Турбини за хидрогенератори


Категория на документа: Физика


* Генератори на тактови импулси в електронно изчислителната техника, цифрови-програмни устройства за автоматизирано управление, или такива работещи в чакащ режим;
* Генератори за специализирани електрически и радиотехнически измервания (в т. ч. например телевизионната изпитвателна таблица).
Активни и реактивни водни турбини В съвременната хидроенергетика намират приложение различни видове водни турбини, които работят с геодезични напори от няколко метра до няколко хиляди. Най-разпространената им класификация се подчинява на принципа на действие, според който се разделят на две основни групи - активни и реактивни. Работният процес при активните водни турбини се характеризира с преобразуване само на кинетична енергия, докато реактивните преобразуват предимно потенциалната енергия на водата. Активни водни турбини От активните турбини в съвременните В.Е.Ц. най-често се използва пелтоновата водна турбина. Пелтоновите турбини се използват при високи падове (обикновено Н> 500 m), но при по-малка мощност се конструират и за по-ниски (Н=200-500 m). Характеризират се със сравнително проста конструкция, висока маневреност и работят с висок К.П.Д. (максимална стойност до 92%) при режими, значително различаващи се от оптималния. В България пелтонови турбини са инсталирани в много В.Е.Ц.-ове, сред които Сестримо, Белмекен, Батак, Пещера и др. Проточната част на пелтоновата турбина се състои от няколко последователно свързани елемента - разпределително устройство (колектор), направляващо устройство, работно колело и работна камера (кожух). По напорния тръбопровод водата се довежда до направляващото устройство, в което енергията й се преобразува изцяло в кинетична. Направляващото устройство формира струя, която атакува лопатките на работното колело и упражнява динамичен натиск върху него. Този натиск създава въртящия момент на вала на турбината. След като отдаде енергията си на водното колело, водата пада в шахта, откъдето се отвежда в долния басейн. Регулирането на мощността на турбината се извършва с иглата на направляващото устройство. Задвижването й се осъществява от електромеханична или хидромеханична система. Направляващото устройство се конструира с една до шест дюзи в зависимост от големината на дебита. При три и повече дюзи турбината обикновено се изпълнява с хоризонтален вал. Ако валът е хоризонтален, се налага да бъдат монтирани две работни колела. Турбина Мичел-Банки Друг тип активна турбина е двукратната водна турбина, известна още като турбина Мичел-Банки. Използва се за падове от 2 до 200 метра, но мощността й е ограничена обикновено до 1000 kW поради сравнително ниските стойности на КПД (максимум до 85%). В отделни случаи мощността на турбините от този тип достига 2000 kW. Двукратната турбина обаче има редица предимства от гледна точка на специфичните изисквания към водните турбини с малка мощност. Сред тях са изключително простата и технологична конструкция, работата в широк диапазон от режими, възможностите за ръчно и автоматично управление и ниската себестойност. У нас такива турбини са инсталирани във В.Е.Ц.Севлиево, Шумата, Гашня, Б. Вир и други. Проточната част на този тип турбини се състои от направляващо устройство, работно колело, работна камера и изпускателна тръба. Водата постъпва от напорния тръбопровод в направляващото устройство (дюза), което преобразува енергията на водата изцяло в кинетична. След дюзата водната струя атакува лопатките на работното колело, преминава през вътрешността му и отново атакува работните лопатки (двукратно действие). При това преминаване на водата между работните лопатки се изменя посоката и големината на скоростта, резултат на което е въртящият момент върху вала на работното колело. След като напусне работното колело, водата попада в работната камера. Турготурбина Турго турбините са известни още като наклонно-струйни турбини. Характерно за този тип активни турбини е, че водната струя атакува лопатките на работното колело не тангенциално (както при пелтоновата турбина), а под известен ъгъл. Подходящи са за напор от 30 - 250 м, имат мощност от 100 до 10 000 kW и максимална стойност на К.П.Д. 86%. Основните елементи на тази турбина напълно отговарят по наименование и предназначение на другите активни турбини (направляващ апарат, работно колело, работна камера). Особеното при нея е, че формата на работните лопатки е значително по-опростена в сравнение с тази при пелтоновата турбина, което позволява да бъдат изработвани чрез щамповане. Освен това тя е с по-висока бързоходност, което означава, че при едни и същи стойности на дебита и напора, тя ще има по-малки габарити и маса. Направляващият апарат е като при пелтоновата турбина. Той формира струя, която атакува лопатките на работното колело под ъгъл, чиято стойност обикновено е 20 - 22°. В лопатките струята се извива в междулопатъчните канали, от което възниква сила, респективно въртящ момент. Процесът на енергопреобразуване се характеризира с относително по-големи загуби от тези в пелтоновата турбина. Главно поради тази причина наклонно-струйната турбина не може да конкурира успешно пелтоновата при средни и големи мощности. Тя намира приложение предимно в инсталации с по-малката мощност поради по-ниската си стойност. Реактивни водни турбини В зависимост от посоката на движение на водата в работното колело реактивните турбини биват радиално-осови (тип Францис), осови и диагонални. Францисовите турбини са реактивни водни турбини, които покриват много широко поле от дебити и напори. Работният им процес се отличава с много висока ефективност (измерени са стойности до 95%). В нашата страна францисови турбини са инсталирани във В.Е.Ц. Момина клисура, Студен кладенец, Алеко, Девин, Кричим и други. В работното колело на францисовата турбина водата се движи от радиална посока (на входа) в осова (след изхода). Според разположението на вала францисовите турбини биват хоризонтални и вертикални. Както при всяка друга реактивна турбина, проточната част на францисовата турбина се състои от турбинна камера, направляващ апарат, работно колело и дифузор. Осови турбини Осовите турбини са реактивни водни турбини, които се използват при големи дебити и сравнително ниски напори - от 2 до 80-90 м. В работното колело на тези турбини водата се движи в осова посока както в зоната на входа, така и в зоната на изхода. В сравнение с останалите водни турбини те притежават най-голяма пропускателна способност и бързоходност. По принцип осовите турбини биват с неподвижни (тип пропелер) и с подвижни (тип Каплан) лопатки. Следва да се отбележи, че обикновено осовите турбини се изпълняват като капланови, което позволява да се осигурят високи стойности на средноексплоатационния К.П.Д. при изменение на натоварването и напора на турбината. От гледна точка на стойността на напора, осовите турбини биват нисконапорни (Н<15 м), среднонапорни (15 - 35 м) и високонапорни (Н>35 м). Нисконапорните се изпълняват най-често с хоризонтален вал като хоризонтални,капсулни, правотокови, шахтови и по-рядко с вертикален вал. Среднонапорните обикновено се конструират с вертикално разположен вал. Високонапорните по правило са с вертикален вал. Проточната част на осовите турбини е съставена от същите елементи по наименование и предназначение като при францисовите турбини. Различията са в конструкцията на някои от тези елементи. При вертикалните осови турбини обикновено се използват спирални камери и само за много ниски напори - правоъгълни. За напори до 40 м спиралните камери най-често са с шестоъгълно сечение, ъгъл на развитие 180° - 270° и се изработват от стоманобетон (при по-високи напори се прави метална обшивка). В конструкциите на високонапорните осови турбини се използват и метални спирални камери с кръгли сечения. В изходящата част на камерата са разположени статорните колони, които най-често са с постоянна височина. В по-старите конструкции на спирали с кръгли сечения се срещат и статори с променлива височина. Турбинните камери на хоризонталните осови турбини обикновено са правотокови с пръстеновидни сечения. Статорните колони свързват вътрешното тяло (капсула, обтекател) с външния пръстен на камерата. През статора се осигурява достъп до генератора, който е разположен в капсулата. Във вертикалните осови турбини се използва цилиндричен направляващ апарат. Направляващите лопатки по-често са със симетричен профил и се задвижват от лостова система. Функциите и изискванията към този вид направляващ апарат са като при францисовите турбини. При хоризонталните осови турбини се използва конусен и по-рядко радиален направляващ апарат. Срещат се конструкции на осови турбини с неподвижни направляващи лопатки (турбини с малка мощност и незначителни колебания на напора). В този случай експлоатацията на турбината се ограничава до режими, близки до номиналния. Такива турбини сe наричат Томан-Каплан или полу-Каплан. Работното колело се състои от главина и работни лопатки. При пропелерните осови турбини работните лопатки са неподвижни спрямо главината, докато при каплановите те могат да се завъртат около осите си по време на работа. Механизмът за завъртане на работните лопатки е разположен в корпуса и се състои от силов цилиндър (сервомотор) и лостова система. Диагонални водни турбини По отношение на основните параметри (дебит и напор) тези турбини заемат междинно положение между осовите и францисовите. В съвременната хидроенергетика намират приложение диагоналните турбини с подвижни лопатки. В зависимост от големината на напора ъгълът на лопатките спрямо оста на работното колело се изменя в границите от 30o до 60о. По правило се конструират с вертикално разположен вал. При диагоналните турбини се използват спирални камери с кръгли сечения и пълен ъгъл на обхват и цилиндричен направляващ апарат. Работното им колело е разположено в зона от проточната част на турбината, където водата се движи по диагонала между радиалното и осовото направление. Обикновено се използва колянов дифузор, но съществуват и проекти за хоризонтални диагонални капсулни турбини, в схемата на които е предвиден прав конусен дифузор.
Водната турбина
Водната турбина е въртяща се машина, която преобразува кинетичната енергия или енергията на налягането на водата в механическа енергия. Предшественик на водната турбина е водното колело (познато още като воденично колело). Турбината заедно с електрическия генератор (или алтернатор) са главните съставни части на водните електроцентрали (В.Е.Ц.). Генераторът преобразува механическата енергия в електрическа . Пелтоновата турбина е турбина с постоянно налягане с парциално тангенциално впръскване. Коефициентът на полезно действие е 80% до 85%, при най-големите турбини дори 95%. Тази турбина била изобретена от Лестър Пелтон през 1880 г.

Турбината на Францис (James B. Francis) е тип водна турбина под налягане. Има два типа такива турбини според разположението на ротора им - вертикални и хоризонтални. Тези турбини са едни от най-разпространените в днешно време. Използват се преди всичко за производство на електрическа енергия. В миналото често било използвано водно колело за задвижване на мелници или специални ковашки чукове. Недостатък на водното колело обаче била неговата малка ефективност. В 19 век ефективността му била повишена толкова, че водната турбина (която е всъщност модерно водно колело) можела да съперничи на парната машина. В 1826 година Benoit Fourneyron изобретил много ефективна (80%) водна турбина, в която водата влиза до колелото с лопатките тангенциално. Jean-Victor Poncelet изобретил през 1820 година турбина с подобен принцип на действие. S.B. Howd получил в 1838 година в САЩ патент за подобна турбина. В 1848 година James B. Francis усъвършенствал гореспоменатата турбина и успял да получи общ коефициент на полезно действие 90%. За целта използвал различни научни методи и експерименти. Неговите методи за изчисление и измервания имали значителен принос в технологиите за разработване и конструиране на турбини. С помощта на неговите методи за анализ могат да бъдат разработвани максимално ефективни турбини, точно отговарящи на конкретните изисквания и условия.
Принцип на действие Турбината на Францис е турбина, работеща под налягане. Това означава, че работната течност при преминаването си през турбината променя своето налягане и при това предава своята енергия. Роторът на турбината се намира между входа с високо налягане и изхода с ниско налягане, обикновено намиращ се на долната част на язовира. Входният тръбопровод към турбината има формата на спирала. С помощта на специални венци на статорното колело водата е насочвана тангенциално към роторното колело. Лопатките на статорното колело понякога са подвижни. Това позволява да се избере най-подходящият режим на работа в зависимост от наличния воден поток. Водата от роторното колело изтича по посока на оста на въртене (аксиално). При преминаването си през роторното колело водата намалява своята ротационна скорост и в същото време му предава своята енергия. Този ефект (заедно със самотното действие на високото налягане на водата) допринася за високата ефективност на този тип турбини. Турбините на Францис се използват в енергетиката. Използват се преди всичко при средни и стабилни водни дебити със средни стръмности. Такива турбини се използват в специални електроцентрали, които имат възможност да изпомпват водата обратно нагоре до язовира. В този случай генераторите се включват в двигателен режим, а турбините работят като водни помпи. Така например най-голямата европейска водна електроцентрала от този тип Dlouhé straně в Чехия използва две турбини на Францис с мощност 325 MW. Каплановата турбина е аксиална турбина под налягане с много добри възможности за регулиране. Затова тази турбина намира приложение там, където дебитът и спадът (разлика в нивата на водата) не са постоянни. Каплановата турбина има по-голям коефициент на полезно действие от Францисовата турбина, но е много по-сложна и по-скъпа. Използва се при воден спад от 1 до 70,5 м и дебит от 0,15 до няколко десетки м3/сек. Най-голяма консумация на вода (до 636 м3/сек, при спад на водата 12,88 до 24,20 м) в света имат Каплановите турбини във водната електроцентрала Габчиково на река Дунав. Като цяло може да се каже, че този тип турбини се използва при малки падове и големи, непостоянни дебити. В зависимост от пада турбината може да е с хоризонтална или вертикална ос. Според вида на конструкцията си Каплановите турбини се делят още на обикновени и Булб турбина. При Булб турбината е характерно, че турбината и генераторът са конструктивно съединени в едно общо тяло наречено "Булб", поради което се постигат изключително високи стойности на коефициента на полезно действие.Този вид турбини намират най-широко приложение при малките руслови В.Е.Ц. (руслова В.Е.Ц.). Булб турбина Булб турбината е реактивна двойнорегулираща Капланова турбина. Особеното при Булб турбините, е че турбина и генератор са съединени в един общ корпус наречен "Булб", от където произлиза и името на турбината. Както Каплановата турбина, така и този вид турбини се използват за големи дебити, с тази разлика, че Булб турбините работят в по-широк диапазон на вариация на постъпващото водно количество и имат по-голям коефициент на полезно действие. Турбините работят при напор от 2 до 25м и намират най-широко приложение при малката руслова В.Е.Ц. Водният поток постъпва аксиално по дължина на съоръжението, така че проточността се доближава до тази на фактически прав тръбопровод. Когато турбина е съчетана със синхронен генератор на постоянни магнити, тя има още по-добри характеристики и достига изключително големи стойности на коефициента на полезно действие. В България, част от проекта Среден Искър, е монтирана най-голямата на Балканския полуостров Каплан-Булб турбина с постоянни магнити с мощност от 3 MW. Най-иновативнатата разновидност на Булб турбината е подвижната Каплан-Булб турбина. В.Е.Ц. с вградени подвижни Каплан-Булб турбини се отличават с намалени инвестиционни разходи по част "строителна", проста конструкция, лесен монтаж, висока ефективност, по-дълъг експлоатационен живот и множество екологични предимства.
Булб турбина - основни характеристики
Използват се за напори от 2 до 25м ; Използват се при малки руслови В.Е.Ц. в реки с голяма вариация на водното количество ; Достигат големи стойности на коефициента на полезно действие ; Подвижна Каплан-Булб турбина - характеристики и приложение Подвижната Булб-турбина е високоефективна двойнорегулираща Каплан турбина. Производственото съоръжение е изцяло потопено под вода, което съчетано с изключително малкото строително-монтажни работи води не само до голямо намаляване на общите инвестиционни разходи по проекта по част строителна, но и до запазване на естественото състояние на флората и фауната в речните екосистеми. Генераторът е с постоянни магнити и е директно свързан към турбината, при което се получава много компактна машинно стандартизирана производствена единица, която достига стойности на коефициента на полезно действие, надвишаващи 95%. Това е една абсолютно иновативна концепция, осъществена след повече от 5 години научни изследвания, целяща да запази естественото екологично равновесие в речните корита и същевременно с това да произведе зелена енергия, намалявайки до минимум нужните за това инвестиционни разходи. Изследването на този вид "нови технологии" е един от основните приоритети на европейската програма "Life", чиято основна цел е развитие на зелените технологии и тяхното прилагане в човешкия бит. Проектът за Подвижна В.Е.Ц. - Водноелектрическа централа за подобряване на речната среда и възстановяване на рибната миграция е финансиран с референтен номер LIFE06 ENV/D/000485. Съгласно чл. 4 от Регламент (ЕО) № 614/2007 г. Програмата "Life" - околна среда, има за цел да допринесе за развитие на иновациите и за интегриране на техники и методи, свързани с бъдещото развитие на Общностната политика в областта на опазване на околната среда. Приблизително една трета от всички "Life"-проекти за опазване на околната среда спомагат за развитието на зеления бизнес. Проектните тематики, развити от бенефициентите по Програма "Life", обхващат всички ключови екологични предизвикателства за Европа. Такива предизвикателства са опазване на водите, управление на отпадъците, намаляване на замърсяването на въздуха и шума, чисти технологии, опазване на почвите, устойчиво потребление на ресурси и намаляване на продуктовите екологични влияния чрез интегрирани продуктови политики. Основното конструктивно предимство на тези водноелектрически централи с подвижни Булб-турбини е факта, че в много случаи не се налага изграждане на специални съоръжения (преливници) за прокарване на високите води при пълноводие. Според наличното водно количеството в реката, турбината работи условно казано в две позиции - повишена позиция и понижена позиция. При водно количество, равно или по-малко от проектното водно количество, турбината работи в понижена позиция. В този случай, се наблюдава свободно преминаване на плаващите наноси над стоманобетонния корпус, в който е вградена турбината. При този режим на работа, рибите и плаващите наноси имат възможност да преминават над конструкцията. При водни количества, по-големи от проектното водно количество, турбината работи в повишена позиция. В този случай се получава не само свободно преминаване на плаващите наноси над стоманобетонния корпус, а и преминаване на дънни наноси под стоманобетонната конструкция. В този режим на работа, рибите преминават както над конструкцията, така и под нея. Предимства на подвижните Каплан-Булб турбини Производствени предимства при използване на подвижна Каплан-Булб турбина: - по-малки инвестиционни разходи по строителната част, дължащи се на изключително редуцираните количества настроително-монтажнитеработи; - увеличена производителност на турбината, дължаща се на турбинния ефект при провеждане на високи води; - ускорени темпове на изграждане и въвеждане в експлоатация на съоръжението; - по-голям К.П.Д., дължащ се на компактната машинна стандартизирана единица турбина-генератор, липса на мултипликатор за свързване турбината и на трансформаторзасвързванесенерго-разпределителнатамрежа;.
Екологични предимства при използване на подвижна Каплан-Булб турбина: - запазване на естествената флора и фауна в речното корито, благодарение на силно редуцираното количество на строително-монтажните работи; - свободно преминаване на рибните популации над и под съоръжението; - преминаване на плаващи наноси и на малки лодки над турбината; - свободно преминаване на дънни наноси под турбината и не възпрепятстване на естествения седиментен транспорт; - значително намаляване на емисиите на шум Турбината на Банки или турбина на Банки-Мичеле проста водна турбина с постоянно налягане. Особеност на този тип водни турбини е, че водата протича в две посоки около лопатките на ротора. Изобретена е от Ентъни Мичъл (1870-1959), Донат Банки (1859-1922) и Фриц Осбергер.

Савониова турбина

Савониова турбина (също Савониусова турбина или Савониов ротор) е тип водна или вятърна турбина, работеща на принципа на съпротивлението. Турбината използва различния коефициент на съпротивлението на протичащия флуид, действащо на изпъкнала или вдлъбната площ. Роторът на обикновените Савониови турбини е съставен от две или три полукръгли или бъбрековидни лопатки. Вътрешните краища на лопатките достигат до средата на ротора и по този начин позволяват протичането на флуида между техните задни стени. Оста на въртене е перпендикулярна на посоката на флуида. Савониовата турбина има малък коефициент на полезно действие (при водните турбини е само около 15 до 20%). Нейното главно предимство е простата конструкция. Затова особено вятърната версия се използва понякога. Когато Савониовата турбина е поставена с вертикална ос на въртене, работи независимо от посоката на вятъра. Недостатък на двулопатковите Савониови турбини е присъствието на така наречения "мъртъв ъгъл". Този недостатък се избягва чрез свързването на няколко ротора с различно насочени лопатки или с винтова форма на лопатките. Турбина на Тесла Турбината на Тесла е безлопаткова турбина, която патентовал Никола Тесла (Nikola Tesla) през 1913. Турбината работи на принципа на триенето между протичащия флуид (може да бъде вода, пара или друг газ или течност) и повърхността на ротора на турбината. Роторът на турбината е съставен от няколко диска, между които протича насоченият флуид. Благодарение на триенето с повърхността на дисковете възниква сила, която задвижва тези дискове. Самият флуид предава своята енергия на ротора, скоростта му се понижава и по спираловидна траектория флуидът се премества към средата на турбината, където е направен отвор за изтичането му.
Турбина на Турго

Турбината на Турго е импулсна водна турбина. В практиката тези турбини достигат коефициент на полезно действие (К.П.Д.) около 87%. При лабораторни тестове е достигнат К.П.Д. до 90%. Турбината на Турго е била изобретена през 1919 година от Gilkes чрез модификация на Пелтоновото колело (Pelton wheel). Турбината на Турго има няколно предимства в сравнение с Францисовата турбина или турбината на Пелтон в определени случаи: 1.Колелото на тази турбина е по-евтино от Пелтоновото колело, 2.Не е необходимо херметизиране на турбината както е при турбината на Францис 3.Турбината на Турго има по-висока специфична скорост и може да се работи с по-голям поток на флуида отколкото при Пелтоновото колело със същия диаметър. Това допринася за намаляване на разходите за генератора и инсталирането на турбината. Турбината на Турго работи при потоци на флуида и размери на колелото, които са в диапазона на работа на турбините на Францис или Пелтон (виж графиката). Макар че има много инсталирани големи турбини на Турго, тези турбини са особено популярни при малките водни централи. Това се дължи на тяхната ниска цена и проста констукция. Както при всички турбини с дюзи (nozzle) и при тази турбина е необходима блокировка против деструкция(разрушаване) на турбината. Принцип на работа Турбината на Турго е импулсен тип турбина. Водата не променя налягането си при преминаването си през лопатките на турбината. Потенциалната енергия на водата се променя в кинетична енергия чрез дюзи. През тези дюзи водната струя с висока скорост е насочена към лопатките на турбината. Лопатките отклоняват струята. Резултантният импулс завърта лопатковото колело на турбината (runner), което по този начин предава водната енергия на ротора. Водата изтича от турбината с много малка остатъчна енергия. Колетата на турбината на Турго имат висок К.П.Д (и над 90%). Колелото на турбината на Турго прилича на колелото на Пелтон разделено в половината. За една и съща изходна мощност колелото на Турго има два пъти по-малък диаметър отколкото колелото на Пелтон и два пъти по-висока специфична скорост. Колелото на Турго може да поеме два по-голям воден поток отколкото колелото на Пелтон, защото изтичащата вода не се сблъсква със съседните лопатки. Специфичната скорост на колелата на Турго по своята стойност е между специфичните скорости на колелата на Францис и на Пелтон. Могат да бъдат използвани една или повече дюзи. Повишаването на броя на дюзите повишава специфичната скорост на колелото с корен квадратен от броя на дюзите (четири дюзи допринасят за удвояването на специфичната скорост спрямо случая с една дюза при една и съща турбина). Архимедов тип турбини за много малки водни падове Безтръбопроводните руслови В.Е.Ц. със спирални хидродинамични реактивни турбини се монтират на речни наклони и имат единична мощност до около 300 kW. При непостоянния воден отток на нашите реки е целесъобразно да се монтират в паралел няколко турбини. Те могат да работят и на много ниски водни падове с височина около 1 метър и при различни дебитни водни количества. В.Е.Ц. с познатите напорни турбини от видовете Банки, Каплан, Пелтон, Францис и др. подобни, работят ефективно в по-тесен обхват на водните количества, което ги прави неефективни за целогодишно използване на нашите реки. Реактивните турбини, независимо дали са спирални (хидро-динамични), водовъртежни (реактивни напречно-поточни) или хидро-кинетични турбини (аксиални или напречно-поточни) прилагаме, както самостоятелно за В.Е.Ц., така и в допълнение към напорните на съществуващи В.Е.Ц.. Хидродинамични В.Е.Ц. обичайно се инсталират там, където е имало воденици. За да се повиши тяхната ефективност е целесъобразно по периферията на спиралата да се направи борд, който по-дълго да задържа водата в нея, за да може по-дълго време да въздейства тя с гравитационната и хидродинамичната си сила. Схема на един такъв В.Е.Ц.е показана на видеото. Друг начин да се повиши цялостната ефективност на такъв В.Е.Ц. е като се монтира на вала на всяка турбина, свързан през скоростна кутия, високоефективен електрогенератор. Препоръчително е да има възбуждане от мощни магнити. Така не се губи електричество за възбуждането му, защото то не е електрическо, а магнитно. Такива генератори обичайно произвеждат променлив ток с променливи обороти, което им дава предимството да са безчеткови и да са с минимално обслужване и при продължителна работа. За сметка на това е необходима допълнителна силова електроника, която да поддържа стандартни параметри на генерираната електроенергия. Системата се базира на архимедовия винт, използва се като хидродвигател за малки водни електроцентрали, задвижващи асинхронен генератор към електрическата мрежа. Използва се навсякъде където има малка денивелация и значително колебание на дебита на водата. Предлага се и като допълнителен двигател към съществуващи турбини /Banki, Kaplan и др./, който използва потенциала на преливниците.

Мощност:дo500kW Дебит:100-10000l/s Денивелация:1- 10m Ъгъл на наклона:22 до 36 градуса
Предимства:
-Ниски разходи за строителната част на малката водна електроцентрала. -По-нискаценавсравнениестрадиционнитетурбини. -Използване на малки денивелации. -Проста конструкция. -Продължителен срок на експлоатация. -Високаефективност. -Надеждна работа и при малък дебит "при 20 % напълненост, достига ефективност от 74 %". -Лесно обслужване - малки експлоатационни разходи. -Лесен достъп до съоражението. -Възможност за монтиране в бараж .
• Неизисквафиннирешеткииещадящкъмводнатафауна
• Обогатяваводатаскислородипотозиначинподобрявакачествотонаводата.
Принципнаработа:
Свободно течащата вода се влива във витките на червяка.Посредством своята маса въздейства по цялата дължина на пада и поради нейното въздействие върху съседните плоскости на червяка, носещия цилиндър и стената на жлеба, при движението си надолу, завърта целия ротор. Шнековите турбини ST са с подобна конструкция, кактокакто шнековите помпи за утайка SC . Шнековата турбина се състои от ротор, който е разположен в жлеб и е захванат в горен и долен лагер,редуктор и асинхронен генератор, който е най-модерния източник на електрически ток при съвременните малки водни електроцентрали. Регулиране Водният двигател на принципа на архимедовия винт, не изисква специални регулировки. Достатъчно е да бъде съоръжен с авариен савак и страничен преливникна жлеба в който е разположен. Асинхронният генератор при правилен подбор на редуктор, при включването си в елекрическата мрежа , осигурява достатъчна оптиматизация на мощността на този воден двигател в диапазона от 10 - 100 % напълненост. Във връзка с намаляване на вредните емисии и по решение на Е.С. е необходимо в близките няколко години, рязко да се увеличи използването на възобновяеми енергийни източници - водна енергия, енергия от вятъра, слънчева енергия, биогорива и др. В България, както и в останалите европейски страни, особен интерес представлява разработването и използването на малки водни енергоизточници. Обект на предлагания проект е разработване и изследване на водни микротурбини - активна двукратна тип "Мишел - Банки" и реактивна тип "Францис" с мощност до 20 kW. Използването на микротурбини с такава мощност се обуславя и от факта, че в нашата страна съществуват достатъчен брой водоизточници с неголям дебит и среден по големина напор. Целта на изследването е уточняване и подобряване на енергетичните им характеристики, с цел повишаване на ефективното им използване в практиката. При разработването на проекта е извършено хидравлично и якостно оразмеряване на основните елементи на реактивна микротурбина "Францис" - работно колело, спирална камера, направляващ апарат, лагерно тяло и др. Разработена е система, която дава възможност за използване и изследване на различни методи за регулиране на такива микротурбина. За определяне на енергийните показатели на микротурбините са разработени методики за експериментални изследвания и са изработени две опитни уредби. Това дава възможност за провеждане на лабораторни изследвания и за получаване на основните енергетични характеристики - линейни и универсални. Получени са опитни резултати от изпитване на двукратна микротурбина Мишел - Банки и на микротурбина тип "Францис". Освен за изследователска работа, уредбите ще се използват и за провеждане на учебен процес. С наименованието РОТОДЖЕТ обозначачаваме новоизобретените реактивни вятърни и водни турбини за свободно течение. Изобретените нов клас турбини, наречени реактивни турбини, се въртят не само заради разликата в налягането на флуида пред и зад лопатите, но и поради формирането на реактивна струя в периферията на лопатите, която създава реактивна сила, подпомагаща въртенето. Тази сила е за сметка на натиска на флуида върху фронталните стени на лопатите. Част от този натиск се пренасочва за полезно въртене лопатите. Освен от натиска, периферните реактивни струи се формират и от центробежно изхвърляния флуид при въртенeто, който се пренасочва в периферни реактивни струи. Особеността на използваната центробежна сила за подпомагане на въртеното е фактът, че тази сила не е класическа Нютонова сила, а е наричана от някои физици "феноменална", защото тя съществува не само при ускоряващо се въртене (с положително ъглово ускорение), но и при равномерно въртене (с нулево ъглово ускорение), както и при забавящо се въртене (с отрицателно ъглово ускорение). Накратко Центробежната сила винаги косвено подпомага въртеното на турбината, независимо как тя се върти. Именно поради това, новоизобретеният нов клас турбини са значително по-ефективни от всички известни вятърни и хидрокинетични турбини. Това означава, че те в по-висока степен трансформират флуидната кинетична енергия в полезна такава. Анализът на генерираната електричаска мощност показа, че тя се увеличава повече за сметка на увеличения въртящ момент на ротора, и по-малко от повишаването на оборотите. Казаното, приведено към електрически величини, е приблизително равнозначно на увличение на силата на генерирания електрически ток, в по-голяма степен, в сравннеие с нарастването на напрежението. Това е известно от динамиката на електрическите машини, при която напрежението на електрогенератор, независимо дали е ротационен или линеен, расте със честотота на пресичане на силовите линии на електрическите, магнитните и електромагнитните полета. Но когато електрическият товар се увеличава, тогава е необходим много по-голям въртящ момент на вала на електрогенератора. Силата на електрическия ток се увеличава пприблизително пропорционално с ръста на механичния въртящ момент. Но при слаб вятър, например, хоризонтално-осевите конвенционални турбини не могат да самостартират, дори и електрическият товар да е малък, защото механичното съпротивление при старта е голямо и минималният въртящ момент на вала на турбината не е достатъчен тя да се върти под товар. Трудният самостарт на хоризонтално-осевите конвенционални турбини прави практически неоползотворена енергията на вятъра при скорости под 3-4 метра в секунда. Също така ветроенергията е неефективно оползотворена от конвенционалните хоризонтално-осеви турбини и при средни ветроскорости, когато турбините, макар че се въртят, коефициентът й на полезно действие е нисък, поради ниския им въртящ момент. Новоизобретените лопати нямат краища, поради което се елеминират индуктивните реактивни енергийни загуби от завихрянето на флуда след краищата на лопатите. Намалява се шума от лопатите и кавитацията (във вода). Затова новопатентованите лопати са много по-ефективни от всички известни пропелерни лопати. Известно е, че в природата водата образува водовъртежи, поради въртенето на земята. Енергията от водовъртежите се използва във водовъртежни електроцентрали, за да произвежда електричество. Известните водовъртежни ВЕЦ използват геодезичен воден пад, за да се поддържа непрекъснатото въртеливо движение на водата. Новоизобретеният водовъртежен басейн не се нуждае от геодезичен воден пад. Той се разполага напрово в течаща вода, без да е необходимо да се извежда вода по-ниско от дъното на течението. Благодарение на новата конструкция на водовъртежния басейн, в долния му край се осигурява понижено налягане, което засмуква водата от въдовъртежа в басейна и така се постига ефекта от геодезичен воден пад, без да има такъв. Турбина, в така описания енергизиращ водовъртежен басейн, произвежда няколко пъти повече енергия от хидрокинетична турбина, обработваща същото количество вода в линейно водно течение. Това се получава за сметка на естественото въртене на водата във водовъртежния басейн и за сметка на имплозивния ефекти на водовъргетжа, известен от приложенията на Виктор Шаубергер. Турбината в окото на водовъртежа може да бъде реактивана или безлопатъчна Тесла турбина, както и друга машина, ефективно преобразуваща кинетичната и потенциалната енергия на въртящата се вода. Съгласно Евродирективите, голяма част от енергийните нужди на сградите следва да се захранват от възобновяеми енергийни източници (В.Е.И.). За нашите условия е удачно да се използва не само светлината, но и топлината на слънцето. В Испания, например, е задължително енергоконсумацията на сградите да е задоволена на 80% от В.Е.И. Извод У нас работят около 200 напорни хидроцентрали - В.Е.Ц. със средна използваемост под 20% годишно. Подходящите места за напорни В.Е.Ц. са усвоени в голяма степен. Но те не са природосъобразни, защото тръбопроводите отнемат вода от естественото речно течение, поради което осушават реките и околоречните пространства и причиняват необратими щети, не само на земеделието, но и на равновесието на околоречните еко системи. Не случайно, речните долини у нас са защитени екозони в Натура 2000 и други природни резервати. Те безпроблемно получават екоразрешения и за тях няма ограничение за използване на водите. Освен това, те са значително по-евтини от познатите ни напорни В.Е.Ц. и в много по-голяма степен преобразуват водната енергия в електричество чрез новоизобретените високоефективни реактивни турбини. Хидрокинетичната енергетика включва основно две неразработени и почти неизползвани системи. Това са хидро електроцентрали (В.Е.Ц.) на свободно водно течение и водовъртежните такива, които ползват енергията на естествените водовъртежи и имплозивния ефект. Характерно за ново разработените и патентовани хидроелектрически системи е, че те са напълно екологични. Нещо повече - те са про-природни, най-малкото, защото допълнително аерират водата, което стимулира аеробния живот в нея и предотвратява анаеробни гнилостни процеси, при които се отделя метан, който е 20 пъти по-опасен парников газ, отколкото въглеродния двуокис (диоксид CO2). И при двата вида нови ВЕЦ се използват различни видове приложения на новата българска технология "Ротоджет". Тя най-ефективно извлича кинетичната енергия на линейно хоризонтално бавно движеща се вода и както и такава, от естествен водовъртеж за получаване на електроенергия с ниска себестойност. Реактивните безнапорни хидрокинетични турбини на понтонен В.Е.Ц. се монтират направо в хоризонтално водно течение под фиксирани или закотвени понтони/платформи. Те са бързо изпълними водни електроцентрали, за които не се изисква никакво водохващане и напорни тръбопроводи. Съществено предимство за понтонни В.Е.Ц. е, че те не заемат никакви терени и процедурата по изграждането им е много опростена. Няма никакви екологични и други пречки за реализацията им, каквито има за напорните В.Е.Ц., които вече (2010 г.) не получават разрешения за изграждане. Всеки модул има общ мултипликатор на оборотите и общ eлектрогенератор. Няма маслонапълнeни части и е напълно природосъобразен. Евтин е за производство и за поддръжка. Произвежда електричество с ниска себестойност. Безтръбопроводните руслови В.Е.Ц. със спирални реактивни турбини се монтират на речни наклони и имат единична мощност до около 300 kW. При непостоянния воден отток на нашите реки е целесъобразно да се монтират в паралел няколко турбини. Реактивните спирални турбини работят ефективно с водни количества, променящи се в много широк диапазон, което ги прави много подходящи за реки и канали с непостоянен воден отток. Следва да подчертаем, че В.Е.Ц. с познатите напорни турбини, от видовете Банки, Каплан, Пелтон, Францис и др. подобни, работят ефективно в по-тесен обхват на водните количества, което ги прави неефективни за целогодишно използване на нашите реки. Реактивните турбини, независимо дали са спирални (хидро-динамични), водовъртежни (реактивни напречно-поточни) или хидро-кинетични турбини (аксиални или напречно-поточни) прилагаме, както самостоятелно за В.Е.Ц. Допълнителни реактивни турбини са ефективни на довеждащи канали и деривации, на изтичалата от конвенционални В.Е.Ц. и паралелно или заместващо на традиционните напорни турбини във В.Е.Ц. У нас на река Дунав и на други по-големи реки може да се монтират В.Е.Ц. на платформи/понтонни, без да е необходимо да се извършват строителните процедури по Закона за устройство на териториите и другите нормативи за строителството, защото става въпрос за поставяне и фиксиране в течението на фабрично готови модули 50/100/200 kW. Могат да се изграждат и мегаватови хидрокинетични паркове с множество такива модули. Водноенергийният потенциал на река Дунав, само по българския бряг, е повече от 100 мегавата хидрокинетични електроцентрали, което напълно се вписва в новата европрограма "Дунавска стратегия" за устойчиво развитие на крайдунавските общини и напълно съвпада с новите изисквания на ЕС за масово внедряване на иновативни и екологични технологии, подкрепени със съответните финансови ресурси. Висока ефективност при ниски инвестиционни разходи се постига благодарение на новоизобретените компактни реактивни хидрокинетични турбини. Те са с радикално нова конструкция по български патенти и се изработват по технологията РОТОДЖЕТ, която без значимо производствено оскъпяване води до двойно увеличение на енергийната ефективност на реактивите турбини, в сравнение с всички видове и типове известни хидрокинетични турбини. Те освен в сладководни води, могат успешно да се използват и за безбаражни приливно-отливни електроцентрали, както и на различни морски течения за задвижване на електрогенeратори и/или хидравлични помпи. Компактните реактивни хидрокинетични турбини имат около 30% по-малък диаметър, в сравнение с всички други хидрокинетични турбини при една и съща мощност, и заемат около 65% по-малка площ в речните/морските течения, поради което те са значително по-ниско материалоемки и по-евтини. А произвежданият ток от тях - съответно с по-ниска себестойност. Тези В.Е.Ц. имат ниски обороти на турбините, което ги прави безопасни за рибите. Те работят в облекчен механичен режим и проектният им живот е 25-30 г. като работят с висока надежност тиска аварианост и евтина поддръжка От технологична и експлоатационна гледна точка, хидрокинетичните В.Е.Ц. са изгодни, защото те могат да работят с частично или напълно потопени турбини, което ги прави широко приложими за различни реки и канали и при различни водни нива. А модулни В.Е.Ц., които са на понтони, винаги робтят в горния слой на течението, където то е най-бързо и производителността им е най-голяма. Ефективността на преобразуване на водната кинетична енергия в електричество е много по-голяма при реактивните турбини. От икономическа и инвестиционна гледни точки, такива В.Е.Ц. са изгодни, защото се монтират под понтон или под платформа, фиксирана към дъното/бреговете на водните русла. От експлоатационна гледна точка такива В.Е.Ц. са изгодни, защото те работят с висока използваемост годишно - например на реките те могат да работят почти непрекъснато. От енергосистемна гледна точка такива водни електроцентрали са изгодни, защото тяхната електрогенерация е равномерна и предсказуема дневно и сезонно. И не на последно място - възможността върху понтоните/платформите да се монтират фотоволтаици и/или вятърни турбини и да се изгради хибридна електроцентрала, работеща изцяло на В.Е.И. За увеличаване ефективността на хидрокинетични В.Е.Ц., фотоволтаичнит инсталации и соларни паркове, те могат да се комбинират с реактивни вятърни турбини. Новоизобретените реактивни вятърни турбини са ефективни при ниски и средни ветроскорости, при което познатите ни ветрогенератори или не се въртят, или ако се въртят - работят с ниска ефективиност. Новоизобретените лопати нямат краища, поради което се елеминират индуктивните реактивни енергийни загуби от завихрянето на флуда след краищата на лопатите. Намалява се шума от лопатите и кавитацията (във вода). Затова новопатентованите лопати са много по-ефективни от всички известни пропелерни лопати. .

ЛИТЕРАТУРА ЦИТИРАНА В ТЕКСТА
1. http://bg.wikipedia.org/wiki/%D0%95%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8_%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80

2. http://bg.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8_%D0%BD%D0%B0_%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8_%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%BF%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F

3. http://www.tonchev.org/jetbladevideobg.html

4. http://bg.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%8A%D0%B7%D0%BE%D0%B1%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D1%8F%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F

5. http://bg.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B0_%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%B8%D0%BD%D0%B0

6. http://bg.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B5%D0%BB%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0_%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%B8%D0%BD%D0%B0

7. http://bg.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%B8%D0%BD%D0%B0_%D0%BD%D0%B0_%D0%A4%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%86%D0%B8%D1%81

8. http://bg.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0_%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%B8%D0%BD%D0%B0

9. http://tonchev.net/bg/hydrokinetic-power/%D0%B0%D1%80%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D0%B2-%D1%82%D0%B8%D0%BF-%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%B8%D0%BD%D0%B8-%D0%B7%D0%B0-%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE-%D0%BC%D0%B0%D0%BB%D0%BA%D0%B8-%D0%B2/154/

10. http://energy-review.bg/energy-statii.aspx?br=79&rub=836&id=401

11. http://bg.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%B8%D0%BD%D0%B0

12. http://bg.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Турбини за хидрогенератори 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.