Винтовая турбина

Видео винтовой турбины мощностью 40 кВт в Мюнхене, Германия

Винтовая турбина (также известная как архимедова турбина , винтовой генератор Архимеда или ASG или винтовая турбина Архимеда или AST ) — это водяная турбина , которая преобразует потенциальную энергию воды на верхнем уровне в работу . Этот гидропреобразователь приводится в движение весом воды, подобно водяным колесам , и его можно рассматривать как машину квазистатического давления. Винтовые генераторы Архимеда работают в широком диапазоне расходов (0,01 $m^{3}/s$ до 14,5 $m^{3}/s$ ) и напоры (от 0,1 м до 10 м), включая низкие напоры и умеренные скорости потока, которые не идеальны для традиционных турбин и не используются высокопроизводительными технологиями.

Винт Архимеда можно использовать для выработки энергии, если он приводится в движение текущей жидкостью, а не подъемной жидкостью. Вода, проходящая через винт с большой высоты на низкую, создает крутящий момент на винтовых плоских поверхностях, заставляя винт вращаться. Винтовой генератор Архимеда состоит из ротора в форме винта Архимеда, который вращается в полукруглом желобе. Вода течет в винт, и ее вес давит на лопасти турбины, что, в свою очередь, заставляет турбину вращаться. Вода свободно стекает с конца шнека в реку. Верхний конец винта соединен с генератором через редуктор. Винт Архимеда теоретически представляет собой обратимую гидравлическую машину, и существуют примеры одиночных установок, в которых винты можно использовать попеременно в качестве насосов и генераторов.

История

Архимедов винт — древнее изобретение, приписываемое Архимеду Сиракузскому (287–212 гг. до н. э.) и обычно используемое для подъема воды из водотока в целях орошения . В 1819 году французский инженер Клод Луи Мари Анри Навье (1785–1836) предложил использовать архимедов винт в качестве разновидности водяного колеса. В 1916 году Уильям Мёршер подал заявку на патент США на гидродинамическую винтовую турбину. ^[1]

Приложение

Архимедова винтовая турбина применяется на реках с относительно небольшим напором (от 0,1 м до 10 м) и маловодием (0,01 м). ³/с примерно до 10 м ³/с на одной турбине). Благодаря конструкции и медленному движению лопастей турбина считается безопасной для водных животных. Его часто называют «дружественным к рыбе». Архимедову турбину можно использовать в ситуациях, когда требуется сохранение и забота об окружающей среде и живой природе.

Дизайн

Гидроэлектростанцию с винтовой турбиной Архимеда (AST) можно рассматривать как систему, состоящую из трех основных компонентов: резервуара, плотины и AST (которая соединена с системой через контрольные ворота и мусоросборник). В большинстве реальных мест расположения AST входящий поток должен быть разделен между AST и параллельной плотиной. Обычно минимальный поток через плотину необходим для защиты местной окружающей среды. Другими компонентами этой системы можно считать и другие выпуски, а также рыбоход. Подробное руководство по принципам проектирования винтовых турбин Архимеда и винтовых гидроэлектростанций доступно в документе «Винтовые турбины Архимеда: решение устойчивого развития для производства экологически чистой и возобновляемой энергии — обзор потенциала и процедур проектирования». ^[2]

Скорость потока

Для проектирования винтовых турбин Архимеда и гидроэлектростанций важно оценить количество воды, проходящей через винтовую турбину, поскольку количество энергии, вырабатываемой винтовой турбиной Архимеда, пропорционально объемному расходу воды через нее. Объем воды, поступающей в винтовую турбину Архимеда, зависит от глубины воды на входе и скорости вращения винта. Чтобы оценить общий расход, проходящий через винтовую турбину Архимеда для различных скоростей вращения (ω) и уровней воды на входе, можно использовать следующее уравнение:

$Q=\alpha Q_{Max}(A_{E}/A_{Max})^{\beta }(\omega /\omega _{M})^{\gamma }$

Где $\alpha$ , $\beta$ и $\gamma$ являются константами, связанными со свойствами винта. Предварительные расследования показывают, что $\alpha =1.242$ , $\beta =1.311$ , и $\gamma =0.822$ давать разумные прогнозы относительно $Q$ для широкого диапазона малых и полномасштабных размеров AST.

Примеры

Великобритания

Вулстон, Чеширская плотина на реке Мерси, 486 кВт, в стадии строительства ^[3]^[4]^[5]
Девон, Тотнес, 320 кВт, введен в эксплуатацию в декабре 2015 г. ^[6]
Ромни, Беркшир , 270 кВт, установлена для обеспечения возобновляемого источника энергии в Виндзорском замке , введена в эксплуатацию в июле 2013 г. ^[7]
Плотина Били, Рэдклифф , 100 кВт, введена в эксплуатацию в мае 2012 г. ^[8]
Мейплдерем, река Темза , одновинтовой насос с крупнейшей пропускной способностью (8 м³/с), 99 кВт. ^[9]
Бакфаст, Ривер Дарт , винтовая турбина и рыбоход, 84 кВт ^[9]
Первая в Великобритании гидроэлектростанция, принадлежащая сообществу, и рыбный перевал мощностью 63 кВт в Нью-Миллс . ^[9]
Первая в Великобритании винтовая турбина, подключенная к сети, мощностью 50 кВт в Ривер Дарт . загородном парке ^[9]
Bainbridge , общественная винтовая турбина, 37 кВт. ^[9]
Типтон, Река Оттер , 30 кВт ^[9]
Рочдейл , винтовая турбина и рыбоход, 20 кВт ^[9]
Крэгсайд , родина гидроэлектроэнергии, 12 кВт ^[10]
Tillydrone , Aberdeen Community Energy , 100 кВт, первая городская микрогидроэлектростанция в Великобритании. ^[11]

Соединенные Штаты

Ганноверский пруд на реке Квиннипиак в Меридене, штат Коннектикут , 105 кВт (или 920 000 кВтч/год), подключен к сети, введен в эксплуатацию в апреле 2017 г.; первая винтовая турбинная установка в США. ^[12]^[13]

Ссылки

^ США 1434138 , Уильям Мёршер, «Гидроэнергетическая система», выдано 31 октября 1922 г.
^ Юсеф Дуст, Араш; Любиц, Уильям Дэвид (08 сентября 2020 г.). «Винтовые турбины Архимеда: решение устойчивого развития для производства экологически чистой и возобновляемой энергии - обзор потенциала и процедур проектирования» . Устойчивость . 12 (18): 7352. дои : 10.3390/su12187352 . ISSN 2071-1050 .
^ «Вулстон | Приложение для планирования» . Городской совет Уоррингтона . Проверено 22 марта 2021 г.
^ «Вулстон | Обзор проекта» . renfin.eu . Проверено 22 марта 2021 г.
^ «Вулстон | Местные новости» . Уоррингтон во всем мире . Проверено 22 марта 2021 г.
^ «Тотнес | МаннПауэр Консалтинг» . www.mannpower-гидро.co.uk . Проверено 5 августа 2016 г.
^ «Ромни | МаннПауэр Консалтинг» . www.mannpower-гидро.co.uk . Проверено 5 августа 2016 г.
^ «Билис Вейр | MannPower Consulting» . www.mannpower-гидро.co.uk . Проверено 5 августа 2016 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г «Примеры гидроэнергетики, тематические исследования микрогидроэнергетики - западная возобновляемая энергия» . www.westernrenew.co.uk . Проверено 5 августа 2016 г.
^ «Гидроэнергетика возвращается в Крэгсайд» . Национальный траст . Проверено 9 августа 2016 г.
^ Филиппа Джеррард (4 ноября 2016 г.). «Включение мощности» . Пресса и журнал . Проверено 20 ноября 2023 г.
↑ Эндрю Рагалл, Древние технологии на плотине Ганноверского пруда в Меридене начинают вырабатывать электроэнергию, Meriden Record Journal, 27 апреля 2017 г.
^ Гидроэнергетика Новой Англии активирует первую винтовую турбину Архимеда в США, PR Newswire, 27 апреля 2017 г.

Дальнейшее чтение

П. Дж. Кантерт: Руководство по архимедову винтовому насосу , Hirthammer Verlag 2008, ISBN 978-3-88721-896-6
П. Я. Кантерт: Практическое руководство для винтовых насосов . Хиртхаммер Верлаг 2008, ISBN 978-3-88721-202-5
К. Брада, К.-А. Радлик - Водяной винтовой двигатель для микроэлектростанции - Первый опыт строительства и эксплуатации (1998 г.)
К. Брада - Микроэлектростанция с водяным винтовым двигателем (1995)
К. Брада, К.-А. Радлик - Гидровинт - Характеристика и использование (1996)
К. Брада, К.-А. Радлик, (1996). Водяной винтовой двигатель для микроэлектростанции. 6-й международный Симп. Теплообмен и возобновляемые источники энергии, 43–52, В. Новак, изд. Издательство Щецинского технологического университета, Щецин, Польша.

Внешние ссылки

Landustrie- Информация об одном из производителей
spaansbabcock.com/products/screw-turbine Информация об одном из производителей
(на польском языке) Первая винтовая турбина в Польше.

[Moerscher-1] США 1434138 , Уильям Мёршер, «Гидроэнергетическая система», выдано 31 октября 1922 г.

[2] Юсеф Дуст, Араш; Любиц, Уильям Дэвид (08 сентября 2020 г.). «Винтовые турбины Архимеда: решение устойчивого развития для производства экологически чистой и возобновляемой энергии - обзор потенциала и процедур проектирования» . Устойчивость . 12 (18): 7352. дои : 10.3390/su12187352 . ISSN 2071-1050 .

[Woolston-1-3] «Вулстон | Приложение для планирования» . Городской совет Уоррингтона . Проверено 22 марта 2021 г.

[Woolston-2-4] «Вулстон | Обзор проекта» . renfin.eu . Проверено 22 марта 2021 г.

[Woolston-3-5] «Вулстон | Местные новости» . Уоррингтон во всем мире . Проверено 22 марта 2021 г.

[Totnes-1-6] «Тотнес | МаннПауэр Консалтинг» . www.mannpower-гидро.co.uk . Проверено 5 августа 2016 г.

[Romney-7] «Ромни | МаннПауэр Консалтинг» . www.mannpower-гидро.co.uk . Проверено 5 августа 2016 г.

[Bealey’s_Weir-8] «Билис Вейр | MannPower Consulting» . www.mannpower-гидро.co.uk . Проверено 5 августа 2016 г.

[Western_Renewable_Energy-9] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г «Примеры гидроэнергетики, тематические исследования микрогидроэнергетики - западная возобновляемая энергия» . www.westernrenew.co.uk . Проверено 5 августа 2016 г.

[National_Trust-10] «Гидроэнергетика возвращается в Крэгсайд» . Национальный траст . Проверено 9 августа 2016 г.

[ACE-11] Филиппа Джеррард (4 ноября 2016 г.). «Включение мощности» . Пресса и журнал . Проверено 20 ноября 2023 г.

[Ragall-12] Эндрю Рагалл, Древние технологии на плотине Ганноверского пруда в Меридене начинают вырабатывать электроэнергию, Meriden Record Journal, 27 апреля 2017 г.

[New_England_Hydropower-13] Гидроэнергетика Новой Англии активирует первую винтовую турбину Архимеда в США, PR Newswire, 27 апреля 2017 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]