PL222760B1 - Turbina wodna wielowirnikowa - Google Patents

Abstract

Wielowirnikowa turbina wodna, montowana wzdłuż nurtu rzeki, składająca się z rury zewnętrznej, we wnętrzu której znajdują się wirniki zbudowane z łopat roboczych, charakteryzuje się tym, że wał (1) wirnika, zamocowany współosiowo w rurze zewnętrznej, ma postać walca o średnicy dobranej tak, że poziom wody (W) w rurze (1) na wylocie z turbiny jest wyższy od poziomu (C) wody w rzece, w miejscu zakończenia wału. Wał (2), na wlocie wody do turbiny ma kształt stożka o zbieżności zapewniającej laminarny przepływ wody, a pierwszy wirnik zamocowany jest na wale (2) w miejscu, w którym wał przyjmuje kształt walca.

Description

(21) Numer zgłoszenia: 409268 (51) Int.Cl.

F03B 7/00 (2006.01) E02B 9/08 (2006.01) F03B 17/06 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 26.08.2014 (54)

Turbina wodna wielowirnikowa

	(73) Uprawniony z patentu:
	POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA, Kielce, PL
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
02.03.2015 BUP 05/15	(72) Twórca(y) wynalazku:
	STANISŁAW SZEWCZYK, Michałów, PL JERZY PIOTROWSKI, Kielce, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.09.2016 WUP 09/16	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Antoni Garstka

PL 222 760 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest turbina wodna wielowirnikowa zamontowana wzdłuż nurtu rzeki zamieniająca energię zawartą w płynącej wodzie na energię elektryczną.

Znane są powszechnie turbiny wodne wielowirnikowe służące do zamiany ruchu cieku wodnego na ruch obrotowy. Ze zgłoszenia patentowego P.366489, znana jest wielowirnikowa turbina wodna niskospadowa. Urządzenie posiada wspólny wlot i wspólną rurę ssącą oraz kilka umieszczonych obok siebie wirników. Natomiast ze zgłoszenia P. 374517 znana jest turbina rzeczna, która składa się z szeregu profilowanych łopatek usytuowanych promieniście wokół piasty, przy czym kąt pomiędzy cięciwą profilu zanurzonej łopatki a kierunkiem strumienia wody zawiera się od -13°do +47°, a turbina zanurzona jest w strumieniu poniżej swojej osi obrotu.

Wielowirnikowa turbina wodna według wynalazku montowana jest wzdłuż nurtu rzeki. Składa się z rury, we wnętrzu której jest zainstalowany wał z osadzonymi szeregowo roboczymi wirnikami. Wał wirnika, zamocowany współosiowo w rurze zewnętrznej, ma postać walca o średnicy dobranej tak, że poziom wody w rurze na wylocie z turbiny jest wyższy od poziomu wody w rzece, w miejscu zakończenia wału. Dla zwiększenia powierzchni styku łopat osadzonych na wirnikach z przepływającą wodą oraz zwiększenia momentu obrotowego instaluje się wał o dość znacznym promieniu. Dzięki niewielkiej różnicy promienia wału i promienia rury woda przyjmuje kształt wycinka wydrążonego walca.

Korzystnie jest gdy wał na wlocie wody do turbiny ma kształt stożka o zbieżności zapewniającej laminarny przepływ wody, a pierwszy wirnik zamocowany jest na wale w miejscu, w którym wał przyjmuje kształt walca. Dzięki pochyleniu powierzchni stożkowej pierwszej części wału zgodnie z równaniem ciągłości strugi uzyskuje się żądaną wysokość słupa wody na odcinku od wlotu do pierwszego wirnika, który osadzony jest na początku części cylindrycznej wału. Kształt stożkowy wału ogranicza jednocześnie występowanie ruchów turbulentnych przepływającej cieczy. Woda płynąc laminarnie coraz szybciej na odcinku stożkowym wału wpływa na pierwszy wirnik. Odstęp pomiędzy wirnikami pozwala na uzyskanie stałej prędkości wody wpływającej na poszczególne wirniki. Ze względów ekonomicznych i technicznych korzystnym jest kiedy wał ma postać zamkniętej rury. Korzyści techniczne wynikają z siły wyporu wody, która odciąża ułożyskowanie wału. Natomiast ekonomiczne korzyści wynikają z mniejszej ilości materiału zużytego na wykonanie wału. Łopaty wirnika mogą być umocowane do obręczy zainstalowanej na wale. Stożkowy zarys wału 2 na wlocie turbiny powoduje wzrost prędkości wody w turbinie w stosunku do prędkości nurtu rzeki. Woda w przestrzeni roboczej turbiny wywołuje obrót wału na którym zainstalowane są wirniki.

Konstrukcja nośna podtrzymującą urządzenie w nurcie rzeki pozwala na regulację położenia wylotu z turbiny w zależności od głębokości nurtu rzeki.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia półprzekrój, fig. 2 - widok z góry, fig. 3 - widok z tyłu turbiny w cieku wodnym, fig. 4 - schematyczny układ turbiny w korycie rzecznym.

W rurze 1 o promieniu R, poprzez zespoły ramion 4, osadzony jest wał w postaci zamkniętej rury wałem 2 o promieniu r. Ramiona 4 zapewniają utrzymanie łożysk 5 w położeniu współosiowym wału 2 w stosunku do rury 1. Zespoły ramion 4 przymocowane są śrubami do rury zewnętrznej 1, a do dennic wału 2 przyspawane są trzpienie 6 osadzone w łożyskach 5. Na wale 2 osadzone są szeregowo wirniki wyposażone w łopaty 3. Całość osadzona jest na konstrukcji nośnej 7 przymocowanej do podłoża 8. Wysokość słupa wody W w urządzeniu jest większa od wysokości słupa wody C w korycie rzeki 13 co powoduje, że kąt α zawarty pomiędzy pionową osią dolnej części urządzenia a promieniem łączącym miejsce styku rury 1 z wierzchnią warstwą wody A jest większy od zera. Różnica poziomów wody 9 mierzona na wylocie z urządzenia a poziomem wody 10 uzyskana jest dzięki lejowi 14 usytuowanemu przed turbiną. Płynąca woda 9 napierając na łopaty 3 wirników powoduje obrót wału 2, który ruch obrotowy za pomocą przekładni łańcuchowej 11, 12 przekazuje przez multiplikator 15 do generatora 16 zamieniającego ruch obrotowy na prąd elektryczny.

Tego typu konstrukcja zapewnia wykorzystanie cieków o niewielkich głębokościach do produkcji energii elektrycznej. Układ rurowy powoduje zawinięcie wody wokół wspólnej osi urządzenia. Siły wyporu działające na wał zapewniają niewielkie pionowe obciążenia, co pozwala na budowanie konstrukcji o stosunkowo dużej długości. Turbina charakteryzuje się małymi obrotami co ma duże znaczenie dla środowiska. Prosta budowa zapewnia opłacalność ekonomiczną i nie nastręcza problemów w czasie eksploatacji.

PL 222 760 B1

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wielowirnikowa turbina wodna, montowana wzdłuż nurtu rzeki składająca się z rury zewnętrznej, we wnętrzu której znajdują się wirniki zbudowane z łopat roboczych, znamienna tym, że wał (2) wirnika zamocowany współosiowo w rurze zewnętrznej ma postać walca o średnicy dobranej tak, że poziom wody (W) w rurze (1) na wylocie z turbiny jest wyższy od poziomu (C) wody w rzece, w miejscu zakończenia wału.
2. 2. Wielowirnikowa turbina, według zastrz. 1, znamienna tym, że wał (2) na wlocie wody do turbiny ma kształt stożka o zbieżności zapewniającej laminarny przepływ wody, a pierwszy wirnik zamocowany jest na wale (2) w miejscu, w którym wał przyjmuje kształt walca.
3. 3. Wielowirnikowa turbina, według zastrz. 1, znamienna tym, że wał (2) wirnika ma postać zamkniętej rury.
4. 4. Wielowirnikowa turbina, według zastrz. 1, znamienna tym, że łopaty (3) wirnika są umocowane do obręczy zainstalowanej na wale (2).
5. 5. Wielowirnikowa turbina, według zastrz. 1, znamienna tym, że ma konstrukcję nośną (7) podtrzymującą urządzenie w nurcie rzeki.