GR2003255Y - Πτερωτη αναστρεψιμης υδροδυναμικης μηχανης αξονικης ροης - Google Patents

Abstract

Δρομέας-πτερωτή αξονικής ροής με πλήμνη (1) και δύο μόνο πτερύγια (2), η οποία μπορεί να λειτουργήσει για άντληση υγρού ως πτερωτή αντλίας ή για παραγωγή ενέργειας, ως δρομέας υδροστροβίλου αντιστρέφοντας τη φορά περιστροφής της. Τα πτερύγια έχουν μεγάλο πλάτος και η γωνία μεταξύ της ακμής προσβολής και της ακμής φυγής βρίσκεται εντός συγκεκριμένου εύρους, 105-115 μοιρών. Επίσης, ο λόγος του μήκους τόξου της χορδής στην κορυφή του πτερυγίου προς το μήκος της χορδής στη βάση του βρίσκεται εντός συγκεκριμένου εύρος, 1,65 - 1,70. Ο σχεδιασμός αυτός επιτυγχάνει μεγιστοποίηση της ενεργειακής απόδοσης και στις δύο λειτουργίες, αντλίας και υδροστροβίλου, σε συνδυασμό με βελτιωμένη περιβαλλοντική συμπεριφορά και μειωμένες πιθανότητες τραυματισμού και θανάτωσης των διερχόμενων ψαριών. Επίσης, χάρις στα δύο μόνο πτερύγια, το κόστος κατασκευής του δρομέα-πτερωτής (υλικά, κατεργασία κλπ.) είναι μικρότερο από το κόστος αντίστοιχων συμβατικών δρομέων και πτερωτών που διαθέτουν τρία ή περισσότερα πτερύγια.

Description

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Πτερωτή αναστρέψιμης υδροδυναμικής μηχανής αξονικής ροής

Η εφεύρεση αναφέρεται στην περιοχή των υδροδυναμικών μηχανών και συγκεκριμένα σε αναστρέψιμες αντλίες-υδροστροβίλους αξονικής ροής.

Η διέλευση ψαριών μέσα από τον δρομέα υδροστροβίλων ή την πτερωτή αντλιών είναι επώδυνη και προκαλεί υψηλά ποσοστά θνησιμότητας, λόγω διαφόρων μορφών καταπόνησης (απότομη μεταβολή στατικής πίεσης, υψηλές διατμητικές τάσεις, πρόσκρουση στα πτερύγια). Για τον λόγο αυτόν, έχουν προταθεί και κατασκευαστεί αντλίες ειδικού σχεδιασμού, συνήθως με ένα ελυτοειδές πτερύγιο τύπου κοχλία (screw), όπως η αντλία Hidrostal. Με βάση τον σχεδίασμά αυτόν έχει κατασκευαστεί και ένας υδροστρόβιλος μικτής ροής από την εταιρεία Voith, με ελικοειδή πτερύγια. Oι μηχανές αυτές επιτυγχάνουν μειωμένη θνησιμότητα των διερχόμενων ψαριών, όμως ο βαθμός απόδοσής τους είναι σαφώς μικρότερος έναντι των συμβατικών μηχανών στα αντίστοιχα σημεία λειτουργίας. Από την άλλη πλευρά, δεν υπάρχει εμπορική αναστρέψιμη υδροδυναμική μηχανή, η οποία να λειτουργεί και ως αντλία και ως υδροστρόβιλος, με ειδικό σχεδιασμό, φιλικό ως προς τη διερχόμενη ιχθυοπανίδα. Oι μεγάλες αναστρέψιμες αξονικές μηχανές που λειτουργούν σε έργα αξιοποίησης ενέργειας παλίρροιας (tidal range) εξασφαλίζουν αρκετά ασφαλή διέλευση των ψαριών, επειδή είναι σχετικά αργόστροφες, με μεγάλες αποστάσεις πτερυγίων. Δεν ισχύει το ιδιο όμως για μικρές αναστρέψιμες μηχανές ισχύος μερικών εκατοντάδων kW, έως μερικών MW, οι οποίες αναμένεται να έχουν ευρεία εφαρμογή σε νέους μικρούς υδροηλεκτρικούς σταθμούς αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας, που ήδη αδειοδοτούνται στην Ελλάδα και το εξωτερικό.

Ο δρομέας-πτερωτή της νέας αναστρέψιμη αντλία-υδροστρόβιλος αξονικής ροής έχει βελτιστοποιημένο υδροδυναμικό σχεδιασμό, ώστε να επιτυγχάνει υψηλή ενεργειακή απόδοση και στους δύο τρόπους λειτουργίας, και παράλληλα να μειώνει τις πιθανότητες τραυματισμού των διερχόμενων ψαριών, επομένως να είναι περιβαλλοντικά φιλικότερη. Το κόστος κατασκευής του δρομέα-πτερωτής είναι μικρότερο από εκείνο μιας συμβατικής μηχανής ίδιας ισχύος, λόγω της χρήσης μόνο δύο πτερυγίων.

Το καινοτόμο χαρακτηριστικό της νέας αναστρέψιμης μηχανής είναι ο υδροδυναμικός σχεδιασμός του δρομέα-πτερωτής, που διαθέτει μόνο δύο πτερύγια, ενώ οι υπάρχοντες δρομείς υδροστροβίλων καί πτερωτές αντλιών στην ίδια περιοχή λειτουργίας (ονομαστικό ύψος και παροχή) έχουν τουλάχιστον τρία πτερύγια. Σε σχέση με τα συμβατικές μηχανές που διαθέτουν 3 ή περισσότερα πτερύγια, τα 2 πτερύγια εξασφαλίζουν μεγαλύτερο διάκενο για τη διέλευση των ψαριών, καθώς και μικρότερη πιθανότητα πρόσκρουσής ενός ψαριού στην ακμή προσβολής ενός πτερυγίου, η οποία είναι σχεδόν 100% θανατηφόρα. Επιπλέον, η τρισδιάστατη γεωμετρία των πτερυγίων είναι τέτοια, ώστε αφ' ενός να περιορίζει τις περιοχές πολύ υψηλών διατμητικών τάσεων και πολύ χαμηλών στατικών πιέσεων εντός του δρομέα, που επίσης μπορεί να προκαλούν τραυματισμούς σε διερχόμενα από αυτές ψάρια και αφετέρου να μειώνει τις υδραυλικές απώλειες, βελτιστοποιώντας τον ενεργειακό βαθμό απόδοσης της μηχανής και στις δύο λειτουργίες, αντλητική και υδροστροβιλική.

Το σχήμα 1 δείχνει μια συνολική προοπτική εικόνα του δρομέα-πτερωτής, που περιστρέφεται εντός της στεφάνης, καθώς και τη φορά περιστροφής του για λειτουργία αντλίας και υδροστροβίλου.

Το σχήμα 2 δείχνει τον σχεδίασμά και τα βασικά

Στα σχέδια που παρουσιάζονται εδώ τα πτερύγι σχεδιασμός όμως μπορεί να χρησιμοποιηθεί κα (στρεφόμενα) πτερύγια, τύπου Kaplan, όπως στ γεωμετρικά χαρακτηριστικά των πτερυγίων.

α του δρομέα-πτερωτής είναι σταθερά. Ο ίδιος ι για δρομείς-πτερωτές με ρυθμιζόμενα

ο σχήμα 3.

Claims (4)

Α Ξ Ι Ω Σ Ε Ι Σ

1. Ο δρομέας-πτερωτή, που αποτελείται από την πλήμνη (1) και. τα πτερύγια (2), διαθέτει μόνο δύο πτερύγια και περιστρέφεται εντός της στεφάνης (3), ως προς τον άξονα περιστροφής (4). Μπορεί να λειτουργήσει ως πτερωτή αντλίας με συγκεκριμένη φορά περιστροφής (5) ή ως δρομέας υδροστροβίλου, με αντίστροφη φορά περιστροφής (6).

2. Η γωνία (7) μεταξύ ακμής προσβολής (8) και ακμής φυγής (9) κάθε πτερυγίου (ή αντιστρόφως για λειτουργία στροβίλου) είναι μεγάλη και βρίσκεται στην περιοχή 105 - 115 μοιρών. Στην περιοχή αυτή μεγιστοποιείται η ενεργειακή απόδοση σε λειτουργία άντλησης και παραγωγής και ελαχιστοποιούνται οι πιθανότητες τραυματισμού και θανάτωσης των διερχόμενων φαριών.

3. Ο λόγος του μήκους τόξου της χορδής του πτερυγίου στη στεφάνη (10) προς το μήκος τόξου της χορδής του στην πλήμνη (11) βρίσκεται στην περιοχή 1,65 - 1,70. Στην περιοχή αυτή μεγιστοποιείται η ενεργειακή απόδοση σε λειτουργία άντλησης και παραγωγής.

4. Τα πτερύγια μπορεί να είναι σταθερά στερεωμένα στην πλήμνη ή να περιστρέφονται ως προς αυτήν (12).