SK287751B6 - Prietoková turbína s otočnými lopatkami - Google Patents

Abstract

Prietoková turbína s otočnými lopatkami je originálna svojou konštrukciou, obsahuje na aspoň jednom pevnom stojane - statore (1) uložený aspoň jeden rotačný prvok - rotor (3) s rotačným upevnením (1.1) na statore (1), pozostávajúci aspoň z jedného rotujúceho hriadeľa (3.3), s aspoň dvoma prvkami - tyčami (3.1), ktoré obsahujú aspoň dve otočné lopatky (4.1), výhodne tvarované, otáčajúce sa okolo týchto prvkov (3.1) vo vymedzenom priestore (9.1), (9.2) turbíny, opierajúce sa aspoň o jednu zarážku (3.2), ale aj v procesoch príznačných pre činnosť turbíny.

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka pomaly rotujúcich prietokových turbín a je orientovaný na koncepčnú zmenu v konštrukcii turbín a v zabezpečovaní a uskutočňovaní dejov v činnosti turbíny.

Doterajší stav techniky

Turbíny sú rotačné stroje, ktoré menia kinetickú, tepelnú a tlakovú energiu prúdiacej tekutiny na rotačný pohyb hriadeľa stroja. Premena energie sa deje v lopatkovej mreži, tvorenej lopatkami na jednom alebo viacerých otočné uložených rotoroch. Prechod tekutiny cez alebo medzi lopatkami vyvolá silové pôsobenie na ne, a to iniciuje otáčame rotora. Následne sa rotačný pohyb rotora pomocou prevodov využíva (napr. na pohon generátora, ktorý premieňa rotačný pohyb na elektrický prúd).

Podľa použitia turbín ich rozdeľujeme na hydraulické (najznámejšie sú vodné), plynové, parné a veterné. Využívanie vodných turbín na výrobu elektrickej energie patrí medzi obnoviteľné zdroje energie.

Medzi prvé známe využitia kinetickej energie tekutín patril vynález vodného kolesa, do nedávnej minulosti veľmi rozšíreného, ktorého vývoj sa ale v posledných desaťročiach zastavil na báze teoretickej, tak aj v realizačnej.

Podľa použitia hydraulických turbín ich rozdeľujem na také, ktoré vyžadujú výstavbu zásobníkov tekutiny a privádzanie usmerneného prúdu tekutiny (používajú sa hlavne Kaplanova, Francisova, Peltonova, Bánki-Ossbergerova), a také, ktoré ich nevyžadujú (podmorské a riečne, umiestnené do prúdu tekutiny - Gorlovova, axiálne dvoj- a trojramenné vrtule ponorené pod vodou - Seaflow, axiálna Verdant, cykloidná turbína Verdant, S-turbína Freda Sundermanna, turbína Neo-Aerodynamic, turbína v tvare viac listovej vrtule s voľným stredom).

Podľa rýchlosti turbín rozoznávame: rýchlootáčavé turbíny: (Kaplan, Francis, Pelton) a pomalootáčavé (Bánki-Ossberger), kam patria aj podmorské a riečne na morské, príp. riečne prúdy: turbíny - Gorlovova, Seaflow, cykloidná turbína Verdant, S-turbína, turbína Neo-Aerodynamic, turbína v tvare viac listovej vrtule s voľným stredom, ďalej viac listovej vrtule na plávajúcej bóji (tzv. Stromboje), prípadne turbína SDM - Staudruckmaschine.

Podľa tlaku rozdeľujeme turbíny na: pretlakové - tlak je pri vstupe vysoký a po výstupe z turbíny klesá - (Kaplan, Francis) a rovnakotlakové - tlak sa pri prechode turbínou nemení (Pelton, Bánki a turbíny umiestnené v riečnom a morskom prúde).

Rýchlootáčavé turbíny rozoznávame podľa prietoku a výšky spádu: Kaplanova (malá výška, veľký prietok), Francisova (stredná výška aj prietok), Peltonova (veľká výška, malý prietok). Kaplanova turbína má axiálne usporiadanie lopatiek, voda sa privádza z malej výšky kolmo na ne, ale pod veľkým prietokom, lopatky sú otočné. Francisova turbína vychádza z Foumeyronovej turbíny, má radiálne umiestnené otáčavé zaoblené lopatky, využíva strednú výšku prívodu vody a stredne veľký prietok. Peltonova turbína má tiež radiálne umiestnené zaoblené lopatky, využíva veľkú výšku spádu a malý prietok vody. Bánki-Ossbergerova turbína má tangenciálne/radiálne umiestnené zaoblené lopatky, využíva malú výšku spádu a malý objem vody. Je pomalobežná, prietoková, to znamená voda je vedená lopatkami do bubna a z neho na opačnej strane tiež cez lopatky von, kinetická energia odovzdáva takto prácu v pomere 2 : 1 na vstup a výstup. Výhodou Bánki-Ossbergerovej turbíny je jej samočistiaca schopnosť.

Peltonova, Francisova, Kaplanova, ako aj Bánki-Ossbergerova turbína sa realizujú na hydroelektrárňach a vyžadujú si výstavbu priehrad. Investičné náklady na realizáciu priehrady, turbín, regulátorov a generátorov sú relatívne vysoké. Podiel investičných nákladov pre turbíny a regulátory k celkovým nákladom je pri malých hydroelektrárňach asi 50 %, pri veľkých zariadeniach sa pohybuje medzi 10 - 20 %. Účinnosť turbín hydroelektráme je podľa konštrukcie 80 - 95 %, životnosť turbín sa pohybuje okolo 50 rokov, v prevádzke sú však aj staršie turbíny.

Vodné elektrárne sú viazané na väčšie vodné nádrže, ktorých výstavba si väčšinou vyžaduje zásahy do okolitej krajiny, pričom sa mení aj jej charakter, čo je z ekologického hľadiska často nevyhovujúce.

Vzhľadom na nutnosť dodržiavať konštantné otáčky turbín, kvôli frekvencii v elektrickej sieti, je vyrovnávanie kolísavého prietoku vody náročným prvkom regulácie otáčok vodnej turbíny. Náročnosť regulácie potvrdzuje ďalší závažný prvok pri prevádzke turbíny, a to je jej znečistenie vodou. Takisto pri výpadku prúdu v elektrickej sieti je nutné regulovať alebo prerušiť dodávku vody, aby nedošlo k pretočeniu rýchloobežných turbín. Typickou nevýhodou vodných elektrární, viazaných na väčšie vodné nádrže je ich cyklické využitie, len ako doplnkové energetické zdroje. Výkony súčasne používaných turbín sa pohybujú medzi 200 W až 1000 MW. Vzhľadom na negatívne dopady na okolité prostredie, nezostáva však veľký priestor na využitie vodného potenciálu výstavbou veľkých hydroelektrámí.

V súčasnosti sa začínajú pokusne aplikovať turbíny pre prílivovo-odlivové hydroelektráme a morské a riečne prúdy. Rýchlootáčavé, ale aj pomalootáčavé turbíny sa podľa podmienok dajú použiť pri prílivovo2

-odlivových hydroelektrárňach s priehradným telesom a privádzaním usmerneného prúdu tekutiny. Pre morské a riečne prúdy, ako aj prílivy sa môžu použiť pomalootáčavé turbíny v tvare viac listovej axiálnej vrtule. Ďalším variantom turbíny je turbína v tvare viac listovej axiálnej vrtule s voľným stredom, prichytená po jej obvode, kde je realizovaný aj prevod, umiestnená do prúdu tekutiny. Rozmery týchto axiálnych turbín sú rádovo v metroch až desiatkach metrov.

Medzi výhody prílivovo-odlivových turbín patrí, že môžu dosahovať relatívne vysoké výkony, nemajú relatívne výrazný negatívny vplyv na životné prostredie, nezaberajú miesto na súši, majú predpovedateľný pracovný cyklus, nie sú závislé od počasia. Medzi ich nevýhody patrí účinnosť len 60 - 70 %, výkon je závislý od výšky prílivu, nepracujú nepretržite - pracujú v cykle prílivu a odlivu, čo je 12 hodín 35 minút, do roka to predstavuje len asi 2000 hodín, majú zložité umiestnenie na morskom dne a zložitú údržbu, môžu byť umiestnené v mori len do určitej hĺbky, môžu spôsobiť dopravnú kolíziu s morskými plavidlami, ponorkami, môžu obmedzovať rybolov, alebo sa umiestňujú v zálivoch s vysokým prílivom a s vybudovaním priehradného telesa s veľkým objemom a úzkym priepustom v priehradnom telese, investičné náklady sú vysoké a životnosť je asi 35 - 50 rokov. Ich konštrukcia je síce jednoduchá, ale finančne náročná, umiestnenie je ďaleko od ľudských sídiel, ekologické problémy, ktoré sú spojené s prehradením vodných tokov a zálivov bránia výstavbe ďalších elektrární priehradného typu.

Medzi výhody elektrární na morské prúdy oproti prílivovým turbínam patrí, že môžu pracovať nepretržite v relatívne homogénnom režime. Z hľadiska hospodárnosti a vzhľadom na nízku hustotu energie morských prúdov sa hydroelektráme na morské prúdy realizované doteraz známymi konštrukciami javia ako najmenej výhodné a nie sú preto využívané.

Medzi výhody elektrární na riečne prúdy patrí, že môžu tiež pracovať nepretržite v relatívne homogénnom režime a patria medzi obnoviteľné zdroje energie. Z hľadiska hospodárnosti sa dodnes známymi konštrukciami na využitie riečnych prúdov ako hydroelektráme javia tiež ako málo výhodné a nie sú preto využívané.

Konštrukcie doteraz známych pomalootáčavých turbín umiestnených v morských prílivových prúdoch sa dajú rozdeliť na dva základné typy: s konštrukciou z vertikálneho nosníka ukotveného v pevnom základe na dne, napr. siahajúceho nad hladinu (relatívne vysoké náklady na výstavbu, zakladanie stavby a údržbu), alebo s plávajúcou, či vo vode sa vznášajúcou konštrukciou (relatívne nízke náklady na realizáciu), ukotvenou napr. na dne, alebo na plávajúcom pontóne.

V prvej konštrukčnej skupine je možné použiť napr. Gorlovovu turbínu, ktorá je vylepšením Darrieusovho rotora, táto má ale len s asi 35 %-ú účinnosť, ďalej axiálne dvoj- a trojlistové turbíny ponorené pod vodou - napr. systému Verdant, ďalej Seaflow, s vertikálnym stĺpom, siahajúcim nad hladinu, ktorý umožňuje vysunutie rotorov v prípade opráv alebo renovácie, ale aj turbína v tvare viac listovej vrtule s voľným stredom, prichytená po jej obvode, kde je realizovaný aj prevod.

Do druhej konštrukčnej skupiny možno zaradiť cykloidnú turbínu Verdant, ako aj S-turbínu F. Sundermanna alebo turbínu Neo-Aerodynamic, ale aj posledne opísaný typ turbíny z prvej skupiny, v tvare viac listovej vrtule s voľným stredom, prichytenej po jej obvode a turbínu SDM.

Cykloidná turbína Verdant sa skladá z rotora a kolmo naň umiestnenými lopatkami, ktoré sa počas rotácie turbíny natáčajú pomocou núteného prevodu, so snahou zvýšiť účinnú plochu styku s prúdom tekutiny.

S-turbina F. Sundermanna spoločnosti Sundermann Water Power má štyri ramená, na ich konci sú obdobne konštrukčne núteným rozvodom riešené otočné lopatky, ako pri cykloidnej turbíne tak, so snahou zvýšiť účinnú plochu styku lopatiek so smerom prúdenia vody. Axiálna turbína F. Sundermanna je konštrukčne riešená ako turbína v tvare viac listovej vrtule, prichytená a sprevodovaná po jej obvode. Turbíny spoločnosti Sundermann Water Power používajú prívodný, ako aj odvádzací tunel, čím usmerňujú prúd vody a zvyšujú jej rýchlosť.

Turbína Neo-Aerodynamic má segmentované sklápacie lopatky s aerodynamickým profilom. Jej využitie sa však javí perspektívnej šie na získanie energie z vetra.

Pri turbíne Verdant, S-turbíne F. Sundermanna a turbíne Neo-Aerodynamic je spoločným javom, že majú počas rotácie núteným prevodom usmerňované lopatky, čo primáme odoberá energiu získanú z prúdu vody. V ďalšom sa nútené natáčanie lopatiek javí teoreticky ako výhodné proti priamemu smeru prúdiacej vody, v skutočnosti sa však vplyvom reakcie primárneho nárazu vody a jej obtekaním okolo lopatiek a prípadne aj rozrážača toku, vytvárajú silné turbulencie - vodné víry, ktoré rôznymi smermi narážajú na otáčavo smerované lopatky - nútený rozvod lopatiek- čím sa brzdí rotácia turbíny a znižuje získaná kinetická energia vody.

O praktickom použití cykloidnej turbíny Verdant, ako aj turbíny Neo-Aerodynamic nie sú dostupné materiály.

Turbína v tvare viac listovej vrtule s voľným stredom, prichytená po jej obvode, kde je realizovaný aj prevod, sa pokusne používa v morských a prílivových prúdoch. Vzhľadom na jej veľké priemery, je jej bežné využitie, napr. v riečnych tokoch nereálne, takisto využitie viac listovej vrtule na plávajúcej bóji (tzv. Stromboje).

Turbína SDM je podobná vodnému kolesu so spodným náhonom, vyžaduje si však úpravu toku alebo vybudovanie vodného zariadenia s rozdielom výšky hladín, relatívne mohutnú pevnú nosnú konštrukciu, pri priemere kolesa okolo 5 m.

Podľa štúdií o možnostiach hospodárneho a ekologického využitia vodného kinetického potenciálu doteraz prevažujúcimi vodnými zariadeniami (vodné nádrže spojené s výstavbou priehradných múrov) sa nepredpokladá ich masový nárast výstavby, v porovnaní s ostatnými technikami výroby elektrickej energie.

Snahou zdokonaliť turbínu pre pomaly prúdiace toky, s parametrami pomaly rotujúcej prietokovej turbíny, s možnosťou umiestnenia pod hladinou prúdiacej tekutiny, podmorské, riečne, plávajúce, vznášajúce v tekutine, alebo umiestnené na dne mora alebo rieky, v priečnom profile rieky alebo morského prúdu, bez nároku na výstavbu priehradných zariadení a privádzania usmerneného prúdu tekutiny, teda v oblastiach ktoré sa dodnes nevyužívajú a existuje tu pritom veľký hydroenergetický potenciál, bolo cieľom viacerých riešení, ktoré je možné zahrnúť do súčasného stavu techniky, ale ani jedno nepredstavovalo principiálnu zmenu.

Podstata vynálezu

Prietoková turbína s otočnými lopatkami rieši uvedené problémy hlavne tým, že obsahuje na aspoň jednom pevnom stojane - statore uložený aspoň jeden rotačný prvok, pozostávajúci z aspoň jedného rotujúceho hriadeľa, ktorý je spojený s aspoň dvoma prvkami - tyčami, ktoré obsahujú aspoň dve otočné lopatky, výhodne tvarované, otáčajúce sa okolo týchto tyčí vo vymedzenom priestore, opierajúce sa aspoň o jeden prvok - zarážku, s možnosťou upevnenia na aspoň jednom okrajovom prvku rotačné výhodného tvaru, ale aj spôsobom prenosu kinetickej a/alebo tepelnej, a/alebo tlakovej energie prúdiacej tekutiny rotáciou aspoň dvoch lopatiek na rotačný pohyb hriadeľa stroja, keď sa tieto deje uskutočňujú v neutesnenom rotačnom priestore turbíny.

Prietoková turbína s otočnými lopatkami spája výhody pomaloobežnej prietokovej lopatkovej turbíny a turbíny ponorenej v tekutine, kde nedochádza na lopatkách k rozhraniu dvoch tekutín rôznej konzistencie (napr. kvapaliny a vzduchu) pri premene kinetickej a/alebo tepelnej, a/alebo tlakovej energie na rotačnú.

Rotor prietokovej turbíny s otočnými lopatkami je rotačné uložený na statore a dej, ako je premena kinetickej a/alebo tepelnej, a/alebo tlakovej energie na rotačný pohyb hriadeľa stroja sa uskutočňuje sledom konštrukčných a s nimi súvisiacich parametrických a funkčných procesov príznačných pre činnosť turbíny.

Tieto procesy sa iniciujú a uskutočňujú s využitím aspoň jednej rotačnej prietokovej turbíny s aspoň dvoma otočnými lopatkami, výhodne tvarovanými, rotačné uloženej na statore a vzájomne udržiavajúcej čiastočný konštrukčný a funkčný dotyk, ktorý je priebežný.

Nasledovný opis prietokovej turbíny s otočnými lopatkami je orientovaný na turbínu iniciovanú premenou kinetickej a/alebo tlakovej energie na rotačnú energiu, pričom prietoková turbína s otočnými lopatkami iniciuje aj premenu tepelnej energie na rotačnú energiu. Turbína je ukotvená v priestore prúdiacej tekutiny a rotor priebežne vymedzuje objem neutesneného pracovného priestora rotačné výhodného tvaru. Aspoň dve otočné lopatky, výhodne tvarované, umiestnené na vonkajšom obvode rotora sa počas rotácie a dejov príznačných pre premenu kinetickej alebo tlakovej energie prúdiacej tekutiny na rotačný pohyb hriadeľa stroja opierajú výhodne o aspoň jednu zarážku umiestnenú k stredu rotácie, ktorá vhodne vymedzuje otáčanie lopatiek tak, aby zabezpečovali v prúdiacej tekutine rotačný pohyb rotora, ktorý obsahuje rotačný výstup - hriadeľ, na prenos náhonu z hnaného systému a tým sa rotačný pohyb rotora pomocou prevodov môže využiť na pohon generátora, ktorý premieňa rotačný pohyb na elektrický prúd. Pri rotácii dochádza k rotačnému kontaktu rotora a statora.

Stator je pevne spojený so zariadením buď ukotveným proti pohybujúcej sa tekutine (na plávajúcom pontóne, vznášajúc sa v tekutine, ukotvenom na dne atď.), alebo sa toto zariadenie pohybuje proti tekutine.

Umiestnenie tyčí a osí otáčania aspoň dvoch lopatiek výhodne tvarovaných (výhodne ďalších lopatiek), pri vonkajšom obvode rotora a aspoň jednej zarážky umiestnenej smerom ku stredu rotora umožňuje vhodné smerovanie lopatiek otočením sa okolo ich osí v nepracovnom priestore rotora, a tým aj rotáciu rotora v tekutine. Možnosť vymedzeného otáčania lopatiek a spôsob ich otáčania okolo ich vlastných osí prietokovej turbíny s otočnými lopatkami originálnym spôsobom rieši vratnú ťázu turbíny s nízkym odporom lopatiek v nepracovnom priestore rotora.

Rotáciu prietokovej turbíny s otočnými lopatkami zabezpečuje prúdenie tekutiny, tlak na lopatky a obtekanie tekutiny okolo lopatiek v neutesnenom priestore turbíny v pracovnom priestore rotora. Aspoň jedna lopatka sa vo východiskovej polohe rotáciou turbíny a prúdením tekutiny oprie o aspoň jednu zarážku a podľa konštrukcie turbíny v asi 180°-ovom pracovnom priestore rotora zabezpečuje rotáciu turbíny.

Prietok v prietokovej turbíne s otočnými lopatkami sa uskutočňuje, keď prúd tekutiny naráža na rotujúcu lopatku a obteká ju, kontinuálne realizuje premenu kinetickej a/alebo tlakovej energie na rotačnú energiu a opúšťa priestor turbíny.

Vzhľadom na turbulencie tekutiny v pracovnom priestore rotora a smer preklápania lopatky po mŕtvom bode, dochádza takisto ku kontinuite premeny kinetickej a/alebo tlakovej energie prúdiacej tekutiny na rotačný pohyb turbíny, tlak prúdiacej tekutiny na preklápajúcu sa lopatku takisto iniciuje rotáciu rotora.

Na konci pracovného priestora rotora po mŕtvom bode a preklopení jednotlivých lopatiek z aspoň jednej zarážky sa lopatky, vplyvom kombinácie prúdu tekutiny, jej turbulencií, účinkov hydrodynamického tvaru krídla lopatky a vplyvu odstredivých rotačných síl rotujúceho rotora s minimálnym odporom rotáciou turbíny asi o 180° presúvajú v nepracovnom priestore rotora do východiskovej polohy jednotlivých lopatiek a vytvárajú takto minimálne turbulencie, kde sa znovu jednotlivo oprú aspoň o jednu zarážku.

Natočenie jednotlivých lopatiek v nepracovnom priestore rotora proti smeru toku tekutiny závisí od rýchlosti toku tekutiny a rotácie turbíny. Nasmerovanie lopatiek počas tejto fázy je kombináciou kopírovania obvodu rotora, excentrického vytáčania lopatiek z rotačného priestora turbíny, priečneho tvaru lopatiek, ich výhodného tvarovania, ako aj pôsobenia prúdu tekutiny pred opretím jednotlivých lopatiek o aspoň jednu zarážku, kde sa tiež realizuje premena kinetickej energie na rotačný pohyb turbíny. Tvar zaoblených lopatiek pripomína v priečnom reze tvar krídla, pôsobením prúdenia tekutiny na „dlhšej“ strane lopatky vzniká podtlak. Keďže sú preklopené lopatky v nepracovnom priestore „dlhšou“ stranou orientované do stredu rotora, hydrodynamický účinok tvaru krídla takto pôsobí proti odstredivým silám rotácie a prispieva k premene kinetickej energie na rotačný pohyb turbíny už pred kontaktom lopatky so zarážkou. Výhodné tvarovanie aj v pozdĺžnom smere - v smere osi rotácie lopatky - zvyšuje účinný uhol v pracovnom priestore, je výhodný pri turbíne s menším počtom lopatiek.

Pri viaclopatkových prietokových turbínach s otočnými lopatkami z dôvodu turbulencií v pracovnom priestore rotora naráža tekutina sekundárne na lopatku pred ňou v smere rotácie a opúšťa rotačný priestor turbíny. Prietoková turbína s otočnými lopatkami pracuje na princípe vymedzeného otočného pohybu lopatiek, ktoré sa v smere prúdenia tekutiny opierajú aspoň o jednu zarážku, kladú prúdiacej tekutine odpor, roztáčajú rotor a prenášajú kinetickú energiu tekutiny na rotačný pohyb. Obvodová rýchlosť rotora prietokovej turbíny s otočnými lopatkami je z dôvodu odovzdávania energie a vlastného odporu pomalšia, ako je rýchlosť toku tekutiny. Účinný - pracovný priestor rotora sa dá zvýšiť, napr. úpravou rýchlosti rotácie zarážok, keď sa počas jednej otáčky turbíny napr. otočí zarážka rýchlejšie o výhodný uhol, čím sa lopatka oprie o zarážku skôr a preklopí sa neskôr, takto sa uhol účinnosti a pracovný priestor rotora turbíny zväčší. Pri vstupe tekutiny do priestora turbíny, keď lopatka je vo východiskovej polohe a začína sa opierať o zarážku, je tekutina bez turbulencií a účinok prúdenia na lopatku je vyšší. Turbulencie tekutiny v priestore prietokovej turbíny s otočnými lopatkami iniciujú takisto tlak tekutiny na preklápajúcu sa lopatku pri opúšťaní priestora rotora, teda aj na rotáciu turbíny.

Zvýšenie rýchlosti prúdenia tekutiny priestorom prietokovej turbíny s otočnými lopatkami sa dosiahne aj umiestnením rozrážača okolo stredového hriadeľa a privádzacím a odvádzacím tunelom k turbíne.

Vhodným zaoblením lopatiek sa dosiahne vyššia účinnosť prietokovej turbíny s otočnými lopatkami.

Vhodné použitie ďalších lopatiek v turbíne využije väčšiu plochu lopatiek, vhodnejšie usmernenie toku tekutiny a tým lepšiu účinnosť prietokovej turbíny s otočnými lopatkami.

Použitie okrajových prvkov vhodného hydrodynamického rotačného (diskového) tvaru na prietokovej turbíne s otočnými lopatkami, ktoré sú paralelné s prúdením tekutiny, nahrádza bočnice lopatiek a zvyšuje účinnosť prietokovej turbíny s otočnými lopatkami.

Prietoková turbína s otočnými lopatkami pracuje bez nároku na výstavbu nákladných zariadení na privádzanie usmerneného prúdu tekutiny, predpokladá sa jej efektívne využitie pri prúdení tekutiny už pod 2 ms-1, vyžaduje jednoduchú montáž na zariadení umožňujúcom udržiavať turbínu v prúdiacej tekutine, alebo sa zariadenie pohybuje proti tekutine, ako aj v spojení s generátorom, v závislosti od jej veľkosti môže byť prenosná a jednoducho umiestniteľná v prúdiacej tekutine.

Všeobecne je účinnosť turbín znížená viacerými faktormi, medzi ktoré patria: straty trením rotujúcich prvkov, ďalej straty z vírivých prúdov vody - turbulencií, ako aj plnenie a vyprázdňovanie sa nedeje vo vrcholových bodoch. Predpokladá sa, že vzhľadom na charakter konštrukcie prietokovej turbíny s otočnými lopatkami sú straty druhého a tretieho faktora nižšie oproti bežným turbínam, pribudol však odpor rotujúcej turbíny v tekutine. Tekutina pôsobí na lopatky prietokovej turbíny s otočnými lopatkami kontinuálne, bez nárazov, bez rozhrania dvoch tekutín a odtok tekutiny z priestora turbíny je napriek vírivým prúdom na jednotlivé prvky turbíny tiež plynulý, a to z dôvodov vymedzeného otáčania lopatiek okolo ich osi, čo znižuje negatívny vplyv vírivých prúdov na rotáciu turbíny.

Základným znakom vynálezu prietokovej turbíny s otočnými lopatkami je, že tekutina preteká turbínou a prenos kinetickej energie na lopatky turbíny sa deje kontinuálne počas jej prúdenia priestorom turbíny.

Vychádzajúc z vlastností vodného kolesa sa predpokladá relatívne plochá účinnostná krivka prietokovej turbíny s otočnými lopatkami, to znamená, že aj pri zníženom prietoku je jej účinnosť ešte relatívne vysoká. Tento stav sa niekedy javí dôležitejší ako vyššia účinnosť iných turbín v optimálnom bode účinnostnej krivky.

Pri prietokovej turbíne s otočnými lopatkami, ktorá je predmetom ochrany, sú zrejmé odlišnosti, ale najmä výhody oproti vodnému kolesu, používanému tisíce rokov, a to najmä: rozmery prietokovej turbíny s otočnými lopatkami s porovnateľným výkonom vodného kolesa sú menšie, prietoková turbína s otočnými lopatkami je jednoduchá na výpočet a konštrukciu, turbína je chránená pred vplyvmi počasia, je celá ponorená v tekutine a ňou adekvátne nadľahčovaná, v zimnom období nenamŕza, umiestnenie turbíny si nevyžaduje náročné nosné a ochranné konštrukcie, ako aj tekutinu privádzajúce a odvádzajúce konštrukcie, napr. oproti mohutnej konštrukcii vodného kolesa a jeho nosnej konštrukcii. Umiestnenie tyčí a osí otáčania aspoň dvoch lopatiek (výhodne ďalších lopatiek) pri vonkajšom obvode rotora a aspoň jednej zarážky umiestnenej smerom ku stredu rotora umožňuje otáčanie lopatiek v nepracovnom priestore rotora, a tým aj rotáciu rotora v tekutine. Možnosť vymedzeného otáčania lopatiek a spôsob ich otáčania okolo ich vlastných osí prietokovej turbíny s otočnými lopatkami originálnym spôsobom rieši vratnú fázu lopatiek s nízkym odporom turbíny v nepracovnom priestore rotora. Účinnosť prietokovej turbíny s otočnými lopatkami je vyššia, pretože premena kinetickej energie prúdiacej tekutiny na rotačnú energiu sa deje v celom pracovnom priestore rotora turbíny, to znamená, že tlak na lopatku sa realizuje už od jej pozitívneho natočenia sa proti smeru prúdiacej tekutiny, ďalej od zachytenia sa o zarážku (východisková poloha lopatky), a trvá až do ukončenia fázy v pracovnom priestore rotora, za mŕtvym bodom, teda asi do polohy po začiatku preklápania sa lopatky okolo vlastnej osi, takto pôsobí energia prúdiacej tekutiny na celú plochu lopatiek pri prietokovej turbíne s otočnými lopatkami efektívnejšie, než pri vodnom kolese. Na vhodné miesto je možné umiestniť viacero prietokových turbín s otočnými lopatkami, prepojiť ich prevodmi a napojiť na menší počet generátorov, než je počet turbín.

Pri prietokovej turbíne s otočnými lopatkami, ktorá je predmetom ochrany, sú zrejmé odlišnosti, ale najmä výhody oproti konvenčným turbínam, a to najmä: turbína má veľmi jednoduchú konštrukciu, je jednoduchá aj na výpočet a výrobne ľahko realizovateľná i v amatérskych podmienkach, nevyžaduje použitie špeciálnych materiálov, vzhľadom na trvalú polohu v tekutine len s minimálnymi protíkoróznymi vlastnosťami korozívnych materiálov, je použiteľná v prúdoch morí a na tokoch riek, kde nie je možné a/alebo potrebné budovať priehradné vodné nádrže, je použiteľná v tokoch už od relatívne nízkej rýchlosti prúdiacej tekutiny, z toho vyplýva menšie namáhanie prvkov prietokovej turbíny s otočnými lopatkami a zníženie nákladov na opravy a údržbu, výkon prietokovej turbíny s otočnými lopatkami je závislý od veľkosti, počtu a usporiadania lopatiek a od rýchlosti toku, teda od prietoku, pri využití rotačného pohybu na výrobu elektrickej energie si turbína nevyžaduje finančne náročnú konštrukciu zariadenia s upevnením proti prúdiacej tekutine, alebo pohybujúceho sa zariadenia proti stojacej tekutine, turbína nie je náchylná ku kavitácii vzhľadom na nízku rýchlosť prúdenia tekutiny, je málo citlivá na nečistoty, proti veľkým plávajúcim nečistotám je možné umiestniť ochranné mreže, pri turbínach umiestnených pod hladinou tekutiny sú ložiská prevodov mimo tekutinu, hriadeľ nie je nutné tesniť, pri turbínach vznášajúcich sa v tekutine a umiestnených na dne riek a morí je nutné tesniť hriadele a generátor, pri umiestnení vymedzovacích prvkov vhodných hydrodynamických tvarov umiestnených rovnobežne s osou rotácie lopatiek turbíny sa zrýchli prúdenie tekutiny cez priestory turbíny, konštrukcia turbíny neprerušuje kontinuitu prúdu tekutiny, nevytvára nárazy medzi tekutinou a telesom turbíny alebo jeho prvkami pri vstupe do priestora turbíny a pri opúšťaní priestora turbíny, čo znižuje účinok vírivých prúdení tekutiny, smer rotácie turbíny je rovnaký v celom rozsahu smeru prúdenia tekutiny uhla 360°, turbína nemá nútený rozvod na usmernenie otočenia lopatiek, preto si smer prúdiacej tekutiny a jej turbulencie, ako aj iné fyzikálne sily nasmerujú lopatky, ktoré sa nenachádzajú v pracovnom priestore rotora turbíny okolo ich vlastnej osi tak, aby kládli prúdiacej tekutine minimálny odpor, ďalej ak sa v turbíne nepoužije rozrážač, v polovici objemu priestora turbíny prebieha voľný smer toku tekutiny, pôsobenie kinetickej energie prúdiacej tekutiny na lopatky turbíny sa deje v celom pracovnom priestore rotora turbíny.

Prietoková turbína s otočnými lopatkami má ďalej výhody oproti bežným turbínam: zjednodušenie konštrukcie turbíny, nízke náklady na výrobu a prevádzku turbíny, vysoká spoľahlivosť a bezporuchovosť prevádzky a jej bezpečnosť, nízka energetická náročnosť celého procesu, možnosť umiestnenia turbín od horizontálneho po vertikálny smer a ich vzájomných kombinácií, turbíny dosahujú relatívne vysokú účinnosť, umiestnené v morských prúdoch a v tokoch riek pracujú priebežne až nepretržite, nie v cyklických režimoch, dosahujú relatívne vysoké výkony a vzhľadom na stabilitu rýchlosti prúdu tekutiny aj rovnomerné otáčky a výkony, nepoškodzujú životné prostredie, nie je ich vidno, ani počuť, nezaberajú miesto na súši, je možnosť ich využitia na tokoch od veľkosti potokov, či malých riek s dostatočným prietokom, ponorom a predpokladanou rýchlosťou toku pod 2 m/s, prietoková turbína s otočnými lopatkami môže využívať energiu prúdiacej tekutiny viackrát za sebou na veľkej dĺžke vodného toku alebo morského prúdu, jej využívanie nezávisí od zmeny výšky vodnej hladiny, resp. od povodňovej situácie v riekach (okrem kriticky nízkej hladiny), ani od búrkovej situácie na moriach, najvýhodnejšie sa javí umiestnenie prietokovej turbíny s otočnými lopatkami na riekach, pretože kinetická energia odobratá rieke turbínou sa vzhľadom na spád toku rieky regeneruje a nehrozí ekologická porucha vo forme nerovnováhy medzi odberom energie a obnovovaním zdroja, znamená to, že tento zdroj získavania energie sa zaraďuje medzi obnoviteľné zdroje energie, výhodnosť umiestnenia je v splavných riekach mimo plavebnej dráhy, ale aj v nesplavných potokoch a riekach, ďalej prietoková turbína s otočnými lopatkami neprodukuje žiadny odpad ani CO2, pri jej výrobe sa vyprodukuje minimálne množstvo CO2, nie je potrebná výstavba nákladných zariadení na zadržiavanie tekutiny a jej privádzanie usmerneným prúdom, umožňuje umiestnenie zariadení s prietokovými turbínami ponorenými pod hladinou riek a morí s prúdmi na plávajúcich ukotvených zariadeniach, ďalej vznášajúcich sa v toku prúdu, alebo umiestnených na dne riek a morí s podmorskými prúdmi, ako aj s prílivovými a odlivovými prúdmi, taktiež v časti priečneho profilu rieky alebo podmorského prúdu vo vhodnom rastri kolmo na prúdenie, možnosť umiestnenia viacerých (stoviek) turbín vo výhodnom rastri aj za sebou, vzájomné vhodné energetické prepojenie a spojenie viacerých turbín, znamená to ich efektívnejšie energetické využitie, ďalej jednoduché ukotvenie turbín na dnách morí a tokov, ako aj umiestnenie malých turbín na hladinách a dnách malých riek, taktiež turbín väčších rozmerov vhodne prepojených v morských prúdoch a na veľkých riekach mimo plavebných dráh, ako aj v blízkosti ľudských sídiel, turbína nepotrebuje priemer prúdu tekutiny v profile niekoľkých metrov, či desiatok metrov, pri súbore turbín umiestnených na dne tokov s malým prietokom sa vyžadujú minimálne úpravy, výhodou je možnosť plnej automatizácie procesu a úplnej bezobslužnej prevádzky a diaľkového riadenia turbín, dlhá životnosť technologického zariadenia, pri využití neobmedzenej životnosti primárneho energetického zdroja.

Z dôvodu pomalej rotácie prietokovej turbíny s otočnými lopatkami, relatívne veľkých rozmerov jej prvkov, takisto voľných priestorov medzi jednotlivými prvkami rotorov a ich plynulého pohybu v tekutine sa nepredpokladá negatívny vplyv na bežné druhy riečnej a/alebo morskej biofauny a jej biotop.

Pri prietokových turbínach s otočnými lopatkami umiestnených na plávajúcom pontóne na rieke je v prípade nízkeho stavu hladiny rieky alebo nebezpečenstva ľadochodu možné celý pontón ponoriť pod hladinu alebo odtiahnuť k brehu.

Použitie prietokovej turbíny s otočnými lopatkami sa javí výhodné okrem morských prúdov a prúdov riek aj v prírodných a umelých kanáloch, úžinách a odtokových kanáloch priehrad, prítokových, odtokových a zavlažovacích kanáloch, riečkach a potokoch s minimálnymi úpravami, ako aj zariadenia so sekundárne využiteľným vodným potenciálom, ale aj pre prílivové a odlivové energetické zariadenia.

Rotor spolu so statorom prietokovej turbíny s otočnými lopatkami možno použiť aj v iných rotačné vhodných tvaroch. Počet, tvar, umiestnenie a rozmiestnenie jednotlivých lopatiek v pracovnom priestore turbíny, ako aj možnosť horizontálneho a vertikálneho umiestnenia turbín, ich vzájomné kombinácie, vytvárajú množstvo variant, ktoré sú závislé od jednotlivých podmienok využitia.

Pre optimálnu prevádzku vynálezu je potrebná relatívne konštantná prítoková rýchlosť tekutiny, a tým aj konštantné otáčky, na čo dáva predpoklad tok rieky alebo morský prúd.

Potenciálne využívanie prietokovej turbíny s otočnými lopatkami v prúdoch riek a morí cez prevody a reguláciu otáčok na výrobu elektrickej energie patrí medzi obnovíte ľné zdroje energie, vzhľadom na to, že nehrozí ekologická porucha vo forme nerovnováhy medzi obnovovaním zdroja a odberom energie. Investičné náklady na realizácie prietokových turbín s otočnými lopatkami sú nízke a vracajú sa takmer ihneď (výkony sú v závislosti od veľkosti turbíny, začínajú do desať kW a viac) a vzhľadom na jednoduchú obsluhu prietokovej turbíny s otočnými lopatkami je veľký predpoklad jej využitia. V súčasnosti nie je technický problém regulovať točivý moment podobných zariadení, ako je prietoková turbína s otočnými lopatkami modernými planétovými prevodovkami, s prevodmi 1 : 100 a s účinnosťou zariadenia nad 50 %. Z dôvodu obmedzených možností využitia vodného potenciálu výstavbou veľkých hydroelektrámi a ich negatívnym dopadom na okolité prostredie, sa môže stať využívanie prietokovej turbíny s otočnými lopatkami vhodným riešením na výrobu elektrickej energie.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Princíp prietokovej turbíny s otočnými lopatkami a spôsob zmeny kinetickej a tlakovej energie prúdiacej tekutiny na rotačný pohyb hriadeľa stroja využitia uvedeného spôsobu je schematicky znázornený na obrázkoch. Vzhľadom na to, že riešenie, ktoré je predmetom ochrany vytvára predpoklady pre množstvo variantov konkrétnej konštrukčnej aplikácie a jeho podstatu je možné vyjadriť len zobrazením viacerých stavov, je potrebné jednotlivé obrázky chápať len ako ilustračné na vysvetlenie podstaty vynálezu.

Na obr. č. 1 - 4 je v priečnom reze vertikálne umiestneným rotorom turbíny a pohľadom na okrajový prvok rotačné výhodného tvaru zobrazený pracovný priebeh v rozsahu asi 143° prietokovej turbíny s otočnými lopatkami, výhodne tvarovanými v pozdĺžnom smere, a to s dvomi lopatkami na dvoch spojovacích tyčiach, s jednou zarážkou, totožnou s hriadeľom, s naznačenými turbulenciami tekutiny, pričom obr. č.l je pokračovaním deja a je tu vysvetlený princíp spôsobu zmeny kinetickej a/alebo tlakovej energie prúdiacej tekutiny na rotačný pohyb hriadeľa.

Na obr. č. 5 - 8 je v priečnom reze vertikálne umiestneným rotorom turbíny a pohľadom na okrajový prvok rotačné výhodného tvaru zobrazený pracovný priebeh v rozsahu 54° prietokovej turbíny s otočnými lopatkami s piatimi lopatkami na piatich spojovacích tyčiach - a s piatimi zarážkami, s naznačenými turbulen7 ciami tekutiny, pričom obr. č. 1 je pokračovaním deja a je tu vysvetlený princíp spôsobu zmeny kinetickej a/alebo tlakovej energie prúdiacej tekutiny na rotačný pohyb hriadeľa.

Na obr. č. 9 - 12 je v priečnom reze vertikálne umiestneným rotorom turbíny a pohľadom na okrajový prvok rotačné výhodného tvaru zobrazený pracovný priebeh v rozsahu 90° prietokovej turbíny s otočnými lopatkami, s tromi lopatkami na troch spojovacích tyčiach, s tromi zarážkami, stredovým rozrážačom a privádzacím a odvádzacím tunelom, pričom obr. č. 1 je pokračovaním deja a je tu vysvetlený princíp spôsobu zmeny kinetickej a/alebo tlakovej energie prúdiacej tekutiny na rotačný pohyb hriadeľa.

Na obr. č. 13 - 16 je v priečnom reze vertikálne umiestneným rotorom turbíny a pohľadom na okrajový prvok rotačné výhodného tvaru zobrazený pracovný priebeh v rozsahu 90° prietokovej turbíny s otočnými lopatkami so šiestimi výhodne proti sebe umiestnenými otočnými lopatkami na šiestich spojovacích tyčiach a so šiestimi zarážkami, tri lopatky so zarážkami sú umiestnené na vonkajšom obvode, tri lopatky so zarážkami sú umiestnené bližšie k stredu turbíny, pričom obr. č. 1 je pokračovaním deja a je tu vysvetlený princíp spôsobu zmeny kinetickej a/alebo tlakovej energie prúdiacej tekutiny na rotačný pohyb hriadeľa.

Na obr. č. 17 je v priečnom reze vertikálne umiestneným rotorom turbíny a pohľadom na okrajový prvok rotačné výhodného tvaru zobrazený stav pracovného priebehu podľa obr. č. 1, a to prietokovej turbíny s otočnými lopatkami s tromi lopatkami na troch spojovacích tyčiach, s jednou zarážkou - hriadeľom s výstupmi.

Na obr. č. 18 je v priečnom reze horizontálne umiestneným rotorom turbíny a pohľadom na okrajový prvok rotačné výhodného tvaru zobrazený stav pracovného priebehu podľa obr. č. 1, a to prietokovej turbíny s otočnými lopatkami so siedmimi lopatkami na siedmich spojovacích tyčiach, so siedmimi zarážkami.

Na obr. č. 19 - 22 je v priečnom reze vertikálne umiestneným rotorom turbíny a pohľadom na okrajový prvok rotačné výhodného tvaru zobrazený pracovný priebeh v rozsahu 54° prietokovej turbíny s otočnými lopatkami s piatimi lopatkami na piatich spojovacích tyčiach a so štyrmi zarážkami, kde zarážky rotujú cez nútený prevod rýchlejšie počas jednej otáčky o jednu lopatku dopredu, s naznačenými turbulenciami tekutiny, pričom obr. č.l je pokračovaním deja a je tu vysvetlený princíp spôsobu zmeny kinetickej a tlakovej energie prúdiacej tekutiny na rotačný pohyb hriadeľa.

Na obr. č. 23 v bočnom pohľade na rotor turbíny s dvoma okrajovými prvkami rotačné výhodného tvaru a nosnej konštrukcie - pontónu - zobrazená prietoková turbína s otočnými lopatkami vo vertikálnej polohe, s vymedzovacími prvkami zhodnými s pontónmi, vhodných hydrodynamických tvarov umiestnenými rovnobežne s osou rotácie lopatiek turbíny.

Na obr. č. 24 v bočnom pohľade na rotor turbíny s dvoma okrajovými prvkami rotačné výhodného tvaru a nosnej konštrukcie - pontónu - zobrazená prietoková turbína s otočnými lopatkami v horizontálnej polohe s vymedzovacími prvkami vhodných hydrodynamických tvarov umiestnenými rovnobežne s osou rotácie lopatiek turbíny.

Na obr. č. 25 sú v axonometrii zobrazené prietokové turbíny s otočnými lopatkami umiestnené vo vertikálnej polohe na nosnej konštrukcii: plávajúcom pontóne a pevnej nosnej konštrukcii na dne toku, kde kvôli názornosti kresby nie sú znázornené vymedzovacie prvky.

Na obr. č. 26 sú v axonometrii zobrazené prietokové turbíny s otočnými lopatkami umiestnené v horizontálnej polohe na nosnej konštrukcii: plávajúcom pontóne a pevnej nosnej konštrukcii na dne toku, kde kvôli názornosti kresby nie sú znázornené vymedzovacie prvky.

Na obr. č. 27 sú v axonometrii zobrazené prietokové turbíny s otočnými lopatkami umiestnené vo vertikálnej polohe na pevnej nosnej konštrukcii, priečne na prúd toku, na dne toku.

Na obr. č. 28 v bočnom pohľade na rotor turbíny s dvoma okrajovými prvkami rotačné výhodného tvaru a nosnej konštrukcie - pontónu - zobrazená prietoková turbína s otočnými lopatkami vo vertikálnej polohe, s vymedzovacími prvkami zhodnými s pontónmi, vhodných hydrodynamických tvarov umiestnenými rovnobežne s osou rotácie lopatiek turbíny, s alternatívou uchytenia rotora na bočný stator a ten na plávajúce pontóny.

Jednotlivé obrázky 1-4:

Obr. č. 1 znázorňuje pracovný priebeh prietokovej turbíny s otočnými lopatkami s dvomi lopatkami, výhodne tvarovanými v pozdĺžnom smere, na dvoch spojovacích tyčiach a s jednou zarážkou - hriadeľom, pričom jedna lopatka je na začiatku pracovného priestora, druhá na konci pracovného priestora - v mŕtvom bode a začína sa pretáčať do nepracovného priestora rotora turbíny.

Obr. č. 2 znázorňuje pootočenie lopatiek o asi 53° pracovného priebehu, pričom jedna lopatka je v pracovnom priestore rotora turbíny a druhá je v nepracovnom priestore rotora turbíny.

Obr. č. 3 znázorňuje pootočenie lopatiek o ďalších 45° pracovného priebehu, pričom jedna lopatka je v pracovnom priestore rotora turbíny a druhá je v nepracovnom priestore rotora turbíny.

Obr. č. 4 znázorňuje pootočenie lopatiek o ďalších 45° pracovného priebehu, pričom jedna lopatka je v pracovnom priestore rotora turbíny a druhá je v nepracovnom priestore rotora turbíny.

Obr. č. 5 znázorňuje pracovný priebeh prietokovej turbíny s otočnými lopatkami s piatimi lopatkami na piatich spojovacích tyčiach, s piatimi zarážkami, pričom jedna lopatka je na začiatku pracovného priestora, dve sú v pracovnom priestore rotora turbíny a dve sú mimo pracovného priestora rotora turbíny.

Obr. č. 6 znázorňuje pootočenie lopatiek o 18° pracovného priebehu, pričom tri lopatky sú v pracovnom priestore rotora turbíny a dve sú v nepracovnom priestore rotora turbíny.

Obr. č. 7 znázorňuje pootočenie lopatiek o ďalších 18° pracovného priebehu, pričom dve lopatky sú v pracovnom priestore rotora turbíny, jedna lopatka je na konci pracovného priestora - v mŕtvom bode a dve sú v nepracovnom priestore rotora turbíny.

Obr. č. 8 znázorňuje pootočenie lopatiek o ďalších 18° pracovného priebehu, pričom dve lopatky sú v pracovnom priestore rotora turbíny a tri sú mimo pracovného priestora rotora turbíny.

Obr. č. 9 znázorňuje pracovný priebeh prietokovej turbíny s otočnými lopatkami s tromi lopatkami na troch spojovacích tyčiach, s tromi zarážkami, stredovým rozrážačom a privádzacím a odvádzacím tunelom, pričom jedna lopatka je na začiatku pracovného priestora, jedna je v pracovnom priestore rotora turbíny a jedna je mimo pracovného priestora rotora turbíny.

Obr. č. 10 znázorňuje pootočenie lopatiek o 30° pracovného priebehu, pričom dve lopatky sú v pracovnom priestore rotora turbíny a jedna je mimo pracovného priestora rotora turbíny.

Obr. č. 11 znázorňuje pootočenie lopatiek o ďalších 30° pracovného priebehu, pričom jedna lopatka je v pracovnom priestore rotora turbíny, jedna lopatka je na konci pracovného priestora rotora - v mŕtvom bode a jedna lopatka je mimo pracovného priestora rotora turbíny.

Obr. č. 12 znázorňuje pootočenie lopatiek o ďalších 30° pracovného priebehu, pričom jedna lopatka je v pracovnom priestore rotora turbíny a dve lopatky sú mimo pracovného priestora rotora turbíny.

Obr. č. 13 znázorňuje pracovný priebeh prietokovej turbíny s otočnými lopatkami so šiestimi výhodne proti sebe umiestnenými otočnými lopatkami na šiestich spojovacích tyčiach, a so šiestimi zarážkami, tri lopatky so zarážkami sú umiestnené na vonkajšom obvode, tri lopatky so zarážkami sú umiestnené bližšie k stredu, pričom jedna lopatka je na začiatku pracovného priestora rotora turbíny, dve sú pracovnom priestore, jedna lopatka je na konci pracovného priestora - v mŕtvom bode, a dve sú mimo pracovného priestora rotora turbíny.

Obr. č. 14 znázorňuje pootočenie lopatiek o 30° pracovného priebehu, pričom tri lopatky sú v pracovnom priestore rotora turbíny a tri lopatky sú mimo pracovného priestora rotora turbíny.

Obr. č. 15 znázorňuje pootočenie lopatiek o ďalších 30° pracovného priebehu, pričom jedna lopatka je na začiatku pracovného priestora, dve sú v pracovnom priestore rotora turbíny, jedna lopatka je na konci pracovného priestora - v mŕtvom bode a dve sú mimo pracovného priestora rotora turbíny.

Obr. č. 16 znázorňuje pootočenie lopatiek o ďalších 30° pracovného priebehu, pričom tri lopatky sú v pracovnom priestore rotora turbíny a tri lopatky sú v nepracovnom priestore rotora turbíny.

Obr. č. 19-21 znázorňuje pracovný priebeh a pootočenie lopatiek o 18°a 36° prietokovej turbíny s otočnými lopatkami s piatimi lopatkami na piatich spojovacích tyčiach, so štyrmi zarážkami, kde zarážky rotujú cez nútený prevod rýchlejšie o 72° počas jednej otáčky, čím sa rozširuje pracovný priestor turbíny, pričom tri lopatky sú v pracovnom priestore rotora turbíny a dve sú v nepracovnom priestore rotora turbíny.

Obr. č. 22 znázorňuje pootočenie lopatiek o ďalších 18° pracovného priebehu, pričom dve lopatky sú v pracovnom priestore rotora turbíny, jedna lopatka je na konci pracovného priestora - v mŕtvom bode a dve sú v nepracovnom priestore rotora turbíny.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Prietoková turbína s otočnými lopatkami je originálna svojou konštrukciou tým, že obsahuje na aspoň jednom pevnom stojane - statore i uložený aspoň jeden rotačný prvok - rotor 3 s rotačným upevnením 1.1 na statore I, pozostávajúci aspoň z jedného rotujúceho hriadeľa 3.3. s aspoň dvoma prvkami - tyčami 3.1, ktoré obsahujú aspoň dve otočné lopatky 4.1 výhodne tvarované, otáčajúce sa okolo týchto prvkov 3,1 vo vymedzenom priestore 9.1. 9.2 turbíny opierajúce sa aspoň o jednu zarážku 3.2. ale aj v procesoch príznačných pre činnosť turbíny.

Prietoková turbína s otočnými lopatkami pracuje na princípe aspoň dvoch otáčavých lopatiek 4.1 výhodne tvarovaných, upevnených otočným uchytením okolo aspoň dvoch tyčí 3,1, umiestnených pri vonkajšom obvode rotora 3, opierajúce sa aspoň o jednu zarážku 3.2. umiestnenú smerom ku stredu rotora 3 s možnosťou upevnenia na aspoň jednom okrajovom prvku rotora 3 rotačného tvaru, alebo výhodne spájajú dva okrajové prvky rotora 3, ktoré rotujú a udržiavajú čiastočný konštrukčný a funkčný dotyk, ktorý je priebežný. Rotačná os rotora 3 je výhodne totožná s osou statora I a rotor 3 prietokovej turbíny s aspoň dvoma otočnými lopatkami 4,1 výhodne tvarovanými, je rotačné uložený na statore I a dej, ako je premena kinetickej energie prúdiacej tekutiny 2 na rotačný pohyb hriadeľa 3.3 stroja sa uskutočňuje sledom konštrukčných a s nimi súvisiacich parametrických a funkčných procesov príznačných pre činnosť turbíny.

Osi otáčania aspoň dvoch lopatiek 4.1 výhodne tvarovaných, sú totožné s aspoň dvoma tyčami 3.1 a sú výhodne rovnobežky s osou otáčania rotora 3. Rotor 3 priebežne vymedzuje objem priestoru 9.1. 9.2 turbíny rotačné výhodného tvaru. Aspoň dve otočné lopatky 4.1 výhodne tvarované, zabezpečujú rotáciu a deje prí9 značné pre premenu kinetickej a/alebo tlakovej energie prúdiacej tekutiny na rotačný pohyb aspoň jedného rotačného výstupu - hriadeľa 3.3 stroja na prenos náhonu z hnaného systému, a tým sa rotačný pohyb rotora 3 pomocou prevodov 6 môže využiť na výrobu elektrickej energie cez generátor 7. Stator 1 je pevne spojený so zariadením 5 buď ukotveným proti pohybujúcej sa tekutine 2 (na plávajúcom pontóne 5.1, vznášajúc sa v tekutine 2 alebo ukotvenom na dne 8 toku), alebo sa toto zariadenie 5 pohybuje proti stojacej tekutine 2.

Rotáciu prietokovej turbíny s otočnými lopatkami zabezpečuje prúdenie tekutiny 2 jednotlivo na aspoň dve lopatky 4,1 výhodne tvarované, v pracovnom priestore 9.1 rotora 3 turbíny. Lopatky 4.1 výhodne tvarované, sa jednotlivo vo východiskovej polohe rotáciou turbíny a prúdením tekutiny 2 oprú o aspoň jednu zarážku 3.2 a v asi 180°-ovej rotácii rotora 3 turbíny v pracovnom priestore 9.1 dochádza k premene kinetickej a/alebo tlakovej energie tekutiny 2 na rotačný pohyb rotora 3 a zabezpečuje sa rotácia turbíny a jej hriadeľa 33.

Prietok v prietokovej turbíne s otočnými lopatkami sa uskutočňuje, keď prúd tekutiny 2 primárne naráža na aspoň jednu rotujúcu lopatku 4.1 opretú o aspoň jednu zarážku 3.2 pri vstupe do pracovného priestoru 9.1, obteká ju a vystupuje z pracovného priestoru 9.1. Pri viaclopatkovej prietokovej turbíne turbulencie prúdu tekutiny 2 sekundárne narážajú na ďalšie lopatky 44 pred ňou, v smere rotácie a prúd opúšťa pracovný priestor 94 rotora 3. Smer prúdu tekutiny 2 a jej turbulencie na konci pracovného priestoru 94 rotora 3 v mŕtvom bode preklopia jednotlivé lopatky 44 výhodne tvarované, jednotlivo opreté aspoň o jednu zarážku 3.2 a tieto sa v kombinácii smeru prúdiacej tekutiny 2, jej turbulencií, odstredivých síl rotujúcej turbíny a účinku hydrodynamického tvaru krídla lopatky 44 s minimálnym odporom rotačným pohybom rotora 3 presúvajú asi o 180° v nepracovnom priestore 9.2 rotora 3 do východiskovej polohy a vytvárajú takto minimálne turbulencie, kde sa znovu jednotlivo oprú o aspoň jednu zarážku 3.2. Umiestnenie tyčí 34 a osí otáčania aspoň dvoch lopatiek 44 výhodne tvarovaných, pri vonkajšom obvode rotora 3 a aspoň jednej zarážky 3.2 umiestnenej smerom ku stredu rotora 3 umožňuje otáčanie lopatiek 4.1 v nepracovnom priestore 9.2 rotora 3, a tým aj rotáciu rotora 3 v tekutine 2. Pracovný priestor 94 sa dá zväčšiť napr. úpravou rýchlosti rotácie zarážok 3.2, keď sa napr. počas jednej otáčky rotora 3 otočia zarážky 3.2 rýchlejšie o výhodný uhol, čím sa jednotlivo aspoň dve lopatky 44 výhodne tvarované, jednotlivo oprú skôr o zarážky 3.2 a preklopia sa neskôr, čím sa uhol účinnosti pracovného priestoru 94 rotora 3 turbíny zväčší. Zvýšenie rýchlosti prúdenia tekutiny 2 je možné dosiahnuť aj vymedzovacími prvkami 5.2 vhodných hydrodynamických tvarov umiestnenými rovnobežne s osou rotácie lopatiek 44 turbíny, a/alebo rozrážačom 3.4 umiestneným okolo stredového hriadeľa 33 a/alebo privádzacím a odvádzacím tunelom 3.5 vhodného tvaru. Rotor 3 je alternatívne možné prichytiť na bočnú konštrukciu statora 1 a ten na plávajúce pontóny 5.

Priemyselná využiteľnosť

Prietoková turbína s otočnými lopatkami má predpoklady využitia tam, kde sa dnes začínajú používať pomalobežné turbíny, a to hlavne v oblasti využitia na tokoch riek a potokov, v prílivových a odlivových podmorských prúdoch morí, ale aj stálych podmorských prúdoch, ako plávajúce ponorené, vznášajúce sa v tekutine, alebo umiestnené na dne tokov, ktoré sa dodnes nevyužívajú a existuje tam veľký hydroenergetický potenciál. Prietoková turbína s otočnými lopatkami využíva veľkú plochu lopatiek, malý odpor, jednoduchú konštrukciu, nízke investičné náklady, časovo takmer neobmedzenú prevádzku, zaraďuje sa medzi obnoviteľné zdroje energie, kde nehrozí ekologická porucha vo forme nerovnováhy medzi obnovovaním zdroja a odberom energie, to znamená možnosť pripájať a kombinovať veľký počet turbín do veľkých súborov podľa opisu v podstate vynálezu a v patentových nárokoch.

Claims (11)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Prietoková turbína s otočnými lopatkami, vyznačujúca sa tým, že ju tvorí stator (1), v ktorom je usporiadaná konštrukčná, funkčne synchronizovaná kombinácia aspoň jedného otočné uloženého rotora (3) proti statoru (1), s aspoň dvoma tyčami (34), upevnenými kolmo na rotor (3), s aspoň dvoma otočnými lopatkami (4.1), pričom vytvárajú ucelený pracovný súbor, kde rotor (3) obsahuje rotačný hriadeľ (3.3) s osou totožnou s osou otáčania rotora (3) s možnosťou prepojenia na prevody (6), potom os otáčania rotora (3) a os statora (1), sú identické, rotačný hriadeľ (3.3) rotora (3) je otočný okolo stredovej tyče statora (1) s rotačným upevnením (14) a sú vo vzájomnom dotyku, potom rotor (3) obsahuje okrajový prvok, výhodne dva okrajové prvky rotačného tvaru, na aspoň dvoch tyčiach (3.1) upevnených na aspoň jednom okrajovom prvku na vonkajšom obvode rotora (3), na ktorých sú umiestnené aspoň dve otočné lopatky (4.1), kde aspoň dve otočné lopatky (4.1), sú otočné upevnené na tyčiach (34), pričom okrajové prvky rotora (3) vhodného hydrodynamického rotačného tvaru sú orientované proti prúdeniu tekutiny (2) a nahrádzajú bočnice lopatiek (4.1), na zvýšenie účinnosti turbíny, každá otočná lopatka (44), umiestnená otočné na tyči (3.1), pri vonkaj10 šom obvode rotora (3) sa v pracovnom priestore (9.1) turbíny opiera o aspoň jednu zarážku (3.2), umiestnenú smerom ku stredu rotora (3).
2. 2. Prietoková turbína s otočnými lopatkami podľa nároku 1,vyznačujúca sa tým, že turbína je upevnená na pevnom zariadení (5), ponorená v tekutine (2) alebo sa vznáša v prúde tekutiny (2) alebo je uložená na dne (8) toku, alebo sa pohybuje proti tekutine (2).
3. 3. Prietoková turbína s otočnými lopatkami podľa nárokov la 2, vyznačujúca sa tým, že otočné lopatky (4.1) sú v pozdĺžnom smere, t. j. v smere osi tvarované a v priečnom reze zaoblené na zvýšenie účinnosti turbíny.
4. 4. Prietoková turbína s otočnými lopatkami podľa nárokov 1 až 3,vyznačujúca sa tým, že okolo rotačného hriadeľa (3.3) je umiestnený rozrážač (3.4) na zvýšenie rýchlosti prúdenia tekutiny (2) priestorom (9.1), (9.2) turbíny.
5. 5. Prietoková turbína s otočnými lopatkami podľa nárokov 1 až 4, vyznačujúca sa tým, že je osadená v privádzacom tuneli a/alebo odvádzacom tuneli (3.5) na zvýšenie rýchlosti prúdenia tekutiny (2) priestorom (9.1), (9.2) turbíny.
6. 6. Prietoková turbína s otočnými lopatkami podľa nárokov 1 až 5, vyznačujúca sa tým, že obsahuje vymedzovacie prvky (5.2) hydrodynamických tvarov ktoré môžu byť totožné s pontónmi (5.1).
7. 7. Prietoková turbína s otočnými lopatkami podľa nárokov 1 až 6, vyznačujúca sa tým, že hriadeľ (3.3) rotora (3) je prepojený na prevodový systém (6) s hriadeľom (6.1) a ten je prepojený s generátorom (7).
8. 8. Prietoková turbína s otočnými lopatkami podľa nárokov 1 až 7, vyznačujúca sa tým, že je ukotvená na plávajúcom zariadení pod hladinou riek a morí s prúdmi tekutiny (2), alebo vznášajúcom sa v toku prúdu tekutiny (2), alebo umiestnenom na dnách (8) riek a morí s podmorskými prúdmi tekutiny (2), a/alebo s prílivovými a odlivovými prúdmi tekutiny (2), alebo v časti priečneho profilu rieky alebo podmorského prúdu situované v rastri kolmo na prúdenie tekutiny (2).
9. 9. Prietoková turbína s otočnými lopatkami podľa nárokov 1 až 8, vyznačujúca sa tým, že jeden základný pracovný súbor turbíny má rotor (3) s okrajovým prvkom a stator (1), výhodne ďalšie rotory (3), kde umiestnenie rotorov (3) je od vertikálneho po horizontálny smer a vytvára množstvo variant.
10. 10. Prietoková turbína s otočnými lopatkami podľa nárokov 1 až 9, vyznačujúca sa tým, že jeden základný pracovný súbor turbíny má jeden rotor (3), výhodne ďalšie rotory (3), kde rotory (3) môžu byť synchrónne prepojené s ďalšími rotormi (3) do súborov, pričom všetky tieto súbory rotorov (3) môžu byť výhodne využité ako energetické súbory.
11. 11. Prietoková turbína s otočnými lopatkami podľa nárokov 1 až 10, vyznačujúca sa tým, že rotor (3) je alternatívne možné prichytiť na bočný stator (1) a ten na plávajúce pontóny (5).