežného kolesa s rovnomerne rozloženými lopatkami a vonkajšími segmentmi s dýzami usmerňujúcimi tok kvapaliny na lopatky obežného kolesa. Prívod vody do segmentov je riešený pomocou navádzacieho potrubia z vodného zdroja. Vodný zdroj môže byť vzdialený od turbíny v ľubovoľnej vzdialenosti a tým je turbína chránená voči poškodeniu spôsobenému v dôsledku záplav a podobne. Týmto spôsobom je riešený aj odtok vody z turbíny späť do vodného zdroja. Podstata riešenia obežného kolesa spočíva v tom, že využíva prenos energie na ramene (pákový efekt). Pri využívam pákového efektu vychádzame z faktu že, pôsobením sily na konci ramena o dĺžke lm sa sila násobí cca lOx. Treba uvažovať so znížením otáčok (čím väčšie rameno tým menšie otáčky), no v prípade použitia vhodnej prevodovky sa zníži účinnosť v rozmedzí l%-50%. Predĺžením ramena teda získame väčšiu účinnosť ako je strata spôsobená prevodovkou na dosiahnutie potrebných otáčok pre generátor. Lopatky na obežnom kolese sú konštruované tak aby využili maximálne množstvo vodnej energie, teda budú plytké a husto osadene na obvode obežného kolesa pričom po ich opotrebení je možné ich jednoducho vymeniť. Na spomínané lopatky naráža voda pod uhlom takmer 90°, týmto sa dosiahne maximálna účinnosť prúdiacej kvapaliny. Obežne koleso obklopuje prstenec ktorý sa skladá z viacerých segmentov v ktorých sú umiestnené usmerňovacie dýzy. Segmenty prstenca je možné jednoducho demontovať a zároveň budú slúžiť aj na reguláciu výkonu horizontálnej vodnej turbíny. V prípade potreby zníženia produkcie elektrickej energie sa uzatvorí prívod kvapaliny do segmentu. Na vonkajšej spodnej strane segmentu sa nachádza ventil ktorým je možné vypustiť vodné kaly a nečistoty, týmto sa zabráni opotrebeniu a prípadnému poškodeniu lopatiek obežného kolesa.

Horizontálna vodná turbína je umiestnená mimo vodného toku a kvapalina je privádzaná čo možno najviac od otočného bodu turbíny. Horizontálna vodná turbína pre používané merné rozsahy energie, je zostrojená zmontovanými delenými segmentmi, ktoré sú zoskrutkované a tvoria stacionárny prstenec. Každý segment na vonkajšej strane je vybavený odkaľovacími dvierkami.

Rotačnú časť horizontálnej vodnej turbíny tvoria lopatky obežného kola, ktoré sú vybavené deflektormi na hornej a bočnej strane. Lopatky turbíny sú spojené ramenami.

Na prevádzku horizontálnej vodnej turbíny pre dosiahnutie požadovaného efektu, nám stačí menšie množstvo vody ako je to v prípade iných vodných turbín. Tento fakt umožňuje prevádzku takejto turbíny celoročne.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obr. 1 je znázornená turbína v horizontálnej polohe.

Na obr. 2 je znázornený detail segmentu ktorý určuje funkciu usmerňujúcich dýz .

Na obr. 3 je znázornená lopatka z rôznych pohľadov a vysvetľuje priebeh toku kvapaliny cez lopatku.

Na obr.4 je znázornená turbína v nútenom režime s použitím čerpadiel.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Priemer turbíny je závislý od veľkosti vodného zdroja a jeho spádu. Tým, že privádzame vodu potrubím i do delených segmentov 3 ktoré sú vybavené usmerňovacími dýzami 2 a odkaľovacími dvierkami 10 získavame usmernený prúd vody. Usmernený prúd vody je privádzaný na lopatku obežného kolesa ktorá je vybavená horným a bočným deflektorom 11 pre zisk čo možno najväčšej energie. Voda ktorá už odovzdala svoju energiu lopatke odteká bez turbulencií do odvádzacieho potrubia 9. Dôležité na tomto mieste je spomenúť to, že lopatky sú spojené s ramenami. Príklad pri prietoku 1 kN/s vody cez lopatku získame približne 0,5 kN/s výkonu pri dĺžke ramena 5 metrov získame 25 kN/s na hriadeli. Pri 100 lopatkách získame 1250 kN/s za sekundu. Nakoľko predĺžením ramena znižujeme uhlovú rýchlosť, musíme použiť prevodovku 7 ktorá nám odoberá výkon percentuálne. V tomto prípade pri 1250kN/s ak prevodovka ]_ zoberie 20% ostane nám výkon 1000 kN/s ktoré nám

roztočia generátor 8 na potrebné otáčky. Takto koncipované horizontálne turbíny je možné využiť pri veľkých či malých spádoch.

Príklad 2

Turbína využitá na doterajších vodných priehradách.

Prívodné potrubie I bude inštalované na hrádzu priehrady (nedochádza k porušeniu priehrady) bez vysokých nákladov. Spomínané potrubie privádza kvapalinu do segmentov 3 v ktorých usmerňujúce dýzy 2 navádzajú kvapalinu na lopatky 4 turbíny a po odovzdaní energie kvapalina je odvádzaná odvádzacím potrubím 9 späť do koryta. Na vonkajšej spodnej strane segmentu 3 sa nachádza ventil ktorým je možné vypustiť vodné kaly a nečistoty, týmto sa zabráni opotrebeniu a prípadnému poškodeniu lopatiek 4 obežného kolesa. V nočných hodinách je možne segmenty v pároch uzatvoriť prívod kvapaliny a tak znížiť výkon turbíny prípadne úplne odstaviť.

Príklad 3

Turbína využitá na splavoch s nízkym spádom vody

Na splavoch je nutné vybudovať odberné miesto vody. Pod splavom rezervnú nádrž. Prívodné potrubie I bude inštalované na splav. Spomínané potrubie privádza kvapalinu do segmentov 3 v ktorých usmerňujúce dýzy 2 navádzajú kvapalinu na lopatky 4 turbíny a po odovzdaní energie kvapalina je odvádzaná odvadzacím potrubím 9 späť do rezervnej nádrže kde budú inštalované vodné čerpadlá a v špičke pri vysokých energetických nárokoch budú uvedené do prevádzky kde dochádza k uzatvoreniu okruhu kvapaliny. Na vonkajšej spodnej strane segmentu 3 sa nachádza ventil ktorým je možné vypustiť vodné kaly a nečistoty, týmto sa zabráni opotrebeniu a prípadnému poškodeniu lopatiek 4. V nočných hodinách je možne segmenty v pároch uzatvoriť prívod kvapaliny atak znížiť výkon turbíny prípadne úplne odstaviť.

Príklad 4

Turbína využitá v nútenom režime

Táto turbína bude použitá mimo vodné zdroje. Je opatrená rezervnou nádržou na kvapalinu 12 a čerpadlami 10. Čerpadlo 10 nám privádza kvapalinu do rozdvojeného potrubia Π. do dvoch segmentov 3 v ktorých usmerňujúce dýzy 2 navádzajú kvapalinu na lopatky 4 turbíny a po odovzdaní energie kvapalina je odvádzaná odvádzacím potrubím 9 späť do rezervnej nádrže kde budú inštalované vodné čerpadlá a v špičke pri vysokých energetických nárokoch budú uvedené do prevádzky kde dochádza k uzatvoreniu okruhu kvapaliny. Na vonkajšej spodnej strane segmentu 3 sa nachádza ventil ktorým je možné vypustiť vodné kaly a nečistoty, týmto sa zabráni opotrebeniu a prípadnému poškodeniu lopatiek 4. V nočných hodinách je možne segmenty v pároch uzatvoriť prívod kvapaliny atak znížiť výkon turbíny prípadne úplne odstaviť.

Claims (2)

1. Patentové nároky

   1. Horizontálna vodná turbína je umiestnená mimo vodného toku, pozostáva zo segmentov pomocou, ktorých je kvapalina usmerňovaná na lopatky (4) turbíny obežného kolesa (5), ktoré je spojené ramenami s prevodovkou (7) a generátorom (8) vyznačujúca sa tým, že je zostrojená zmontovanými delenými segmentmi (3) ktoré sú vybavené odkaľovacími dvierkami (10).
2. 2. Horizontálna vodná turbína pre používané merné rozsahy energie, podľa nároku 1 vyznačujúca sa tým, že lopatka (4) je vybavená deflektormi (11) na hornej a bočnej strane.