Горловская винтовая турбина - Gorlov helical turbine

тихая революция QR5 ветряная турбина

В Горловская винтовая турбина (GHT) это водяная турбина развился из Турбина Дарье дизайн, изменив его, чтобы иметь спиральный лезвия / фольга. Он был запатентован в серии патентов от 19 сентября 1995 г.[1] до 3 июля 2001 г.[2] и выиграл 2001 КАК Я Томас А. Эдисон Патентная награда. GHT был изобретен Горлов Александр Михайлович, профессор Северо-Восточный университет.

Физические принципы работы GHT[3] такие же, как для ее основного прототипа, турбины Дарье, и для семейства аналогичных ветряные турбины с вертикальной осью который включает также Турбина ветряка, аэротурбина, Ветряная турбина Quietrevolution и др. GHT, Turby и Quietrevolution решили пульсирующую крутящий момент проблемы за счет винтовой закрутки лопастей.

Данные о патентах Стампы

Винтовая турбина (патент Германии DE2948060A1, 1979 г.) была первоначально изобретена Ульрихом Стампой (Бремен, Германия), инженером, автором и изобретателем.

Производительность жидкости

Термин «фольга» используется для описания формы поперечного сечения лопасти в заданной точке без различия типа жидкости (таким образом, относясь к «профиль " или же "подводное крыло "). В спиральной конструкции лопасти изгибаются вокруг оси, что позволяет равномерно распределять секции фольги в течение всего цикла вращения, поэтому всегда есть секция фольги на всех возможных угол атаки. Таким образом, сумма подъемной силы и силы сопротивления на каждой лопасти не изменяется резко с углом поворота. Турбина обеспечивает более плавную кривую крутящего момента, поэтому вибрация и шум намного меньше, чем в конструкции Дарье. Он также сводит к минимуму пиковые напряжения в конструкции и материалах и облегчает самозапуск турбины. В испытательных средах было обнаружено, что GHT имеет эффективность захвата энергии до 35%, о которой сообщают несколько групп.[4][5][6] «Среди других турбин с вертикальной осью, турбина Дэвиса Hydro, турбина EnCurrent и турбина Gorlov Helical прошли масштабные испытания в лабораторных или морских условиях. В целом, эти технологии представляют собой текущую норму развития приливных течений».[7]

Ориентация оси турбины

Основное отличие винтовой турбины Горлова от обычных турбин - это ориентация оси по отношению к току. GHT - это турбина с вертикальной осью что означает, что ось расположена перпендикулярно потоку тока, тогда как традиционные турбины горизонтально-осевые турбины Это означает, что ось расположена параллельно потоку тока. Потоки жидкости, такие как ветер, естественным образом меняют направление, но при этом остаются параллельными земле. Таким образом, во всех турбинах с вертикальной осью поток остается перпендикулярным оси, независимо от направления потока, и турбины всегда вращаются в одном и том же направлении. Это одно из главных преимуществ вертикально-осевых турбин.

Если направление потока воды фиксировано, то ось горловской турбины может быть вертикальной или горизонтальной, единственное требование - ортогональность потоку.[8]

Профиль / подводное крыло

GHT работает под поднимать -основанная концепция (см. профиль ). Секции фольги на GHT симметричны как сверху вниз, так и от передней до задней кромки. GHT может вращаться одинаково хорошо в любом направлении. GHT работает по тому же принципу, что и турбина Дарье; то есть он полагается на движение фольги, чтобы изменить кажущееся направление потока относительно фольги и, таким образом, изменить (кажущийся) «угол атаки» фольги.

Экологические проблемы

Предлагается GHT[8] за низкий микро гидро установок, при строительстве плотина нежелательно. GHT - это пример ГЭС без плотины технологии. Эта технология потенциально может предложить экономическую и экологическую выгоду по сравнению с микрогидросистемами, основанными на плотинах.

Некоторые преимущества гидроэнергетики без плотин заключаются в том, что она исключает возможность разрушения плотины, что повышает общественную безопасность. Это также устраняет начальные затраты на проектирование, строительство и обслуживание плотин, снижает экологические и экологические осложнения и потенциально упрощает регулирующие вопросы, закрепленные в законе специально для смягчения проблем с плотинами.

В целом, серьезной экологической проблемой гидроэнергетических установок является их реальный и предполагаемый риск для водных организмов. Утверждается, что GHT вращается достаточно медленно, чтобы рыба могла видеть его достаточно быстро, чтобы плавать вокруг него.[9][10] Предварительные испытания в 2001 году показали, что если рыба проплывет между медленно движущимися лопастями турбины, она не пострадает. Кроме того, рыбе будет трудно застрять в турбине, потому что открытое пространство между лопастями больше, чем даже у самой большой рыбы, обитающей в небольшой реке. Рыба также не будет брошена в вихрь, потому что GHT не создает сильной турбулентности, поэтому небольшие объекты будут безвредно унесены током.

Как это устроено

Текущий поток слева.
Индуцированная составляющая потока, создаваемая вращением турбины по часовой стрелке.

В этом примере поток жидкости направлен влево.
Когда турбина вращается, в данном случае по часовой стрелке, движение фольги через жидкость изменяет кажущаяся скорость и угол атаки (скорость и направление) жидкости относительно точка зрения фольги. Комбинированный эффект этих двух компонентов потока (т. Е. вектор sum), дает чистую общую «Кажущуюся скорость потока», как показано на следующем рисунке.

Кажущаяся скорость потока лопатки турбины и угол, под которым ток течет по земле (в градусах).
Векторы чистой силы.

Воздействие этого кажущегося потока на каждую секцию фольги создает как поднимать и тащить сила, сумма которой показана на рисунке выше, озаглавленном «Векторы чистой силы». Каждый из этих векторов чистой силы может быть разделен на два ортогональных вектора: радиальный компонент и тангенциальный компонент, показанные здесь как «нормальная сила» и «осевая сила» соответственно. Нормальным силам противодействует жесткость конструкции турбины, и они не передают турбине вращающую силу или энергию. Оставшаяся составляющая силы толкает турбину по часовой стрелке, и именно от этого крутящий момент эту энергию можно собрать.

[Что касается рисунка вверху слева «Кажущаяся скорость потока ...», Lucid Energy Technologies, правообладатель патента на спиральную турбину Горлова, отмечает, что на этой диаграмме нет видимой скорости при азимутальном угле 180 градусов (лопасть в точке вращения, в которой он мгновенно движется вниз по потоку), может быть неправильно истолкован. Это связано с тем, что нулевая, очевидно, скорость потока может иметь место только при соотношении скоростей наконечника, равном единице (то есть TSR = 1, где текущий поток, вызванный вращением, равен текущему потоку). GHT обычно работает с TSR, значительно превышающим единицу.]

(Диаграммы «Векторы чистой силы» и «Векторы нормальной силы» частично неверны. Сегменты по ветру должны показывать векторы за пределами кругов. В противном случае не будет чистой боковой нагрузки на турбину.) M Koester 2015.

Векторы нормальной силы.
Векторы осевой силы.

Коммерческое использование

Винтовые турбины в потоке воды вырабатывают механическую энергию независимо от направления потока воды. Затем электрические генераторы, собранные на общем валу, преобразуют мощность в электричество для коммерческого использования.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Горлов А.М., Однонаправленная винтовая реакционная турбина, работающая в режиме реверсивного потока жидкости для энергосистем, Патент США 5,451,137, 19 сентября 1995 г.
  2. ^ Горлов А.М., Способ поддержания флотации с помощью винтовой турбины в сборе, Патент США 6,253,700, 3 июля 2001 г.
  3. ^ М. Дж. Хан, Дж. Бхуян, М. Т. Икбал и Дж. Э. Квайко, Системы преобразования гидрокинетической энергии и оценка турбин с горизонтальной и вертикальной осью для речных и приливных применений: обзор состояния технологии, Applied Energy, Volume 86, Issue 10, October 2009, Pages 1823-1835. Дои:10.1016 / j.apenergy.2009.02.017
  4. ^ Горлов, А.М., 1998, Винтовые турбины для Гольфстрима, Морские технологии, 35, № 3, стр. 175–182.
  5. ^ Горбань А.Н., Горлов А.М., Силантьев В.М., Пределы КПД турбины при свободном потоке жидкости, Journal of Energy Resources Technology - декабрь 2001 г. - том 123, выпуск 4, стр. 311-317.
  6. ^ Хан, Санг-Хун; Ли Кван Су; Юм, Ки-Дай; Парк, Ву-Сан; Пак, Джин-Сун, Оценка эффективности винтовой турбины для электростанции с приливным течением на основе эксперимента на месте, Труды 5-й Международной конференции по азиатскому и тихоокеанскому побережью, Сингапур, 13-18 октября 2009 г., том 4, 315-321.
  7. ^ Дж. Хан и Дж. Бхуян (2009). Энергия океана: состояние развития мировых технологий, Отчет подготовлен Powertech Labs для IEA-OES. [Онлайн], доступно: www.iea-oceans.org
  8. ^ а б Горлов А.М., Разработка винтовой реактивной гидравлической турбины.. Окончательный технический отчет, Министерство энергетики США, август 1998 г., Министерство энергетики (DOE) Информационный мост: Научно-техническая информация Министерства энергетики.
  9. ^ Дэвис Джилл, Чудесная машина Александра, OnEarth, весна 2005 г.
  10. ^ Петкевич, Рэйчел (2004). «Технологические решения: создание электроэнергии с помощью неповрежденной гидроэнергетики». Экологические науки и технологии. 38 (3): 55A – 56A. Дои:10.1021 / es0403716. PMID  14968846.

внешняя ссылка