SE516652C2 - Turbin för strömmande medier - Google Patents

Description

516 652 2 forsar, eller i ebb- och flodsystem, eller vilka som helst andra stömmande vattenmedier, även där strömningshastigheten är relativt låg- UPPFINNINGEN Till grund för uppfinningen har därför legat problemet att åstadkomma en vatten- eller luftturbin, i synnerhet lämpad som vattenturbín med samma enkla uppbyggnad som vid tidigare kända turbiner men som ger högre verkningsgrad än vad som kunat åstadkommas tidigare, och där turbinvingarna är utformade så att de - dels börjar gripas av det strömmande mediet på ett tidigare stadium än vad som varit möjligt vid tidigare kända axialturbinvingar, - dels böjs ned till ett läge vinkelrätt eller nära vinkelrätt mot det strömmande mediet snabbare än vad som varit möjligt vid tidigare kända turbinvingar, - dels behåller kraften från det strömmande mediet i större omfattning och under längre tid än vid kända plana, rektangulära turbinvingar. kom' BESKRIVNING Av RrrNINGARNA Uppfinningen skall nu beskrivas mer i detalj under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka figur 1 schematiskt visar en axialturbin enligt uppfinningen sedd uppifrån i ett horisontellt snitt under funktion i ett strömmande medium, speciellt vatten, figur 2 är ett vertikalt snitt efter linjen ll-ll i figur 1, och figur 3 schematiskt visar läget på den radiellt yttre spetsen hos en vinge enligt uppfinningen i overksamt respektive verksamt läge. Figur 4 är en perspektivbild snett uppifrån av en vinge för en axialturbin enligt uppfinningen, figur 5 visar vingen i figur 4 sedd underifrån, figur 6 visar ett vertikalt snitt efter linjen Vl-Vl genom vingen i figur 4, figur 7 visar den yttre delen av vingen efter pilen Vll i figur 4, och figur 8 visas en ändvy av vingen i figur 4, sett efter pilen Vlll. , 6 652 3 DETALJERAD BEsKR|vN|NG Av UPPHNNINGEN Den i figurerna visade axialturbinen är av den kända typ som består av en vertikal kraftuttagsaxel 1, som sträcker sig från en bärplattform 2, genom ett eller flera bärande vertikala lager 3 till något ställe där turbinens rotation tas upp, t.ex. en generator, en kvarn eller vilken som helst annan roterande maskin. Från bärplattformen 2 i den undre delen av turbinen sträcker sig ett antal turbinvingar 4 radiellt utåt. l det i figurerna visade fallet är turbinen utformad med fyra stycken vingar 4 anordnade med sina axlar i där vinkel mot varandra, men antalet vingar kan varieras efter önskan och kan vara fler är fyra. Vingarna 4 är i det visade fallet motbelägna varandra på ömse sidor om kraftuttagsaxeln 1, och vingarna är sinsemellan sammankopplade parvis 4a-4c respektive 4b-4d. De parvis sammankopplade vingarna är monterade med 90° vidning i förhållande till varandra, så att den ena vingen, t.ex. vingen 4b i figur 1 är helt nedfälld i vattenströmmen så att vingen tar upp allt kraft från vattenströmmen samtidigt som den motbeläga vingen 4d är förlagd plant och horisontellt i vattenströmmen och bildar inget, eller mycket ringa, vattenmotstånd. Det ena paret vingar, t.ex. 4b-4d, är monterade på en genomgående rak axel 5, vilken är är spärrad så att den endast kan vrida sig 90° motsvarande fullt nedfällt läge på den ena vingen 4b och fullt uppfällt läge på den andra vingen 4d, och vice versa. Det andra paret vingar 4a-4c är monterade på motsvarande sätt över en axelbåge 6 som är böjd under den fasta axeln 5, och som spärrar vingarna genom att bågen 6 kommer att anligga mot en den av axeln 5, eller dennas lagerhylsa i bärplattformen 2.

Bågen 6 kan utformas så att vingarna kan vridas över fulla 90°. Paren av vingar 4a-4c och 4b-4d vrider sig under sin funktion därmed med en perfekt paddelliknande rörelse.

Det för uppfinningen väsentliga är utformningen av vingarna, vilken framgår tydligast i figurerna 4-8. Varje vinge består av en plan vingskiva7, vilken på sin undersida och längs sin bakkant 8 är fäst mot infästningsaxeln 9. vid sin mot kraftuttagsaxeln vända innerkant är vingskivan uppböjd 10 i 516 652 4 bågform så att den bildar ett slags innerklaff, och ytterånden på vingskivan är utformad med en fenliknande vingspets 1 1 som - i horisontalplanet (se figur 5) böjer sig i en båge bakåt från framkanten 12 och bildar en utskjutande fendel 13 som sträcker sig ett stycke bakom vingskivans bakkant 8, och som - i vertikalplanet (se figurerna 4 och 7, och vingen 4b i figur 1) är böjd i en S- formad båge 14 nedåt.

Vingspetsen 1 1 har till uppgift att fånga upp vattenrörelserna och att ströva att trycka ned vingen i vattenströmmen 15, rakt mot vattnets strömningsriktning så snabbt som möjligt efter det att vingen roterats till läge för aktiv funktion.

För att ytterligare öka vingens förmåga att bockas ned i vattenströmmen är vingskivan 7 längs sin framkant försedd ned en nedbockad instyrningsplåt 16 för vattenströmmen.

Den tidigare nämnda uppböjda delen eller innerklaffen 10 har till uppgift att hindra vatten från att rinna av vingskivan 7 i riktning radiellt inåt, och denna uppböjda del kompletteras dels av en uppböjd spärrplåt 17 som minskar vattnets möjlighet att utan hinder spola bakåt över vingskivan 7. För att ytterligare förbättra funktionen och hålla kvar vatten mot vingskivan 7 under den aktiva funktionen är vingen på sin ovansida, nära vingspetsen 1 1 utformad med en bågformad ytterklaff 18, vilken utgår från ett läge ett stycke in på vingsskivan 7, och bildar en båge slut slutar ett litet stycke bakom den uppböjda spärrplåten 17 vid vingens bakkant.

Anordningens funktion är följande: - Vid användning av turbinanordningen sänks den ned till ett läge under vattenlinjen 19; - varvid vattenströmmen 15 omedelbart verkar mot vingspetsen 11 hos vingen 4a över dennas nedåtböjda del 14, och även under medverkan av vingskivans 7 nedåtböjda instyrningsplåt 16, vilken påverkan sker redan när vingen befinner sig i läget Ö, såsom visas i figur 1, och vilken påverkan ökar 1:11: _., 16 652 till ett maximum vid vingens läge N och därefter minskar fram till läget V; - vingen 4a böjs snabbt ned till ett läge vinkelrätt mot vattenströmmen, varvid den uppåtböjda spärrplåten 17, den radiellt inre klaffen 10 och ytterklaffen 18 håller kvar vattnet mot vingen under förlängd tid; - när vingen roterat 90° till läget V upphör kraften från vattenströmmen mot vingen, och vid ytterligare vridning av turbinen börjar vingen lyftas upp kring sin axel 9 och släpar sedan verkningslös under cirka 180° till dess den nått läget Ö, varvid en ny funktionscykel tar sin början.

Dessa funktion inträffar för varje vinge 4a, b, c och d i axialturbinen, oavsett antalet vingar i turbinen.

Vid ett fältprov med en vattenturbin av den ovan nämnda typen nedsänktes turbinen i en å där vattenhastigheten var 1 m/s; den totala vingarean var 5 m2. Beräkningar utfördes enligt följande: Kfafren r/w = 475 x hastig/ver rm/s/ x area (m2) Vridmoment (Nm) = kraften x d l-c- m) Effekt (W) = vridmoment x vinke/hast/'ghet Vinke/hastighet (rad/s) = 6. 28/60 x rotat/'onshastighet (varv/min) Effekten på radialturbinen enligt ovan redovisade prov var alltså ungefär 37 kW, motsvarande 50 hk. En motsvarande axialturbin enligt tidigare känd typ försedd med plana, rektangulära vingar visade sig ge cirka 25-30% lägre effekt än axialturbinen enligt uppfinningen Beroende på vattendjupen och på den effekt som önskas av turbinen kan ett flertal system av turbinvingar monteras över varandra eller bredvid varandra. Vid större vattendjup är det alltså möjligt att montera två eller flera vingar på samma axel rakt under/över varandra. Vid lågt vattendjup är det i stället möjligt att montera ett flertal system av turbinvingar med var sin axel bredvid varandra i ett slags bur, där axlarna från vardera turbinsystemet är sammankopplade till en enda utgående axel. :snus 516 652 6 HÄNVISNINGSBETECKNINGAR 1! CUQOJUI-POON 11 12 13 14 16 17 18 19 kraftuttagsaxel bärplattform lager vingar (4a, b, c d) axel axelbåge vingskiva bakkant axel uppbockad vingdel, innerklaff vingspets, fena framkant vingfena nedåtböjd båge vattenström instyrningsplåt spärrplåt ytterklaff vattenlinje | a n u v. nu .nu

Claims (8)

10 15 20 25 30 7 PATENTKRAV

1. Turbin för strömmande medier, speciellt en turbin med vertikal kraftuttagsaxel (1) och försedd med ett flertal radiellt mot kraftuttagsaxeln (1) utskjutande vingar (4) som är svängbara över en vinkel av cirka 90° kring horisontella svängaxlar (9) löpande längs med vingens (4) bakre kant (8), sett i strömningsriktningen för det strömmande mediet, så att vingarna (4) i ett aktivt, första läge är förlagda vinkelrätt mot det strömmande mediets (15) strömningsriktning och i ett icke aktivt, andra läge är förlagda horisontellt, eller nära horisontellt och i plan med det strömmande mediets strömningsriktning, kännetecknad av att varje vinge (4) har en stomme i form av en plan vingskiva (7) som i sin radiella ytterände är utformad med en fenliknande vingspets (11) som än nedbockad så att den i sin yttre fenliknande del (13, 14, 16) är förlagd under vingskivans (7) huvudplan för att i ett mycket tidigt stadium av en arbetscykel fånga upp förbipasserande strömningsmedium och att därigenom initiera en nedsvängning av vingskivan (7) till ett läge vinkelrätt mot det strömmande mediets strömningsriktning.

2. Turbin enligt patentkravet 1, kännetecknad av att vingspetsen (1 1) är utformad med en vingfena (13) som med sin ytterände är förlängd bakåt, sett i strömningsriktningen, till ett ställe bakom vingskivans (7) bakkant (8).

3. Turbin enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknad av att vingspetsens (1 1) vingfena (13), i riktning radiellt utåt från vingskivan (7), bildar en i tvärsnitt S-format nedbockad fena (14).

4. Turbin enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att vingen (4) vid sin mot strömningsriktningen (15) vända framkant (12) är försedd med en längs vingskivan (7) löpande nedåtböjd instyrningsplåt (16) för strömningsmediet (15).

5. Turbin enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att vingskivan (7) har en uppböjd del (10) vid sin radiellt inre kant, vilken del bildar en innerklaff avsedd att hålla kvar strömningsmedium mot vingskivan (7). 10 516 652 = 8

6. Turbin enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att vingskivan (7) på ovansidan, vid sin bakkant (18), sett i strömningsriktningen, är utformad med en uppböjd spärrplåt (17) avsedd att reducera strömningsmedíets möjlighet att strömma förbi Vingen.

7. Turbin enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att vingskivan (7) på ovansidan, nära intill medlen för uppfångning av strömningsmedium, har en bågformad ytterklaff (18) avsedd att kvarhålla strömningsmedium mot vingen.

8. Turbin enligt något av föregående patentkrav, vilken är utformad med fyra stycken i rät vinkel mot varandra anordnade vingar (4), kännetecknad av att vingarna parvis (4a-4c, 4b-4d) är direkt sammankopplade med varandra på en och samma axel (5, 6) med vingarna vridna 90° axiellt mot varandra, så att en vinge i ett samhörande vingpar intar helt inaktiv läge när en annan vinge i samma par intar fullt aktivt läge påverkad av det strömmande mediet.