RO127217A2 - Turbină cu pale mobile - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o turbină cu pale reglabile, destinată captării şi transformării curenţilor marini şi/sau fluviali, precum şi a mişcărilor mareice în energie electrică. Turbina conform invenţiei este constituită dintr-un rotor () solidar cu un arbore (), pe care sunt montate un număr de seturi de pale () care se deschid şi se închid sincronizat, prin intermediul unor pinioane (), datorită legăturii mecanice permanente dintre rotor () şi arbore (), mişcarea de rotaţie se transmite la un generator (), unde este transformată în energie electrică şi, prin intermediul unui cablu (), este transmisă fie la o instalaţie () de acumulare, fie direct într-o reţea () energetică, un ambreiaj () având rolul de a decupla generatorul () în diverse situaţii, şi o frână () cu rol de protecţie, în cazul în care rotorul () se roteşte cu turaţie prea mare.

Description

Invenția se refera la o turbina cu pale mobile destinata captării energiei curentilor submarini si fluviali precum si a mișcărilor mareeice (flux/reflux) si transformării acesteia in energie electrica.

Sunt cunoscute diferite variante de turbine care realizează trnsformarea energiei cinetice a fluxului de apa in energie mecanica - moara de apa sau in energie electrica.

De exemplu in brevetul US2009/0179425 Al se prezintă o unitate de generare a energiei electrice cu ajutorul unei turbine axiale.

In brevetul US 2008/0292460 Al se prezintă o turbina caracterizata prin aceea ca palele acesteia sunt secționate astfel încât sa se mareasca eficienta turbinei, dar avand dezavantajul unei construcții cu multe elemente si fiabilitate scăzută.

Este știut faptul ca o turbina radiala, se poate înscrie intr-un cilindru. Acest cilindru aflat intr-un flux de lichid, expune fluxului doua parti delimitate de planul median care trece prin axa de rotatie. Dintre aceste doua parti, doar una poate fi activa - cea care are cupele turbinei îndreptate spre flux, pe când cealalta jumătate a turbinei expune fluxului o parte egala in suprafața cu partea activa, dar care creaza o forța de rezistenta si generează turbioane.

De exemplu in brevetul UK 304514 1/1929 se prezintă o turbina la care palele sunt semipliante ceea ce conduce la o îmbunătățire a hidrodinamicii si la o oarecera creștere de randament, dar nu satisfacatoare.

De asemenea in brevetul US 2009/0236858 Al se prezintă o turbina cu pale mobile dar si in acest caz, palele au o mobilitate redusa si astfel câștigul de randament este neglijabil.

In brevetul US 2009/0285688 Al se ilustrează in mod distinct liniile de flux in jurul si in interiorul unei turbine eoliene cu ax vertical, dar avand in vedere ca apa este practic incompresibila, forța de rezistenta opusa de partea inactiva a unei turbine de apa este mult mai mare.

Problema tehnica pe care o rezolva invenția de fata consta in realizarea unei turbine cu pale mobile care datorita modului de funcționare permite ca partea activa sa expună fluxului de apa o suprafața maxima, in timp ce partea inactiva'expone o suprafața minima. Suprafața maxima poate fi de circa 15 - 25 de ori mai mare decât suprafața minima care creaza rezistenta.

Datorita acestui fapt, energia cinetica captata se transforma in energie electrica cu un randament imb

¢7^2 0 1 0 - 0 0 9 1 3 -2 8 -09- 2010

Turbina cu pale mobile conform invenției se compune dintr-un arbore 4, pe care se gaseste fixat solidar rotorul 1 care are atașate seturile de pale 2 sincronizate la deschidere / închidere prin pinioanele 3.

Prin aplicarea invenției se obțin următoarele avantaje: captarea curentilor maritimi / fluviali sau a energiei mareice si transformarea in energie electrica intr-un mod mult mai eficient si cu randament imbunatatit; fabricarea mult mai simpla care permite obținerea de turbine cu diametre foarte mari; întreținere si reparație foarte ușoara si cu costuri scăzute; protejarea florei si faunei marine întrucât fluxul de apa este foarte ușor deviat la trecerea prin turbina si nu exista turbioane semnificative pn contra-flux.

In ceea ce urmeaza se da un exemplu practic de realizare a invenției in legătură si cu figurile 1 - xxx care reprezintă:

Fig. 1, vedere general a turbinei, generatorului 5, cablului de putere 6 si instalației de acumulare7;

Fig. 1-1 (a,b,c), - diferite tipuri de rotoare după forma hidrodinamica (cilindric, bitronconic, bi-concav);

Fig. 1-2 (a, b, c), - diferite tipuri de rotoare după modul de realizare (plin, cu degajări, din semi-carcase pentru a obține flotabilitate);

Fig. 1-3 reprezentare a unui rotor care are generatorul incorporat;

Fig. 2, o vedere in perspectiva a turbinei unde se distinge in mod evident angrenajul de pinioane 3 care realizează sincronizarea;

Fig. 2-1, vedere frontala a turbinei cu palele deschise la maximum;

Fig. 2-2, vedere frontala a turbinei cu palele închise complet;

Fig. 3, vederea in perspectiva a unei pale cu axa sa si oinionul de sincronizare

Fig. 4, exemplu de realizare a bordului de atac al palei mobile

Fig. 5, detaliu asupra acționarii palelor cu ajutorul unui mecanism cu cama;

- Fig. 6,

Fig. 7, direcția liniilor de flux intr-o turbina radiala

Turbina cu pale mobile conform invenției, are o construcție compacta definita de rotorul 1 solidar cu arborele 4, si pe care se găsesc perechile de pale 2 sincronizate de seturile de pinioane 3.

Rotorul este realizat intr-o construcție unitara, putând avea diferite profile hidrodinamice conform figurii 1-1, precum si diferite variante de realizare conform figurii 1-2 de e tip roata cu site si cel mai recomandat rotorul de tip flotor.

(.'-2 010-00913-28 -09- 2010

Prin realizarea rotorului de tip flotor, greutatea proprie a turbinei se reduce datorita forței ascensionale data de flotabilitatea rotorului diminuând astfel eforturile in lagărele de sprijin si contribuind la eficientizarea transformării energiei cinetice in energie electrica.

In cazul construirii unei turbine compacte, generatorul 5 se poate monta in butucul rotorului conform figurii 1-3.

In momentul in care turbina este montata pe poziție, aflandu-se in fluxul de apa, acesta forteaza palele 2 aflate in partea activa a turbinei sa se deschidă pana la atingerea unghiului maxim de deschidere care este pe direcție perpendiculara poziției inițiale.

Prin analiza comparativa a figurilor 2-1 si 2-2 se poate vedea in mod elocvent diferența de suprafețe expuse fluxului.

In figura 2-1 se prezintă turbina cu palele deschise la maxim si implcit suprafața de lucru maxima, iar in figura 2-2 se prezintă aceeași turbina cu palele strânse in poziția neutra pentru a opune minimum de rezistenta hidrodinamica.

Datorita bordului de atac 23 al palelor 2, deschiderea se face mult mai ușor, precum si închiderea palelor in momentul in care setul respectiv de pale trece din zona activa in cea inactiva.

Palele 2 sunt montate in set de cate doua (pereche) fiind sincronizate cu ajutorul pinioanelor 3 care au raportul de transmisie de 1:1.

In funcție de caracteristicile curentului in care se va monta turbina, se pot construi diferite variante la care se poate folosi rotor cilindric, bi-tronconic sau bi-concav (fig. l-2)in combinație cu diferite arhitecturi de montare a palelor in sectoare circulare conform figurii 3-1.

De asemenea, palele pot avea diferite configurații - de la pala plana cu bord de atac profilat, pala plana cu aripioare stantate si chiar pala turnata avand diferite profile hidrodinamice.

Pentru condiții dificile de lucru ca de exemplu aluviuni, debit variabil, etc, palele turbinei pot fi comandate cu ajutorul unui mecanism cu cama asa cum se ilustrează in figura 5.

Claims (11)

1. Turbina cu pale mobile caracterizata prin aceea ca pe rotorul 1 are montate un număr de seturi (perechi) de pale 2 care se deschid si se închid in mod sincronizat datorita seturilor de pinioane cu raport de transmitere 1:1 - 3.

2. Turbina cu pale mobile caracterizata prin aceea ca pe rotorul 1 se pot monta mai multe sectoare circulare 1-2 avand pale mobile 2 fiind sincronizate indapendent pe perechi prin intermediul seturilor de pinioane 1-3.

3. Turbina cu pale mobile caracterizata prin aceea ca rotorul 1 poate avea mai multe profile conform figurii l-la, respectiv cilindric, bi-tronconic sau bi-concav

4. Turbina cu pale mobile caracterizata prin aceea ca rotorul 1 poate fi plin sau cu degajări conform figurii 1-lb,

5. Turbina cu pale mobile caracterizata prin aceea ca rotorul 1 poate fi realizat dintr-o singura piesa unitara sau din doua semi-carcase conform figurii 1-lc realizandu-se astfel un rotor-flotabil care are scopul de a compensa greutatea turbinei si a imbunatati randamentul acesteia.

6. Turbina cu pale mobile caracterizata prin aceea ca palele mobile 2 pot fi realizate fie dintr-un material laminar (foaie) atat plin cat si cu stantari care sa realizeze niște fante, fie prin turnare in care caz se pot realiza profile mai complexe conform figurii 2-1.

7. Turbina cu pale mobile caracterizata prin aceea ca palele 2 au bordul de atac cu o forma specifica, astfel incat sa se deschidă mai repede când sunt in flux si sa se închidă mai repede când sunt in contra-flux (figura 2-2)

8. Turbina cu pale mobile caracterizata prin aceea ca generatorul 5 poate fi cuplat direct sau indirect la arborele 4, sau poate fi incorporat in butucul rotorului (figura 5-1).

9. Turbina cu pale mobile caracterizata prin aceea ca datorita modului in care se deschid si respectiv se închid palele poate funcționa in orice poziție atat cu axul plasat orizontal, cat si cu axul plasat vertical.

10. Turbina cu pale mobile caracterizata prin aceea ca datorita deschiderii respectiv închiderii sinronizate a palelor funcționează la fel indiferent de direcția fluxului, avand in permanenta o parte activa - care expune fluxului o suprafața de atac maxima, si o parte inactiva - care in contra-flux expune o suprafața cu rezistenta hidrodinamica minima.

11. Turbina cu pale mobile caracterizata prin aceea ca in execuția cu pale stantate sau turnate si rotor cu degajări funcționează si la devieri unghiulare ale fluxului fata de direcția principala de pana la 40 de grade.