Шаровой ортогональный энергетический агрегат
SPHERICAL ORTHOGONAL POWER UNIT

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.