Шаровой ортогональный энергетический агрегат Российский патент 2018 года по МПК F03D3/06 F03D9/25 F03B7/00 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при сооружении электростанций на потоках воды или воздуха.

Известен энергетический агрегат, содержащий ортогональную турбину с лопастями гидродинамического профиля, установленными посредством траверс вокруг вала вдоль него, и электрогенератор, вал которого соединен с валом ортогональной турбины, а вал турбины и лопасти ориентированы поперек потока воздуха, набегающего на ортогональную турбину (см. патент RU №2362043, кл. F03D 3/06, опубл. 20.07.2009).

Однако конструкция данного энергетического генератора предполагает использование вспомогательного энергетического оборудования для выработки электроэнергии в случае отсутствия потока или его незначительного напора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является шаровой ортогональный энергетический агрегат для круглого в поперечном сечении канала, содержащий ортогональную турбину с изогнутыми вдоль сферической поверхности лопастями, концы которых с каждой стороны закреплены в ступице, и электрогенератор (см. патент US №4012163, кл. F03D 7/06, опубл. 15.03.1977).

Однако описанная выше конструкция турбины не позволяет обеспечить высокую энергетическую эффективность, что связано с тем, что не в полной мере используется энергия набегающего на лопасти ортогональной турбины потока, что связано с разной линейной скоростью перемещения концевых и среднего участков лопастей относительно набегающего на них потока среды.

Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение указанных выше недостатков.

Технический результат заключается в том, что достигается повышение производительности работы шарового ортогонального энергетического агрегата, за счет более эффективного преобразования кинетической энергии потока среды, набегающего на лопасти ортогональной турбины в механическую энергию вращения вала ортогональной турбины.

Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что шаровой ортогональный энергетический агрегат для круглого в поперечном сечении канала содержит ортогональную турбину с изогнутыми вдоль сферической поверхности лопастями, концы которых с каждой стороны закреплены в ступице, и электрогенератор, при этом каждая ступица соединена с валом или со своим концевым полувалом, вал электрогенератора соединен с валом или с полувалом ортогональной турбины, при этом полувалы ортогональной турбины расположены вдоль одной оси вращения, ориентированной поперек потока, набегающего на ортогональную турбину, лопасти выполнены по винтовой линии, концевые участки каждой лопасти имеют в поперечном сечении профиль лопасти активной турбины, средняя часть каждой лопасти выполнена в поперечном сечении с аэродинамическим профилем, а в месте перехода одного профиля лопасти в другой и в центральной части лопасти установлены плоские тонкие выступы, перпендикулярные оси вращения ортогональной турбины.

В ходе проведенного анализа работы лопастей турбины, предназначенной для работы в проточной части с круглым поперечным сечение, например, установленной в трубе и имеющей лопасти, изогнутые вдоль сферической поверхности, установлено, что целесообразно выполнять лопасти, у которых поперечное сечение лопасти имеет разную форму по длине лопасти. На участке, примыкающем к оси потока - там, где линейная скорость лопасти больше местной скорости потока, поперечный профиль лопасти должен иметь хорошо обтекаемую форму с максимальным аэродинамическим качеством, а в зоне, близкой к стенкам трубы, опорным узлам и оси вращения турбины, где линейная скорость лопасти становится меньше местной скорости потока, профиль лопасти принимает форму, характерную для тихоходных турбин, в первую очередь активных турбин, в частности ковшевых турбин, форма лопасти которых напоминает форму вытянутой чаши. Принимая во внимание различный профиль лопастей турбины на среднем и концевых участках, участки поверхности лопастей разделены плоскими тонкими выступами, перпендикулярными оси вращения ортогональной турбины, препятствующими перетеканию набегающей на лопасти ортогональной турбины среды, в частности жидкости или газообразной среды, по поверхности лопасти в направлениях, параллельных оси вращения ортогональной турбины. В результате достигается повышение производительности работы шарового ортогонального энергетического агрегата, за счет более эффективного преобразования кинетической энергии потока среды, набегающего на лопасти ортогональной турбины, в механическую энергию вращения вала ортогональной турбины, а соответственно, увеличение количества вырабатываемой электрогенератором электрической энергии.

Выполнение шарового ортогонального энергетического агрегата с двумя полувалами позволяет при работе дополнительно снизить гидравлические потери энергии потока, набегающего на ортогональную турбину.

На фиг. 1 представлена фотография шарового ортогонального энергетического агрегата с вырезом части стенки трубы, в которой установлена ортогональная турбина.

На фиг. 2 схематически представлено сечение ортогональной турбины в средней части лопастей.

На фиг. 3 схематически представлено ортогональной турбины в зоне концевых участков лопастей.

Шаровой ортогональный энергетический агрегат для круглого в поперечном сечении канала содержит ортогональную турбину 1 с изогнутыми вдоль сферической поверхности лопастями 2, концы которых с каждой стороны закреплены в ступице 3, и электрогенератор (не показан).

Каждая ступица 3 соединена с валом (на показан) или со своим концевым полувалом 4.

Вал электрогенератора соединен с валом или с полувалом 4 ортогональной турбины 1, при этом полувалы 4 ортогональной турбины расположены вдоль одной оси 5 вращения, ориентированной поперек потока, набегающего на ортогональную турбину 1.

Лопасти 2 выполнены по винтовой линии. Концевые участки каждой лопасти 2 имеют в поперечном сечении профиль лопасти активной турбины, средняя часть каждой лопасти 2 выполнена в поперечном сечении с аэродинамическим профилем, а в месте перехода одного профиля лопасти 2 в другой и в центральной части лопасти 2 установлены плоские тонкие выступы 6, перпендикулярные оси вращения 5 ортогональной турбины 1.

Шаровой ортогональный энергетический агрегат работает следующим образом.

Под действием набегающего на лопасти 2 ортогональной турбины 1 потока среды, например потока воды, лопасти 2 начинают вращаться. В результате вращения лопастей 2 ортогональной турбины 1 ее вращение передается валу или полувалам 4 и по крайней мере от одного из полувалов 4 к валу электрогенератора (не показан) и последний начинает вырабатывать электрическую энергию, которая по кабелю (не показан) передается от электрогенератора потребителю.

Настоящее изобретение может быть использовано для создания экологически чистых энергоустановок.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения при сооружении электростанций на потоках воды или воздуха. Шаровой ортогональный энергетический агрегат для круглого в поперечном сечении канала содержит ортогональную турбину с изогнутыми вдоль сферической поверхности лопастями, концы которых с каждой стороны закреплены в ступице, и электрогенератор, при этом каждая ступица соединена с валом или со своим концевым полувалом, вал электрогенератора соединен с валом или с полувалом ортогональной турбины, при этом полувалы ортогональной турбины расположены вдоль одной оси вращения, ориентированной поперек потока, набегающего на ортогональную турбину, лопасти выполнены по винтовой линии, концевые участки каждой лопасти имеют в поперечном сечении профиль лопасти активной турбины, средняя часть каждой лопасти выполнена в поперечном сечении с аэродинамическим профилем, а в месте перехода одного профиля лопасти в другой и в центральной части лопасти установлены плоские тонкие выступы, перпендикулярные оси вращения ортогональной турбины. Изобретение направлено на повышение производительности работы шарового ортогонального энергетического агрегата, за счет более эффективного преобразования кинетической энергии потока среды, набегающего на лопасти ортогональной турбины, в механическую энергию вращения вала ортогональной турбины. 3 ил.

Шаровой ортогональный энергетический агрегат для круглого в поперечном сечении канала, содержащий ортогональную турбину с изогнутыми вдоль сферической поверхности лопастями, концы которых с каждой стороны закреплены в ступице, и электрогенератор, отличающийся тем, что каждая ступица соединена с валом или со своим концевым полувалом, вал электрогенератора соединен с валом или с полувалом ортогональной турбины, при этом полувалы ортогональной турбины расположены вдоль одной оси вращения, ориентированной поперек потока, набегающего на ортогональную турбину, лопасти выполнены по винтовой линии, концевые участки каждой лопасти имеют в поперечном сечении профиль лопасти активной турбины, средняя часть каждой лопасти выполнена в поперечном сечении с аэродинамическим профилем, а в месте перехода одного профиля лопасти в другой и в центральной части лопасти установлены плоские тонкие выступы, перпендикулярные оси вращения ортогональной турбины.