PL226016B1

PL226016B1 - Spiral turbine

Info

Publication number: PL226016B1
Application number: PL403337A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Cieplak; Cyprian Cieplak
Original assignee: Cyprian Cieplak; Zbigniew Cieplak
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2017-06-30
Also published as: PL403337A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest turbina ślimakowa. Wynalazek ma zastosowanie w energetyce do uzyskiwania prądu.The subject of the invention is a worm turbine. The invention is applicable to power generation for electricity generation.

Turbina ślimakowa zbudowana jest z wirnika w kształcie śruby obracającej się w półkolistej rynnie. Woda napływając na wirnik w kształcie ślimacznicy swoim ciężarem napiera na wirnik. Wymusza to ruch obrotowy wirnika. Po spłynięciu rynną woda swobodnie wypływa z turbiny. Na górnym końcu śruby znajduje się generator połączony z wirnikiem za pośrednictwem przekładni, ponieważ wirnik obraca się stosunkowo wolno. Turbina tego typu posiada ograniczoną wydajność, ze względu na nieszczelność pomiędzy rynną a ślimacznicą co powoduje duże straty. Z patentu amerykańskiego US7044711 znana jest turbina ślimakowa w postaci dwóch rur, umieszczonych jedna w drugiej, pomiędzy którymi znajduje się heliakalny ślimak. Mimo poprawy wydajności w stosunku do tradycyjnych korytowych turbin ślimakowych wspomniana turbina posiada nadal wady związane z potrzebą zainicjowania jej pracy, brakiem płynności pracy, utratą wydajności związaną z przepływaniem wody na wylot przez turbinę. Nadal, więc jest poszukiwana taka turbina, która będzie charakteryzowała się większą wydajnością, możliwością pracy przy mniejszych strumieniach, większą płynnością pracy oraz brakiem potrzeby wykonywania czynności rozruchowych do rozpoczęcia pracy turbiny (np. pompowania wstępnego wody do turbiny). Nieoczekiwanie prezentowany wynalazek rozwiązał przedstawione problemy.The worm turbine consists of a screw-shaped rotor that rotates in a semicircular chute. The water flowing onto the wormwheel-shaped rotor presses its weight against the rotor. This forces the rotor to rotate. After flowing down the gutter, the water flows freely from the turbine. There is a generator at the top end of the propeller connected to the rotor via a gearbox as the rotor turns relatively slowly. This type of turbine has a limited efficiency due to the leakage between the chute and the worm wheel, which causes high losses. From the US patent US7044711 a worm turbine is known in the form of two pipes placed one inside the other, between which there is a helical worm. Despite the improvement in efficiency in relation to traditional trough screw turbines, the said turbine still has disadvantages related to the need to initiate its operation, lack of smoothness of operation, loss of efficiency related to the flow of water through the turbine through the turbine. Still, there is a need for a turbine that will be characterized by greater efficiency, the ability to work with smaller streams, greater smoothness of operation and no need to perform start-up activities to start the operation of the turbine (e.g. initial pumping of water to the turbine). The unexpectedly presented invention has solved the problems outlined above.

Przedmiotem wynalazku jest turbina ślimakowa zawierająca rurę zewnętrzną, w której wnętrzu współosiowo jest umieszczona rura wewnętrzna, w której pomiędzy zewnętrzną stroną ściany pobocznicy rury wewnętrznej a wewnętrzną stroną ściany pobocznicy rury zewnętrznej jest rozciągnięta pomiędzy nimi współosiowo co najmniej jedna łopata turbiny o kształcie helisy o pewnej wysokości i średnicy, charakteryzująca się tym, że dystalny, patrząc od strony rury zasilającej, koniec turbiny jest zakończony ślepo przy czym proksymalny koniec turbiny posiada naczynie retencyjne utworzone przez dłuższy fragment rury zewnętrznej od rury wewnętrznej a koniec dystalny turbiny posiada obwodowo rozłożone na rurze zewnętrznej wyloty i od połowy wysokości między łopatami są umieszczone przegrody, przy czym stosunek średnicy do wysokości wynosi od 7/1 do 10/1. Korzystniej turbina wg wynalazku charakteryzuje się tym, że przegrody łopat są rozmieszczone, co 13 stopni, korzystnie do 36 stopni w odległości 16 (1/2 wysokości helisy). Najkorzystniej turbina wg wynalazku charakteryzuje się tym, że jest wsparta na pierścieniu zewnętrznym, który jest połączony z podparciem wielopunktowym.The subject of the invention is a worm turbine comprising an outer tube, inside of which an inner tube is coaxially arranged, in which, between the outer side of the side wall of the inner tube and the inner side of the side wall of the outer tube, at least one helix-shaped turbine blade of a certain height is coaxially extended therebetween. and diameter, characterized in that the distal end of the turbine, viewed from the side of the supply pipe, has a blind end, the proximal end of the turbine having a retention vessel formed by a longer portion of the outer tube from the inner tube, and the distal end of the turbine having outlets circumferentially distributed on the outer tube and from mid-height, partitions are arranged between the blades, the ratio of diameter to height being from 7/1 to 10/1. More preferably, the turbine according to the invention is characterized in that the blade baffles are spaced 13 degrees apart, preferably up to 36 degrees 16 degrees apart (1/2 of the helix height). Most preferably, the turbine according to the invention is characterized in that it is supported on an outer ring which is connected to a multi-point support.

Przykładowe realizacje wynalazku przedstawiono na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok na turbinę z boku, fig. 2 ilustruje rurę wewnętrzną 3 z łopatą 2 o wysokości łopaty 14 i średnicy zwojów 12, fig. 3 przedstawia przegrody 15, fig. 4 ilustruje naczynie retencyjne 11 a fig. 5 rozłożenie przegród 15 i końcowe wyloty 4.Exemplary implementations of the invention are shown in the attached drawing, in which Fig. 1 shows a side view of the turbine, Fig. 2 illustrates an inner tube 3 with a blade 2 with a blade height 14 and a diameter of coils 12, Fig. 3 shows the baffles 15, Fig. 4 illustrates retention vessel 11 and fig. 5 layout of baffles 15 and end outlets 4.

Turbina ślimakowa zbudowana jest z rury zewnętrznej 1 w której wnętrzu współosiowo jest umieszczona rura wewnętrzna 3. Pomiędzy zewnętrzną stroną ściany pobocznicy rury wewnętrznej 3 a wewnętrzną stroną ściany pobocznicy rury zewnętrznej 1 jest rozciągniętych pomiędzy nimi współosiowo dwadzieścia łopat 2 turbiny o kształcie helisy o wysokości 14 17594 mm i średnicy 12 2200 mm. Koniec dystalny turbiny, od strony rury zasilającej 9 jest zakończony ślepo, przy czym proksymalny koniec turbiny posiada naczynie retencyjne 11 utworzone przez dłuższy fragment rury zewnętrznej 1 od rury wewnętrznej 3. Natomiast koniec dystalny turbiny posiada obwodowo rozłożone na rurze zewnętrznej 1 wyloty 4. Od połowy wysokości 14 8797 mm na długości 16 pomiędzy łopatami 2 są umieszczone przegrody 15 co 36° jak to pokazano na fig. 3.The worm turbine is made of an outer tube 1 inside which the inner tube 3 is coaxially arranged. Between the outer side of the side wall of the inner tube 3 and the inner side of the outer tube wall 1 are coaxially extended between them twenty helix-shaped turbine blades 2 with a height of 14 17594 mm and a diameter of 12 2200 mm. The distal end of the turbine, on the side of the supply pipe 9, has a blind end, while the proximal end of the turbine has a retention vessel 11 formed by a longer part of the outer tube 1 from the inner tube 3. The distal end of the turbine has outlets 1 circumferentially distributed over the outer tube. height 14 8797 mm along the length 16 between the blades 2 there are partitions 15 every 36 ° as shown in Fig. 3.

Turbina charakteryzuje się stosunkiem średnicy 12 do wysokości 14 wynoszącym 8:1. Turbina jest wsparta na pierścieniu zewnętrznym 5, który styka się z podparciem wielopunktowym 6. Woda wlewa się do turbiny przez rurę zasilającą 9 i napełnia naczynie retencyjne 11. W trakcie nalewania wody do turbiny poprzez naczynie retencyjne 11 turbina zaczyna się obracać, bez konieczności dodatkowych czynności. Woda przedostaje się wewnątrz turbiny w kierunku wylotów 4 w ilości 20 szt., jeden na każdą łopatę. Przegrody 15 spiętrzają wodę i przeciwdziałają jej przepływaniu na przeciwległą stronę nad grzbietem rury wewnętrznej przeciwdziałając powstaniu przeciwwagi zwiększając w ten sposób wydajność turbiny. Na końcu turbiny z wylotów 4 wypływa woda tworząc dodatkową turbinę na kształt koła młyńskiego, które dodatkowo zwiększa wydajność turbiny. Szczelne połączenie łopat 2 z pobocznicami rur zewnętrznej 1 i wewnętrznej 2 pozwała na wykorzystanie całej wody, która nie jest tracona jak w przypadku tradycyjnych turbin Archimedesa na nieszczelnościach pomiędzy rynną a krańcami ślimacznicy. Turbina wspiera się pierścieniami zewnętrznymi 5 na podparciach wielopunktowych 6. IchThe turbine has a diameter ratio of 12 to height 14 of 8: 1. The turbine is supported on the outer ring 5, which is in contact with the multi-point support 6. Water is poured into the turbine through the supply pipe 9 and fills the retention vessel 11. As water is poured into the turbine through the retention vessel 11, the turbine starts to rotate without the need for additional steps . Water flows inside the turbine towards the outlets 4 in the amount of 20 pcs, one for each blade. The baffles 15 stockpile the water and prevent it from flowing to the opposite side over the ridge of the inner tube, counteracting the creation of a counterweight, thus increasing the efficiency of the turbine. At the end of the turbine, water flows out of the outlets 4, creating an additional mill-wheel-shaped turbine, which further increases the efficiency of the turbine. The tight connection of the blades 2 with the sides of the outer 1 and inner 2 pipes allows the use of all the water, which is not lost, as in the case of traditional Archimedes turbines, on the leaks between the gutter and the ends of the wormwheel. The turbine is supported by the outer rings 5 on multi-point supports 6. Ich

PL 226 016 B1 dowolna ilość pozwala na montowanie długich turbin bez ryzyka niekorzystnych osiowych wygięć. Moment obrotowy obracającej się turbiny przenoszony jest na przekładnie 7 i prądnice 8 z wykorzystaniem wału rury wewnętrznej 13. Zmniejszony stosunek średnicy wewnętrznej rury 3 1600 mm do rury zewnętrznej 1 2200 mm, powoduje przesunięcie środka ciężkości wody bliżej zewnętrznego obwodu turbiny, przez co wzrasta wypadkowa ramienia siły grawitacyjnej, w efekcie wzrasta moment obrotowy [siła x promień], co równocześnie wymaga zwiększenia ilości łopat 2 z dotychczasowych z 4 na 20 szt. ślimacznic w turbinie. Turbinę przedstawiono na fig. 1. Rozruch turbiny następuje samoczynnie przy 2,5% to jest 0,02 m /s maksymalnego przepływu wody 0,8 m /s, kąt nachylenia 11° co jest porównywanej, wysokość słupa h 3 m pozwala napędzać turbinę o mocy 42 kW, zmniejszonym ₃ zapotrzebowaniu na wodę o 1/2, porównując do turbiny Firmy REHARTGROUP, TYP CS, Q = 1,5 m/s, H = 3,0 m, P = 43 kW, średnica turbiny D = 2,2 m, co zachęca do wykorzystania 5 turbiny w miejscach o mniejszym przepływie wody. Jednocześnie zwiększa prawdopodobieństwo znalezienia miejsc o małym przepływie wody od 0,06 m/s i dużym spadzie wody, np. potoki górskie. Efektywność zbliża się do wydajności nowoczesnego koła młyńskiego która jest od 2 do 3,8 krotnie wydajniejsza od 10 turbin ciśnieniowych i dotychczasowych turbin Archimedesa.Any number of turbines allows the installation of long turbines without the risk of unfavorable axial bending. The torque of the rotating turbine is transmitted to gears 7 and generators 8 by means of the shaft of the inner tube 13. The reduced ratio of the inner diameter of the pipe 3 1,600 mm to the outer pipe 1,2,200 mm causes the center of gravity of the water to shift closer to the outer circumference of the turbine, which increases the resultant of the arm force of gravity, as a result the torque [force x radius] increases, which at the same time requires increasing the number of blades 2 from the previous ones from 4 to 20 pieces of scroll wheels in the turbine. The turbine is shown in Fig. 1. The turbine starts up automatically at 2.5%, i.e. 0.02 m / s, of the maximum water flow of 0.8 m / s, the angle of inclination of 11 ° is compared, the height of the column h 3 m allows to drive the turbine with a power of 42 kW, reduced _{water demand 3} by 1/2, compared to the REHARTGROUP turbine, TYPE CS, Q = 1.5 m / s, H = 3.0 m, P = 43 kW, turbine diameter D = 2 , 2 m, which encourages the use of 5 turbines in places with less water flow. At the same time, it increases the probability of finding places with low water flow from 0.06 m / s and high water drop, e.g. mountain streams. The efficiency is close to that of a modern mill wheel, which is 2 to 3.8 times more efficient than the 10 pressure turbines and existing Archimedes turbines.

Claims

1. A worm turbine comprising an outer tube (1) inside which an inner tube (3) is coaxially arranged, in which between the outer side of the side wall of the inner tube (1) and the inner side of the side wall of the outer tube (1) is coaxially stretched, which at least one helical-shaped turbine blade (2) of height (14) and diameter (12), characterized in that the distal end of the turbine, viewed from the feed pipe (9) side, has a blind end, and the proximal end of the turbine has a retention vessel ( 11) formed by a longer fragment of the outer tube (1) from the inner tube (3) and the distal end of the turbine has outlets (4) distributed circumferentially on the outer tube (1), and from the middle of the height (14) between the blades (2) there are baffles ( 15), with the ratio of diameter (12) to height (14) being from 7/1 to 10/1.

2. Turbine according to claim The blade according to claim 1, characterized in that the baffles (15) of the blades (2) are spaced at a distance of 13 °, preferably up to 36 ° at a distance (16).

3. The turbine according to claim 3. The rod as claimed in claim 1 or 2, characterized in that it is supported on the outer ring (5) which is connected to the multi-point support (6).