PL226016B1 - Turbina slimakowa - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest turbina ślimakowa. Wynalazek ma zastosowanie w energetyce do uzyskiwania prądu.

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.

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.

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.

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.

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. 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.

Claims (3)

1. Turbina ślimakowa zawierająca rurę zewnętrzną (1) w której wnętrzu współosiowo jest umieszczona rura wewnętrzna (3), w której pomiędzy zewnętrzną stroną ściany pobocznicy rury wewnętrznej (1) a wewnętrzną stroną ściany pobocznicy rury zewnętrznej (1) jest rozciągnięta pomiędzy nimi współosiowo co najmniej jedna łopata (2) turbiny o kształcie helisy o wysokości (14) i średnicy (12), znamienna tym, że dystalny, patrząc od strony rury zasilającej (9), koniec turbiny jest zakończony ślepo przy czym proksymalny koniec turbiny posiada naczynie retencyjne (11) utworzone przez dłuższy fragment rury zewnętrznej (1) od rury wewnętrznej (3) a koniec dystalny turbiny posiada obwodowo rozłożone na rurze zewnętrznej (1) wyloty (4) i od połowy wysokości (14) między łopatami (2) są umieszczone przegrody (15), przy czym stosunek średnicy (12) do wysokości (14) wynosi od 7/1 do 10/1.

2. Turbina wg zastrz. 1, znamienna tym, że przegrody (15) łopat (2) są rozmieszczone co 13°, korzystnie do 36° w odległości (16).

3. Turbina wg zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że jest wsparta na pierścieniu zewnętrznym (5), który jest połączony z podparciem wielopunktowym (6).