Melody. Mała, przepływowa elektrownia rzeczna

Opublikowano: 04.10.2012 r.

Przedmiotem artykułu jest elektrownia rzeczna, której konstrukcja opiera się na turbinie wodnej, umożliwiającej zamianę energii kinetycznej przepływającego strumienia wody na energię mechaniczną ruchu obrotowego turbiny.

Przedmiotem artykułu  jest elektrownia rzeczna, której konstrukcja opiera się na turbinie wodnej, umożliwiającej zamianę energii kinetycznej przepływającego strumienia wody na energię mechaniczną ruchu obrotowego turbiny.

Znane są konstrukcje turbin, w których między piastą, a kołnierzem zewnętrznym usytuowanych jest promieniście szereg łopatek. Znane turbiny pracują całkowicie pod wodą, zaś ich płaszczyzna obrotu jest prostopadła do kierunku przepływu strumienia wody.

Z dokonanych badań zgłoszeń wynalazków oraz z przeprowadzonych badań w zbiorach literatury patentowej nie stwierdzono istnienia analogicznych konstrukcji turbin oraz analogicznych sposobów działania turbin, które pracowałyby na podobnej zasadzie jak turbina rzeczna.

Cechą charakterystyczną zastosowanej turbiny jest rozwiązanie polegające na tym, że oś obrotu turbiny ustawiona jest pod kątem ostrym do kierunku przepływu strumienia wody oraz tym, że turbina zanurzona jest w strumieniu wody tylko poniżej swojej osi obrotu.

Zaletą turbiny według wynalazku jest duża sprawność przejmowania energii strumienia wody, gdyż nie zaburza ona znacząco przepływu tego strumienia.

Zaś zaletą konstrukcyjną turbiny jest jej prosta konstrukcja oraz możliwość zabudowy wewnętrznej przestrzeni piasty turbiny, np. prądnicą.

Turbina według wynalazku została przedstawiona w sposób schematyczny na rysunkach przykładowego wykonania, na których Fig.1 przedstawia turbinę w widoku z góry z pokazaniem jednego przekroju poprzecznego zanurzonej łopatki, Fig.2 przedstawia widok perspektywiczny całej turbiny, Fig.3 przedstawia siły występujące na zanurzonej łopatce z przedstawieniem graficznym ich wypadkowej.

 

Turbina według wynalazku składa się z szeregu profilowanych łopatek 1, które usytuowane są promieniście na obwodzie piasty 2 i profilowanej obręczy zewnętrznej 3, przy czym kąt A pomiędzy cięciwą profilu zanurzonej łopatki C i kierunkiem strumienia wody S jest kątem ostrym.

Oś obrotu turbiny O ustawiona jest korzystnie prostopadle do składowej W wypadkowych sił powstających na łopatkach 1 tworząc z kierunkiem strumienia wody S wynikowy kąt ostry B, przy czym turbina zanurzona jest w strumieniu wody S poniżej swojej osi obrotu O.

Działanie turbiny polega na tym, że strumień wody S przemieszczając się po obu stronach profilowanych łopatek 1 na skutek różnicy ciśnień powstających na obu ich profilowanych powierzchniach powoduje powstawanie sił aerodynamicznych Wa na łopatkach 1 powodujących ich obrót wokół osi O.

Siły te w głównej mierze decydują o wartości składowej W.

Dodatkowo strumień wody S na skutek oporów przepływu powoduje powstawanie sił oporu przepływu Wo na łopatkach 1 oraz sił adhezji (przylegania) Wp pomiędzy powierzchniami łopatek 1 i strumieniem wody S zależnych od stopnia lepkości wody.

Siły te również przyczyniają się do wzrostu wartości składowej W.

Wypadkowa sił W powstających na łopatkach 1 zależna jest od prędkości strumienia wody S, od kąta A pomiędzy cięciwą profilu zanurzonej łopatki C i kierunkiem strumienia wody S, od kąta B pomiędzy osią obrotu O i kierunkiem strumienia wody S oraz od środowiska rzecznego, które charakteryzuje się różną lepkością wody.

Ustawienie kąta B jest tak dobrane, aby wypadkowa W wszystkich sił działających na łopatkę 1 (sił aerodynamicznych, sił oporu przepływu i sił adhezji) była skierowana korzystnie prostopadle do osi obrotu O i miała jak największą wartość.

Oś obrotu turbiny O tworzy z kierunkiem strumienia wody S wynikowy kąt ostry B, który ustala się doświadczalnie przez pomiar największego momentu obrotowego turbiny, który zależny jest od wartości wypadkowej W – składowej wszystkich sił działających na łopatki turbiny.

Profilowana obręcz zewnętrzna 3 stabilizuje pracę łopatek 1 i usztywnia je konstrukcyjnie. Dodatkowo na skutek odpowiednio dobranego swojego przekroju poprzecznego minimalizuje zaburzenia przepływu strumienia wody.

Na skutek dowolnie dobieranej powierzchni styku pomiędzy łopatkami 1 i strumieniem wody S przemieszczającego się po obu stronach łopatek 1 przekazywanie energii następuje szybko i bez turbulencji.

Zaletą takiego rozwiązania jest jego zdolność mieszania wody rzecznej z powietrzem atmosferycznym – napowietrzania rzeki. Dzięki temu procesowi umożliwia się naturalny biologiczny rozkład substancji organicznych i rozdrobnienie pozostałych zanieczyszczeń.

 

Jest to szczególnie korzystne dla mocno zanieczyszczonych terenów przybrzeżnych, gdzie może pracować urządzenie.

 

Oferowany sposób na małe elektrownie rzeczne jest pozyskiwaniem energii rzeki bez kosztownego i nie ekologicznego sposobu budowania tam rzecznych.

 

Tamy i zapory uniemożliwiają przemieszczanie się ryb i innych organizmów żywych, zamulanie się rozlewisk rzecznych oraz utratę terenów zalewowych korzystnych z punktu widzenia oddziaływania mikroklimatu rzeki w środowisku.

Zmniejszenie naturalnego przepływu wody może wpłynąć niekorzystnie na biocenozę rzeki (gromadzenie osadów dennych, rozwój glonów zużywających tlen, co powoduje śnięcie ryb).

 

System pozwala na modułowe łączenie urządzeń szeregowo i równolegle na zasadzie dostawiania nowych segmentów.

 

Może być rozwijany w formie zespołu urządzeń, który tworzy koncentrację mocy dla jednego zgrupowanego odbiorcy oraz w sposób rozproszony (odbiór punktowy).

Stopniowo i w miarę potrzeb.

 

Stwarza nowe miejsca pracy dla terenów dotychczas mało aktywnych.

 

Pracuje w sposób ciągły przez cały rok.

Ponadto jest łatwo przenaszalna, nie wymaga trwałych nakładów inwestycyjnych, nie wpływa w istotny sposób na zmianę krajobrazu.

 

Małe rzeczne przepływowe elektrownie wodne są inwestycją o zasięgu nie tylko krajowym, czy europejskim.

Autor: admin

0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments